(壹)非平衡非線性理論的要點
(1)壹個開放系統(無論是機械的、物理的、化學的還是生物的)處於遠離平衡態的非線性區域。壹旦系統的某個參數變化到某個閾值，就可以通過漲落系統發生突變，即非平衡相變，從原來的無序混沌狀態變為時間、空間、功能有序的新狀態。這種有序的狀態只有通過不斷與外界交換能量和物質才能維持，它會保持壹定的穩定性，不會因為外界的小擾動而消失。Prigogine把這種遠離平衡耗散結構的非線性區域所形成的新的穩定有序結構稱為。這種系統能夠自行產生的組織性和連貫性稱為自組織現象。因此，耗散結構理論也可以稱為自組織理論。耗散結構不同於平衡系統的有序穩定結構。平衡有序結構是壹種微觀有序結構，如石鹽晶體，可以被壓碎到微小的尺度。耗散結構是壹種可以清晰觀察到的宏觀結構。平衡有序的結構不隨時間和空間變化，不需要外界的物質和能量補充，所以在孤立的系統中能保持穩定。耗散結構是壹種動態秩序，需要不斷地與外界交換物質和能量，使這種動態變化有規律地、周期性地變化。
(2)系統從平衡無序到遠離平衡有序結構的演化可以用“序參量”來度量。當系統完全無序時，序參量為0；隨著外界條件的變化，序參量也在逐漸變化。當接近臨界點時，序參量迅速增加。最後，在臨界區，序參量突然變化到最大值，這意味著宏觀有序結構的出現。協同學的中心思想是將系統分成若幹個子系統，認為這些子系統中只有少數幾個控制系統的演化，並賦予其序參量的概念。在外界物質、能量和信息的作用下，這些序參量具有非線性相互作用的協同效應。
(3)如果系統的初始狀態是穩定的，那麽在不斷變化的控制因子的作用下，系統的狀態會不斷變化。當控制因素變化到壹定值(臨界值)時，狀態也會達到穩定狀態和不穩定狀態的分界點(臨界點)。此時，雖然控制因素不會再發生變化，但由於系統中不可避免的隨機波動，系統的狀態仍會迅速離開臨界點，並向另壹個新的穩定狀態飛躍變化。這就是突變理論的定性解釋。它揭示了相變如何依賴於條件的變化。如果相變的中間過渡態不穩定，則相變過程是突變的；如果中間過渡狀態是穩定的，則相變是漸進的。自然界中的許多現象，如常壓沸騰、巖石破裂、地震、流行病爆發、生物滅絕、基因突變、社會變遷、經濟危機等，都可以用非連續突變理論來解釋。自然界的其他現象，如蒸發、機械風化、溶解、板塊運動、社會變遷、經濟復蘇和生物進化，都是持續變化的例子。
(4)遠離平衡態的有序系統，當進壹步遠離平衡態時，系統可以從有序態演化到混沌態。亂不亂。混沌來源於有序，它是無序中的有序，宏觀上是不規則的，但微觀上還是有有序的結構。混沌是平衡狀態下的無序狀態，定義在分子運動層面，宏觀上沒有壹致行動。混沌理論告訴我們，自然系統的演化方向是多種多樣的，從無序到有序，從有序到無序，從有序到混沌。這些進化構成了自然界的復雜性。
(二)非平衡非線性理論方法和思維方式
關於制度和環境。
非平衡非線性理論是基於壹個遠離平衡的開放系統。這本書研究了硒在自然界(巖石、土壤、水、大氣、糧食)中的存在狀態及其與人體健康的關系，所以對於人類系統來說，自然就是它的存在環境。硒是環境輸入的變量，也稱為系統的控制變量，人體硒狀態(也稱為狀態參數)是系統的輸出變量。同樣，糧食可以看作壹個系統，以土壤、水和空氣為其環境，以硒為來自環境的輸入變量(或系統的控制變量)，以植物體內有機和無機硒的數量和狀態為其輸出變量(狀態參數)。同樣，土壤系統、巖石系統、水系統及其環境系統也可以建立起來。
可見，硒作為壹個環境變量，影響著系統的硒態水平，環境是相對系統存在的。比如糧食可以作為人體的環境，但也可以作為壹個體系存在於其他環境物質中。我們把土壤、水、大氣、植物、動物、人看作壹個整體，即地球表層系統，它是相對於太陽系和地球深部環境而存在的。顯然，地球的表生系統是壹個非常復雜和龐大的開放系統，用傳統的方法研究這個系統的結構和演化是非常困難的。
該系統由相互關聯和相互作用的部分組成。每個組件也可以視為壹個子系統。例如，人體由器官、組織、細胞、分子和原子組成。肌肉、骨骼、血液等器官組織可以認為是高級子系統，細胞是二級子系統，分子、原子依次是低級子系統。這些子系統通過壹定的組織形式相互聯系、相互作用。硒分布在這些子系統(或元素)中，參與系統的進化。同時，硒作為控制變量，可能會改變某些子系統的狀態參數，影響整個系統的結構狀態。土壤和植物中的硒可以用類似的方法處理，但這不是本書的重點。
2.硒在系統中的狀態分布
硒在人體系統中的結構狀態可以看作是糧食、土壤、空氣和水環境中硒輸入變量與其他控制變量(如人體消化吸收功能、代謝功能、年齡和健康狀況、食物中的拮抗元素等)相互作用的結果。).人體內硒的高低，以及各子系統內硒狀態與系統間硒的協同關系，是人體系統輸出變量對輸入控制變量的反饋。人體從食物中消化吸收和各子系統協調分配儲存硒的過程是壹個非平衡的非線性協同過程。它需要消耗壹些能量來實現。植物(谷物)系統的硒狀況也可以看作是硒輸入變量與其他控制變量(如土壤pH、Eh、粒度、拮抗元素、天氣、溫度、降雨量、植物吸收功能和代謝功能等)相互作用的結果。)在土壤、空氣和水環境中。植物(谷物)高硒，低硒，各器官的硒狀況是植物(谷物)輸出變量對輸入控制變量的反饋。植物對硒在各器官中的吸收、轉化、運輸和儲存是壹個非平衡的非線性協同過程，需要消耗壹定的能量才能實現。在土壤系統中，風化、淋溶、氧化還原和腐殖化也是非平衡的非線性函數。在溫度、氧逸度、pH、Eh、微生物等環境變量的影響下，礦物中的硒發生壹系列化學反應(非線性效應)，生成壹些新的穩定硒(壹種新的有序結構)。如各種價態的無機硒、可交換硒和有機硒。它們決定了土壤中高硒或低硒的狀態特征。這種非線性作用(化學反應)是壹個不可逆過程，是在耗散壹定熱能和化學能的條件下實現的，所以新有序硒在這種環境條件下是穩定的。可見，硒在地球表層系統的土壤、空氣、水、植物和人體系統中的狀態分布，實際上是壹種耗散系統能量的時間、空間和功能的有序結構。
事實上，地球表生系統中能量的轉移和硒的循環也是壹個非線性、不可逆的過程。系統從環境中吸收硒，絕不是簡單的算術線性加法過程。這個過程需要能量，是壹個非線性的動作。巖石硒通過風化和腐殖化轉化為土壤硒，植物從土壤中吸收硒，人從食物中吸收硒。這些過程都是系統地從環境中獲取物質的非線性過程，即耗散過程。植物選擇性地從土壤中吸收硒，即土壤植物的硒轉運過程，因為植物系統中各子系統(或序列參數)之間的高度協同關系使系統處於有序穩定的狀態(生命過程)。這種狀態需要硒在土壤中不斷耗散才能維持。人體吸收食物中的所有硒，但實際上，人體只吸收其中的壹部分，以維持生命活動的高度協同和非線性過程。可見，硒在地球表生系統中的循環流動實際上是受非線性作用控制的，是壹個不可逆過程(圖1-6)。不僅硒從巖石到土壤到植物到人的大循環不可逆，而且硒從土壤到植物到空氣、土壤到植物到人的小循環也不可逆。這是因為硒的數量和狀態在循環過程中發生了變化。比如土壤硒進入植物體內後，壹部分被蒸發，壹部分變成有機硒分布在各器官中維持新陳代謝等生命活動。植物硒回歸土壤，需要通過降價，由有機硒變為無機硒。顯然，這是兩個不同的過程。從土壤到植物再到人類也有類似的循環。
3.硒與系統進化
當外界環境作用於系統，系統狀態參數發生變化時，子系統的獨立運動能量和它們之間的協同運動能量也發生變化。當狀態參數達到臨界值(閾值)時，獨立運動和協同運動也處於臨界狀態，局部子系統之間的各種耦合相當活躍，波動比較大。隨機漲落代表了系統可能的發展方向，將系統推向新的結構狀態。但是對於壹個復雜的系統，有很多參數。在臨界點附近，大部分參數阻尼大，衰減快，對整個系統過程影響不大。只有壹個或幾個參數(序參數)不受此影響，控制系統的演化過程。
硒作為環境的輸入變量(或系統控制變量)作用於系統，通過協同(或非線性)作用，使系統狀態變量達到穩定有序的狀態。從系統本身來看，它從環境中吸收硒，目的是保持穩定有序的結構不變。因此，當環境硒不能保證系統維持穩定有序的結構時，硒被認為是系統狀態變化的原因。但正是因為系統的進化是由壹個或幾個主要的狀態參數(或序列參數)決定的，有時它們的協同作用不受硒變量的影響，或者系統的輸出硒(即系統對硒輸入變量的反應)對環境輸入硒沒有影響，所以硒不能視為系統進化的原因。因此，環境硒與系統演化關系的關鍵是闡明環境硒對系統中硒態分布的影響；②系統中的硒是否影響系統結構的穩定有序？例如，健康的人體是壹個高度協調有序的結構。如果壹個子系統因硒而改變了其有序的結構狀態，與其他子系統的協調關系紊亂，阻礙了系統的正常運行，人體就會患病。這個時候硒就是人體系統狀態改變的原因。
4.系統的穩定性和突變性
系統的反饋(輸出)反映了系統的功能和行為。如果輸出(反饋)符合我們對系統的要求，則認為系統的目的已經達到；如果輸出結果與目的存在目標差異，這種差異稱為正反饋，反之則為負反饋。正反饋顯示系統的功能和行為已經超出了我們的目標，與目標的差異越來越大。適當的正反饋可以放大信號，形成系統的漲落和巨漲落。如果這個目標差值越來越大，系統的穩定性就會被破壞。例如，人體和植物需要適量的水、糖、脂肪、蛋白質和礦物質(包括硒)，以維持正常的生命活動。它們在體內都占有壹定的比例。如果超過這個比例，機體有壹個復雜的反饋調節系統來協調它們之間的關系，使機體的目標差保持在允許的範圍內，機體保持穩定。但如果差值增大到超過身體調節系統的允許量，或者身體的調節(系統)失靈，系統穩態混亂，人就會生病。硒中毒、砷中毒、汞中毒可能與這種系統反饋機制有關。在這裏，人體自身的控制(調節)系統(如代謝系統、免疫系統、抗病毒系統等。)都很重要，可以在壹定範圍內削弱輸出信號，抑制輸入變量的作用。這可能就是高硒中毒環境下，有的人生病，有的人不生病的原因。因此，預防硒中毒，壹方面要盡量降低環境硒容量，改善高硒環境；另壹方面，要加強抗硒中毒的控制系統，以抑制高硒對機體穩定性的破壞作用。克山病、癌癥等其他疾病其實也可以用這個結論來解釋。
系統穩定性的破壞通常以突變的形式出現。在分子生物學中，基因和基因表達是壹個高度協調的不平衡和有序的結構。基因突變可以激活致病基因或失去抑制疾病的基因，會導致DNA堿基排列順序的改變，破壞有序結構，發生疾病。這在食管癌的病因學分析中得出了初步結論。食管癌區壹系列隨機阻斷實驗表明，硒作為抑癌劑確定其功能。其作用是防止基因突變的幹擾因素(亞硝胺)的產生及其對DNA分子排列順序的破壞。很明顯，人體內硒的缺乏意味著缺少壹種抑制基因突變的因子。所以缺硒不是基因突變的原因，只是缺乏抑制基因突變的條件。
我們知道，人的疾病是高度協調的、穩定的、有序的轉變為無序的結果，而這種轉變是突變的。但這壹切都發生在個人身上。它是人體系統中平衡與非平衡、有序與無序、穩定與不穩定的矛盾。從系統論的觀點來看，以人為標誌的地方病和流行病的爆發，應該看作是從壹個種群的穩定狀態突然轉變為另壹個種群的穩定狀態。而這種突變很可能是外界因素誘發的。例如，根據1966至今的統計，湖北恩施人的硒含量始終處於高硒臨界狀態，但人體內並未發生硒中毒。但1959 ~ 1963發生了嚴重幹旱，卻發生了該地區歷史上最大的硒中毒疫情。這顯然是典型的系統突變事件。
克山病的爆發可能也適合這種突變模式。但目前，我們並不完全清楚導致系統突變的幹擾因素。缺硒是壹個長期因素。顯然不適合幹擾條件。此外，克山病分布範圍廣，跨越我國不同的氣候帶和土壤分布區。不同地區發病人群不同，爆發時間(年周期和季節)也不同。特別是這種疾病的爆發不同於傳染病的爆發，它沒有傳染源和傳播途徑。這些都增加了研究爆發突變的幹擾因素的難度。但從疫情特點來看，以急性或亞急性為主，來勢兇猛，明顯具有系統性突變的特點。
以上，我們利用系統的非平衡非線性理論，初步分析了硒在地球和人體表層系統中的壹些特征和規律。非平衡非線性理論有非常廣泛的實驗基礎和嚴格的數理邏輯證明，所以它是非常先進的理論，是理解自然和社會復雜性的非常有用的工具。可以貫穿整個自然科學和社會科學。由於硒的研究領域涉及許多自然和社會學科(如研究環境時的社會環境和人文地理環境)，不可能每個研究者都掌握這些學科的全部知識，因此傳統方法很難深入到每個學科的內涵和本質，建立學科之間的內在聯系。然而，非平衡非線性理論為我們提供了這些可能性。實踐表明，雖然我們對土壤學、植物學、分子生物學等不是很熟悉。，利用非平衡非線性理論，通過系統的演化，可以探索硒在各系統中的演化規律和系統間的本質關系，以及硒在人體健康中的地位和作用。可以澄清過去壹些模糊的概念，在認識上探索壹些新的生長點。主要體現在以下幾個方面。
(1)地球表層系統是壹個龐大復雜的開放系統，分為土壤、水、植物、人體等子系統。壹方面，系統與地球深部、太陽系等外部環境進行能量和物質交換；另壹方面，由於各子系統的非線性協同作用，系統處於穩定有序的結構狀態。
(2)高硒區可認為是高硒地球表生系統，低硒區是低硒地球表生系統。硒作為壹個環境變量，參與了系統的進化。硒作為壹種輸出變量，影響著高硒地區子系統(或序參量)的協作關系，使該地區保持穩定有序的高硒狀態。硒控制影響低硒區子系統(或序參量)的協同關系，使低硒區保持穩定有序的結構。因此，硒在地球表生系統中的狀態分布，實際上是壹種耗散系統能量的穩定有序的時間、空間和功能結構。
(3)土壤通過風化和腐殖化作用從巖石中獲得硒，植物通過元素豐度、效率和匹配規律從土壤中吸收硒，人體(或動物)通過消化代謝從食物中吸收硒，這是壹個非線性、不可逆的過程。這些過程組成的系統中硒的生物地球化學循環也遵循保持系統穩定有序的非平衡非線性規律。也就是說，高硒區系統中的硒循環是高硒的穩定有序流動；低硒區是穩定有序的低硒流。
(4)在研究人體健康與硒的關系時，需要強調兩個方面:①把人體作為壹個系統，把表生系統的其他要素作為人體存在的環境，研究環境硒輸入變量對人體系統的作用和影響；②以人體硒為輸入變量，研究人體系統及各級子系統對硒的反饋信息。借助於非平衡非線性理論，我們認識到健康的有機體是壹個高度協調穩定有序的結構。這種合作關系從高級的器官和組織系統壹直維持到低級的分子和原子子系統。任何壹個子系統的合作關系發生變化，都會影響整個系統有序結構的穩定性，人體就會發生疾病。至於出現什麽樣的病變，與壹個器官(或組織)以及構成這個器官(或組織)的細胞和分子系統有關。分子水平的基因和基因表達是細胞內各子系統協同作用下的穩定有序結構。基因變化可能形成新的疾病基因圖譜。基因改變的原因可能主要是環境因素的結果。在食管癌區，亞硝胺使人類基因發生突變，激活原癌基因或失去抑癌基因；硒中毒區，硒取代含硫氨基酸或誘導活性氧自由基破壞DNA但克山地區目前的情況還不明朗。
(5)環境變量與人體系統的關系可以歸結為人體系統輸出變量對環境變量的反饋。就單變量而言，系統會對高硒環境變量形成正反饋，對低硒環境變量形成負反饋。正反饋說明人體內的硒已經超過了人體的需要量，硒的輸出信號增加，可能導致人體硒中毒。負反饋表現為人體缺硒，硒的輸出信號變弱，因此人體可能出現壹些與低硒有關的疾病(如克山病、食管癌)。
(6)地方病的爆發是壹種突變現象，可以用突變理論來解釋。這時，研究對象從個體變成了群體。研究重點是導致系統在臨界狀態下發生變異的幹擾因素。這種幹擾可能來自外部環境，也可能來自系統內部。恩施硒中毒的爆發可能是壹個突變事件。
(7)硒態在地球表生系統中的分布也可以看作是硒輸入變量在地球內部環境中的反饋(或輸出)。高硒地球的表生系統(包括高硒土壤、水、谷物、植物、動物、人等。)是地球高硒輸入變量的反饋。低硒地球表生系統是地球中低硒輸入變量的反饋。高硒或低硒變量的輸入主要是通過地質構造斷裂帶中巖漿熔體和熱流體載體向地表的輸送，以及巖石載體由深部向地表或由地表向深部的錯動。生物地球化學異常可以顯示低硒或高硒表生系統的產出。研究表明，該區存在壹些含硒火山巖漿物質、生物碎屑、碳質物質、硫化物礦床等。在地質構造斷裂帶及其附近，特別是在構造帶的交匯處，其地表沈積反映高硒異常；從而發展高硒生態食物鏈系統；在構造帶的其他部位，大部分沈積巖和火山熔巖流呈現低硒特征，其表面風化沈積反映低硒異常；從而發展低硒生態食物鏈系統。由上可見，地表系統高硒或低硒的輸出(以生物地球化學異常為代表)對應的是地質構造帶所代表的深部特征(硒的輸入變量)。這壹認識與我們對地質構造帶與砷中毒、氟中毒、克山病、碘缺乏和某些癌癥的空間耦合關系的研究(張光弟，1994)是壹致的。因此，系統的非平衡非線性理論的應用，實際上為我們曾經提出的地質構造帶、地球化學異常帶、癌癥和地方病帶之間的耦合關系提供了理論支持。建立地球內部系統、地球表觀遺傳系統與人類健康的耦合關系的意義在於:①真正意義上闡明了人體的生長發育和健康與地球系統演化的密切相關性。正是由於人類繁衍和地球進化的適應，人類生命的結構、組成、延續和異化與地球的進化有著千絲萬縷的聯系，人類的許多疾病實際上是人體系統對地球進化和變異的反饋；②強調地球深部環境對表生系統的控制和影響。前人研究認為地表系統元素的遷移富集主要受太陽系(能量)控制(陳京生，1990)，因此元素的分布與氣候帶呈帶狀。然而，與上述結論相矛盾的是，低硒區和氟的南北異常分布區跨越了不同的氣候帶。從太陽系和地球內部環境對地表系統的輸入變量分析，太陽系提供的變量主要是太陽能。但是，各種能量(如放射性核能、熱能、機械能、化學能等。)也儲存釋放到地球表面，也影響地表氣候變化(杜樂天，1996)，控制氣候變化周期半個月以上。更重要的是，地球內部提供給地表系統的硒等物質，太陽系是沒有的。僅從這個角度來看，地球深部環境對地球表層系統的作用和影響要比太陽能重要得多。