社會－生態系統概念性框架研究綜述

王琦妍

(1．上海海洋大學海洋科學學院，上海201306;2．中國水產科學研究院東海水產研究所農業部海洋與河口漁業重點開放實驗室，上海200090)

社會－生態系統概念性框架研究綜述

王琦妍1，2

(1．上海海洋大學海洋科學學院，上海201306;2．中國水產科學研究院東海水產研究所農業部海洋與河口漁業重點開放實驗室，上海200090)

人與自然的矛盾已成為全球性問題，可持續發展理論把人類對于生存與環境的認識推向了一個新的境界。近年來，以社會－生態系統作為研究對象，成為了可持續發展和全球變化研究的一個新視角。在社會－生態系統的概念性框架下，本文對社會－生態系統的動態運行機制和屬性進行了詳細的綜述。社會－生態系統是復雜適應性系統，受自身和外界干擾的影響，具有不可預期性、自組織、非線性、多樣性、多穩態等特點。適應性循環是一個啟發性模型，有助于理解復雜系統的動態運行機制。恢復力、適應力和轉化力是社會－生態系統的三個主要屬性。并對社會－生態系統理論研究中面臨的問題進行了展望，提出了在以后研究中可以適用的研究方法。

可持續性;社會－生態系統;適應性循環;恢復力;適應力;轉化力

當代的可持續發展理論始于“可持續發展”概念的提出。地球系統觀、生態文明思想和低碳經濟是可持續發展的三個主要理論［1］。《我們共同的未來》曾指出:“世界所面臨的不是彼此孤立的危機，環境、發展和能源的危機是三位一體的”［2］。人與自然的矛盾已成為全球性問題，解決這些問題需要尋求一個全新的理論視角，將人與自然作為整體進行研究。近年來，以社會－生態系統(Social－Ecological Systems，SESs)作為研究對象，從復雜系統動力學的視角研究系統對外界干擾的恢復力和適應力，是可持續發展和全球變化研究的一個新視角［3］。

1 關于社會－生態系統動態機制的研究

1．1 復雜適應系統和社會－生態系統

1．1．1 復雜適應系統

復雜性科學是現代系統科學發展的新階段，復雜適應系統(Complex Adaptive Systems，CAS)是一種典型的復雜系統。J．H．Holland［4］教授提出了比較完整的復雜適應系統理論。譚躍進［5］等人概括了它的基本思想——系統中的個體能夠與環境以及其它個體進行交流，在這種交流的過程中“學習”或“積累經驗”，不斷進行演化和學習，并且根據學到的經驗改變自身的結構和行為方式。各個底層個體通過相互間的交互、交流，可以在上一層次，在整體層次上突現出新的結構、現象和更復雜的行為。復雜適應系統理論對社會－生態系統理論具有指導意義。

1．1．2 社會 －生態系統

社會－生態系統是復雜適應性系統，受自身和外界干擾的影響［6］，具有不可預期性、聚集、自組織、非線性、多樣性、多穩態、循環性等特點［6－8］。社會－生態系統不是把人類系統機械的鑲嵌在生態系統里，也不是把生態系統簡單的納入到人類系統中，而是一種完全不同的結合［9］。根據復雜適應系統理論［4］:社會－生態系統是錯綜復雜的網狀結構，其運行軌跡很難確定。社會－生態系統具有開放性，在某種程度下，干擾可能會使系統偏離原先的運行軌跡。社會－生態系統根據系統內部的某種規則，協調自發地形成某種結構。因此，依托于Gunderson和Holling所論述的適應性循環理論［10］的社會－生態系統理論，關注變化中的持續性。

1．2 適應性循環

社會－生態系統的動態運行機制可以用適應性循環(Adaptive Cycle)進行描述和分析［6，8，10－17］，即社會 － 生態系統將依次經過開發(r)、保護(K)、釋放(Ω)和更新(α)四個階段。

潛力(Potential or Wealth)、連通度(Connectedness or Controllability)和恢復力(Resilience or Adaptive capacity)是適應性循環的三種屬性。Gunderson等人［17－18］指出，三種屬性具有普遍性，從細胞到生物圈，從個體到文化。Holling［12］認為對于不斷變化的系統，其內在潛力限制了系統未來狀態可供選擇的范疇;系統內在的控制力決定了控制變量和進程之間的連通程度和系統控制自身命運的程度;恢復力，是系統對非預期或不可預測干擾脆弱性的量度，決定了系統對超出控制范圍內干擾的脆弱程度(見圖1)。

圖1 適應性循環(A)和增加了恢復力的三維視圖(B)［19］

圖1 (A)描述了由兩種屬性(潛力和連通度)控制的適應性循環。箭頭用于描述循環中事件的流通速度。短而密集的箭頭描述了一種緩慢變化的情形;長箭頭描述了一種快速變化的情形［19］系統的運行是在資源緩慢積累和轉變的長周期與創新和重組的短周期進行的。恢復力是適應性循環的另外一個尺度。將恢復力作為第三維加入圖1(A)的二維平面中，得到適應性循環的三維模型，圖1(B)。

1．3 擾沌

Holling［19］在層次結構(Hierachies)［20］的基礎上，提出了擾沌(Panarchy)這個概念。擾沌是描述復雜適應性系統進化本質的術語［19］，提供了跨尺度的聯結模式，是嵌套在適應性循環中的“層次(Hierachy)”［6］。系統內不同尺度，不同等級的循環通過“記憶(remember)”或“反抗(revolt)”相互作用形成一種擾沌現象。以三個水平層次和兩個聯結構成的擾沌為例:反抗會在一個循環中引發關鍵性的變化，會使系統運行到一個更大尺度、更緩慢循環的脆弱階段。記憶通過利用在較大尺度、較緩慢循環中積累和儲存的潛力進行更新。以生態系統為例，樹林依次經歷了從小尺度、快速發展到較大尺度、比較緩慢發展到最大尺度、最緩慢發展的三個水平層次，例如從針葉到樹冠再到小樹林;就制度而言，三個水平層次可以用可操作性規則、集體選擇性規則和制度性規則來描述［21］;就經濟而言，個人偏好、市場和社會制度分別描述了上述的三個層次［22］;對于知識系統而言，他們分別是局部知識、實踐和世界觀［23－26］。因此，整個擾沌模型既體現了創造性又體現了保守性，是學習過程和延續性的結合。

擾沌模型進一步闡明了可持續發展的意義。可持續性(sustainability)表示創造、檢驗和維持適應性的能力。發展(development)指的是創造、檢驗和維持機會的過程。因此，可持續發展(sustainable development)指的是在增強適應能力的同時，創造機遇［12］。

2 關于社會－生態系統屬性的研究

圖2 穩定性景觀模型［6，19］

2．1 恢復力

2．1．1 恢復力的定義

1987 年，Gordon J．E．［27］從純機械力學的角度將恢復力定義為材料在沒有斷裂或完全變形的情況下，因受力而發生形變并存儲恢復勢能的能力。1973年，生態學家Holling［13］首次將恢復力概念引入到生態學領域的研究中。他將恢復力定義為“生態系統吸收變化并能繼續維持的能力量度。”隨后，恢復力被引入社會系統［28］，被定義為人類社會承受外部對基礎設施的打擊或干擾的能力及從中恢復的能力。Gunderson和Holling［12］將恢復力正式引入社會－生態系統，將恢復力系統經受干擾并可維持其功能和控制的能力，即恢復力是由系統可以承受并可維持其功能的干擾大小測定的;Carpenter和Walker［28］等則將恢復力定義為在社會－生態系統進入到一個由其它過程集合控制的穩態之前系統可以承受干擾的大小。Walker等［29］則將恢復力定義為系統能夠承受且可以保持系統的結構、功能、特性以及對結構、功能的反饋在本質上不發生改變的干擾大小。

2．1．2 恢復力理論模型

恢復力(Resilience)包括四個主要方面［6］。范圍(latitude，L):系統在喪失恢復能力前可改變的最大量。抗性(resistance，R):改變系統狀態的難易程度。不穩定性(precariousness，Pr):系統距閾值的距離。擾沌(panarchy):由于跨尺度相互作用，局部尺度上系統的恢復力將受到不同尺度上系統狀態及其變化的影響。

Holling C．S［6］等人用盆地模型(見圖 2)描述了恢復力的內涵。盆地理論模型包括三個主要的概念，即狀態空間(state space)、吸引盆地(basin of attraction)和穩定性景觀(stability landscapes)。狀態空間是由組成系統的狀態變量定義的。吸引盆地是系統的一個區域，在這個區域中系統維持著原穩態。在狀態空間中運行的系統多是處于吸引盆地中;系統所占據的各種盆地以及盆地間的分界線被稱作穩定性景觀。

外部因素和內部過程都可導致穩定性景觀的改變，包括盆地數量的變化、盆地寬度的變化(范圍L，圖1)、盆地深度的變化(抗性R，圖1)、盆地形態或系統位置的變化(即變化Pr，圖1)。可持續發展的目標就是使系統維持于理想的盆地中，防止系統進入不理想的盆地(一旦發生很難回復)［30－32］。

2．2 適應力

適應力(Adaptability)是指參與系統的行為者管理恢復力的能力。一般來說，自組織是復雜適應性系統的主要特點。然而，由于人類具有獨一無二的能力，即預見力和縝密的行動，因此復雜社會－生態系統的自組織不同于生態系統或者物理系統［10］。雖然社會－生態系統的變化路徑，受到個人和群體的影響，但是該系統作為一個整體，與市場經濟并不相同。然而，由于人類行為主導著社會－生態系統，因此社會－生態系統的適應力是人類管理自身行為的主要途徑。無論人類的行為是在有意還是無意中進行，行為的過程和產生的結果都會影響社會－生態系統的恢復力［33］。人類有目的性的管理社會－系統的恢復力決定了他們是否能成功的跨越不理想的系統穩態或者是否能成功的進入一個理想的系統穩態［6］。

2．3 轉化力

轉化力(Transformation)是指當系統無法維持現有狀態的情形下，創造新系統的能力［6］。社會－生態系統有時會陷入一個具有恢復力但是不理想的穩態，這種情形下采取適應力策略并不是最佳選擇。脫離這樣的穩態需要強力的外部驅動力或者內部改革產生的變化來改變現有的穩態［34］，即需要借助轉化力策略。雖然，轉化力會產生新的系統結構，但是驅動轉化力的路徑和機制仍處于探索階段。

3 展望

社會－生態系統理論模型為可持續發展理論開辟了一個全新的視角。恢復力和擾沌概念的引入，使該理論模型充滿了活力和生命力。但是，社會－生態系統是一個由諸多因素控制，充滿了不確定性和訝異的復雜適應系統。回顧以往，社會－生態系統理論的研究中依舊面臨諸多問題［35］:①如何測算出系統處于適應性循環中的何種位置;②跨尺度的相互作用，即擾沌如何決定和影響下一個適應性循環的軌跡;③如何增強并維持系統的恢復力(社會－生態系統的屬性之一)、如何測定恢復力的大小;④適應力(社會－生態系統的屬性之一)的各個組分在整個適應性循環中是如何改變的;⑤如何確定轉化力介入社會－生態系統的力度，當適應力已不是最佳的選擇的時候。

因此，社會－生態系統的研究是一個跨學科的研究領域，需要借助多種學科的知識，才能更全面、更透徹的了解社會－生態系統的基本原理和動態運行機制。情景設計(Scenario Planning)［35］、歷史學、遙感技術和非線性系統可以成為重要的理論分析工具。

(編輯:李 琪)

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Review of the Research on Social-ecological Systems Conceptual Framework

WANG Qi-Yan1，2
(1．College of Marine Science and Technology，Shanghai Ocean University，Shanghai 201306，China;2．East China Sea Fisheries Research Institute，Chinese Academy of Fisheries Sciences，Key and Open Laboratory of Marine and Estuary Fisheries，Ministry of Agriculture of China，Shanghai 200090，China)

The conflicts between humans and nature have become a global issue，and the understanding of interaction between humans and natural environment has led to a new realm by the sustainable development theory．In recent years，the study on social－ ecological systems framework has been a new perspective for sustainable development research，as well as global change．The dynamic trajectories and the attributes of social－ecological systems are presented in detail under the social-ecological systems framework．Social-ecological systems are the complex adaptive systems，which are unpredictable，self-organized，non-linear，diversie and multiple regimes．Adaptive cycle is a heuristic model，and is helpful in understanding social-ecological systems of dynamic mechanisms．Resilience，adaptability and transformation are the there main attributen of social-ecological systems．Furthermore，the problems that social－ ecological systems theoretical model is facing are given，and applicable research methods in future study are proposed．

sustainability;social－ecological systems;adaptive cycle;resilience;adaptability;transformation

X192

A

1002－2104(2011)03專－0440－04

2011-03-16

王琦妍，碩士生，主要研究方向為社會－生態系統理論模型和可持續發展。