我們常常把科學等同於真理，把科學家發表的科學論文作為重要的科技成果和科技進展。那麼科學研究得到的結果、得出的結論是否一定正確呢？我們該如何對待科學研究呢？下面我們將以水域生態學研究為例談談我們對這一問題的看法，歡迎大家一起來討論。
1引 言
作為一名科技工作者，既感到科學研究的重要，因為科學研究往往可以為決策和管理部門提供重要的依據，同時也深感責任的重大，因為只有正確可靠的研究結果，才能使我們為管理部門提供的依據不會出現問題，從而使他們依此作出的決策能朝著人們期待的正確方向發展，否則就可能使決策引入歧途，輕則可能造成巨大的經濟損失，重則引起巨大的社會問題。當然，不但作為科技工作者對待科學應嚴謹和充滿責任感，社會大眾對待科學也應有一個正確的態度，即既不能藐視科學和科學研究，認為那些只是不切實際、紙上談兵的東西，輕視其重要性；同時也不能認為只要是科研部門提供的結果、發表的論文就是千真萬確的真理。且不說科學研究中那些造假者的刻意偽造、編造，即使嚴謹的學者，在科學研究中也常常會由於受到科學研究本身的局限（實驗條件、研究經驗、知識結構和主觀判斷等），使結果出現偏差。今天，我們就和大家一起來談談科學研究中存在的這些不足，並就這些不足談談我們認為應取的態度。當然我主要就我所熟悉的水域生態學研究來談談這方面的問題。
水域生態學是研究池沼、河流、湖庫和海洋等各種水域生態系統的結構、功能和各種生態過程的生態學分支學科。雖然它與陸地生態學的基本理論有著很多相似和相通之處，但由於水域生態系統相比於陸地生態系統而言差別和特點也顯而易見，且水域生態系統更面臨著許多與陸地生態系統不同的生態問題，這就賦予了水域生態學獨特的內涵、魅力和獨特的研究任務。我國從事水域生態學研究的學者眾多，也取得了許多豐碩的研究成果，既為我們學習了解水域生態學和水域生態系統提供了極其豐富的知識、經驗和案例，這些成功的經驗和榜樣，又進一步吸引和鼓舞了更多的年輕學者們去從事水域生態學的研究，從而必將推動我國水域生態學研究的更好發展。
然而，我們在審稿、閱讀各種文獻過程中也注意到，由於受不同學者的研究經費、試驗條件等的限制，或者由於受其研究精力、經驗和主觀認識等等的局限，也可以發現一些研究中的漏洞或不足，在此我們拋磚引玉，列舉出其中的一些不足，以便引起從事水域生態學研究的研究生們多思考，以更好地完善自己的研究。值得指出的是，我們所列舉的研究案例中有一些是從發表的文獻中查找的，如果碰巧引用到了您的研究，我們絕沒有貶低您研究之意，因為其實我們每個人都會出錯，甚至我們本文的觀點本身就可能是錯誤的，我們自己的研究也經常存在著這樣那樣的不足和錯誤，也歡迎廣大朋友們給我們指出來，甚至本文的很多觀點本身就可能是不正確的，我們也懇請大家的批評指正。
科學研究中的「瞎子摸象」現象
（水域）生態學研究也和其他科學研究一樣，我們每開展一個研究，都會受到經費、場地或實驗條件等的限制，也會受到研究經驗、認識、判斷或精力不足的影響，以及由此造成的實驗設計、選取的研究方法上的局限或偏差，並直接造成實驗結果以及對結果解讀的偏差甚至謬誤。因此，科學研究中的偏差和錯誤是非常常見或不可避免的。這就要求我們在開展研究時既要認真負責、又儘可能考慮周全，以儘量減少因為我們主觀認識不足造成的限制，在解讀研究結果時必須要慎之又慎，絕不可無限放大我們研究結果的應用範圍。在沒有得到足夠的驗證之前，千萬不要認為自己的研究就代表了「真理」。在此我們通過一些具體的事例來詳細說明水域生態學研究中可能經常會出現的一些缺陷或不足。
科學研究中的第一種常見不足就是所謂的「瞎子摸象」現象（也即以偏概全型不足）。
瞎子摸象的故事人盡皆知。實際上，我們的科學研究何嘗不是在「瞎子摸象」呢？那麼既然「瞎子摸象」鬧出了笑話，是否說我們科學研究也沒有價值或必要了呢？當然不是。我們說科學研究像「瞎子摸象」，會犯這一類的錯誤，就是要時時提醒我們自己，在科學研究時，要事先了解科學研究中存在著這樣的局限，就要儘量減少由此造成的認識局限，不要誇大我們的研究結果。也就是說，我們知道了所摸到的部位只是大象的大腿，我們就不要說整個大象就是像個柱子了，而是說大象的某個地方好像是柱子狀的。得出這樣的結論，就不會與其他「瞎子」（研究）相排斥，也便於接納類似研究中的不同結果。
在我們開展水域生態學研究時，瞎子摸象型的問題，又可以分成這樣幾類：
1.1 採樣過程中的瞎子摸象現象
採樣是科學研究中最基礎的環節。我們在研究水環境或水生態系統時，不可能對整個水體作出研究，而通常都是通過採集水樣進行水質測定或水生生物的觀察去研究。你可能覺得，這有什麼難的，我們早已有了各種水域生態學/水生生物學的調查規範或標準，只要按照這些規範做就可以了。然而，正是這第一步採樣點的設置，就可能足以影響到我們的研究結果與真實情況之間的偏離度了。採樣點的數量、一個採樣點上分層採集的間隔設置等等，雖然都可能在規範中找到相應的規定或建議，但這些規定或建議是否能保證我們的結果呢？很遺憾，答案是否定的。且不說這些規範本身是否「科學」，即使是最權威的規範，也仍不能保證據此所作的研究就是正確的，這是因為，各種水體的類型非常多樣，其水文、生態特點各不相同。規範對水體的差異的考慮是很難窮盡的，只有經驗豐富，才能彌補規範中的不足；同時，我們在研究過程中也切不可只認規範而不顧實際，而要從採樣和研究的原理和對現場的充分認識上進行具體分析，才能確保研究結果的更「科學合理」。就拿採樣來說吧，就有分層採樣和混合水樣採集兩種不同的處理方法。兩種方法的代表性差別很大。即使都採用分層採樣，也仍有分幾個水層採樣的問題，以及不同水層如何整合成為水柱的問題。即使設置的水層也一樣，也仍會因為採水器而不同。目前，我國各科研單位的採水器，大多採用了如下圖所示的有機玻璃採水器。
然而儘管該採水器被廣泛採用，但實踐證明，該採水器的水交換較差，因此即使你設置的採樣水層非常合理，但採水器仍會使所得的結果不能真正代表你所採集的水層。由於該採水器的使用是如此普遍，不難想像，我們採集水樣的代表性離真正的要求有多遠。當然，我今天想講的當然不是儀器本身的問題，而是採樣點不合理造成的瞎子摸象現象。但像這個採水器水交換差以至於不能採集到所期待水層的水樣，其所造成的問題，其實質也可歸納在這一類的局限中。
除了主觀上的問題，客觀上，很多生物的分布並非隨機或均勻，而是成群分布，但目前我們的採樣並沒有考慮這些因素。如在採集浮遊動物水樣時，我們都以某（幾）個採樣點採集的水樣去代表整個水體的浮遊動物數量/密度/生物量。然而，你只要稍加觀察就知道，浮遊動物在水體中的分布並非是均勻或隨機分布的，如果我們採集到的是集群處的浮遊動物，得到的結果就會偏大，相反，如果採集到的是非集群處的，結果就又偏低。不但水平方向如此，浮遊動物還有垂直的分布，我們的採樣點往往也不能涵蓋整個水柱，因此我們的研究過程會存在很多的誤差，這些誤差的大小，與我們的實驗設計會有很大的關係，在現有條件下如何才能減少這些誤差，仍需要我們不斷去思考的。
1.2. 選擇性瞎子摸象或忽略型瞎子摸象
除了這些最基本的採樣偏差外，即使是一些非常經典或權威的研究，細究起來，也可能因為選擇上的問題而使結果出現偏差。眾所周知，任何實際中的生態問題，都是同時受很多生態因素共同作用的，在我們還不了解各種因素的作用貢獻大小之前，就只選擇其中的一組關係加以研究，那麼可想而知，其結果必然會有偏差。例如，研究水體中的葉綠素a含量及其變動，對於了解水體的初級生產力和水質變動趨勢或規律都非常重要；而影響葉綠素a變動的因素非常多，如營養鹽（特別是氮、磷、矽等）、水溫、光照、流速、食物鏈等。但在實際研究中，我們經常看到的卻是圖2這樣的研究，這是大家都非常熟悉、被廣為引用或參考的一個經典研究——葉綠素a與總磷的關係。自從Sakamoto（1966）開始研究春季總磷濃度對夏季葉綠素a的影響以後不斷被學者們效仿。而正是因為有了大量效仿的研究，人們才發現了葉綠素a與總磷其實並非如最初的研究那樣是對數或半對數線性相關的，還有呈」S「或其他關係的（Watson, McCauley and Downing, 1992；van Niewenhuyse and Jones, 1996），甚至兩者並不相關的（圖3）。
圖2 Sakamoto研究的夏季葉綠素a含量與春季磷含量的相關性（Dillon and Rigler, 1974）
理論上，大家都知道，水體中浮遊植物的數量，既受水體中的營養鹽負荷的影響，也受水體中的其他環境因素如水流、水溫和光照等影響；而更受食物鏈特別是藻食生物種類、數量（牧食壓力）的影響。因此，葉綠素a與總磷之間的關係僅僅是這些眾多相互作用中的一個方面。忽略環境中其他因素對藻類的影響，僅僅研究營養鹽特別是總磷對其影響，顯然是不夠的，尤其在我國的湖庫生態系統中，不但其營養鹽的輸入受到人為因素的強烈影響，而且還存在大量人工放養的鰱鱅等牧食者，在此背景下，僅僅研究藻類與營養鹽的關係，顯然不可能得到正確的結論。其實更為重要的是，我們所測得的葉綠素a含量，往往僅代表了藻類的現存量，而並非是生產量，總磷與藻類的關係，其實更應是磷負荷與藻類生產量的關係。若僅僅考慮其生物量，那麼也要選擇合適時間點上的營養鹽與相應的葉綠素a的關係才可能在某種條件下反映兩者的動態關係。但顯然，我們在閱讀相關文獻時，大家都可以看到不同學者對於所研究的時間並沒有太多的考慮，因而有選擇春季磷與夏季藻類關係的，也有選擇同一時間段內總磷與藻類關係的，而沒有認真地思考兩者之間真正的內在關係。
圖3 溫帶溪流中葉綠素a與總磷的關係（van Nieuwenhuyse and Jones, 1996）
之所以要在此提出這樣的研究的不足，是因為這種研究既經典、權威而廣為參考，而又往往會給人誤導：以為只要研究營養鹽與藻類的關係就可以了解藻類數量的真正變動規律了。其後果就是導致很多研究者把水體中藍藻水華的暴發，僅僅歸結為水體中的上行效應一樣（參見第202次香山會議）。我國的很多權威專家或者主流觀點都把藍藻水華的暴發歸結為水體富營養化的結果、標誌或表徵，在多個權威著作中甚至有這樣的表述：富營養化……嚴重時會爆發藍藻水華。換言之，暴發藍藻水華是富營養化嚴重時才有的結果。這顯然與很多事實並不相符。如果是這樣的話，從圖3、圖4可知，太湖的藍藻水華就不應在2007年、千島湖的藍藻水華就不應在1998-1999年暴發了。
圖3 太湖歷年的總氮、總磷含量（Paerl et al., 2011)
圖4 千島湖歷年總氮、總磷（1998-1999年暴發藍藻水華）（左煥春等，2003）
這樣的例子是舉不勝舉的。我們在科學研究中，往往只關注我們期待中的某個單一生態因子對事物的影響，但在現實中，事物受到的影響並非只限於我們所實驗的因子，往往是多種因素交織在一起，共同影響著事物的發展。也許你認為我們做的控制實驗，不是把其他因子都控制在相同的水平/條件上了嗎？且不說是否我們真的能把所有其他因素都能控制在同一條件上，即使我們真的做到了，那麼得出的結論是否真的外推到實際場景中呢？答案也是顯而易見的。這也是為什麼我們對各種控制實驗的解讀和外推要慎之又慎的重要原因。在有多種因素作用的背景下我們僅挑選其中的一種因素去分析，然後得出結論說，該因素影響了某某過程，這樣的結論顯然是站不住腳的，就像我們中學學物理時大家都知道的，明明某個物體受很多力的作用，其合力才是物體運動的方向，但我們硬要說其中某個力是主要的影響因子，其結果不可能是正確的一樣的道理。
在研究因素的選擇上，在我們日常開展的湖泊浮遊生物生態學研究中最常缺乏考慮的因素至少還有這樣兩個方面：湖泊中的超微浮遊植物（即顯微鏡觀察不到的部分）和水動力學對藻類的影響等。
（未完待續）
△內容來源：指點米津，作者：LiuQ，圖片來自網絡，版權歸原作者所有，如有侵權，請聯繫我們刪文
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