摘要：基于生态学实验研究的具体案例， 对“可重复原则”在生态学实验中的应用情况进行分析， 得出相应的应用策略：“不可重复的”生态学实验， 不可强求其“重复”, 但如果是人为造成的， 则应该加以改善， 而且， “不可重复的”生态学实验， 可以按照另外的“可重复原则”, 以尝试“重复”;“可重复的”生态学实验， 如果代价不大， 可以按照“可重复原则”进行“重复”实验， 否则， 可以另辟新径， 进行“对照实验”或“自然重现”;在贯彻“可重复原则”的过程中， 不能偏爱生态学实验的“可重复性”, 有意地进行生态学实验室实验或者生态学微宇宙实验， 而较少进行中宇宙实验、宏观宇宙实验乃至野外微宇宙实验， 降低乃至牺牲生态学实验的“真实性”;不能偏爱生态学实验的“真实性”及其论证， 如偏爱显着性， 高估“显着性功效”, 损害其“可重复性”, 由此， 应该量化“显着性功效”, 发现显着性偏爱， 避免这一点；不能偏爱生态学实验的“正面”结果而嫌弃其“负面”结果， 弃“负面”结果于不顾， 进而不采取“可重复原则”对此进行“重复”实验。这种生态学实验“可重复原则”的应用策略与传统科学是不一样的。
关键词：生态学实验； 可重复原则； 可重复性； 普遍性； 真实性；
The Application Strategy about “the Principle of Repeatability （Reproducibility or Replicability） ” in Ecological Experiment
Abstract:Based on the specific case of ecological experiment research, this paper analyzes the application of “the principle of repeatability （ reproducibility or replicability） ”in ecological experiment and the corresponding application strategy is obtained: “Non-repetition”ecological experiment, if not artifact, does need not to be “repeated”, but can be improved according to the specific situation, such as trying to have the “repetition”according to a different principle from the original “repetition”; If the cost is not high, “repeatable”ecological experiment can be“repeated”according to“the principle of repeatability （ reproducibility or replicability） ”, otherwise a new path can be directed to “control experiment”or “natural recurrence”. In the process of implementing the principle of repetition, we should not favor the “repetition”of ecological experiments and intentionally conduct ecological laboratory experiments or ecological microcosm experiments. In contrast, there are fewer experiments in the mesocosm, macrocosm, and field microcosm, which reduces or even sacrifices “authenticity ” of ecological experiments. We should not favor the “authenticity”of ecological experiment and its demonstration, such as significant bias, overestimating “the significant effect ”and impairing its “repetition ”, therefore, we should quantify “the significant effect”and find the significant bias to avoid it. We should not favor the “positive”results of ecological experiments and ignore the“negative”results, then fail to adopt the“the principle of repeatability （ reproducibility or replicability） ”to conduct the“repetitional”experiments.“The principle of repeatability （ reproducibility or replicability） ”of such ecological experiments is different from traditional science in its application strategies.
Keyword:ecological experiments; the principle of repeatability （reproducibility or replicability） ; repetition; universality; authenticity;
一、引言
传统的科学实验建立在伽利略的“理想实验”和培根的“干涉实验”思想基础上， 因此， 它遵循的实验准则是：实验者在相关理论 （普遍性的、规律性的理论） 指导下， 构建理想的实验室环境， 运用相应的标准化的实验仪器， 对理想化的实验对象进行规则化的操作干涉， 使此实验对象呈现出通常 （自然） 状态下所不能呈现出的现象。这样一来， 传统实验所运用的技术、方法和过程等都呈现规则化和标准化。在此规则化和标准化的实验操作下， 相同或近似相同的实验结果就可以呈现， 由此使得传统科学实验呈现“可重复” （1） 特征， 也使得这种传统科学实验的“可重复性”可以成为检验某一具体的科学实验是否成立的试金石， 即：只有某一科学实验具有比较高的“可重复性”, 能够被自己进而被他人重复， 该项实验才会被看作是“可重复的”, 也才会被看作是普遍的、正确的， 才会被科学共同体承认， 否则， 则不被科学共同体接受。“可重复性”高的实验， 其精确性也高， 相应地， 其正确性一般也高；“可重复性”与普遍性、正确性成正比。这构成传统科学实验 （以物理学实验为代表） 的一个基本原则， 普遍应用于传统科学实验中， 被科学共同体称为“可重复原则”.
生态学是一门新兴科学， 不同于传统科学如物理学， 它研究的对象是自然界中存在的生物与环境之间的关系， 而非由实验者在实验室中构建出来的实验对象、实验现象和相关关系。在这种情况下， 传统科学实验的“可重复原则”还适用于生态学实验吗？生态学实验者如何有策略地运用“可重复原则”?本论文对此展开研究。
二、“不可重复的”生态学实验， 不可照搬“可重复原则”, 强求其“重复”
生态学实验所面对的对象和现象是复杂的， 随时空变化性较大的， 且受着尺度限制。这往往导致生态学实验“可重复”的困难和“可重复性”的低下， 进而导致“可重复原则”对此不适用。鉴此， 可以因地制宜， 采取相应措施， 如使用易于处理的生物或系统来阐明过程， 选择同质性的或平衡的系统进行研究， 进行微宇宙实验， 加以克服和改善。[1]
但是， 深入分析上述措施， 是在简化、同质化、微缩化自然界中原有对象及其关系的基础上贯彻的。这在某些状况下是允许的， 但是在另外一些状况下， 对自然界中存在的生物、环境及其两者之间的关系做了根本性的简化、同质化和微缩化， 根本性地改变了自然界中存在的生物、环境以及两者之间的关系。此时， 原先“不可重复”的或“可重复性”比较低甚至很低的生态学实验变得“可重复”或“可重复性”高了， 不过， 这是以对认识对象的损害为前提的， 不能真实地反映自然界的对象和现象。
考虑到这一点， 生态学实验者应该实事求是：对于那些受着“真实性” （或“实在性”） 限制的不可重复的生态学实验， 就不要强行地进行改善或提高其“可重复性”了， 因为此时有可能造成“生态学实验的‘可重复’完成了， 但是生态学实验的‘真实性’丧失了”;对于那些“可重复性”比较低的生态学实验， 如果一味地强调并且贯彻“可重复”, 那么结局很可能或者是实验过程的“可重现性”较差并且结果的“可再现性”随之较差， 或者实验过程“可重现性”较好但是实验结果的“可再现性”较差， 如此， 对原先实验“可重复”就起不到“可重复性检验”的目的， 所进行的“可重复”实验的价值大打折扣；对于那些“可重复性”能够被改善或者被提高的生态学实验， 可以对其改善和提高， 但要以不失去基本的实验“真实性”为前提， 要因地制宜， 切不可为了改善而改善， 为了提高而提高。
三、“不可重复的”生态学实验， 如果是人为造成的， 应该分析原因并加以改善
前述“不可重复的”生态学实验， 是客观的。还有一类“不可重复的”生态学实验是人为的， 鉴此， 可以对这种生态学实验进行元分析， 找出造成这种“不可重复”状况的认识论、方法论和价值论方面的原因， 采取相应的对策， 提高这种实验的“可重复性”.[1]
贝格莱 （Begley） 对这一问题做了思考， 他认为应该从以下6个方面检查原始论文：一是检验实验是否是双盲的？二是基础实验是否为可复现的？三是所有的结果是否展现出来了？四是有正面的或负面的控制吗？五是有试剂验证吗？六是统计测试合适吗？[2]
在上述贝格莱研究的基础上， 斯特伍德 （Steward） 进一步提出， 为了保证生态学实验的复现、可再现性以及严谨性和牢固性， 所发表的论文应该满足下面要求：[3]4
（1） 检查是否满足贝格莱的6个注意事项， 如果存在， 则需要在讨论部分考虑所引起的注意事项。
（2） 要求文件报告统计效力。
（3） 要求关于研究是否进行“滚动实验”的说明， 并要求有关数据收集时间的信息。
（4） 要求报告所有的分析。
（5） 要求在讨论中有注意事项和科学严谨部分。
（6） 要求依照审查员要求对研究进行具体说明。
四、“不可重复的”生态学实验， 可以按照另外的“可重复原则”, 以尝试“重复”
如前注释所述， “可重复”可以分为三种， 相应地， “可重复原则”也应该有三种：“可重现原则” （the principle of repeatability） 、“可再现原则” （the principle of reproducibility） 和“可复现原则” （the principle of replicability） .这样区分之后， 我们就会发现， 三种“可重复原则”的内涵是不同的， 相互之间有可能代替。如对于“不可重现的”生态学实验， 即不能贯彻“可重现原则”的生态学实验， 可以通过“可再现”实验， 即通过不同的技术、方法、过程乃至理论负荷， 获得相同的实验结果， 即通过“可再现原则”, 实现另一种形式的“重复”---行动和过程不重复， 但结果重复；对于“不可再现的”生态学实验， 即不能贯彻“可再现原则”的生态学实验， 可以通过“可重现的”实验， 即通过相同的技术、方法、过程乃至理论负荷， 通过“可重现原则”, 实现另一种形式的“重复”---行动和过程的“重复”而结果“不重复”;对于“不可复现的”生态学实验， 也可以通过另外两种“可重复原则”---“可重现原则”和“可再现原则”, 获得“重现”和“再现”.
上述观点在国外学者那里， 也有体现。菲德勒等 （Fidler） 认为， “复现”可以分为直接的复现 （direct replication） 和概念的复现 （conceptual replication） :直接的复现尽可能接近原始研究， 使用相同的概念、技术、方法等“重复” （“repetition”） 实验；概念性复现是指“重复” （“repetition”） 过去研究中提出的理论或假说， 但使用不同的方法， 它的目的是测试基础的概念或假设。作为原始的研究， 概念性复现可以使用不同的运作概念， 使用不同的测量方法、统计技术、干预手段和/或工具来检验它们能否得出相同的结论。[4]283概念性再现分析涉及对相同原始数据集的分析， 但是允许使用合理的替代路径、方法和模型。[5]
从上述菲德勒等对“直接的复现”和“概念性的复现”的定义看， 前者对应于笔者所称的“重现”或“复现”, 后者对应于笔者所称的“再现”.“直接的复现”体现笔者的“可重现性原则”, “概念的复现”体现笔者的“可再现性原则”.对于那些不能在“可重现性原则”意义上“重复的”生态学实验， 仍然可以按照“可再现性原则”的意义“重复”.当然， 需要说明的是， 这样的“重复”是否可行， 是否是普遍存在的， 是否具有更大的价值和意义等， 仍有待探讨。
五、“可重复的”生态学实验， 不一定“重复”, 可以进行对照实验或“自然重现”
对于这样一类生态学实验：规模宏大， 设施复杂， 所需的人力、物力、财力花费巨大， 鉴于其已经完成， 还真不能说不能“重复”它们， 不过， 肯定的是， “重复”它们所花的时间一般比较漫长， 代价很大， 有很大的现实限制， 一般情况下， 谁也不愿意进行这类实验的“重复”.就此， 如何对待呢？施纳泽等 （Schnitzer） 认为， 即使这类可行， 也不一定非要现实地“重现”, 可以换一个思路， 选择另外一个方案：“考虑到‘复现’大规模生态研究的实际局限性， 我们建议把人力和财力花费在新的、普遍的生态学理论的综合测试中。这能够改进以前大规模的、长期的、‘复现’良好的研究方法， 深入了解以前的发现是否普遍以及是否能够广泛地适用。这是在用一个更好的方式推进生态学领域的研究。”[6]99
而且， 他们进一步指出， 即使花费大量的资金来“重现”这些研究是可行的， 但是， 如果发现原初的研究和重复 （实验） 研究之间存在明显的对比结果， 我们能得到什么呢？当面临两个在效应大小上产生实质性差异的“重现”研究时， 需要额外的“重现”研究来确定哪一个结果是最准确的。因此， 在生态学研究中， “重现”的创新研究可以提供对“可重现性”的粗略估计， 然而， 要批判性地评估正在测试的研究， 而不仅仅是测试它是否可实验“重现”, 就需要大量进行随着时间和空间的变化而呈现“复现”的研究。[5]这就是说， 对于那些现实贯彻具有很大限制性的生态学实验， 虽然可以按照“可重现原则”进行“重现”实验， 以评价其“可重现性”, 但是有可能得到差异性较大甚至很大的结果， 导致这一“可重现”实验“不可再现”原初实验的结果， 不能实现“可再现性原则”.此时， 如何评价这两个实验， 就成为一件困难的事情。鉴此情形， 可转换思路， 对原初实验不进行“可重现性”实验， 而是选择同样的或类似的对象， 进行随时间和空间变化的“可复现性”实验， 明确其“复现”的程度， 进行两个实验的比较， 从而获得对原初实验和对照实验更加深入的认识和理解。这是一个更有价值的替代方案， 不失为一种明智的选择。就此而言， 施纳泽等的看法有一定道理。
上述选择可以看作是第一种替代方案。第二种替代方案就是尽可能通过自然实验进行“自然重现” （natural repeat） , 以替代人工实验， 贯彻“可重现原则”.
在生态学野外实验中， 难以对各种因素实现良好控制， 因此很难设置“重现”.在此， 如何降低入侵性和人工性， 同时又不显着降低对各种因素的控制能力呢？一条路径是尽可能使用“自然重现”.“自然重现”是物理上明显的、空间上隔离的对象， 对于目标变量本质上彼此独立。由于这些隔离和独立的性质， 它们通常能够用作“重现”的单元， 例如， 岩石潭 （海潮退去后被岩石围住的海水） , 整个池塘或湖泊， 不在同一树冠层的树木或灌木等等。
“自然重现”有两个优点：第一， 在实验有效性的水平上， “自然重现”受到的操纵是非侵入性的， 它最大程度地代表了自然系统；第二， 在实验设计和执行的水平上， “自然重现”较容易建立 （因为基本结构已经存在了） , 也较容易操纵， 只需要很小的物理干扰， 维护起来也简单。如此“自然重现”的贯彻就可以自然地对某些实验进行“可重复性”检验， 以贯彻“可重复原则”.
不过， 必须清楚， 利用“自然重现”, 实际上是利用“自然实验”来达到“重现”某一实验的目的。由于自然实验通常利用自然中所发生的某些干扰 （如火灾、泥石流、火山爆发等） 作为“处理”来进行实验， 而这些自然的力量完全不在实验者的控制之下， 这决定了自然实验往往是一过性的、时过境迁的， 本身也是极难设置重现的， 由此找到与某一生态学实验相配套的自然实验， 也是一件可遇不可求的事情。在生态学实验“可重复”考虑中， 可将此作为一个选项， 但不可对此抱有太多希望。
六、不要偏爱生态学实验的“可重复性”, 牺牲其“真实性”, 以便贯彻“可重复原则”
鉴于生态学实验对象的特征以及生态学研究的目标， 生态学实验不具有或很少具有完全的“可重复性”, 或者完全的“真实性”, 或者完全的“可重复性”和“真实性”, “可重复性”和“真实性”并不成正比。一个高“可重复性”低“真实性”的生态学实验， 是不可取的；相反地， 一个高“真实性”低“可重复性”的生态学实验， 也是不可取的， 更何况， 此时， 低“可重复性”的生态学实验， 是无法甚至很难通过“可重复原则”对此加以检验的， 其“真实性”也很难从经验上加以认定。如此， 恰当的选择是， 在“可重复性”和“真实性”间加以权衡。但是， 这一点， 在生态学实验的实践中受到挑战。挑战之一是对“可重复原则”的挑战。
“可重复原则”是科学认识的一个基本原则， 一项科学实验只有“可重复”并且事实上被“重复”, 才能被科学共同体接受， 也才能发表。在生态学实验普遍欠缺高的“可重复性”的情况下， 能够“被重复”的生态学实验弥足珍贵。也正因为这样， 在生态学实验实践中， 能够得到“可重复的”生态学实验， 是实验生态学工作者所孜孜以求的。如此， 在生态学界， 偏爱“可重复性”, 也就在所难免了。
以生态学宇宙实验为例， 它可分为生态学微宇宙实验、中宇宙实验和宏观宇宙实验。对于生态学微宇宙实验， 又分为实验室微宇宙实验和野外微宇宙实验。
与野外实验相对照， 实验室微宇宙实验一般研究的是代次短的和小的生物， 由此使得它能够对这些生物进行实验操纵和监视， 也经常能够得到比较充分的准确数据去直接地表达生态学理论， 成为研究这些短寿命有机体的唯一途径。
一般而言， “微宇宙”是小的， 通常人为地约束栖居者使其包含一种到多种类型的生物。“微宇宙”可以为所给予的小的生态系统模型如何响应某些控制处理提供洞见， 并且还有助于建构关于真实的生态系统的行为和功能的假设。[7]265理想的“微宇宙”应该共有更大的、更自然的系统的足够特征， 以便对它们的研究能够提供在较大尺度上运行的过程， 或在更多的尺度上运行的普遍过程的见解。“[8]236其优点在于：通过简化和缩微， 可以实现对观测变量和处理的操作， 易于重复， 对环境变量能够准确控制， 从而架起理论与自然现实之间的桥梁。况且， 在一定程度上， 某些生态学的原则超越了尺度， 此时， 微宇宙可以作为一个有价值的研究工具。
不过， 必须清楚， 生态学实验室微宇宙实验背景不是自然环境， 而是实验室中设置的环境。这一环境往往是对自然环境的控制和简化， 一些实验室外的影响实验室中相关格局的自然因素被隔离、控制甚至消除， 而且在这一环境中也包含比自然群落中更少的物种， 由此导致它的人工性更强， 存在有意或者无意忽略自然系统中具有生态重要性因素的风险。而且， 生态学实验室实验对于大尺度有机体是不适合的， 因为在实验室环境的限制下， 大尺度有机体不可能经历它们在自然界中的历程， 完成它们在生态系统中的作用。如此， 就使得实验室微宇宙实验大多确定性较高、”可重复性“较大、”真实性“较低。
对于野外微宇宙实验， 虽然一定程度上弥补了上述实验室微宇宙实验”真实性“较低的欠缺， 而且也具有一定程度的”可重复性“, 但是， 它与生态学实验室微宇宙实验一样， 也存在尺度限制问题， 当将此实验结果外推时， 仍然存在一定风险。劳勒 （Lawler） 讨论了”微宇宙“这种实验方法对生态学理论的检验， 认为生态学的终极目的是认识自然， 我们需要在自然系统中建立更多长期研究以了解哪种理论更好。微宇宙实验是一个有用的工具， 能够检验理论从数据应用到生物上是否有效。但是微宇宙实验是有限度的， 虽然它能够促进理论的发展， 不过， 当将理论或实验室结果外推到自然系统时， 仍然是有风险的。[8]奥登堡 （Odenbaugh） 针对某些怀疑论者认为使用瓶子实验 （bottle experiments） （作者将其定义为在受控环境中构建或维持一个种群、群落或生态系统以检验理论的预测和假定的实验） 不能检验生态学模型进行了论证， 认为如果一个模型对于自然系统是准确的， 那么对于简单系统也应该是准确的， 生态学实验是评价模型的重要一步。但是生态学实验与自然系统是不同的， 在证据提供上是有限的。[9]
对于”宏观宇宙实验“, 指的是在野外条件下采取某些措施， 获得某些生态因素的变化对生态学系统及其他因素的影响。对于一些生态过程， 可能只在大的尺度上运行， 而且， 某些大的、长期生活的生物可能具备不同于小的生物的特征， 因此， 用微宇宙去研究这样一些问题， 是不可行的。由于宏观宇宙实验是在真实的世界 （real world） 进行的， 因此， 其”真实性“是高的。但是， 必须认识到的是， 由于宏观宇宙实验直接面对自然界， 复杂性往往较高甚至很高， 因此所获得的认识往往具有不确定性， 实验的可重复性往往也是比较低的， 甚至很低。
对于”中宇宙实验“, 是在野外模式系统 （field model system） 上进行的， 允许实验单元具有更大的时空尺度， 这就与自然条件更加类似， 从而使得其自然性 （或”真实性“） 高于实验室微宇宙实验却低于宏观宇宙实验， ”可重复性“低于实验室微宇宙实验却高于宏观宇宙实验， 能够更好地实现”可重复性“与”真实性“之间的平衡。
综合上述论述， 对于生态学宇宙实验， 一个比较恰当的选择是：更多地进行野外微宇宙实验和中宇宙实验， 在”真实性“”可重复性“以及外推时的恰当性间保持平衡。
关于这点也得到坎培里 （Kampichler） 等的支持。他们以土壤的生态学研究为例加以说明。他们认为， 隔离的模型生态系统 （enclosed model ecosystems） （或者微宇宙） 在土壤生态学中已经成为一个主要的研究工具。以实验室为基础的微宇宙实验虽然可以获得快速的统计功效 （statistical power） 以及相应机理的洞见 （mechanistic insights） , 但是， 其也存在着不足：一是与野外情形相对比， 在标准的实验室微宇宙中， 空间结构和群落组成这两者都成为人工化的、低复杂性的存在， 由此， 其真实性是比较低的；二是从微宇宙的尺度放大到更大的尺度似乎是成问题的， 尺度在某些生态学微宇宙实验中异常重要。[7]271由此， 他们坚持有关土壤的生态学研究还是应该更多地走向中宇宙实验。
实际情况怎样呢？坎培里等筛选了五种土壤生态学期刊， 分别是《土壤生物学和生物化学》 （Soil Biology and Biochemistry） 、《生物学和土壤的肥性》 （Biology and Fertility of Soil） 、《应用土壤生态学》 （Applied Soil Ecology） 、《土壤生物学》 （Pedobiologia） 以及《欧洲土壤生物学杂志》 （European Journal of Soil Biology） , 调查了它们1994年-1998年间所发表的论文中生态系统模型使用的频率情况， 结果如下：在有关”土壤生态学杂志“发表的92个生态系统模型研究中， 只有19个是在野外进行的， 其他都是在实验室中进行。[7]272这表明， 土壤生态学家还是偏爱研究实验室中的生态系统模型而非野外的生态系统模型， 换言之， 他们还是偏爱生态学实验室微宇宙实验而非野外微宇宙实验或者中宇宙实验。
造成这种情况的原因如何呢？坎培里等对此做了进一步研究， 他们认为， 出现这样的偏爱的原因并不是在这些土壤生态学的研究中不需要野外模型， 即使假设野外生态系统模型对于某些土壤生态学问题并不是必要的， 实验室微宇宙还是被大大地过分考虑并表现出来了。[7]273他们通过研究发现， 造成这种偏爱的原因除了微宇宙实验规模更小， 需要更少的人力、物力和财力， 最重要的原因是实验室微宇宙实验规模更小， 实验持续时间明显比野外生态模型系统研究的实验更短。他们对比了上述92份生态学实验相关研究的持续时间， 实验室中生态系统模型研究时长在1-57周之间， 中位数是8.6周；在野外的研究时间明显更长， 从5.7-224周， 中位数是27.5周。[7]274由此， 在一个相应的时间单元内， 这些实验室微宇宙实验结果更容易获得且允许进行更多的实验， 实验研究成果也更容易发表在高影响因子的刊物上。
坎培里等的上述分析很有道理， 但是， 并没有涵盖全部。事实上， 生态学家对微宇宙实验的偏爱并非只表现在实验室微宇宙实验上， 也可以表现在野外微宇宙实验上。相比于生态学实验室微宇宙实验， 偏爱野外微宇宙实验没有什么不好， 只要不过分偏爱。不过， 如果相较于中宇宙实验， 过分偏爱野外微宇宙实验， 则就是不恰当的。其实， 对这种偏爱微宇宙实验的类似现象， 在坎培里等之前， 卡朋特 （Carpenter） 就做了批判性考察。他认为造成这一现象的原因是：为了更加方便地展开研究， 形成论文， 建构和维持微宇宙的费用可能是适宜的；微宇宙保留了大学中的职员， 管理机构希望他们这样；更为重要的是， 微宇宙有利于快速发表实验结果以达到事业发展的目标。[10]
其次， 根据笔者的分析， 上述土壤生态学家对实验室微宇宙实验而非野外微宇宙实验和中宇宙实验的偏爱， 还可能由于它们的”可重复性“较差。具体而言就是：在野外微宇宙实验和中宇宙实验中， 虽然实验结果的”真实性“更高， 但是， 其”可重复性“更差， 而且， 更重要的是， 要保证实验结果的有效性， 又必须实验结果具有统计学上的显着性， 这又增加了”可重复性“的艰难， 如此， 进行这样的实验就更难， ”重复“这样的实验就更难， 这样更加真实的实验结果的正确性就更难保证， 发表这样的实验结果也更难。出于这样的考虑， 生态学实验者仍然偏爱实验室宇宙实验而非其他， 特别是野外微宇宙实验， 就是可以理解的了。
对于上述状况， 一定要加以改善， 一定要清楚地意识到实验室微宇宙实验虽然能够更容易进行和更容易重复并更容易发表， 但是， 其”真实性“一般而言是较差的， 应该更多地依据生态学学科以及实验研究的核心问题来选择实验类型， 更多地从实验室微宇宙实验走向野外宇宙实验和中宇宙实验， 以获得”可重复性“与”真实性“之双赢。否则， 就会出现生态学实验的”可重复偏爱“和”发表偏爱“, 导致生态学实验研究的”高的‘可重复性’和低的‘真实性’“.这被劳顿 （Lawton） 称为”盲道“:”在人工的隔离的环境中作业， 来保证一个高度复现的、控制良好的人工性研究---即不会在野外出现的过程。“[11]
七、不要偏爱生态学实验的”真实性“, 损害其”可重复性“, 影响”可重复原则“的贯彻
在某些时候， 生态学实验需要随机选择实验单元， 涉及对照组， 需要进行显着性检验。显着性检验事实上是要统计”如果原假设为真， 而检验的结论却要你放弃原假设“之错误出现的概率水平。一般来说， 显着性水平越小， 出现错误的几率越低， 真实性越大， 越能够被人们所接受， 从而也越容易发表。也正因为这样， 相关”显着性检验“得到生态学实验者的普遍重视， 甚至形成”显着性偏爱“ （significant bias） .
2003年， 珍宁斯 （Jennions） 和莫勒 （Moller） 通过40个项目的”元分析“, 发现其中38% （40个项目中的15个项目） 的数据集显示”缺失“非显着性研究。而且， 他们发现， 虽然元分析项目的95%显示了统计显着性结果 （40个项目中的38个项目） , 但是在校对这些发表偏爱之后， 最初显示统计显着性结果的元分析中的15%-21%不再显着。由此， 他们警告说， 生态学中普遍存在”显着性研究偏爱“ （significant studies bias） 现象。[12]
生态学实验中”显着性偏爱“是存在一定问题的。它指的是生态学实验者为了表明实验数据统计显着性检验的有效性， 而在有意或无意间造成符合”显着性水平“的统计结果。这样的”显着性偏爱“, 表面上增加了生态学实验的”真实性“, 但是事实上却减少了生态学实验研究的”正确性“, 从而导致事实上的生态学实验的”可复现“困难；虽然它能够更容易被发表， 但是， 发表出来的显着性检验是不恰当的。
为了改善这种状况， 就需要我们识别”有关统计显着性方面的偏爱“并进一步加以改进。菲德勒等对此进行了研究。他们认为”在一个没有偏爱的文献中， 显着性研究的比例应该与已发表研究的平均统计功效大致相当。当文献中显着性研究的比例超过平均水平时， 偏爱很可能在发挥作用。发表偏爱可能会导致假阳性误差率 （false positive error rate） , 相比已经发表和被接受的假阳性率 （通常在标准的统计测试中为5%） , 远远超出了预期， 并且可能导致对统计功效 （statistical power） 量的高估。“[4]283-284他们计算了已经发表的研究样本的平均统计功效 （如所有在指定期刊上发表的每12个月期限内的文章） 和在同一样本中统计显着性研究的比例， 以一种更直接、更引人注目的方式展现统计显着性”发表偏爱“, [4]287具体见表1.
在此基础上， 菲德勒将法内利 （Fanelli） 的研究结果与表1中的数据比较， 发现法内利的研究结果---”正面“结果 （”positive“results） 在发表的环境学或生态学文献中， 所占比例是74%;在植物和动物科学的相关领域， 预估比例与其相似 （78%） , [15-16]远高于表5-3中所展现的这些领域的预期的中等尺度的最高平均统计功效40%-47%, 出现超出实际统计显着性和比预期更高的误检率的情况。由此他得出结论， 法内利研究所得出的”出于偏爱正面结果而导致统计显着性增加“的结论是成立的， 在生态学实验中是存在统计显着性偏爱的。
菲德勒等量化”统计显着性偏爱“的做法， 值得我们借鉴， 这对于我们了解当前生态学实验统计显着性研究状况及其合法性， 具有重要价值。
八、不要嫌弃生态学实验的”负面“结果， 进而不贯彻”可重复原则“, 对此”重复“
获得”正面“结果是所有科学研究者的追求。这点在生态学实验研究者中也不例外， 因为一旦实验者获得了”正面“结果， 就意味着相应研究与其他研究者的研究相一致， 或者已经被其他研究者按照”可重复原则“进行了”重复“, 或者虽然没有”重复“, 但是， 能够得到其他研究者更大范围和更大程度的承认， 其正确性有了更大保证， 也更容易发表。如此， 某些生态学实验者有意或无意间就更加偏爱”正面“结果。这点得到法内利 （Fanelli） 研究结果的支持[15-16].
相反地， 一旦得到”负面“结果 （”negative“results） , 往往表示这样的研究结果与公认的其他研究者的研究结果不相符合， 甚至不能经验地支持流行理论和数据的研究， 也就不会被其他研究者接受， 更不会被其他研究者按照实验的”可重复原则“加以”重复“检验， 因而， 也就很难发表。这样一来， 在经历多次投稿和退稿后， 那些包含”负面“结果的论文很可能会被丢在一旁。这也使得生态学家相信， 发表那些”正面“结果与他人进行交流并推广， 要比竭力发表那些可能真实但不受待见的”负面“结果更容易也更可取。对”正面“结果的偏爱是与对”负面“结果嫌弃紧密关联在一起的。
事实上， 上述做法是不可取的。生态学研究对象是复杂的， 对生态学研究对象进行实验也是复杂的， 一种普遍性的、放之生态学乃至科学领域都成立的认识是不常见的， 得到与所谓的”正面“结果相违背的”负面“结果， 是经常的、情理之中的， 甚至是真实的。如果一味肯定”正面“结果而拒斥”负面“结果， 甚至不分青红皂白不予投稿或发表， 那么， 表面上是对生态学实验的”可重复性“以及”真实性“的坚持， 事实上增加了相关认识的错误， 从而实际上导致”可重复“的艰难甚至不可行。这对生态学实验的”可重复原则“以及”真实性“都是一个损害。
鉴此， 就要改变对待”负面“结果的态度， 从研究者、审稿人以及期刊编辑着手加以改进。对于研究者， 如果得出”负面“结果， 就要分析其原因， 明确”负面“结果和与此相对的”正面“结果之间有什么不同， 创造条件进行”可重复“检验， 详细地说明和论证， 以明确其是否成立并投稿；对于审稿人和期刊编辑， 一旦遇到”负面“结果的论文， 不要一棍子打死， 而要深入研讨， 明确该论文中”负面“结果的得出是否合理， 是否得到”可重复“检验， 是否有意义， 等等， 然后再决定是否同意发表该论文。施纳泽和卡森 （Carson） 就建议， 如果研究使用适当的实验设计， 并且达到与之前影响较大的研究一致的复现水平， 那么， 生态学会， 如美国和英国的生态学会， 应当在一个新的”负面“结果的部分， 鼓励将”负面“结果提交到他们的开放获取在线期刊 （open-access online journals） 中。[6]99
九、结论及讨论
生态学实验与传统科学实验不同， 从而导致其”可重复原则“的应用策略也不同。
（1） 生态学实验”可重复原则“的应用并非普遍适用， 主要是因为其研究对象具有复杂性、有机整体性和不确定性等特征。在许多情况下， 这不可避免， 应该理性对待， 不可盲目行动， 把”不可重复的“生态学实验变为”可重复的“生态学实验， 或者强行提高生态学实验的”可重复性“而损害生态学实验的”真实性“.对于人为造成的”不可重复的“生态学实验， 应该分析原因并加以改善。
（2） ”不可重复的“生态学实验， 可以按照不同于原先的”可重复原则“”重复“.具体而言就是：对于那些”不可重现的“生态学实验， 可以采取”可再现原则“或者”可复现原则“尝试”再现“或”复现“;对于那些”不可再现的“生态学实验， 可以采取”可重现原则“或者”可复现原则“尝试”重现“或”复现“;对于那些”不可复现的“生态学实验， 可以采取”可重现原则“或者”可再现原则“尝试”重现“或”再现“.不过， 必须注意， 这样的三种”可重复原则“之间的互换不是经常的、容易的， 要视具体情况具体分析确定。
（3） 对于某些”可重复的“生态学实验， 如难以”重复“或者花费巨大， 不一定要按照”可重复原则“”重复“, 可以选择替代方案：一是将有限的资源 （人力、物力、财力） 用于对照实验， 以获得新的创见以及对相对照的两组实验 （含原初实验） 的综合评价；二是努力发现”自然重现“, 以”自然实验“”重现“的方式对原初实验的”可重复性“加以检验和评价。
（4） 与生态学野外实验相比， 生态学实验室实验的”精确性“较高、”可重复性“较大；与生态学中宇宙实验和宏观宇宙实验相比， 生态学微宇宙实验的”精确性“较高、”可重复性“较大；与生态学野外微宇宙实验相比， 生态学实验室微宇宙实验的”精确性较高“、”可重复性“较大。出于对生态学实验花费以及实验时间等的考虑， 更出于对生态学实验”可重复性“的偏爱---因为一旦”可重复性“ （尤其是”可重现性“和”可再现性“） 保证了， 实验的”真实性“也就有了一定保证， 也就更容易发表， 生态学研究者往往更倾向于生态学实验室实验， 倾向于进一步的生态学微宇宙实验以及更进一步的生态学实验室微宇宙实验， 从而影响到相应实验的”真实性“.对于生态学实验者来说， 应该杜绝”可重复性“偏爱， 在”可重复性“与”真实性“间加以权衡。
（5） 在许多生态学实验过程中， 为了表明样本取样等的”恰当性“, 必须进行显着性检验， 以保证”真实性“.这本身无可厚非， 应该坚持。但是， 在具体的生态学实验过程中， 某些实验者存在”显着性偏爱“, 而导致”统计显着性“增加。这是有欠缺的：从统计数据看， 这似乎更客观和真实， 事实上， 会导致”真实性“的偏离以及实验”可复现性“的降低， 影响到”可重复原则“的贯彻。如此， 就必须对”显着性检验“进行评价， 量化”统计显着性偏爱“, 以达到纠正这一不当行为的目的。
（6） 一般而言， 对于科学实验的”正面“结果， 应该坚持， 对于其”负面“结果， 应该嫌弃或拒绝。不过， 这点在生态学实验中并不一定适用， 因为自然界中的生物、环境以及两者之间的关系， 具有异质性、复杂性以及”尺度效应“等， 由此导致生态学实验的结果往往与前面所做实验的结果不同， 出现”异常“, 呈现”负面“结果的状态。事实上， 这样的”负面“结果， 有时是恰当的、真实的， 应该加以认真审视， 并按照”可重复原则“等， 给予进一步的评价， 评价合格后， 可以而且应该在相关刊物发表。
总之， 生态学实验的”可重复原则“的应用与传统科学是不一样的。在传统科学那里， ”不可重复的“或者低”可重复性“的实验是很少的， 因此， ”可重复原则“的应用是普遍的， 而在生态学这里， ”不可重复的“或者低”可重复性“的实验较多甚至很多， 因此， ”可重复原则“的应用就不像传统科学那样普遍， 能重复的重复， 不能重复的还真不能重复；在传统科学那里， 实验的”可重复性“常常是很高的， 按照同样的”可重复原则“进行”重复“实验， 是普遍的策略， 而在生态学这里， 实验的”可重复性“往往是比较低的， 鉴此， 应该可以按照不同的”可重复原则“进行”重复“, 甚至通过”自然实验“加以”重复“;在传统科学那里， 实验的”可重复性“与”真实性“一般成正比， 因此， 提高”可重复性“与提高”真实性“成了同一事物的不同方面， 但是， 在生态学这里， 实验的”可重复性“与”真实性“一般成反比， 由此， 选择合适的实验类型， 客观对待”显着性水平“以及”负面“结果， 权衡实验的”可重复性“与”真实性“, 就成为必需。
表面看来， 本文所言的”生态学实验‘可重复原则’应用策略“, 是对科学实验”可重复原则“的弱化， 但是， 事实上是对这一原则在生态学实验中的应用的强化。它没有否定科学实验的”可重复原则“, 更没有否定这一原则在生态学实验中的应用， 而是为了更好地在生态学实验中贯彻这一原则。至于贯彻这一原则所采取的策略， 对于生态学实验实践有什么样的价值和意义， 当另文深入阐述。
参考文献
[1]肖显静。生态学实验”可重复“困难的原因及对策[J].科技导报， 2018, 36 （6） :8-16.
[2]BEGLEY C G.Six red flags for suspect work[J].Nature, 2013, 497:433-434.
[3]STEWARD O.A rhumba of”R's“:replication, reproducibility, rigor, robustness:what does a failure to replicate mean?[J].Eneuro, 2016, 3 （4） :1-4.
[4]FIDLER F, CHEE Y E, WINTLE B C, et al.Metaresearch for evaluating reproducibility in ecology and evolution[J].Bioscience, 2017, 67 （3） :282-289.
[5]SILBERZAHN R, UHLMANN E L.Crowdsourced research:many hands make tight work[J].Nature, 2015, 526:189-191.
[6]SCHNITZER S A, CARSON W P.Would ecology fail the repeatability test?[J].Bioscience, 2016, 66 （2） :98-99.
[7]KAMPICHLER C, BRUCKNER A, KANDELER E.Use of enclosed model ecosystems in soil ecology:a bias towards laboratory research[J].Soil biology&biochemistry, 2001, 33:265-273.
[8]SHARON P, LAWLER.Ecology in a bottle:using microcosms to test theory[C]∥RESETARITS W J, BERNARDO J.Experimental ecology:issues and perspectives.Oxford:Oxford University Press, 1998.
[9]ODENBAUGH J.Message in the bottle:the constraints of experimentation on model building[J].Philosophy of science, 2006, 73 （5） :720-729.
[10]CARPENTER S R.Microcosm experiments have limited relevance for community and ecosystem ecology[J].Ecology, 1996, 77:677-680.
[11]LAWTON J H.Size matters[J].Oikos, 1999, 85:19-21.
[12]JENNIONS M D, MOLLER A P.A survey of the statistical power of research in behavioral ecology and animal behavior[J].Behavioral ecology, 2003, 14 （3） :438-445.
[13]PARRIS K M, MCCRARTHY M A.Identifying effects of toe clipping onanuran return rates:the importance of statistical power[J].Amphibia-reptilia, 2011, 22 （3） :275-289.
[14]SMITH D R, HARDY I C W, GAMMELL M P.Power rangers:no improvement in the statistical power of analyses published in animal behavior[J].Animal behaviour, 2011, 81 （1） :347-352.
[15]FANELLI D.”Positive“results increase down the hierarchy of the sciences[J].PLo S one, 2010, 5 （4） :1-10.
[16]FANELLI D.Negative results are disappearing from most disciplines and countries[J].Scientometrics, 2012, 90:891-904.
