周曉芳

華南師范大學(xué)旅游管理學(xué)院, 廣州 510631

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社會(huì)-生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力的測量方法綜述

周曉芳*

華南師范大學(xué)旅游管理學(xué)院, 廣州 510631

恢復(fù)力和社會(huì)-生態(tài)系統(tǒng)研究的理論及實(shí)踐近年來在西方較為流行,然而經(jīng)過幾十年發(fā)展,學(xué)術(shù)界仍舊沒有對(duì)恢復(fù)力的概念達(dá)成一致,相應(yīng)的測量方法更是多種多樣。基于恢復(fù)力理論對(duì)系統(tǒng)相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)和邊界的假設(shè)以及恢復(fù)力概念3個(gè)階段的演變和理論的發(fā)展,總結(jié)了測量恢復(fù)力的5種方法,得出恢復(fù)力測量的3個(gè)發(fā)展現(xiàn)狀或趨勢：閾值和斷裂點(diǎn)方法依舊是量化恢復(fù)力的基本方法；恢復(fù)力測量從關(guān)注時(shí)間轉(zhuǎn)向空間,關(guān)注生態(tài)轉(zhuǎn)向社會(huì)和社會(huì)-生態(tài)；復(fù)雜學(xué)和多學(xué)科融合的方法是未來發(fā)展的主要方向。

恢復(fù)力；社會(huì)-生態(tài)系統(tǒng)；測量；方法；綜述

雖然恢復(fù)力(Resilience)在很多學(xué)科領(lǐng)域已經(jīng)獲得相當(dāng)重要的地位,但迄今為止科學(xué)家們對(duì)其概念仍未達(dá)成共識(shí)[1],不同研究者根據(jù)需要做出不同解釋,從而出現(xiàn)模棱兩可的定義以及濫用現(xiàn)象[2],測量方法相應(yīng)也多種多樣。究其原因,在于恢復(fù)力存在著先天缺陷——即恢復(fù)力屬于預(yù)設(shè)性研究,其重要性要到危機(jī)爆發(fā)才會(huì)顯現(xiàn)[3]。由此大量的恢復(fù)力研究主要圍繞生態(tài)系統(tǒng)的災(zāi)難和脆弱性評(píng)價(jià)進(jìn)行[3],一定程度上模糊了恢復(fù)力和脆弱性兩個(gè)概念并掩蓋了恢復(fù)力的本質(zhì)。同時(shí),現(xiàn)階段的恢復(fù)力理論進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)這一概念不僅適用于短期災(zāi)難也適合長期現(xiàn)象[4],并不斷被引入社會(huì)、經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)研究中,在測量方面產(chǎn)生指標(biāo)過多和過于綜合化[1]的現(xiàn)象,進(jìn)一步模糊恢復(fù)力的本質(zhì),使其逐漸成為寬泛的話題,既吸引人又捉摸不透。

可見恢復(fù)力概念具有很高的可塑性,也意味著恢復(fù)力研究存在許多分歧,因此迫切需要有效的測量方法[5]來體現(xiàn)恢復(fù)力研究的價(jià)值。目前恢復(fù)力理論已進(jìn)入社會(huì)-生態(tài)系統(tǒng)(Social Ecological Systems)階段[6-8],即從原來關(guān)注系統(tǒng)恢復(fù)力轉(zhuǎn)向理解社會(huì)-生態(tài)系統(tǒng)的適應(yīng)、轉(zhuǎn)換和學(xué)習(xí)過程。從研究歷史來看,恢復(fù)力一直與社會(huì)-生態(tài)系統(tǒng)的復(fù)雜性以及這個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)所對(duì)應(yīng)的復(fù)雜問題演變有關(guān),這使得恢復(fù)力測量方法更加復(fù)雜多樣。如前所述,在恢復(fù)力概念沒有明確和一致且目前研究寬泛、概念濫用現(xiàn)象嚴(yán)重的情況下,各種文獻(xiàn)的恢復(fù)力測量方法并沒有明確的主線可循,綜述起來非常不易,本文力圖從恢復(fù)力的本質(zhì)出發(fā)——起源于對(duì)系統(tǒng)的相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)以及相應(yīng)邊界的假設(shè),依據(jù)恢復(fù)力概念的主要演變路徑(工程恢復(fù)力→生態(tài)恢復(fù)力→社會(huì)-生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力)介紹閾值和斷裂點(diǎn)法、恢復(fù)力替代法、場景分析法,對(duì)應(yīng)恢復(fù)力研究從關(guān)注時(shí)間向空間的轉(zhuǎn)變介紹狀態(tài)空間法、恢復(fù)力長度法,總結(jié)分析這五種方法并力圖尋求它們之間的聯(lián)系,探索恢復(fù)力測量方法的脈絡(luò)和發(fā)展趨勢。

1 閾值或斷裂點(diǎn)法

工程恢復(fù)力(Engineering Resilience)是恢復(fù)力的最早解釋或第一概念,假設(shè)和強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)的某個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)存在并以恢復(fù)到同樣狀態(tài)所需要的時(shí)間和速度[9]來衡量。生態(tài)恢復(fù)力(Ecological Resilience)是對(duì)工程恢復(fù)力的修訂和補(bǔ)充,假設(shè)系統(tǒng)存在多個(gè)穩(wěn)定狀態(tài),以系統(tǒng)在跨越這些狀態(tài)時(shí)吸收的干擾量而非時(shí)間和速度來表達(dá)恢復(fù)力[9-10]。兩者都屬于傳統(tǒng)恢復(fù)力,即立足于對(duì)系統(tǒng)相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)的假設(shè)并關(guān)注相應(yīng)邊界問題,認(rèn)為多空間的復(fù)雜系統(tǒng)行為將圍繞吸引場變化,如果系統(tǒng)進(jìn)入一個(gè)新的穩(wěn)定域,原系統(tǒng)的恢復(fù)力將丟失[11]?？梢?無論是系統(tǒng)基于某個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)或多種穩(wěn)定狀態(tài),還是系統(tǒng)恢復(fù)到某個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)的時(shí)間、速度或是吸收的干擾量,恢復(fù)力測量的基本還在于相對(duì)穩(wěn)定的參照狀態(tài)選取以及對(duì)應(yīng)變量或指標(biāo)的監(jiān)測和測量。

閾值和斷裂點(diǎn)方法即是以此為基礎(chǔ),其前提是假設(shè)社會(huì)-生態(tài)系統(tǒng)以某個(gè)或多種穩(wěn)定狀態(tài)存在,這種穩(wěn)定是相對(duì)的、變化的,如果某個(gè)系統(tǒng)變化過多或達(dá)到一定的程度,它就會(huì)跨越某個(gè)邊界或范圍并開始呈現(xiàn)不同的行為方式,直到進(jìn)入另一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)。閾值(Threshold)概念表達(dá)的即是系統(tǒng)的范圍邊界,是恢復(fù)力作用的范圍。Folke等人將其定義為控制產(chǎn)生臨界反饋的、經(jīng)常緩慢改變的變量達(dá)到的某一水平或數(shù)量,使得系統(tǒng)自組織地朝著不同軌跡、或不同的吸引子運(yùn)行[12],斷裂點(diǎn)(Tipping Point)則是穩(wěn)定系統(tǒng)被破壞將進(jìn)入不穩(wěn)定的臨界點(diǎn),是與閾值對(duì)應(yīng)的、相關(guān)的存在,在擾沌模型(Panarchy)[13]中得到充分體現(xiàn),是不同尺度或狀態(tài)的系統(tǒng)之間連接點(diǎn),在很大程度上可以認(rèn)為閾值和斷裂點(diǎn)所表達(dá)的系統(tǒng)邊界或臨界的實(shí)質(zhì)是一樣的。

Carpenter認(rèn)為直接測量恢復(fù)力非常困難,唯一的方法就是通過復(fù)雜系統(tǒng)的臨界或邊界識(shí)別[14],表明恢復(fù)力測量中閾值或斷裂點(diǎn)方法有基礎(chǔ)性的地位,在相關(guān)文獻(xiàn)中該方法應(yīng)用也最為廣泛[15]。閾值測量一般分為時(shí)間閾值和生態(tài)閾值[5],也有根據(jù)關(guān)鍵變量在時(shí)間和空間上的周轉(zhuǎn)速率而分為快變量和慢變量[16]。無論何種分類,閾值的方法基本都是根據(jù)關(guān)鍵變量和時(shí)間閾值或生態(tài)閾值之間的關(guān)系估算系統(tǒng)某些關(guān)鍵指標(biāo)從脅迫狀態(tài)恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)的時(shí)間。例如,在生態(tài)系統(tǒng)中對(duì)生態(tài)閾值和時(shí)間閾值轉(zhuǎn)換最明顯的例證就是氮和磷在湖泊中的富積和變化,如果氮和磷沉積速率下降并逐步減少,湖泊會(huì)恢復(fù)原來的狀態(tài),湖泊系統(tǒng)的恢復(fù)力可以通過氮和磷的變化兩個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)來確定[17]?？梢哉f閾值提供了一種很好的思路,即系統(tǒng)由一種狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N狀態(tài)的時(shí)候所應(yīng)具備的條件和恢復(fù)時(shí)間,或是系統(tǒng)能夠承受的最大脅迫或系統(tǒng)從一種狀態(tài)到另一狀態(tài)的臨界值和斷裂點(diǎn)。由于思路相同,斷裂點(diǎn)和閾值兩者經(jīng)常聯(lián)系在一起,目前在閾值系統(tǒng)模型中測量恢復(fù)力的方法均與斷裂點(diǎn)有關(guān)系,例如系統(tǒng)到斷裂點(diǎn)的位置、系統(tǒng)朝著斷裂點(diǎn)移動(dòng)的敏感性、系統(tǒng)朝著斷裂點(diǎn)移動(dòng)的速度[5]等等。在生態(tài)系統(tǒng)實(shí)踐中的運(yùn)用也較常見,例如嚴(yán)重干旱環(huán)境下北美黃松向矮松的種群轉(zhuǎn)換是因?yàn)橥寥狼治g和嚴(yán)重破碎化[17],土壤侵蝕程度和相應(yīng)生態(tài)系統(tǒng)的閾值和斷裂點(diǎn)就是地表松樹群落系統(tǒng)轉(zhuǎn)換的臨界。除了時(shí)間閾值和生態(tài)閾值,空間閾值的研究也開始出現(xiàn),例如Liu[18]在梳理閾值的非線性時(shí)以武隆地區(qū)大熊貓的棲息點(diǎn)、居民點(diǎn)以及燃料采集點(diǎn)三者的空間距離變化及關(guān)系展示了空間閾值問題,是一個(gè)較好的探索。

由于運(yùn)用閾值和斷裂點(diǎn)方法的時(shí)候生態(tài)系統(tǒng)都被假設(shè)有一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài),并且在通過某一或某系列壓力源產(chǎn)生的臨界值到達(dá)另一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)[19],或通過分析少數(shù)關(guān)鍵變量來理解生態(tài)系統(tǒng)動(dòng)態(tài),承認(rèn)系統(tǒng)的系列變量和關(guān)系在從控制性的狀態(tài)轉(zhuǎn)變到另一個(gè)穩(wěn)定范圍時(shí)所吸收的擾動(dòng)數(shù)量[8],因此閾值和斷裂點(diǎn)方法的焦點(diǎn)不是在穩(wěn)定性,而是在變化性,是對(duì)不斷變化的社會(huì)-生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力有用的測量方法[8],例如Brand 總結(jié)的3種可能的量化恢復(fù)力方法均是基于閾值和斷裂點(diǎn)[20]。

但是,閾值和斷裂點(diǎn)關(guān)注的臨界通過并不經(jīng)常發(fā)生,且確認(rèn)哪里是臨界和系統(tǒng)邊界存在也是非常難[14]。自然科學(xué)中對(duì)臨界值的理解來自于大的擾動(dòng)發(fā)生前后生態(tài)系統(tǒng)的響應(yīng)過程,但在交叉學(xué)科中這也許不可能[14]；并且,在歷史的長河中,社會(huì)崩潰是不多見的[21],而社會(huì)研究總是滯后于社會(huì)現(xiàn)象,社會(huì)現(xiàn)象的復(fù)雜性遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過經(jīng)驗(yàn)的認(rèn)識(shí),導(dǎo)致社會(huì)系統(tǒng)的臨界和邊界狀態(tài)確定更是困難。因此閾值和斷裂點(diǎn)的方法是有限的,基本上僅適用于被不利環(huán)境控制的生態(tài)系統(tǒng),以及不考慮系統(tǒng)內(nèi)部或外部的競爭導(dǎo)致的生態(tài)系統(tǒng)變化,對(duì)長期的社會(huì)-生態(tài)系統(tǒng)研究則很難運(yùn)用到。目前社會(huì)-生態(tài)系統(tǒng)中使用該方法也仍然處于概念和模型階段,這與生態(tài)學(xué)家本身的專業(yè)局限有關(guān),雖然Rapport等人認(rèn)為閾值或斷裂點(diǎn)方法可以求助于計(jì)算機(jī)模型的幫助,如Century模型和Gap 模型[15],實(shí)際上這些模型并不適用。

不過,閾值和斷裂點(diǎn)的方法至少為了解社會(huì)發(fā)展提供了一個(gè)思路,Adger認(rèn)為災(zāi)難過后前社會(huì)系統(tǒng)的殘留變成新社會(huì)系統(tǒng)的生長點(diǎn),依據(jù)假設(shè)的方法可以推導(dǎo)恢復(fù)力[3]。目前許多相關(guān)研究也逐漸集中到如何理解社會(huì)體制轉(zhuǎn)換的臨界狀態(tài),用恢復(fù)力管理的方式阻止社會(huì)轉(zhuǎn)變或?yàn)?zāi)難被觸發(fā)[22],形成轉(zhuǎn)化型變革或轉(zhuǎn)換型景觀的研究。例如在Walker等人的研究中,轉(zhuǎn)換型變革包括景觀穩(wěn)定性的本質(zhì)改變、新的決定性狀態(tài)變量的介入以及其他變量的丟失[23],具體來說包括對(duì)社會(huì)的看法和意義的改變、社會(huì)網(wǎng)絡(luò)配置、領(lǐng)導(dǎo)層與政治和權(quán)力的關(guān)系結(jié)構(gòu)、組織結(jié)構(gòu)的關(guān)聯(lián)和制度安排[12]。

2 恢復(fù)力替代法

圖1 社會(huì)-生態(tài)系統(tǒng)中恢復(fù)力和替代的機(jī)制[14] Fig.1 Relationship between the surrogates to resilience of social-ecological systems

在更加復(fù)雜的社會(huì)-生態(tài)系統(tǒng)中,學(xué)者們普遍認(rèn)為測量每個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)的閾值非常困難[15],因而發(fā)展了一種間接的方法[24],即恢復(fù)力替代法。替代(Surrogate)這個(gè)概念并非新名詞,在1973年Holling對(duì)恢復(fù)力的經(jīng)典開創(chuàng)性論文中已假設(shè)生態(tài)系統(tǒng)存在自組織的替代物或穩(wěn)定狀態(tài)[25]。恢復(fù)力的替代物并非一般生態(tài)學(xué)意義上的指示因子(Indicator),而是在對(duì)社會(huì)-生態(tài)系統(tǒng)的評(píng)估過程中提取的閾值或斷裂點(diǎn)及相關(guān)變量,Peterson認(rèn)為尋找替代是系統(tǒng)各獨(dú)立部分相互加強(qiáng)的過程[26]。關(guān)于替代物和恢復(fù)力的關(guān)系以及在社會(huì)-生態(tài)系統(tǒng)中的機(jī)制,Carpenter等[14]以圖1表示：

如何識(shí)別和選取替代物？簡單來說就是在評(píng)價(jià)社會(huì)生態(tài)恢復(fù)力的時(shí)候直接從中推導(dǎo)出代理的特征[24]。由于恢復(fù)力管理的目的是使系統(tǒng)面對(duì)干擾時(shí)保持持續(xù)和穩(wěn)定,替代物的選取要求具有前瞻性[27],并且在選取替代物之前要界定好問題,對(duì)社會(huì)-生態(tài)系統(tǒng)和恢復(fù)力機(jī)理進(jìn)行甄別和研究。事實(shí)上替代物識(shí)別和界定依舊是一個(gè)難題,因?yàn)榛謴?fù)力至今都沒有統(tǒng)一的概念,進(jìn)入社會(huì)-生態(tài)系統(tǒng)階段的恢復(fù)力研究更加復(fù)雜,恢復(fù)力更多作為一個(gè)屬性來被研究。

如果說工程恢復(fù)力和生態(tài)恢復(fù)力概念相對(duì)生態(tài)系統(tǒng)研究來說較為清晰,那社會(huì)-生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)力含義則至今仍不夠能明確。自從社會(huì)生-生態(tài)系統(tǒng)研究聚焦系統(tǒng)的復(fù)雜演變過程[12]開始,恢復(fù)力的概念與適應(yīng)和進(jìn)化越來越近[28]。例如Walker等人提出恢復(fù)力不應(yīng)該僅僅被視為系統(tǒng)對(duì)初始狀態(tài)的一種恢復(fù),而且也是復(fù)雜的社會(huì)-生態(tài)系統(tǒng)為響應(yīng)擾動(dòng)和壓力、限制條件而產(chǎn)生的一系列變化(Change)、適應(yīng)(Adapt)和改變(Transform)的能力[23]；Folke等人也認(rèn)為現(xiàn)階段恢復(fù)力的思想主要著眼于社會(huì)-生態(tài)系統(tǒng)的3個(gè)不同方面,即持續(xù)性角度的韌性(Resilience as Persistence)、適應(yīng)性(Adaptability)和轉(zhuǎn)變性(Transformability)[12]；Cumming等認(rèn)為系統(tǒng)的本質(zhì)就是忍耐和不忍耐,恢復(fù)力等同于系統(tǒng)保持其特性的能力[27]。這些都表明了目前的社會(huì)-生態(tài)系統(tǒng)研究已經(jīng)進(jìn)入復(fù)雜系統(tǒng)階段[29],因此恢復(fù)力被更多視為這個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)的屬性[30],或是與條件(Potential)、連通性(Connectedness)成為系統(tǒng)的3個(gè)維度[13]。這些轉(zhuǎn)變體現(xiàn)了研究的關(guān)注角度從過去生態(tài)系統(tǒng)的相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)對(duì)應(yīng)的邊界或臨界問題轉(zhuǎn)向關(guān)注社會(huì)生態(tài)復(fù)合系統(tǒng)持續(xù)和穩(wěn)定對(duì)應(yīng)的適應(yīng)和進(jìn)化、學(xué)習(xí)等問題,這使得社會(huì)-生態(tài)系統(tǒng)研究的復(fù)雜性增強(qiáng),更多社會(huì)-生態(tài)屬性問題被納入,從而導(dǎo)致恢復(fù)力的地位降低,恢復(fù)力本質(zhì)更加被模糊甚至忽視。

鑒于恢復(fù)力替代法在選取替代物的時(shí)候非常依賴研究者的能力,本文介紹Bennett 等總結(jié)的利用簡單系統(tǒng)模型在具體案例研究中逐步識(shí)別恢復(fù)力替代物的過程,即通過發(fā)展系統(tǒng)模型建立識(shí)別恢復(fù)力替代物的4 個(gè)步驟：問題界定、反饋過程辨識(shí)、系統(tǒng)模型設(shè)計(jì)和恢復(fù)力替代物識(shí)別[5,31]。

第一步 問題界定

定義分析系統(tǒng)的原因或問題。例如系統(tǒng)應(yīng)該被恢復(fù)的是什么方面？系統(tǒng)恢復(fù)的哪些變化是研究希望的？問題界定有助于對(duì)系統(tǒng)的邊界和范圍有一個(gè)清晰的認(rèn)識(shí),并對(duì)外部干擾和系統(tǒng)未來發(fā)展?fàn)顟B(tài)有初步預(yù)期,在預(yù)期的基礎(chǔ)上設(shè)定恢復(fù)力管理的目標(biāo)。

第二步 反饋過程辨識(shí)

反饋過程是系統(tǒng)恢復(fù)力的重要構(gòu)成,決定了變量間的相互作用。如果要試圖完整描述系統(tǒng),反饋過程非常重要。系統(tǒng)只有在對(duì)反饋的不斷識(shí)別和適應(yīng)中才能實(shí)現(xiàn)下一次的轉(zhuǎn)變和適應(yīng),在這個(gè)不斷反饋和適應(yīng)、轉(zhuǎn)變中,反饋回路形成并成為系統(tǒng)循環(huán)的重要特征,從而影響對(duì)恢復(fù)力的判斷和測量。這一過程相對(duì)來說較為復(fù)雜,在實(shí)際的社會(huì)-生態(tài)系統(tǒng)問題中更不容易識(shí)別。例如當(dāng)輸出過程發(fā)生時(shí),輸入過程同樣出現(xiàn)反饋回路,反饋加強(qiáng)的是正反饋,阻礙系統(tǒng)過程并促進(jìn)平衡的是負(fù)反饋,正反饋減穩(wěn),負(fù)反饋傾向穩(wěn)定,恢復(fù)力的判斷需要理解正負(fù)兩種反饋形成的回路以及之間相互矛盾,清楚能使系統(tǒng)各部分相互限制并導(dǎo)致替代狀態(tài)如何發(fā)生以及相應(yīng)的系統(tǒng)過程。具體來說,需要甄別的問題諸如什么變量改變了？是什么樣的進(jìn)程和驅(qū)動(dòng)力產(chǎn)生了這些改變？什么力量控制產(chǎn)生改變的過程？等等。

第三步 系統(tǒng)模型設(shè)計(jì)

好的系統(tǒng)模型包括所有關(guān)鍵要素和反饋進(jìn)程,以及系統(tǒng)要素之間的鏈接。這一步需要注意幾個(gè)問題：什么是系統(tǒng)關(guān)鍵要素,它們怎么連接的？哪種正反饋或負(fù)反饋存在且與什么變量有關(guān)？如果有的話,控制這些反饋回路的干預(yù)因素是哪些？將系統(tǒng)從可控的一個(gè)反饋回路移動(dòng)到另一個(gè)會(huì)有什么樣的區(qū)別？在關(guān)鍵要素提煉和系統(tǒng)過程聯(lián)系機(jī)制理順的基礎(chǔ)上建立的系統(tǒng)原型和系統(tǒng)模型,為下一步的參數(shù)設(shè)定和系統(tǒng)模擬提供基礎(chǔ)。

第四步 恢復(fù)力替代物識(shí)別

識(shí)別替代物的時(shí)候需注意幾個(gè)問題：在反饋回路中狀態(tài)變量的閾值如何？從狀態(tài)變量到閾值有多遠(yuǎn)？從狀態(tài)變量移動(dòng)到閾值或遠(yuǎn)離閾值有多快？外部的干擾如何可能并如何影響和控制狀態(tài)變量？變化緩慢的變量影響閾值位置的方式如何？什么因素控制這些緩慢的變量。這一步要通過對(duì)狀態(tài)和閾值的了解來判斷系統(tǒng)是否具備恢復(fù)力或者恢復(fù)力程度如何,并辨識(shí)系統(tǒng)在外部干擾或緩慢變化過程中的恢復(fù)力變化情況,以實(shí)現(xiàn)恢復(fù)力的控制。

上述方法相對(duì)被部分學(xué)者接受,其中系統(tǒng)模型的建立和設(shè)計(jì)是重要的一環(huán)[13],一旦定性的系統(tǒng)模型建立,關(guān)系量化和因果假設(shè)就相對(duì)容易[32]。然而定義系統(tǒng)模型非常困難,并不能忽視細(xì)節(jié),這些細(xì)節(jié)有可能是非常重要的[5],但如果要全面考慮這些細(xì)節(jié),又會(huì)影響模型本身的建立,因而這是一個(gè)艱難的過程。好的模型并沒有那么容易,正如愛因斯坦所說“盡可能簡單,但不是更簡單”,恢復(fù)力測量方法的探索注定還將繼續(xù)。

在使用恢復(fù)力替代方法的時(shí)候有幾點(diǎn)還必須注意,第一也即是核心問題是哪一種恢復(fù)力替代是與社會(huì)-生態(tài)系統(tǒng)中的恢復(fù)力一致的？在這個(gè)問題上要弄清楚很不容易,因?yàn)榛謴?fù)力不能直接觀察,因而這個(gè)問題也不能直接回答,所以很多相關(guān)問題必須要了解。第二是環(huán)境,恢復(fù)力替代經(jīng)常有賴于環(huán)境,系統(tǒng)恢復(fù)力的產(chǎn)生也有賴于環(huán)境,這種環(huán)境依賴應(yīng)該可以講清楚的。第三,替代必須是一致的和重復(fù)的,某種程度上能夠給以觀察者同樣的信息[5,14]。

在近年關(guān)于恢復(fù)力替代方法的研究結(jié)果中,一些生態(tài)系統(tǒng)的替代可以作為參考,例如方差的增加(Rising Variance)可以作為生態(tài)系統(tǒng)躍遷的預(yù)警指標(biāo)、干擾后的恢復(fù)速率(Slow Recovery)可作為恢復(fù)力和系統(tǒng)躍遷的指示因子、偏度(Skewness)可以用來預(yù)警系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)換[33]。但Carpenter指出各替代因子都有局限性,需要進(jìn)一步的實(shí)證分析和完善[14]。并且,恢復(fù)力的測量不同于傳統(tǒng)生態(tài)指數(shù),使用替代意味著承認(rèn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)中的恢復(fù)力不能直接被觀察[14],大大增加了恢復(fù)力測量的難度和不準(zhǔn)確性。Holling也承認(rèn)恢復(fù)力及其代替之間的關(guān)系經(jīng)常改變,恢復(fù)力替代理論上也應(yīng)該以相應(yīng)的方式響應(yīng)和符合這種變化[25,34]。盡管這些都表明恢復(fù)力替代的方法存在缺陷,但也為該方法的進(jìn)一步發(fā)展指明了方向。另外,恢復(fù)力替代識(shí)別過程的復(fù)雜以及選取上的主觀因素都使得恢復(fù)力替代法具有針對(duì)性,缺乏普適性,并且在實(shí)際使用過程中,很多簡單的生搬硬套,甚至直接跳過系統(tǒng)模型的建立和分析,直接簡單選取恢復(fù)力的影響因子,導(dǎo)致恢復(fù)力替代方法變成簡單的恢復(fù)力影響因素的評(píng)價(jià)。

3 場景分析法

由于現(xiàn)階段恢復(fù)力被假設(shè)為社會(huì)-生態(tài)的屬性[12]或維度[13],難以觀測更難以量化,加上前述閾值或斷裂點(diǎn)和恢復(fù)力替代方法的缺陷,導(dǎo)致社會(huì)生態(tài)中的恢復(fù)力研究中定性方法比定量多,場景分析法(Scenario)是較多和較早使用的方法。最初由Walker等人提出[24],很快得到社會(huì)-生態(tài)系統(tǒng)研究領(lǐng)域內(nèi)主流學(xué)者的認(rèn)可和使用[31],成為預(yù)測系統(tǒng)可能的未來和道路選擇[35]的主要方法之一。

場景分析在本質(zhì)上就是對(duì)未來的故事性敘述[8],即展示未來是什么樣的。和以定量方法為主的測量、預(yù)測方法相比,場景分析更加注重現(xiàn)階段研究基礎(chǔ)上的變化性和敘事的邏輯性[8]。一幕、幀或幅場景要包括可能的事件過程導(dǎo)致到來的結(jié)果狀態(tài)或圖像,這個(gè)圖像更像是未來具有代表性的一幅畫或一張快照。例如Gilberto[36]就提出了場景剖析的4個(gè)步驟：首先對(duì)系統(tǒng)現(xiàn)階段狀態(tài)特征分析以得到某一關(guān)鍵問題,再分析規(guī)模、驅(qū)動(dòng)力、不變要素和不確定因素,然后分析系統(tǒng)的邏輯結(jié)構(gòu),最后得到描述將來景象的要素。他總結(jié)了世界常見的幾個(gè)場景：參考場景、政變場景、崩潰場景、堡壘場景、生態(tài)社區(qū)場景、新可持續(xù)示范場景,如圖2所示。

好或壞的場景為社會(huì)-生態(tài)恢復(fù)力管理提供相應(yīng)的規(guī)劃思路和提前應(yīng)對(duì)方案,然而場景并不那么好構(gòu)建,需要對(duì)社會(huì)-生態(tài)系統(tǒng)的現(xiàn)階段狀態(tài)、系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)因素、系統(tǒng)變量、可能面對(duì)的干擾、系統(tǒng)的恢復(fù)力和適應(yīng)性等全方位評(píng)估,這些過程有可能只是經(jīng)驗(yàn)之談。為使場景分析法更有依據(jù)、結(jié)果令人信服,研究者們不斷完善和規(guī)范相關(guān)步驟和程序,本文主要介紹Cumming等人的場景分析5階段[27]。

(1)定義系統(tǒng)特性

在描述社會(huì)-生態(tài)系統(tǒng)的時(shí)候,系統(tǒng)的組成部分是首要考慮的問題,并要根據(jù)實(shí)際的社會(huì)-生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行分析。包括對(duì)系統(tǒng)組成部分的清楚描述、部分之間的相互關(guān)系和反應(yīng)、組成的連續(xù)性、以及可能存在的新事物和系統(tǒng)的創(chuàng)新性。其中要盡可能定義系統(tǒng)的邊界,掌握閾值和臨界情況,考慮系統(tǒng)尺度問題。

這一階段主要分為兩步,第一步將4個(gè)系統(tǒng)屬性概念化(結(jié)構(gòu)組成、功能關(guān)系、創(chuàng)新和連續(xù)性),第二步根據(jù)驅(qū)動(dòng)力作用的范圍和強(qiáng)度分別在4個(gè)屬性中選取相應(yīng)的變量。得出的結(jié)果是社會(huì)-生態(tài)系統(tǒng)各部分及其關(guān)系,Cumming等建議用可視化的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)關(guān)系圖來表示,如圖3所示。

將社會(huì)-生態(tài)系統(tǒng)簡單可視化對(duì)于測量恢復(fù)力,定義系統(tǒng)的特性,監(jiān)控相應(yīng)的變量變化很重要,因此這一步有決定性作用。

(2)定義可能的新系統(tǒng)：與當(dāng)前系統(tǒng)相同和不同的特性

圖2 世界社會(huì)-生態(tài)系統(tǒng)常見的幾種場景[36]Fig.2 Six scenarios of the world social-ecological systems

圖3 地方社會(huì)-生態(tài)系統(tǒng)簡單可視化及各部分關(guān)系[27]Fig.3 Simple visualization and relationships of key components within each local social-ecological system

根據(jù)上一階段中舊系統(tǒng)的特性在選定的驅(qū)動(dòng)因素作用假設(shè)下推導(dǎo)系統(tǒng)有可能產(chǎn)生的變化,包括有可能產(chǎn)生的新系統(tǒng)和系統(tǒng)經(jīng)歷發(fā)展和重組后有可能保留的特性。如果沒有發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的特性被保持,顯然這個(gè)系統(tǒng)缺乏恢復(fù)力。如有,則將這些被繼承的系統(tǒng)特性提取出來,并監(jiān)控和測量相關(guān)變量的變化數(shù)據(jù)。這一階段的焦點(diǎn)是對(duì)變化的管理,包括評(píng)估、緩和負(fù)面結(jié)果和增強(qiáng)積極效果。

(3)闡述變化的軌跡

這一階段與上一階段相輔相成,循環(huán)進(jìn)行。包括厘清系統(tǒng)變化的主要過程、對(duì)系統(tǒng)性能的影響,同時(shí)也注意與恢復(fù)力相關(guān)的擾動(dòng)。關(guān)鍵目標(biāo)是對(duì)連續(xù)的變化如何影響恢復(fù)力進(jìn)行假設(shè)性的分析。

(4)評(píng)價(jià)將來的可能性

在對(duì)現(xiàn)狀評(píng)價(jià)、可能未來的分析、不同驅(qū)動(dòng)力作用以及對(duì)擾動(dòng)的分析基礎(chǔ)上推測未來可能發(fā)生什么。這一階段并不擯棄系統(tǒng)特性,相反更要關(guān)注系統(tǒng)特性的變化,這是恢復(fù)力分析的關(guān)鍵。

(5)確定變化的因素和驅(qū)動(dòng)力

這一步是前述基礎(chǔ)下對(duì)系統(tǒng)的機(jī)制的更深層次理解,結(jié)合對(duì)系統(tǒng)變化的分析和驅(qū)動(dòng)因素的確定,將恢復(fù)力以及系統(tǒng)特性變化的相關(guān)變量聯(lián)系起來,最后得到社會(huì)-生態(tài)系統(tǒng)的變化機(jī)制、過程以及恢復(fù)力。

4 狀態(tài)空間法

狀態(tài)空間法是現(xiàn)代系統(tǒng)論和控制論的主要研究方法,動(dòng)力學(xué)意義上的狀態(tài)是一系列信息的集合：對(duì)于一個(gè)給定的動(dòng)態(tài)系統(tǒng),如果要完全描述其動(dòng)態(tài)需要n個(gè)變量,則狀態(tài)空間就是由狀態(tài)向量X(t)構(gòu)成的n維向量空間,如公式(1)所示。通過狀態(tài)變量的空間變化建立系統(tǒng)內(nèi)部變量與外部輸入變量和輸出變量之間的關(guān)系,不僅是信息的集合和空間上的動(dòng)態(tài)連續(xù),還對(duì)系統(tǒng)外部特征和內(nèi)部性能狀態(tài)都進(jìn)行描述。生態(tài)學(xué)中的狀態(tài)空間法較多用于生態(tài)承載力評(píng)價(jià),通常由表示系統(tǒng)各要素狀態(tài)向量的環(huán)境軸、資源軸和人類活動(dòng)軸三維狀態(tài)空間軸組成[37],用狀態(tài)空間中的承載狀態(tài)點(diǎn)定量地描述和測度區(qū)域承載力與承載狀態(tài)[38]。

(1)

在此基礎(chǔ)上恢復(fù)力聯(lián)盟將狀態(tài)直接定義為構(gòu)成系統(tǒng)的變量[39],例如一個(gè)牧場系統(tǒng)由草、灌木和牲畜的數(shù)量決定,那它的狀態(tài)空間就是所有可能3類變量在三維空間上的各種可能組合,三者在空間上的運(yùn)動(dòng)體現(xiàn)了動(dòng)力系統(tǒng)的不斷變化,即牧場的狀態(tài)就是在特定時(shí)間下草、灌木和牲畜的數(shù)量。狀態(tài)也被認(rèn)為是一個(gè)階段,在這個(gè)階段上,物種與環(huán)境交互作用產(chǎn)生了功能與結(jié)構(gòu)的一組屬性,形成狀態(tài)空間[39]。社會(huì)-生態(tài)系統(tǒng)中狀態(tài)的廣義定義則是指系統(tǒng)在某個(gè)閾值范圍內(nèi)的主要過程以及所引起的系統(tǒng)的特征變化[40],這種變化是可以被監(jiān)測和測量的,因此狀態(tài)空間可用于直觀理解恢復(fù)力的內(nèi)涵[41]。

用狀態(tài)空間法測量社會(huì)-生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力的前提是假設(shè)系統(tǒng)運(yùn)行的狀態(tài)處于“吸引盆地”中,“吸引盆地”是狀態(tài)空間中一個(gè)特定的相對(duì)穩(wěn)定區(qū)域,Walker的用穩(wěn)定景觀吸引盆(The Basins of Attraction in a Stability Landscape)[23]來描述,并增加了體制(Regime)的概念來表達(dá)一系列狀態(tài)中有著同樣本質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能的系統(tǒng)配置[23],以小球在穩(wěn)定景觀吸引盆內(nèi)或吸引盆之間的變化來代表恢復(fù)力的運(yùn)動(dòng)軌跡。不過 Folke等認(rèn)為景觀吸引盆和體制的假設(shè)過于復(fù)雜,比較贊同May[42]和Holling[25]直接采用多穩(wěn)態(tài)(Multiple Stable States)來表征生態(tài)動(dòng)力系統(tǒng)在相同的參數(shù)條件下存在不同穩(wěn)態(tài)解的現(xiàn)象,即直接關(guān)注穩(wěn)定狀態(tài)的多樣性,省卻了體制這一系統(tǒng)配置的環(huán)節(jié)。

然而,起源于自動(dòng)化和控制理論的狀態(tài)空間法并沒有在恢復(fù)力的量化和測量方面得到很好的運(yùn)用,原因和前述閾值和斷裂點(diǎn)的方法較為類似,即使在運(yùn)用該方法比較多的生態(tài)承載力評(píng)價(jià)方面也大部分是簡單套用。很顯然,對(duì)于社會(huì)-生態(tài)系統(tǒng)這樣一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng),只基于變量的狀態(tài)和狀態(tài)空間概念反而使得恢復(fù)力研究更加復(fù)雜。因?yàn)橄到y(tǒng)的狀態(tài)空間并非幾個(gè)變量就可以明確的,空間是一個(gè)點(diǎn)、線、面組合和維度的問題,狀態(tài)和狀態(tài)空間應(yīng)關(guān)注系統(tǒng)變量在空間上的可能組合以及相應(yīng)的變化和驅(qū)動(dòng)機(jī)制。但是,狀態(tài)空間法不失是一個(gè)新的好思路,不僅關(guān)注恢復(fù)力的工程學(xué)和生態(tài)學(xué)含義,將兩者思想融合起來,還注重社會(huì)-生態(tài)系統(tǒng)的整體狀態(tài)和變化,有利于從整體到局部關(guān)注恢復(fù)力的動(dòng)態(tài)變化。更重要的是恢復(fù)力傳統(tǒng)研究一直關(guān)注的是與變量變化相關(guān)的時(shí)間和相應(yīng)的速度問題,狀態(tài)空間法則是向恢復(fù)力空間研究轉(zhuǎn)變的一個(gè)的開始。

5 恢復(fù)力長度法

狀態(tài)空間法是恢復(fù)力空間研究的轉(zhuǎn)變,但所關(guān)注的狀態(tài)空間還不是具體的空間問題,即不屬于空間恢復(fù)力(Spatial Resilience)。恢復(fù)力長度法則在這方面有所開創(chuàng),由Dai及其同事通過室內(nèi)培養(yǎng)酵母群落的試驗(yàn)提出,是比較新穎的一個(gè)定量研究的方法,被Carpenter高度贊賞并以其發(fā)表在《Nature》上的“Spatial Signatures of Resilience”一文力推[43]。這種方法與傳統(tǒng)的只關(guān)注時(shí)間序列的恢復(fù)力指數(shù)完全不同,主要以空間信息為研究對(duì)象,其理念是建立在生物體空間分布和變化過程基礎(chǔ)上。受景觀生態(tài)學(xué)的影響沿用了斑塊(Patch)的概念,并將斑塊分為兩類：條件較好的棲息地通常是良性斑塊(Good Patch)或者系列人口稠密的斑塊群或斑塊光暈(Patch Halo),反之不良斑塊(Bad Patch)上人口較為稀疏；隨著距離不良斑塊越來越遠(yuǎn),種群密度將逐漸達(dá)到某個(gè)景觀整體范圍的平均水平。

圖4 恢復(fù)力長度[43]Fig.4 Length of resilience

圖4是對(duì)恢復(fù)力長度的一個(gè)說明,不良斑塊是測量恢復(fù)力的參照,位置為0,如果種群最高密度時(shí)期良好斑塊位置為1,恢復(fù)力長度就是0到1的距離,即種群從衰敗時(shí)期恢復(fù)到高密度時(shí)期90%的距離。如果這一距離近,則恢復(fù)力長度較短(接近閾值),此時(shí)社會(huì)-生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力高(底部較尖)遠(yuǎn)則恢復(fù)力長度長(遠(yuǎn)離閾值),此時(shí)社會(huì)-生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力低(底部較平)。

大量研究顯示面對(duì)突如其來的災(zāi)難,恢復(fù)力下降使得人口變化急劇,恢復(fù)力長度的方法突破了以前以時(shí)間或速率變化來表達(dá)的恢復(fù)力,不僅證明人口在景觀斑塊之間的移動(dòng)影響恢復(fù)力變化,更表明隨著恢復(fù)力的下降,不良斑塊對(duì)人口的影響空間范圍將越來越大,這一現(xiàn)象在人口空間分布方面有很多例證,例如收割季節(jié)的人口模式。另外增加恢復(fù)力長度會(huì)減少良性斑塊面積或數(shù)量,例如過渡放牧和氣候變化使得草原演化成沙漠的過程體現(xiàn)出良性斑塊數(shù)量減少[43]。

目前的恢復(fù)力研究經(jīng)常強(qiáng)調(diào)空間的重要性[18,43],恢復(fù)力長度的方法是空間恢復(fù)力在運(yùn)用上邁進(jìn)的一大步。相對(duì)大多數(shù)只有時(shí)間尺度而缺乏空間信息的恢復(fù)力測量來說,這一方法有很大的優(yōu)勢,如結(jié)合景觀生態(tài)學(xué)以及地理信息系統(tǒng)GIS技術(shù),恢復(fù)力的大尺度空間研究將更加有可能。

6 其他方法

由前述所總結(jié)的幾種方法可看出,對(duì)生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力量化的方法和模型多樣,但是社會(huì)系統(tǒng)和社會(huì)-生態(tài)系統(tǒng)中則傾向于定性[14]。這些定性方法一般分為為4種：利益評(píng)價(jià)、模型解釋、歷史剖面、案例研究[14],系統(tǒng)模型方面也以軟模型為主,包括藝術(shù)、故事或場景、技術(shù)圖表、地圖、啟發(fā)式數(shù)學(xué)模型、快速理解簡單模型以及復(fù)雜復(fù)合系統(tǒng)模型等[14],通常都有缺陷且存在時(shí)空尺度上的替代困難[14]。

從模型的觀點(diǎn)來看,社會(huì)-生態(tài)系統(tǒng)是可以被概念化和定量化的[44],然而從生活在其中的人的角度,社會(huì)-生態(tài)系統(tǒng)更是一個(gè)物質(zhì)、社會(huì)和象征性景觀的復(fù)雜交織和人們的生活經(jīng)驗(yàn)構(gòu)建[44],使得量化研究的困難更大。不過學(xué)者們?nèi)匀煌Ｖ共涣诉@樣的探索,Adger認(rèn)為生態(tài)系統(tǒng)的某些方面可以類推到更寬泛環(huán)境下社會(huì)制度中,也即是社會(huì)系統(tǒng)和社會(huì)-生態(tài)系統(tǒng)可以參考生態(tài)系統(tǒng)的一些恢復(fù)力測量方法[1]。這方面案例有不少,如Bennett等人檢驗(yàn)場景和仿真兩種模型在社會(huì)-生態(tài)系統(tǒng)中的運(yùn)用[5]；Alleby等人從恢復(fù)力替代角度出發(fā)聚焦復(fù)雜系統(tǒng)的不連續(xù)數(shù)據(jù)集尋找[45]；Berkes和Seixas調(diào)查了社會(huì)-生態(tài)系統(tǒng)中的記憶和適應(yīng)性知識(shí)的角色,其研究揭示恢復(fù)力替代存在于社會(huì)的環(huán)境監(jiān)控能力特征中,社會(huì)系統(tǒng)能察覺并能適當(dāng)?shù)仫@現(xiàn)出生態(tài)系統(tǒng)變化的信號(hào)[46]；Cumming等運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)方法對(duì)美國不同地區(qū)進(jìn)行恢復(fù)力比較評(píng)價(jià)[27]；Frey 使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法分析社會(huì)-生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力[47]等等。然而這些方法在還沒有得到廣泛驗(yàn)證,依然有待深入探討[20]。

7 結(jié)論和展望

恢復(fù)力概念從工程恢復(fù)力、生態(tài)恢復(fù)力到社會(huì)-生態(tài)恢復(fù)力的演變反映恢復(fù)力理論進(jìn)入新的階段,這個(gè)階段是社會(huì)-生態(tài)系統(tǒng)復(fù)雜性的表現(xiàn),復(fù)雜現(xiàn)象容易造成對(duì)本質(zhì)的逐漸模糊,對(duì)恢復(fù)力測量方法的梳理在于體現(xiàn)這一過程并還原恢復(fù)力的本質(zhì)。5種方法中,閾值和斷裂點(diǎn)的方法是基礎(chǔ),該方法關(guān)注傳統(tǒng)工程恢復(fù)力的時(shí)間和對(duì)應(yīng)的速度以及生態(tài)恢復(fù)力的干擾量,其前提和假設(shè)是恢復(fù)力理論的根基,即基于系統(tǒng)相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)的假設(shè)來探討系統(tǒng)的邊界或臨界問題,測量恢復(fù)力的作用范圍。雖然目前閾值和斷裂點(diǎn)的方法主要應(yīng)用在生態(tài)系統(tǒng),但對(duì)社會(huì)系統(tǒng)研究提供了轉(zhuǎn)化型變革或轉(zhuǎn)換型景觀的思路[23],并且對(duì)空間閾值[18]和恢復(fù)力長度[43]的探索也表明從時(shí)間恢復(fù)力轉(zhuǎn)向空間恢復(fù)力的過程中量化恢復(fù)力還主要基于這個(gè)方法。由于閾值和斷裂點(diǎn)方法的假設(shè)在社會(huì)-生態(tài)系統(tǒng)和社會(huì)系統(tǒng)中難以被直接觀測,進(jìn)而產(chǎn)生了恢復(fù)力替代的方法。但是通過替代物的選取并構(gòu)建系統(tǒng)模型來測量恢復(fù)力的方法實(shí)際上是承認(rèn)恢復(fù)力不能被直接測量,因而存在不準(zhǔn)確性,且這種不準(zhǔn)確性與測量者的主觀和能力有很大關(guān)系。既然替代不能使得恢復(fù)力量化更具說服力,社會(huì)系統(tǒng)研究干脆更多選擇定性的場景分析法,使得這5種方法在復(fù)雜的社會(huì)-生態(tài)系統(tǒng)研究中并存并相輔相成。

針對(duì)恢復(fù)力概念、理論及相應(yīng)的恢復(fù)力測量方法發(fā)展和演變,本文圖5作為總結(jié)。

圖5 恢復(fù)力理論及測量方法演變Fig.5 Five resilience measuring methods in the research process

綜上,本研究得到以下結(jié)論：

結(jié)論一 迄今為止,恢復(fù)力理論始終是一個(gè)假設(shè),或社會(huì)-生態(tài)系統(tǒng)的一個(gè)屬性或維度,是否存在至今仍然不清楚,這是恢復(fù)力概念長期得不到統(tǒng)一的困境來源,也是恢復(fù)力難以測量的關(guān)鍵性因素。

結(jié)論二 盡管沒有統(tǒng)一的概念和測量方法,恢復(fù)力還是提供了研究類似社會(huì)-生態(tài)系統(tǒng)等復(fù)雜系統(tǒng)的具體方法思路,即基于系統(tǒng)相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)的假設(shè),關(guān)注系統(tǒng)邊界或臨界問題,監(jiān)測相關(guān)變量變化,測量恢復(fù)力的作用范圍。

結(jié)論三 閾值和斷裂點(diǎn)是基本方法,恢復(fù)力的測量方法正從時(shí)間轉(zhuǎn)向空間,從生態(tài)轉(zhuǎn)向社會(huì)和社會(huì)-生態(tài)、社會(huì)。

在恢復(fù)力研究已經(jīng)進(jìn)入社會(huì)-生態(tài)系統(tǒng)復(fù)雜系統(tǒng)階段的今天,與恢復(fù)力相似的諸如脆弱性、穩(wěn)定性、適應(yīng)性、轉(zhuǎn)換性、多樣性等等系統(tǒng)屬性不僅使恢復(fù)力概念更加混淆難辨,且某些屬性只有在較高尺度或分析水平才能顯現(xiàn),測量他們非常困難[27],很多學(xué)者對(duì)恢復(fù)力開始持懷疑甚至反對(duì)態(tài)度,認(rèn)為恢復(fù)力在理論和實(shí)證兩個(gè)階段之間是獨(dú)立發(fā)展的,且這種分離源于缺乏理論框架、翻譯模式以及公認(rèn)的概括和定義,使得無論是研究方法還是研究設(shè)計(jì)都缺乏一致的標(biāo)準(zhǔn),甚至認(rèn)為恢復(fù)力理論是簡單欺騙[48]。但無論如何,恢復(fù)力是需求——控制機(jī)制下的一種預(yù)見性的管理決策方法,為如何使得社會(huì)、生態(tài)和社會(huì)-生態(tài)系統(tǒng)及類似的復(fù)雜系統(tǒng)更好發(fā)展提供了一個(gè)提前了解的途徑[27]。而對(duì)恢復(fù)力的測量是方法促進(jìn)理論發(fā)展、提高恢復(fù)力可信度和實(shí)踐轉(zhuǎn)換程度、解決恢復(fù)力研究困境的重要途徑,加上量化不確定性是社會(huì)-生態(tài)系統(tǒng)的研究趨勢[1],因此,尋找、總結(jié)和發(fā)展恢復(fù)力測量方法非常重要。

恢復(fù)力理論的研究對(duì)象從生態(tài)系統(tǒng)向社會(huì)-生態(tài)系統(tǒng)和社會(huì)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)變表明了目前科學(xué)研究的一種趨勢,即將自然科學(xué)的智慧運(yùn)用到社會(huì)科學(xué)中[49]。社會(huì)-生態(tài)系統(tǒng)研究就是在搭建自然和社會(huì)之間的橋梁,因而對(duì)于社會(huì)-生態(tài)系統(tǒng)這類復(fù)雜系統(tǒng)來說,恢復(fù)力的研究方法也要相對(duì)復(fù)雜得多。Farrell 等認(rèn)為,復(fù)雜系統(tǒng)的恢復(fù)力需要用非線性方法,引用新的思考方式,將恢復(fù)力、適應(yīng)性管理、系統(tǒng)模型、情景規(guī)劃、社會(huì)科學(xué)和生態(tài)學(xué)整合[50]。并且,對(duì)于復(fù)雜的、多尺度和多格局環(huán)境現(xiàn)象,在研究的時(shí)候應(yīng)注意尺度上的轉(zhuǎn)變,將這些轉(zhuǎn)變作為復(fù)雜的行為和知識(shí)進(jìn)行理解,用跨學(xué)科交叉方法進(jìn)行研究[51]。相應(yīng)的系統(tǒng)分析需要新的、定量的評(píng)價(jià)方案和合適的調(diào)研工具,能夠整合生態(tài)、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)等全方位因素,并將土地利用作為景觀變化的驅(qū)動(dòng)力,使得復(fù)雜社會(huì)-生態(tài)系統(tǒng)下的景觀動(dòng)力機(jī)制能夠得到充分理解[52]。

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

[2] 葛怡, 史培軍, 徐偉, 劉婧, 錢瑜, 陳磊. 恢復(fù)力研究的新進(jìn)展與評(píng)述. 災(zāi)害學(xué), 2010, 25(3): 119- 124, 129- 129.

[3] Adger W N, Hughes T P, Folke C, Carpenter S R, Rockstr?m J. Social-ecological resilience to coastal disasters. Science, 2005, 309(5737): 1036- 1039.

[4] Rose A. Economic resilience to natural and man-made disasters: multidisciplinary origins and contextual dimensions. Environmental Hazards, 2007, 7(4): 383- 398.

[5] Bennett E M, Cumming G S, Peterson G D. A Systems model approach to determining resilience surrogates for case studies. Ecosystems, 2005, 8(8): 945- 957.

[6] Holling C S, Gunderson L H. Resilience and adaptive cycles // Gunderson L H, Holling C S, eds. Panarchy: Understanding Transformations in Human and Natural Systems. Washington, DC: Island Press, 2002: 25- 62.

[7] Folke C, Carpenter S, Elmqvist T, Gunderson L, Holling C S, Walker B. Resilience and sustainable development: building adaptive capacity in a world of transformations. AMBIO, 2002, 31(5): 437- 440.

[8] Folke C. Resilience: the emergence of a perspective for social-ecological systems analyses. Global Environmental Change, 2006, 16(3): 253- 267.

[9] Holling C S. Engineering resilience versus ecological resilience // Gunderson L H, Allen C R, Holling C S, eds. Foundations of Ecological Resilience. Washington, DC: Island Press, 2006: 51- 66.

[10] Holling C S, Meffe G K. Command and control and the pathology of natural resource management. Conservation Biology, 1996, 10(2): 328- 337.

[11] Holling C S. The Resilience of terrestrial ecosystems: local surprise and global change // Clark W C, Munn R F, eds. Sustainable Development of the Biosphere. Cambridge: Cambridge University Press, 1986: 292- 317.

[12] Folke C, Carpenter S R, Walker B, Scheffer M, Chapin T, Rockstr?m J. Resilience thinking: integrating resilience, adaptability and transformability. Ecology and Society, 2010, 15(4): 20- 20.

[13] Holling C S, Gunderson L H, Peterson G D. Sustainability and panarchies // Gunderson L H, Holling C S, eds. Panarchy: Understanding Transformations in Human and Natural Systems. Washington, DC: Island Press, 2002: 63- 102.

[14] Carpenter S R, Westley F, Turner M G. Surrogates for resilience of social-ecological systems. Ecosystems, 2005, 8(8): 941- 944.

[15] 閆海明, 戰(zhàn)金艷, 張韜. 生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力研究進(jìn)展綜述. 地理科學(xué)進(jìn)展, 2012, 31(3): 303- 314.

[16] Walker B, Salt D, Reid W. Resilience Thinking: Sustaining Ecosystems and People in a Changing World. Washington, DC: Island Press, 2006.

[17] Lin B B, Petersen B. Resilience, regime shifts, and guided transition under climate change: examining the practical difficulties of managing continually changing systems. Ecology and Society, 2013, 18(1): 28.

[18] Liu J G, Dietz T, Carpenter S R, Alberti M, Folke C, Moran E, Pell A N, Deadman P, Kratz T, Lubchenco J, Ostrom E, Ouyang Z, Provencher W, Redman C L, Schneider S H, Taylor W W. Complexity of coupled human and natural systems. Science, 2007, 317(5844): 1513- 1516.

[19] Groffman P M, Baron J S, Blett T, Gold A J, Goodman I, Gunderson L H, Levinson B M, Palmer M A, Paerl H W, Peterson G D, Poff N L, Rejeski D W, Reynolds J F, Turner M G, Weathers K C, Wiens J. Ecological thresholds: the Key to successful environmental management or an important concept with no practical application? Ecosystems, 2006, 9(1): 1- 13.

[20] Brand F. Critical natural capital revisited: ecological resilience and sustainable development. Ecological Economics, 2009, 68(3): 605- 612.

[21] Endfield G H. The resilience and adaptive capacity of social-environmental systems in colonial Mexico. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 2012, 109(10): 3676- 3681.

[22] Harris J A, Hobbs R J, Higgs E, Aronson J. Ecological restoration and global climate change. Restoration Ecology, 2006, 14(2): 170- 176.

[23] Walker B, Holling C S, Carpenter S R, Kinzig A. Resilience, adaptability and transformability in social-ecological systems. Ecology and Society, 2004, 9(2): 5.

[24] Walker B, Carpenter S R, Anderies J, Abel N, Cumming G, Janssen M, Lebel L, Norberg J, Peterson G D, Pritchard R. Resilience management in social-ecological systems: a working hypothesis for a participatory approach. Ecology and Society, 2002, 6(1): 14.

[25] Holling C S. Resilience and stability of ecological systems. Annual Review of Ecology and Systematics, 1973, 4(1): 1- 23.

[26] Peterson G D. Estimating resilience across landscapes. Ecology and Society, 2002, 6(1): 17.

[27] Gumming G S, Barnes G, Perz S, Schmink M, Sieving K E, Southworth J, Binford M, Holt R D, Stickler C, Van Holt T. An exploratory framework for the empirical measurement of resilience. Ecosystems, 2005, 8(8): 975- 987.

[28] Simmie J, Martin R. The Economic resilience of regions: towards an evolutionary approach. Cambridge Journal of Regions, Economy and Society, 2010, 3(1): 27- 43.

[29] Walker B, Abel N. Resilient rangelands-adaptation in complex systems // Gunderson L H, Holling C S, eds. Panarchy: Understanding Transformations in Human and Natural Systems. Washington, DC: Island Press, 2002: 293- 313.

[30] The Resilience Alliance. Research on social-ecological systems: a basis for sustainability. [2015- 10]. http://www.resilience.org.

[31] Bennett E M, Carpenter S R, Peterson G D, Cumming G S, Zurek M, Pingali P. Why global scenarios need ecology. Frontiers in Ecology and the Environment, 2003, 1(6): 322- 329.

[32] Shipley B. Cause and Correlation in Biology: A User′s Guide to Path Analysis, Structural Equations and Causal Inference. Cambridge: Cambridge University Press, 2002: 317- 317.

[33] 馮劍豐, 王洪禮, 朱琳. 生態(tài)系統(tǒng)多穩(wěn)態(tài)研究進(jìn)展. 生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào), 2009, 18(4): 1553- 1559.

[34] Holling C S. Understanding the complexity of economic, ecological, and social systems. Ecosystems, 2001, 4(5): 390- 405.

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

[36] Gallopin G. Planning for resilience: scenarios, surprises, and branch points // Gunderson L H, Holling C S, eds. Panarchy: Understanding Transformations in Human and Natural Systems. Washington, DC: Island Press, 2002: 361- 392.

[37] 余丹林, 毛漢英, 高群. 狀態(tài)空間衡量區(qū)域承載狀況初探——以環(huán)渤海地區(qū)為例. 地理研究, 2003, 22(2): 201- 210.

[38] 楊倩, 蒙吉軍, 王曉東. 基于多維狀態(tài)空間法的漓江上游生態(tài)旅游承載力空間評(píng)價(jià)及提升策略. 北京大學(xué)學(xué)報(bào): 自然科學(xué)版, 2015, 51(1): 131- 140.

[39] The Resilience Alliance. Key concepts. [2015- 10]. http://www.resalliance.org.

[40] Stringham T K, Krueger W C, Shaver P L. State and transition modeling: an ecological process approach. Journal of Range Management, 2003, 56(2): 106- 113.

[41] 孫晶, 王俊, 楊新軍. 社會(huì)-生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力研究綜述. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2007, 27(12): 5371- 5381.

[42] May R M. Thresholds and breakpoints in ecosystems with a multiplicity of stable states. Nature, 1977, 269(5628): 471- 477.

[43] Carpenter S R. Complex systems: spatial signatures of resilience. Nature, 2013, 496(7445): 308- 309.

[44] Crane T A. Of models and meanings: cultural resilience in Socio-ecological Systems. Ecology and Society, 2010, 15(4): 19.

[45] Allenby B, Fink J. Toward inherently secure and resilient societies. Science, 2005, 309(5737): 1034- 1036.

[46] Berkes F, Seixas C S. Building resilience in lagoon social-ecological systems: a local-level perspective. Ecosystems, 2005, 8(8): 967- 974.

[47] Frey U J, Rusch H. Using artificial neural networks for the analysis of Social-ecological systems. Ecology and Society, 2013, 18(2): 40.

[48] O′Neill R V. Recovery in complex ecosystems. Journal of Aquatic Ecosystem Stress and Recovery, 1998, 6(3): 181- 187.

[49] Ostrom E. A general framework for analyzing sustainability of social-ecological systems. Science, 2009, 325(5939): 419- 422.

[50] Farrell B, Twining-Ward L. Seven steps towards sustainability: tourism in the context of new knowledge. Journal of Sustainable Tourism, 2005, 13(2): 109- 122.

[51] Stokols D, Lejano R P, Hipp J. Enhancing the resilience of human-environment systems: a social ecological perspective. Ecology and Society, 2013, 18(1): 7.

[52] Lacitignola D, Petrosillo I, Cataldi M, Zurlini G. Modelling socio-ecological tourism-based systems for sustainability. Ecological Modelling, 2007, 206(1/2): 191- 204.

Measuring methods for the resilience of social ecological systems

ZHOU Xiaofang*

SchoolofTourismManagement,SouthChinaNormalUniversity,Guangzhou510631,China

Both theoretical and practical studies on resilience and social-ecological systems have become popular in the past several decades. However, to date, no consensus has been achieved on the concept and measurement of resilience. On the basis of the assumption of the resilience theory on relative stable states and boundaries of systems, three-phase development process of the resilience concept, and history of the resilience theory, 5 measurement methods for the resilience of social-ecological systems have been reviewed in this paper. Three directions or trends for methodology development to quantify the resilience of social-ecological systems have been discussed: (1) Threshold and tipping point measurements are still the fundamental measuring methods. (2) Concerns have changed from temporal to spatial dimensions and from ecology to social ecology systems. (3) Integration of complexity science and multidisciplinary methods is the main direction for methodology development.

resilience; social ecological systems; measuring; methods; summary

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41401189);教育部人文社會(huì)科學(xué)項(xiàng)目(12YJCZH316)

2016- 02- 04;

2016- 12- 02

10.5846/stxb201602040255

*通訊作者Corresponding author.E-mail: zhouxiaofang@m.scnu.edu.cn

周曉芳.社會(huì)-生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力的測量方法綜述.生態(tài)學(xué)報(bào),2017,37(12):4278- 4288.

Zhou X F.Measuring methods for the resilience of social ecological systems.Acta Ecologica Sinica,2017,37(12):4278- 4288.