领域进展
社会-经济-自然复合生态系统与可持续发展*王如松
欧阳志云
（中国科学院生态环境研究中心城市与区域生态国家重点实验室北京100085）
摘要人类社会是一类以人的行为为主导、自然环境为依托、资源流动为命脉、社会文化为经络的社会-经济-自然复合生态系统，自然子系统是由水、土、气、生、矿及其间的相互关系来构成的人类赖以生存、繁衍的生存环境；经济子系统是指人类主动地为自身生存和发展组织有目的的生产、流通、消费、还原和调控活动；社会生态子系统是人的观念、体制及文化构成。这三个子系统是相生相克，相辅相成的。三个子系统之间在时间、空间、数量、结构、秩序方面的生态耦合关系和相互作用机制决定了复合生态系统的发展与演替方向。复合生态系统理论的核心是生态整合，通过结构整合和功能整合，协调三个子系统及其内部组分的关系，使三个子系统的耦合关系和谐有序，实现人类社会、经济与环境间复合生态关系的可持续发展。
关键词复合生态系统，可持续发展，生态整合
DOI：10.3969/j.issn.1000-3045.2012.03.0121文明演化的生态观2007年北京世界生态高峰会，来自世界20多个国际和地区与生态相关的学术团体、70多个国家的1400余名代表忧心忡忡，呼吁国政府紧急行动起来，用人类的智慧和行动呵护自然、保育环境、绿化经济、拯救人类，发表了弘扬“生态”这一“认识世界、改善环境、美化生活的强力工具”的北京生态宣言。会上人们关注的焦点集中在以下3个尺度的生态问题上：以气候变化、经济振荡和社会冲突为标志的全球生态安全问题；以资源耗竭、环境污染和生态胁迫为特征的区域生态服务问题；以及以贫穷落后、过度消费和文化荒芜为诱因的人群身心健康和社会生态和谐问题。其核心都是时空量构序范畴上的可持续发展问题。王如松院士世界各族民众和各1.1发展的生态观*基金项目：国家自然基金重点项目（项目编号：71033005）收稿日期：2012年4月25日
自走出丛林以来，人类经历了原始文明、农耕文明、工商文明。原始文明以采摘狩猎为特征，以水中国科学院院刊髛髈骵领域进展
火生态因子为依托，以发明用火和工具为标志，是一种自生式的社会形态；农耕文明以种植养殖为特征，以土地与生物生态为依托，以发明灌溉和施肥育种为标志，是一种再生式的社会形态；工商文明以市场经济为特征，以矿产与金融为依托，以大规模使用化石能源和机械化工产品为标志，是一种竞生式的社会形态；社会文明分两阶段：其中社会主义是其初级阶段，以社会公平为目标，是一种共生式的社会形态；社会文明的高级阶段以可持续发展为特征，以知识经济和生态系统服务为依托，以高效的生态技术、和谐的生态体制、持续的生态服务及健康的社会生活为标志，集竞生、共生、再生、自生功能为一体的高级生态文明形态。环境污染和生态退化是工业文明的副产品。随着大工业的发展，专业化分工越来越细，经济效益成为企业生产的唯一目标。企业从遍布全球的自然生态系统中无偿或低偿地索取资源，并将生产和消费过程中未被有效利用的大量副产品以污染物或废弃物的形式排出厂外，形成环境问题。其生态学实质是资源代谢在时空尺度上的滞留和耗竭，系统耦合在结构关系上的破碎和板结，生态功能在演化过程中的退化和灾变，社会管理在局整关系上的短视和馈缺。人们只看到产业的物理过程，而忽视其生态过程；只重视产品的社会服务功能，而忽视其生态服务功能；只注意企业的经济成本而无视其生态成本；只看到污染物质的环境负价值而忽视其资源可再生利用的正价值。社会的生产、生活与生态管理职能条块分割，以产量产值为主的政绩考核指标和短期行为，以还原论为主导的传统科技，以及生态意识低下、生态教育落后的国民素质，是整体环境持续恶化的根本原因。发展应该是一种渐进有序的系统发育和功能完善的过程，包括经济、人口和环境的协调发展。发展自然就要改变环境、适应环境、积累资产、调节关系。可持续发展是向传统生产方式、价值观念和科学方法挑战的一场生态革命，其内涵包括了经济的持续增长、资源的永续利用、体制的公平合理、社会的和谐共生、传统文化的延续及自然活力的维系。其核心是调节人口、资源、环境间的生态关系。1.2发展的生态网据统计，“生态”一词是近年来国内外报刊媒体、政府文件乃至街谈巷议中出现频率最高的一个与可持续发展密切相关的名词之一。这是由生态学的系统性和与人类活动密切的相关性所决定的。汉语里的生态是一个多义词，有耦合关系、整合学问与和谐状态3种内涵。首先，生态是包括人在内的生物与环境、生命个体与整体间的一种相互作用关系，在生物世界和人类社会中无处不在，无时不有，每个人都要处理这些关系。民间泛谈的生态是生命生存、发展、繁衍、进化所依存的各种必要条件和主客体间相互作用的关系。其次，生态是一种交叉学问和整合机理，是包括人在内的生物与环境之间关系的一门系统科学；是人们认识自然、改造环境的世界观和方法论或自然哲学；是人类塑造环境、模拟自然的一门工程技术；还是人类怡神悦目、修身养性、品味自然、感悟天工的一门自然美学。第三，生态还是描述人类生存、发展环境的和谐或理想状态的形容词，表示生命和环境关系间的一种整体、协同、循环、自生的良好文脉、肌理、组织和秩序。比如生态城市、生态旅游、生态卫生等，实际上是偏正词组“生态合理的城市”，“生态和谐的旅游”、“生态良性循环的卫生”的简称，是约定俗成后被社会所公认的用语。生态学自Haeckel1866年给出定义以来作为一门科学才一个多世纪，但生态学的系统思维、系统方法和系统技术却源远流长（OdumE.P.1983）。早在3000多年前，中华民族就形成了一套“观乎天文以察时变，观乎人文以化成天下”的人类生态理论体系，包括道理（即自然规律，如天文、地理、物理、生物等），事理（即对人类活动的合理规划管理，如政事、农事、军事、家事等）和情理（即人的信仰及行为准则，如心理、伦理、道德、宗教等）。中国封建社会正是靠着这些天时、地利及人和关系的正确认骵髈髜2012年.第27卷.第3期社会-经济-自然复合生态系统与可持续发展
识，靠着物质循环再生，社会协调共生和修身养性自我调节的生态观，维持着其数千年稳定的生态关系和社会结构，养活了近1/4的世界人口，形成了独特的华夏文明。子系统。首先是水，水资源、水环境、水生境、水景观和水安全，有利有弊，既能成灾，也能造福；第二是土，人类依靠土壤、土地、地形、地景、区位等提供食物、纤维，支持社会经济活动，土是人类生存之本；第三是气和能，人类活动需要利用太阳能以及太阳能转化成的化石能，由于能的驱动导致了一系列空气流动和气候变化，提供了生命生存的气候条件，也造成了各种气象灾害、环境灾害；第四是生物，即植物、动物、微生物，特别是我们赖以生存的农作物，还有灾害性生物，比如病虫害甚至流行病毒，与我们的生产和生活都戚戚相关；最后是矿，即生物地球化学循环，人类活动从地下、山里、海洋开采大量的建材、冶金、化工原料以及对生命活动至关重要的各种微量元素，但我们开采、加工、使用过程中只用了其中很少一部分，大多数以废弃物的形式出现，产品用完了又都返回自然中造成污染。这些生态因子数量的过多或过少都会发生问题，比如水多、水少、水浑、水脏就会发生水旱灾害和环境事故。第二个子系统是以人类的物质能量代谢活动为主体的经济生态子系统。人类能主动地为自身生存和发展组织有目的的生产、流通、消费、还原和调控活动。人们将自然界的物质和能量变成人类所需要的产品，满足眼前和长远发展的需要，就形成了生产系统；生产规模大了，就会出现交换和流通，包括金融流通、商贸物质流通以及信息和人员流通，形成流通系统；接下来是消费系统，包括物质的消费，精神的享受，以及固定资产的耗费；再就是还原系统，城市和人类社会的物质总是不断地从有用的东西变成“没用”的东西，再还原到自然生态系统中进入生态循环，也包括我们生命的循环以及人的康复；最后是调控系统，调控有几种途径，包括政府的行政调2社会-经济-自然复合生态系统荀子曰：“金石有形而无气，水火有气而无生，草木有生而无知，禽兽有知而无义，人有形、有气、有生、有知且有义，故最为天下贵也”。当然，从生态学角度，人只是地球上生物的一种，是不是“最为天下贵”值得商榷，但作为最有创造性和破坏性的高级动物却一点也不假。荀子在这里把整个生态系统从环境到生物到人都描述出来了：金、石、水、火、草、木、禽、兽、天、地构成绚丽多彩的生态景观，再加上人气、人生、人知、人义、人文就构成了生机盎然的生态社会。人类社会是一类以人的行为为主导、自然环境为依托、资源流动为命脉、社会文化为经络的社会-经济-自然复合生态系统，马世骏、王如松将其定义为社会-经济-自然复合生态系统（图1）。图1社会-经济-自然复合生态系统示意图
控、市场的经济调控、自然调节以及人的行为2.1复合生态系统结构与功能人的生存环境，可以用水、土、气、生、矿及其间的相互关系来描述，是人类赖以生存、繁衍的自然调控。社会的核心是人，人的观念、体制和文化构成复合生态系统的第三个子系统即社会生态子系统。中国科学院院刊髝髈骵领域进展
首先是人的认知系统，包括哲学、科学、技术等；第二是体制，是由社会组织、法规、政策等形成的；第三是文化，是人在长期进化过程中形成的观念、伦理、信仰和文脉等。三足鼎立，构成社会生态子系统中的核心控制系统。这三个子系统相互之间是相生相克，相辅相成的。研究、规划和管理人员的职责就是要了解每一个子系统内部以及三个子系统之间在时间、空间、数量、结构、秩序方面的生态耦合关系。其中时间关系包括地质演化、地理变迁、生物进化、文化传承、城市建设和经济发展等不同尺度；空间关系包括大的区域、流域、政域直至小街区；数量关系包括规模、速度、密度、容量、足迹、承载力等量化关系；结构关系包括人口结构、产业结构、景观结构、资源结构、社会结构等；还有很重要的序，每个子系统都有它自己的序，包括竞争序、共生序、自生序、再生序和进化序。长。复合生态系统就是在这种组合S型的交替增长中不断演替进化，不断打破旧的平衡，出现新的平衡（图2）。从稳定性的传统定义看，这种过程是发散、不稳定的。但从生态演替趋势看，它却可以视为一种发展过程的定向稳定性，是对生态系统跟踪环境、适应环境、改造环境发展过程的平稳程度的测度。它包括发展进化的速度和波动程度两方面的含义。图2中logistic增长型系统只有平衡而无发展，是一种没有生命力的发展过程，迟早会被新的过程所取代；指数增长型系统只有发展而无平衡机制，是一种不能持久的过程，迟早也会由于限制因子的作用受阻或崩溃。这两种系统都是可持续性较差的系统。组合logistic增长型系统具有持续的螺旋式发展能力，又具备一定的自我调节功能，能自动跟踪其不断演变着的生态环境，实现组合S型增长，因而其过程稳定性较好。其二维动力学方程可用下式表述：idP/dti=ri（P-Ki-1）（ki-P）/ki,Ki=∑kjj=1图2复合生态系统演替的不同方式比较
2.2复合生态动力学与控制论复合生态系统的动力学机制来源于自然和社会两种作用力。自然力的源泉是太阳能，包括太阳能及其转化而成的化石能源，它们流经系统的结果导致各种物理、化学、生物过程和自然变迁。社会力的源泉有三：一是经济杠杆———资金；二是社会杠杆———权力；三是文化杠杆———精神。资金剌激竞争，权力诱导共生，而精神孕育自生。三者相辅相成构成社会系统的原动力。自然力和社会力的耦合导致不同层次复合生态系统特殊的运动规律。复合生态系统的演替受多种生态因子所影响，其中主要有两类因子在起作用：一类是利导因子，一类是限制因子。当利导因子起主要作用时，各物种竞相占用有利生态位，系统近乎指数式增长；但随着生态位的迅速被占用，一些短缺性生态因子逐渐成为限制因子。优势种的发展受到抑制，系统趋于平稳，呈S型增长。但生态系统有其能动的适应环境、改造环境、突破限制因子束缚的潜力。通过改dri/dt=rim（i=1,2,...,m）m（）2/（m-1）/k,k=∑I=√∑ki/mi=1ki-ki=1内禀增长活力R：包括生产竞争力、消费购买力、科技推动力、政策激励力。其功效是拉动系统快变优势种、调整内部结构或改善环境条件等措施拓速增长，在环境约束很小的状态下呈指数增长，主展生态位，系统旧的利导因子和限制因子逐渐让给新的利导因子和限制因子，出现新一轮的S型增要作用在图2中logistic曲线的中段。骵髉髒2012年.第27卷.第3期社会-经济-自然复合生态系统与可持续发展
环境承载能力K：包括自然生态的资源承载能力、环境容量、经济生态的资产存量、技术水平、融资能力、市场消纳能力；社会生态的人力资源、文化素质、社会关系、政策空间、体制包容性等；其功效是稳定系统，使其尽量避开风险，主要作用在图2中logistic曲线的前后两段，在发展启动期以利导因子为主导，正向拉动系统发展，在发展成熟期以限制因子为主，逆向抑制系统过度发展。环境支持能力从Ki-1向Ki的扩展取决于新的利导因子的开发，老的限制因子的拓展，系统结构及其耦合关系的转型。其核心是系统协同进化能力合，就是坚持有中国特色的社会主义市场经济下资源节约、环境友好、人口健康型的可持续发展。其中，中国特色是再生，社会主义是共生，市场经济是竞生，可持续发展是自生。2.3复合生态系统的整合框架复合生态系统的整合框架包括一维基本原理、二维共轭关系、三维系统构架、四维动力学与控制论机制、五维耦合过程与能力建设五个层次，从而可以阐释复合生态系统的科学内涵与社会内涵，学术目标和国家目标（表1）。复合生态系统理论的核心在于生态整合，包括结构整合：城乡各种自然生态因素，技术及物理因素和社会文化因素耦合体的等级性、异质性和多样性；过程整合：城乡物质代谢、能量转换、信息反馈、生态演替和社会经济过程的畅达、健康程度；功能整合：城市的生产、流通、消费、还原和调控功能的效率及和谐程度。复合生态系统理论的复合包括对象的复合、学科的复合、方法的复合、体制的复合、人员的复合，强调物质、能量和信息3类关系的综合，系统的时（届际、代际、世际）、空（地域、流域、区域）、量（各种物质、能量、人口、资金代谢过程）、构（产业、体制、文化）)及序（竞争、共生与自生序）关系的统筹规划和系统关联是生态整合的精髓。I的强化。系统协同进化能力I：包括环境开拓适应能力（开发新的利导因子，拓宽老的限制因子、培育新兴优势组分的能力）和系统整合能力（体制整合力、科技整合力、产业整合力、景观整合力、文化整合力）。解决环境污染及其造成的生态破坏问题，需要技术、体制、行为和景观层次上的生态整合，包括循环疏浚的闭合能力、外引内联的整合能力以及斟时酌空的调和能力。R、K、I的辨识、模拟和优化是系统能否持续发展的关键。复合生态系统的生态控制论包括开拓适应原理、竞争共生原理、连锁反馈原理、乘补协同原理、循环再生原理、多样性主导性管理、功能发育原理、最小风险原理等，可以用4个字概括，就是拓、适、馈、整4类机理。这里的拓包括开拓、利用、营建和竞争一切可以利用的生态位，保持各种物理、化学、生物过程的持续运转、有机发育和协同进化；适即适应，包括生物改变自己以适应外部的生态条件，以及调节环境以适应内部的生存发展需求，推进与环境的协同共生；馈即反馈、循环，包括系统生产、流通、消费、还原整个生命周期过程的物质循环再生、可再生能源的永续利用，以及信息从行为主体经过环境再回到行为主体的灵敏反馈，即时间、空间、结构、功能范畴的有机复合、融合、综合与整合，包括结构整合、过程整合、功能整合和方法整合，以及对象复合、学科复合、体制复合与人才复合。竞争、共生、再生和自生机制的结合、整合与复3复合生态建设与适应性生态管理复合生态系统理论在城乡建设上的应用就是要通过生态规划、生态工程与生态管理，将单一的生物环节、物理环节、经济环节和社会环节组装成一个具有强生命力的生态经济系统，运用系统生态学原理去调节系统的主导性与多样性，开放性与自主性，灵活性与稳定性，发展的力度与稳度，促进竞争、共生、再生和自生能力的综合；生产、消费与还原功能的协调；社会、经济与环境目标的耦合；使资源得以高效利用，人与自然和谐共生。城乡建设是一个复杂的生态耦合体，其社会、经济、自然子系统间是相互耦合而非从属关系，虽功能不同，却缺一不可。一个走向可持续发展的社会应是市场竞争能力强，社会共生关系好，环境自中国科学院院刊體髉骵