社会－生态系统概念性框架研究综述

王琦妍

(1．上海海洋大学海洋科学学院，上海201306;2．中国水产科学研究院东海水产研究所农业部海洋与河口渔业重点开放实验室，上海200090)

社会－生态系统概念性框架研究综述

王琦妍1，2

(1．上海海洋大学海洋科学学院，上海201306;2．中国水产科学研究院东海水产研究所农业部海洋与河口渔业重点开放实验室，上海200090)

人与自然的矛盾已成为全球性问题，可持续发展理论把人类对于生存与环境的认识推向了一个新的境界。近年来，以社会－生态系统作为研究对象，成为了可持续发展和全球变化研究的一个新视角。在社会－生态系统的概念性框架下，本文对社会－生态系统的动态运行机制和属性进行了详细的综述。社会－生态系统是复杂适应性系统，受自身和外界干扰的影响，具有不可预期性、自组织、非线性、多样性、多稳态等特点。适应性循环是一个启发性模型，有助于理解复杂系统的动态运行机制。恢复力、适应力和转化力是社会－生态系统的三个主要属性。并对社会－生态系统理论研究中面临的问题进行了展望，提出了在以后研究中可以适用的研究方法。

可持续性;社会－生态系统;适应性循环;恢复力;适应力;转化力

当代的可持续发展理论始于“可持续发展”概念的提出。地球系统观、生态文明思想和低碳经济是可持续发展的三个主要理论［1］。《我们共同的未来》曾指出:“世界所面临的不是彼此孤立的危机，环境、发展和能源的危机是三位一体的”［2］。人与自然的矛盾已成为全球性问题，解决这些问题需要寻求一个全新的理论视角，将人与自然作为整体进行研究。近年来，以社会－生态系统(Social－Ecological Systems，SESs)作为研究对象，从复杂系统动力学的视角研究系统对外界干扰的恢复力和适应力，是可持续发展和全球变化研究的一个新视角［3］。

1 关于社会－生态系统动态机制的研究

1．1 复杂适应系统和社会－生态系统

1．1．1 复杂适应系统

复杂性科学是现代系统科学发展的新阶段，复杂适应系统(Complex Adaptive Systems，CAS)是一种典型的复杂系统。J．H．Holland［4］教授提出了比较完整的复杂适应系统理论。谭跃进［5］等人概括了它的基本思想——系统中的个体能够与环境以及其它个体进行交流，在这种交流的过程中“学习”或“积累经验”，不断进行演化和学习，并且根据学到的经验改变自身的结构和行为方式。各个底层个体通过相互间的交互、交流，可以在上一层次，在整体层次上突现出新的结构、现象和更复杂的行为。复杂适应系统理论对社会－生态系统理论具有指导意义。

1．1．2 社会 －生态系统

社会－生态系统是复杂适应性系统，受自身和外界干扰的影响［6］，具有不可预期性、聚集、自组织、非线性、多样性、多稳态、循环性等特点［6－8］。社会－生态系统不是把人类系统机械的镶嵌在生态系统里，也不是把生态系统简单的纳入到人类系统中，而是一种完全不同的结合［9］。根据复杂适应系统理论［4］:社会－生态系统是错综复杂的网状结构，其运行轨迹很难确定。社会－生态系统具有开放性，在某种程度下，干扰可能会使系统偏离原先的运行轨迹。社会－生态系统根据系统内部的某种规则，协调自发地形成某种结构。因此，依托于Gunderson和Holling所论述的适应性循环理论［10］的社会－生态系统理论，关注变化中的持续性。

1．2 适应性循环

社会－生态系统的动态运行机制可以用适应性循环(Adaptive Cycle)进行描述和分析［6，8，10－17］，即社会 － 生态系统将依次经过开发(r)、保护(K)、释放(Ω)和更新(α)四个阶段。

潜力(Potential or Wealth)、连通度(Connectedness or Controllability)和恢复力(Resilience or Adaptive capacity)是适应性循环的三种属性。Gunderson等人［17－18］指出，三种属性具有普遍性，从细胞到生物圈，从个体到文化。Holling［12］认为对于不断变化的系统，其内在潜力限制了系统未来状态可供选择的范畴;系统内在的控制力决定了控制变量和进程之间的连通程度和系统控制自身命运的程度;恢复力，是系统对非预期或不可预测干扰脆弱性的量度，决定了系统对超出控制范围内干扰的脆弱程度(见图1)。

图1 适应性循环(A)和增加了恢复力的三维视图(B)［19］

图1 (A)描述了由两种属性(潜力和连通度)控制的适应性循环。箭头用于描述循环中事件的流通速度。短而密集的箭头描述了一种缓慢变化的情形;长箭头描述了一种快速变化的情形［19］系统的运行是在资源缓慢积累和转变的长周期与创新和重组的短周期进行的。恢复力是适应性循环的另外一个尺度。将恢复力作为第三维加入图1(A)的二维平面中，得到适应性循环的三维模型，图1(B)。

1．3 扰沌

Holling［19］在层次结构(Hierachies)［20］的基础上，提出了扰沌(Panarchy)这个概念。扰沌是描述复杂适应性系统进化本质的术语［19］，提供了跨尺度的联结模式，是嵌套在适应性循环中的“层次(Hierachy)”［6］。系统内不同尺度，不同等级的循环通过“记忆(remember)”或“反抗(revolt)”相互作用形成一种扰沌现象。以三个水平层次和两个联结构成的扰沌为例:反抗会在一个循环中引发关键性的变化，会使系统运行到一个更大尺度、更缓慢循环的脆弱阶段。记忆通过利用在较大尺度、较缓慢循环中积累和储存的潜力进行更新。以生态系统为例，树林依次经历了从小尺度、快速发展到较大尺度、比较缓慢发展到最大尺度、最缓慢发展的三个水平层次，例如从针叶到树冠再到小树林;就制度而言，三个水平层次可以用可操作性规则、集体选择性规则和制度性规则来描述［21］;就经济而言，个人偏好、市场和社会制度分别描述了上述的三个层次［22］;对于知识系统而言，他们分别是局部知识、实践和世界观［23－26］。因此，整个扰沌模型既体现了创造性又体现了保守性，是学习过程和延续性的结合。

扰沌模型进一步阐明了可持续发展的意义。可持续性(sustainability)表示创造、检验和维持适应性的能力。发展(development)指的是创造、检验和维持机会的过程。因此，可持续发展(sustainable development)指的是在增强适应能力的同时，创造机遇［12］。

2 关于社会－生态系统属性的研究

图2 稳定性景观模型［6，19］

2．1 恢复力

2．1．1 恢复力的定义

1987 年，Gordon J．E．［27］从纯机械力学的角度将恢复力定义为材料在没有断裂或完全变形的情况下，因受力而发生形变并存储恢复势能的能力。1973年，生态学家Holling［13］首次将恢复力概念引入到生态学领域的研究中。他将恢复力定义为“生态系统吸收变化并能继续维持的能力量度。”随后，恢复力被引入社会系统［28］，被定义为人类社会承受外部对基础设施的打击或干扰的能力及从中恢复的能力。Gunderson和Holling［12］将恢复力正式引入社会－生态系统，将恢复力系统经受干扰并可维持其功能和控制的能力，即恢复力是由系统可以承受并可维持其功能的干扰大小测定的;Carpenter和Walker［28］等则将恢复力定义为在社会－生态系统进入到一个由其它过程集合控制的稳态之前系统可以承受干扰的大小。Walker等［29］则将恢复力定义为系统能够承受且可以保持系统的结构、功能、特性以及对结构、功能的反馈在本质上不发生改变的干扰大小。

2．1．2 恢复力理论模型

恢复力(Resilience)包括四个主要方面［6］。范围(latitude，L):系统在丧失恢复能力前可改变的最大量。抗性(resistance，R):改变系统状态的难易程度。不稳定性(precariousness，Pr):系统距阈值的距离。扰沌(panarchy):由于跨尺度相互作用，局部尺度上系统的恢复力将受到不同尺度上系统状态及其变化的影响。

Holling C．S［6］等人用盆地模型(见图 2)描述了恢复力的内涵。盆地理论模型包括三个主要的概念，即状态空间(state space)、吸引盆地(basin of attraction)和稳定性景观(stability landscapes)。状态空间是由组成系统的状态变量定义的。吸引盆地是系统的一个区域，在这个区域中系统维持着原稳态。在状态空间中运行的系统多是处于吸引盆地中;系统所占据的各种盆地以及盆地间的分界线被称作稳定性景观。

外部因素和内部过程都可导致稳定性景观的改变，包括盆地数量的变化、盆地宽度的变化(范围L，图1)、盆地深度的变化(抗性R，图1)、盆地形态或系统位置的变化(即变化Pr，图1)。可持续发展的目标就是使系统维持于理想的盆地中，防止系统进入不理想的盆地(一旦发生很难回复)［30－32］。

2．2 适应力

适应力(Adaptability)是指参与系统的行为者管理恢复力的能力。一般来说，自组织是复杂适应性系统的主要特点。然而，由于人类具有独一无二的能力，即预见力和缜密的行动，因此复杂社会－生态系统的自组织不同于生态系统或者物理系统［10］。虽然社会－生态系统的变化路径，受到个人和群体的影响，但是该系统作为一个整体，与市场经济并不相同。然而，由于人类行为主导着社会－生态系统，因此社会－生态系统的适应力是人类管理自身行为的主要途径。无论人类的行为是在有意还是无意中进行，行为的过程和产生的结果都会影响社会－生态系统的恢复力［33］。人类有目的性的管理社会－系统的恢复力决定了他们是否能成功的跨越不理想的系统稳态或者是否能成功的进入一个理想的系统稳态［6］。

2．3 转化力

转化力(Transformation)是指当系统无法维持现有状态的情形下，创造新系统的能力［6］。社会－生态系统有时会陷入一个具有恢复力但是不理想的稳态，这种情形下采取适应力策略并不是最佳选择。脱离这样的稳态需要强力的外部驱动力或者内部改革产生的变化来改变现有的稳态［34］，即需要借助转化力策略。虽然，转化力会产生新的系统结构，但是驱动转化力的路径和机制仍处于探索阶段。

3 展望

社会－生态系统理论模型为可持续发展理论开辟了一个全新的视角。恢复力和扰沌概念的引入，使该理论模型充满了活力和生命力。但是，社会－生态系统是一个由诸多因素控制，充满了不确定性和讶异的复杂适应系统。回顾以往，社会－生态系统理论的研究中依旧面临诸多问题［35］:①如何测算出系统处于适应性循环中的何种位置;②跨尺度的相互作用，即扰沌如何决定和影响下一个适应性循环的轨迹;③如何增强并维持系统的恢复力(社会－生态系统的属性之一)、如何测定恢复力的大小;④适应力(社会－生态系统的属性之一)的各个组分在整个适应性循环中是如何改变的;⑤如何确定转化力介入社会－生态系统的力度，当适应力已不是最佳的选择的时候。

因此，社会－生态系统的研究是一个跨学科的研究领域，需要借助多种学科的知识，才能更全面、更透彻的了解社会－生态系统的基本原理和动态运行机制。情景设计(Scenario Planning)［35］、历史学、遥感技术和非线性系统可以成为重要的理论分析工具。

(编辑:李 琪)

［1］齐晔，蔡琴．可持续发展理论三项进展［J］．中国人口·资源与环境，2010，20(4):110 －116．

［2］World Commission on Environment and Development．Our Common Future［M］．Oxford:Oxford University Press，1987．

［3］孙晶，王俊，杨新军．社会－生态系统恢复力研究综述［J］．生态学报，2007，27(12):5371 －5381．

［4］约翰．H．霍兰．隐秩序——适应性造就复杂［M］．周晓牧，韩晖译．上海:上海科技教育出版社，2000:31，137，78，60．

［5］谭跃进，邓宏钟．复杂适应系统理论及其应用研究［J］．系统工程．2001，19(5):2－6．

［6］Walker B，Holling C S，Carpenter S．R，et al．Resilience，adaptability and transformability in social－ ecological system［J］．Ecology and Society，2004，9(2):5 －12．

［7］Cumming G S，Barnes G，Perz S，et al．An exploratory framework for the empirical measurement of resilience［J］．Ecosystems，2005，8(8):975－978．

［8］Beisner B E，Haydon D T，Cuddington K．Alternative stable states in ecology［J］．Ecological Society of America，2003，1(7):376 －382．

［9］Brian Walker，Lance Gunderson，Ann Kinzig，et al．A Handful of Heuristics and Some Propositions for Understanding Resilience in Social-ecological Systems［J］．Ecology and Society，2006，11(1):13．

［10］Wetley F，Carpenter S R，Brock W A，Holing C S，Gunderson L．Why systems of people and nature are not just social and ecological systems［M］//Panarchy:understanding transformation in human and natural systems．USA:Island Press，Washington，D．C．，2002:103－119．

［11］Holling C S．Resilience of ecosystems:local surprise and global change［M］//Sustainable development of the biosphere．Cambridge(UK):Cambridge University Press，1986:292 －317．

［12］Holling C S．Understanding the complexity of economic，ecological and social systems［J］．Ecosystems，2001，6(4):390 －405．

［13］Holling C S．Resilience and stability of ecological systems［J］．Annual Review of Ecological and Systematic，1973，7(4):1－23．

［14］Berkes F，Folke C．Linking social and ecological systems management practices and social mechanisms for building resilience［M］．UK:Cambridge University Press，1998．

［15］Folke C，Carpenter S，Elmqubist，et al．Resilience and sustainable development:Building adaptive capacity in a world of transformations［J］．Ambio，2002，31(4):437 －440．

［16］Walker B，Carpenter S，Anderies J，et al．Resilience management in social-ecological systems:a working hypothesis for a participatory approach［J］．Conservation Ecology，2002，6(1):14．

［17］Pimm S I．The complexity and stability of ecosystems［J］．Nature，1984，307:6－321．

［18］Gunderson L H，Holling C S，Light S S．Barriers and bridges to the renewal of ecosystems and institutions［M］．New York:Columbia U-niversity Press，1995．

［19］Holing C S，Gunderson L．Panarchy:understanding transformation in human and natural systems［M］．USA:Island Press，Washington，D．C，2002．

［20］Simon H A．The organization of complex systems［M］//Hierarchy theory:the challenge of complex systems．New York:Braziller，1974:3－27．

［21］Ostrom E．Crafting institutions for self-governing irrigation systems［M］．San Francisco:Institute for Contemporary Studies Press，1992．

［22］Whitaker J K．Alfred Marshall［M］//The new Palgrave:a dictionary of economics．London:MacMillan Press，1987．

［23］Barro R．Determinants of economic growth:a cross country empirical comparison［M］．Cambridge(MA):MIT Press，1997．

［24］Westley F．Governing design:the management of social systems and ecosystems management［M］//Barriers and bridges to the renewal of ecosystems and institutions．New York:Columbia University Press，1995．

［25］Gadgil M，Berkes F，Folke C．Indigenous knowledge for biodiversity conservation［J］．Ambio，1993:22:6 －151．

［26］Holling C S，Gunderson L H．Resilience and adaptive cycles［M］//Panarchy:understanding transformations in human and natural systems．Washington(DC):Island Press，2001．

［27］V Gordon J E Structure:Harmondsworth［M］．UK:Penguin Books，1987．

［28］Adger W N．Social and ecological resilience:Are they related?［J］．Progress in Human Geography，2000，24(3):347 －364．

［29］Carpenter S，Walker B H，Anderies J M．From metaphor to measurement:resilience of what to what?［J］．Ecosystems，2001，(4):765－781．

［30］Holling C S．Engineering Resilience versus ecological resilience［M//Engineering within ecological constraints．Washington，D．C:NationalAcademy Press，1996:31－43．

［31］F．Berkes，Cristiana．S，and Seixas．Builing resilience in lagoon social-ecological systems:a local-level perspective ［J］．Ecosystems，2005，(8):967 －974．

［32］Gunderson L H．Ecological resiliencein theory and application［J］//Annual Review of Ecology Systematics，2000，31:425 －39．

［33］Berkes F，J Colding，C Folke，editors．Navigating social-ecological systems:building resilience for complexity and change［M］．Cambridge，UK:Cambridge University Press，2003．

［34］Holling C S，L H Gunderson，G D Peterson．Sustainability and panarchies［M］//Panarchy:understanding transformations in human and natural systems．Washington，D．C:Island Press，2002:63 －102．

［35］Peterson G D，Cuming G S，Carpenter S R．Scenario planning:a tool for conservation in an uncertain world［J］．Conservation Biology，2003，17(2):358－366．

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专－0440－04

2011-03-16

王琦妍，硕士生，主要研究方向为社会－生态系统理论模型和可持续发展。