生态系统是一个远离平衡的典型复杂非线性系统,其中充满了通过大量组元复杂的相互作用而形成的有序结构。这些有序结构的起源和变化代表了整个生态系统的演化,是几百年来科学家们都致力于理解的问题。进化论是最早对其定性阐述的杰出代表,近年来人们则更多地试图从科学的角度揭示生态系统演化的内在本质,对其微观动力学也逐步有了深刻的认识。深入的研究表明,生态系统不同于以力和原子概念为主导的经典力学体系,而是一个以熵和能量耗散概念为主导的非平衡热力学和统计力学系统。几十年来这方面已有不少进展,不过就目前看来,这些研究仅是针对宏观现象而言的,采用的宏观意义上的熵缺乏深刻的微观含义,因而没法揭示生态系统演化的内在微观动力学。本文分析了复杂开放生态系统中熵出现的必然性,在讨论经典熵缺陷的基础上,定义了广义信息熵的概念,指出控制生态系统演化动力学的物理学法则乃是“最大广义信息熵原理”(Maximum Generalized Information Entropy Principle, MGIEP):即系统总是寻找一种优化过程使得在给定的约束或代价下广义信息熵最大,也即总是使自身得到最大限度的发展。在此原理的基础上导出了生态系统中有序结构形成和演化的微观动力学方程,并给出了相应的数值模拟方法。分别选取特定的湿地生态系统和景观生态系统为典型案例,结合数值模拟方法进行模拟分析,由此展现了生态系统结构一般生长过程和演替模式,给出了结构形成的动力学过程和量化的结果,从理论和实证的角度得到生态系统有序结构生成的动力学过程和机理。理论和模拟结果不仅对生态系统的结构形成的内部变化过程给出阐述,同时也可作为生态系统的修复、重建、优化的理论支柱。本文对于生态系统结构的研究结果也可以推动复杂性科学相应的研究进展。