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地理科学进展, 2021, 40(6): 1060-1072 doi: 10.18306/dlkxjz.2021.06.015

研究综述

人地系统耦合下生态系统服务与人类福祉关系研究进展与展望

邱坚坚,, 刘毅华,*, 袁利, 陈澄静, 黄清瑶

广州大学地理科学与遥感学院,广州 510006

Research progress and prospect of the interrelationship between ecosystem services and human well-being in the context of coupled human and natural system

QIU Jianjian,, LIU Yihua,*, YUAN Li, CHEN Chengjing, HUANG Qingyao

School of Geography and Remote Sensing, Guangzhou University, Guangzhou 510006, China

通讯作者: *刘毅华(1964— ),女,陕西丹凤人,教授,硕士生导师,主要从事区域土地利用与国土空间优化研究。E-mail:liuyihua96@163.com

收稿日期: 2020-08-24   修回日期: 2020-12-17   网络出版日期: 2021-06-28

基金资助: 国家自然科学基金项目.  41771096
广东省哲学社会科学规划专项项目.  GD20SQ03

Received: 2020-08-24   Revised: 2020-12-17   Online: 2021-06-28

Fund supported: National Natural Science Foundation of China.  41771096
Philosophy and Social Science Planning Project of Guangdong Province.  GD20SQ03

作者简介 About authors

邱坚坚(1996— ),男,广东云浮人,硕士生,主要从事生态系统服务协调优化与国土空间规划研究。E-mail:jjchiugzhu@163.com

摘要

21世纪以来生态系统服务退化与人类需求提升间的矛盾愈发激烈,如何有效推进生态系统服务与人类福祉的协调平衡成为当前可持续发展的核心主题。论文通过梳理生态系统服务与人类福祉关系研究的阶段演进发现,现有研究主要从服务对福祉的影响与福祉对服务的反馈切入,逐步聚焦到供需关系与空间流动、权衡/协同的利益博弈、文化服务的价值化、生态补偿与付费、优化调控与可持续管理等二者相互作用关系的实践上。但目前的关系研究仍以“级联框架的‘影响链条’”为主导,缺少测度直接交互作用的技术路径,理论体系匮乏,面向可持续管理的应用支撑较弱,而同时二者逐渐形成非线性交互关系,亟需在人地系统耦合框架下寻求综合集成范式经验以推进理论创新。因此,论文提出从级联到耦合的关系研究新思路,以生态系统服务与人类福祉的耦合研究来系统辨析其交互胁迫效应及内在动力演化机理,同时探索性构建耦合研究的理论框架与技术思路,丰富人地系统耦合的关键命题。以此为基础,未来研究还需着重从交互作用关系的梳理出发,深化耦合效应解耦、传导机制与动态集成、基于服务与福祉协调的可持续优化等领域研究,促进有序协调的生态文明发展。

关键词： 生态系统服务 ; 人类福祉 ; 人地系统耦合 ; 相互作用关系 ; 耦合 ; 研究框架

Abstract

Since the beginning of the 21st century, the conflict between the degradation of ecosystem services (ES) and the increase of human needs has become increasingly intensified. How to improve the interrelationship between ecosystem services and human well-being (HWB) towards a coordinated and balanced state naturally becomes a core theme of sustainable development. Based on the reviews of ES-HWB interrelationship through three phrases, the existing research mainly started from the influences of ES on and responses to HWB, and further focused on the practices of their interrelationship through some key fields including supply-demand relationship and spatial flows, trade-offs/synergies, valuation of cultural ecosystem services, payments for ecosystem services, and optimized regulation and sustainable management. However, the interrelationship research is still led by "influence chain" of the ES cascade while distinct deficiencies exist in terms of theoretical framing, technical methods of direct interrelationship measurement, and support applied for sustainable management. Moreover, the ES-HWB interrelationship tends to become more nonlinear, which urges for certain theoretical innovation from synthetic integration paradigm of the coupled human and natural system framework. This article, therefore, proposed a new path for the ES-HWB interrelationship research—from cascade to coupling, with which the interactive coercing effect and its intrinsic dynamic change mechanism are clear to distinguish in a systematic way. On this basis, an exploratory theoretical research framework of ES-HWB coupling was built with a main thread of "interactive coercing effect measurement-coupling relationship deconstruction-coupled pattern and process evolution-coordinated management and application", so were the technical coupling approaches. In such regards, the ES-HWB coupling research is bound to develop as a pivotal issue enriching the coupled human and natural system studies. First, there is a need to untangle ES-HWB interrelationship as a foundation. Then, further in-depth research should be enriched to achieve the orderly and coordinated development oriented by ecological civilization, including the decoupling of coupled interactions, transmission mechanism and dynamic integration, human needs-oriented differentiated evolution, and sustainable optimization based on the ES-HWB coordination.

Keywords： ecosystem services ; human well-being ; coupled human and natural system ; interrelationship ; coupling ; research framework

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本文引用格式

邱坚坚, 刘毅华, 袁利, 陈澄静, 黄清瑶. 人地系统耦合下生态系统服务与人类福祉关系研究进展与展望. 地理科学进展[J], 2021, 40(6): 1060-1072 doi:10.18306/dlkxjz.2021.06.015

QIU Jianjian, LIU Yihua, YUAN Li, CHEN Chengjing, HUANG Qingyao. Research progress and prospect of the interrelationship between ecosystem services and human well-being in the context of coupled human and natural system. Progress in Geography[J], 2021, 40(6): 1060-1072 doi:10.18306/dlkxjz.2021.06.015

21世纪以来全球经济社会迅猛发展,在享受生态环境惠益的基础上,人民生活水平与幸福感得到极大提升[1],发展需求逐渐转变为更高层次的对美好生活的向往。但与此同时,大尺度、高强度的人类活动又对生态环境造成了不可逆转的破坏,生态空间不断萎缩,生态功能严重损耗[2],生态系统退化与人类需求提升之间的矛盾愈演愈烈。在此背景下,党的十八大将生态文明建设提到了关系人民福祉的新高度,指出“要以资源环境承载能力为基础,以自然规律为准则,以可持续发展、人与自然和谐为目标,建设生产发展、生活富裕、生态良好的文明社会”[3]。究其实质,就是在生态适宜承载性的基础上谋求不同层次福祉的提升,促进生态系统服务供给与人类福祉需求的科学协调,以改善“三生空间”和区域发展失衡问题。在当今全球城市化高速发展的浪潮中,如何紧密联结生态系统服务与人类福祉,深入辨析其交互作用机理和发展失调问题,进而弱化矛盾、保护生态、提高福祉,既是生态文明建设的基本要义,又是可持续发展的时代主题[4,5]。

生态系统服务(ecosystem services)是人类从生态系统功能中获取的各种惠益,其目标终点是人类福祉的提升[6,7],在良好生活质量的基础上实现个人需求和潜在价值的满足[8,9]。自联合国千年生态系统评估(Millennium Ecosystem Assessment, MA)完成后,相关研究以关注生态系统服务对人类福祉的贡献评估为重点,通过时空尺度分异辨析其与人类福祉、景观可持续性的交互影响机理[10],形成了生态系统结构、过程与功能—服务—人类收益与福祉级联框架(cascade)这一基本范式[11]。随着人类社会经济复杂系统的作用愈发强烈,近年来强化了人类福祉对生态系统服务的反馈与响应研究,且逐渐显现出生态系统服务的福祉化、人类福祉需求的多层次多维化、时空权衡与社会分异化、交互作用的管理应用化等重要转向[12,13,14]。在地理学研究向人地系统耦合深化的过程中,生态系统服务与人类福祉愈发紧密交互,其相互关联、耦合逐渐成为当前研究的重点与前沿问题。但现有服务与福祉的关系研究仍以“级联框架的‘影响链条’”为主导,对二者相互作用的直接测度研究较为匮乏,迫切需要从人地系统耦合的综合集成范式中寻求理论创新。从系统思维明晰二者间的交互胁迫机制,理解“三生空间”失调与人类福祉层次化失衡的内在动因,既是推进生态文明建设下可持续发展的战略实践,又是丰富地理学综合集成与耦合范式的科学支撑。基于此,本文从已有生态系统服务与人类福祉关系研究的阶段演进出发,重点梳理二者相互作用研究的主要进展,辨析其问题与不足,由此提出从级联到耦合的新思路,探索构建生态文明导向下生态系统服务与人类福祉耦合研究的理论框架与技术思路,并探讨下一步研究的重要方向,以期深化人地系统耦合的科学内涵,为区域可持续发展提供现实路径与决策参考。

1 生态系统服务与人类福祉关系研究的阶段演进

以人地关系为核心,生态系统服务与人类福祉关系研究主要经历了3个阶段的演进：从生态系统服务对人类福祉的贡献与影响(级联框架)开始,过渡到人类福祉对生态系统服务的反馈与响应,再到生态系统服务与人类福祉的相互作用关系,研究的综合集成性不断提升和深化。

1.1 生态系统服务对人类福祉的影响

作为连接自然生态系统与社会经济系统的桥梁,生态系统服务的重要价值体现在维持人们良好的生活质量水平上,能够满足不同层次发展的需要,增进人类社会福祉[15,16]。一般而言,生态系统服务的强化对人类福祉具有显著的促进作用,且不同类型服务对不同发展需求的影响各异,如供给服务提供了生活所需的大量资源和原料[17],文化服务满足了游憩娱乐需求、提高了归属感等[18]。这种贡献作用实际上是级联框架“影响链条”的经典研究思路,同时受到社会分异影响,又会随人类需求的层次差异而变化,如富裕阶层更倾向于美学游憩、文化消遣服务以提升自我实现的需要,而落后地区人民更依赖于食物、水、洁净空气等基本生存物质,导致边缘弱势群体的福祉更易遭到削弱[12,19]。不过随着社会经济发展水平的进一步提高,学者们又发现时间序列上生态系统服务却会对人类福祉产生负向的胁迫效应,服务功能萎缩的同时福祉却大幅提升,这种“生态魔咒”现象反映了人类福祉的量化过多侧向于经济维度,来自生态系统服务的作用未得到充分重视[20,21]。

1.2 人类福祉对生态系统服务的反馈

人类福祉(human well-being)多指健康、幸福、繁荣、良好积极的生活状态[9],过去主要以经济发展与国民收入为表征,后来逐渐关注社会民生、心理健康、生态环境等层面[13,22]。人类福祉对生态系统服务的依赖性较强,尤其是基础层次的福祉需求,与级联框架中提升人类福祉、消除区域贫困的终端目标是高度匹配的[23]。已有研究多从居民感知的支付意愿与主观福祉[24,25]、农户生计与响应[26]、区域管控与决策差异[27]等方面探讨福祉对服务的反馈效应,但由于不同人群对生态系统服务的价值判断和感知体验不一,个人身份特征、社会文化环境、区域认同约束等因素都会影响对应福祉的实现程度,进而呈现出人类福祉对生态系统服务的响应差异[28]。因此学者们开始从人类福祉效应一侧探索其对生态系统服务的“反馈链条”,如基于人类福祉的生态系统服务分类[23]、区分中间与终端服务的收益—福祉转化[29]等,并逐步提出融合人类福祉及社会经济系统作用的生态系统服务韧性响应框架[30]、反馈环路式级联框架[31]、社会—生态交互系统模型[32]等新范式,尝试完善级联框架的回路。

1.3 生态系统服务与人类福祉的相互作用

生态系统服务与人类福祉同属多尺度、多层次、复杂的动态开放系统[17],前者主要从供给、调节、文化、支持服务对人类福祉起承载或约束作用[8],后者通过经济、社会、环境福祉需求的分异以促进或胁迫生态系统服务及其功能[33],二者由此形成紧密的双向关联作用[34]。研究指出,当代和未来人类社会的福祉状况取决于世界范围内是否具有生态可持续性和社会公正性的生活方式[8],进而会对生态系统功能、服务和景观格局产生直接影响[35,36]。据此,目前对于生态系统服务的内涵理解与评估逐渐从传统的经济价值产出转向了更重视人类福祉所发挥的效用,通过联结自然生态系统与人类社会经济系统来综合考量生态系统服务的深刻价值[16,37-38],促使生态系统服务与人类福祉相互作用关系研究在系统整合“影响链条”和“反馈链条”的基础上逐渐拓展。

2 生态系统服务与人类福祉关系研究的主要进展

目前生态系统服务与人类福祉的相互作用关系研究并非是从双向作用的直接测度展开,二者的内涵与评估方式也尚未形成较统一的标准,缺少辨析影响与反馈链条交互效应的理论体系与技术路径。但在人地系统耦合框架下,紧密联结自然生态系统与人类社会经济系统的服务与福祉关系研究逐渐成为前沿趋势,并主要从以下几大主题进行了交互作用表现的探讨,通过在级联框架的经典主题上强化人类福祉的反馈式关联,延展了关系研究的实践思路,丰富其科学体系内涵。

2.1 供需关系与空间流动

供需关系与空间流动是生态系统服务与人类福祉交互作用的基本途径。生态系统服务的供给多表现为特定区域和时间内生态系统所提供的生态功能、产品与社会服务[39],需求则多指人类社会的消费、使用,其内涵既包括基于行为偏好的期望惠益,也包括基于支付意愿的感知和效用价值[40,41]。在具体应用实践中,通常需要区分潜在供给(需求)和实际供给(需求) [42],并通过连接供需两端的改进式级联框架[43]、生态系统服务传递链模型[40]、基于供需匹配的协调管理框架[44]等方式反映生态系统服务的动态作用强度、空间均衡状况及其对人类福祉的交互胁迫程度等[42,45]。将供给与需求联结起来则形成了生态系统服务流,它反映了服务从“源”到“汇”的实际传输与使用过程[46],是生态系统服务与人类福祉相互作用的直观空间媒介[47]。通过公众参与式调查[48]、ARIES(artificial intelligence for ecosystem services)模型[45]等方法模拟生态系统服务的空间传输路径,进而辨析出生态系统服务受益者的空间交互差异[49],可成为提升人类福祉、促进生态可持续管理的重要依据。

2.2 权衡/协同的利益博弈

由于生态系统服务的类型多样性、空间分布的不均衡性和人类需求的选择性差异,生态系统服务之间存在着此消彼长或相互促进的作用关系,即权衡/协同[50]。20世纪以来,以高速城市化为主要表征的人类活动极大地强化了这种权衡关系,供给服务的增加与调节、文化服务的降低并存[51],其中的关键动力就是人类选择偏好及其行为需求的内在分异,尤其是多元利益相关者对人类福祉的差异化影响,促使生态系统服务与人类福祉也呈现出权衡关系[39,52]。在服务与福祉关系研究的前沿中,权衡的形成与空间组织逐渐受到经济社会关系与人类活动变化的强化影响,一定程度上促成了不同受益者群体间福祉的权衡,区分出受益的“赢家(即得益者或高层次福祉享受者)”和“输家(即损益者或低层次福祉维持者)”[15,53],这样的利益博弈实际上反映了生态系统服务与人类福祉的多重非线性交互作用差异,并将内化为景观格局、国土空间规划、生态文明效益上的“斑块化”表征[54]。

2.3 文化服务的价值化

生态系统文化服务(cultural ecosystem services, CES)是生态环境与社会文化、娱乐体验等内在交互所形成的收益[55],主要包含精神满足、认知发展、反思、消遣和审美体验[8],以及美学价值、宗教意义、地方感、教育功能等内涵[54]。CES最显著的特性包括非物质性、无形性和难恢复性,多是心理和精神层面的抽象惠益[47],其价值多取决于人类的主观意愿和感受,因此,可作为服务与福祉交互作用的重要结果表征。与其他生态系统服务不同的是,针对CES的价值化测度需由经济价格转变为非经济价格、由外显性偏好转变为表述性偏好、由生态功能主导转变为用户主导[56,57,58],直接面向不同地域的利益相关者开展,既体现不同地域文化服务的供给分异,又反映基于经验感受的不同福祉需求差异。近年来,相关研究以推进供需空间化[59]、参与式制图[60]、大数据建模[61]等多元方式为目标开展跨学科探索,通过兼顾生态文化功能和主观意愿体验的评估以表征生态系统服务与人类福祉的紧密交互作用关系,将成果直接应用于决策制定和可持续性管理当中[55]。

2.4 生态补偿与付费

生态补偿与付费是生态系统服务与人类福祉交互作用分异的调控策略。生态系统服务付费(payments for ecosystem services, PES)在中国多称为生态补偿,主要通过供需空间流与权衡作用区分出生态系统服务的关键得益者和损益者,促成服务使用方向服务提供方付费的条件交易[62],典型项目如中国的退耕还林、欧盟碳排放交易体系等。PES在现阶段生态保护直面威胁、生态服务严重退化、区域发展失调加剧的全球背景下受到广泛关注,尤其是针对生态退化与贫困化交织肆行的区域所存在的服务与福祉空间失衡现象。由于不同时空尺度下生态系统服务与人类福祉的交互胁迫效应各异,以空间管治与市场经济为主的调控手段就成为PES的必由之路,目前多通过缔约协商的自愿交易、政府补贴的转移支付、非现金的多元补偿等方式开展[63,64]。补偿标准主要考虑直接经济损失、机会成本、基础投入、社会文化背景、制度政策与区域公平等[65,66],同时需要借助情景分析、效益实践、偏好决策的差异等方式检验其社会、经济与生态效果[67,68],以达到促进生态系统服务维持与人类福祉提升之间科学协调的核心目标。

2.5 优化调控与可持续管理

在系统梳理生态系统服务与人类福祉的复杂交互作用关系后,基于生态文明导向的区域土地空间优化调控与可持续管理就成为既符合时代需要又契合科学前沿的关键议题,更是生态系统服务与人类福祉关系研究的应用终点。现有研究多从土地利用变化出发寻求区域生态系统服务的提升,主要通过设置价值最大化[69]、供需平衡[47]、生态系统服务效率最优[70]、生态与经济协调[71]等不同优化原则和目标,运用一般均衡模型[72]、贝叶斯网络[73]、参与式情景模拟[74]、多智能体系统[68]等多元方法,实现数量结构、空间布局和集成效益的优化,以最终达到区域综合效益的最大化,为生态保育协调、土地资源管理、“三生空间”规划、生态文明决策管理等应用领域提供了具体可行的科学依据[72]。但由于人类社会系统的主观性和复杂性强,直接连接具体管理应用与决策实践的关系研究仍有不少欠缺,亟需在不同时空和受益者尺度分异的视角下进一步厘清交互作用关系的演化特征。

3 从级联到耦合：人地系统耦合下服务与福祉关系研究的新思路

3.1 研究评述

人地系统耦合框架下的生态系统服务与人类福祉关系研究是当前国内外研究的重点和热点,在多学科交叉融合的范式引领下已从“级联框架的‘影响链条’”走向“反馈链条”以及相互作用关系研究,从理论思辨、质性分析逐渐走向可量化的区域实践,开始揭示二者的复杂交互胁迫作用,强化了综合兼顾经济社会发展与生态环境效益的资源管理与区域规划应用。但同时现有研究又明显滞后于社会发展的实际,难以解决生态系统服务退化与人类需求提升间的激烈矛盾,并主要存在着以下几方面的不足：

(1) 缺少“反馈链条”和相互作用关系的区域实践与技术路径。生态系统服务是连接自然生态系统与人类社会经济系统的重要桥梁,其对人类福祉的影响作用已通过级联框架进行了广泛研究,但来自人类福祉的反馈与响应未得到充分关注,缺少直接面向人类福祉需求端的关系研究范式。同时相关研究容易模糊实际供给(需求)、潜在供给(需求)与终端收益等环节差异[42],多停留在单要素、单维度、单向的分析,较少将二者放在紧密交互胁迫的视角来综合考量和测度,服务与福祉相互作用关系研究的技术方法有所欠缺,相关研究仍需拓展更丰富的区域实践以强化对交互作用内在机理的揭示。

(2) 缺乏生态系统服务与人类福祉关系研究的理论构建。生态系统服务与人类福祉都是较复杂的系统概念,其内涵体系和测度方式尚未形成科学共识,尤其是人类福祉所特有的抽象性、文化依赖性和层次分异性,导致相关的量化实践和应用难以形成普遍性成果[14]。当前面向生态系统服务与人类福祉作用关系的研究多是个体案例或简单的思路探讨,极少从集成思维来搭建生态系统服务与人类福祉关系研究的理论框架体系,研究的综合性、系统性不足。而且生态系统服务与人类福祉具有类似的尺度效应,在不同时空尺度分异下会呈现相应的演化差异和规律,二者交互胁迫作用后又会内化形成复杂的要素和动力传导效应,对其科学辨析亟需理论上的创新。

(3) 缺少直接面向可持续发展与决策管理的应用支撑。生态系统服务与人类福祉关系研究的应用终端是为生态文明发展和区域可持续管理提供科学依据,但现有研究的逻辑思路较少与决策管理进行紧密融合,直接应用导向不足,难以深入解决生态服务退化、“三生空间”失调、福祉层次化失衡等问题。更重要的是,当前的服务与福祉关系研究明显滞后于现实发展的需求,尚未厘清“反馈链条”的具体作用效应,疲于揭示相互作用关系的内在关联及互动机理,也就无法直接服务于资源调控管理、国土空间规划、生态文明建设与高质量发展等现实发展问题。

3.2 生态系统服务与人类福祉的耦合

考虑到现有研究的不足,亟需强化人类福祉向生态系统服务的“反馈链条”,以及二者紧密联结的交互作用关系研究,系统解构其中的格局与过程演化机理,这就需要寻求更高层次、更综合、更具集成性的研究范式。生态系统服务与人类福祉是现阶段生态学、地理学与可持续科学研究的核心主题[4],随着二者间的直接交互作用愈发强化和复杂化,其交互胁迫效应不断向网络化方向推进,彼此之间的非线性关系逐渐形成：一方面内部各要素之间同时存在着“一对多”“多对多”的非对称关联[17],另一方面二者的发展变化又具有非同步性,如时序变化的滞后性、空间分异的非均衡性、路径依赖的自封闭性等[15,20]。吴传钧先生建立的人地关系地域系统是地理学格局及其演变综合研究的理论基石[75],人地系统耦合在其基础上进行深化延展,主要以人地关系为核心,关注人类活动与自然环境的复杂反馈和系统耦合作用,辨析格局与过程耦合效应,解构多要素多尺度耦合的内在交互机制[76]。在人地系统耦合框架下,服务与福祉的这种高阶表现形式的关系实际上就是耦合(coupling),由此二者聚合成了一个覆盖经济、社会、生态、生理与心理等层面的开放巨系统。其中,生态系统服务实际上处于巨系统的供给端,而人类福祉则处于需求端,耦合关系多通过资本流、非线性反馈、权衡博弈、可得性差异等方式形成供需联结,从时空关联视角反映出格局与过程演化分异[14,31,77-78]。

耦合源自物理学概念,指2个或以上要素、运动体系之间通过物质传输、能量传递的相互影响作用以达到彼此促进联合的结果,现多用于地理学与环境科学等研究中,以表现人与环境之间、不同系统之间相互依赖、影响、反馈而趋于协调统一的非线性复杂交互关系[79,80]。生态系统服务与人类福祉耦合研究是人地系统耦合的关键命题,也是系统解析地理学格局演变与综合集成研究的重要前沿,为揭示复杂系统间的交互胁迫关系提供了新的抓手,能够将级联框架跨越式地推向人类福祉终端目标,进而为缓解服务与福祉失调矛盾、改善区域发展失衡与不公、推进生态文明建设提供重要的决策和实践参考。

在耦合自然生态系统与社会经济系统的既有研究中,学者们主要建立了人地关系地域系统、生态系统与人类福祉(MA框架)、人与自然耦合系统(CHANS)、社会—生态系统(SES)、耦合圈与耦合调控器等理论分析框架[32,81],为深入解析生态系统服务与人类福祉的交互作用及耦合关系奠定了理论和方法基础。其中,城镇化与生态环境的交互耦合研究形成了较为成熟的范式,多在构建二者综合评价体系的基础上,运用统计学模型及曲线图谱等方法直接量化其耦合关系,判析拮抗、磨合、协调等阶段性状态[80,82]。这种关系变化最初类似于环境库兹涅茨曲线(environmental Kuznets curve,EKC)[83],需不断使其向动态平衡有序的方向演进,最终转变为“S”型最佳和谐曲线[81]。而它们耦合研究的过程通常先从梳理系统内部各要素间的相互关系入手,分析其非线性交互胁迫效应,然后筛选关键主控要素,辨识动态演变规律,探索揭示耦合机制,最后开展情景模拟、调控优化、决策管理等研究[84]。因此,以生态环境作为生态系统服务的供给投入表征,以城镇化作为人类福祉需求的直观效果反映,可为生态系统服务与人类福祉耦合研究提供可借鉴的技术思路,奠定关键的方法基础。在此基础上,如何从系统综合的视角识别服务与福祉的耦合作用,科学辨析格局与过程耦合效应及其动力机制,推进二者关系向有序协调的方向演化,成为促进人地关系地域系统实现社会公平、区域和谐的可持续发展目标的必然要求[75]。

3.3 生态系统服务与人类福祉耦合研究的框架构建与思路方法

3.3.1 耦合研究的理论框架构建

针对现有研究在理论体系上的显著缺陷,首先需要构建生态系统服务与人类福祉耦合的理论框架,这既是深化服务与福祉关系研究的科学基础和引领性支撑,又是资源环境管理、国土空间规划与可持续发展的时代需求。因此,本文在借鉴现有耦合研究经验、吸收人地系统耦合框架和地理学综合研究范式的基础上,以人地关系为核心,以“交互作用识别—耦合关系辨析—格局与过程演化—协调管理应用”为主线,探索搭建了生态系统服务与人类福祉耦合研究的理论框架(图1)。首先基于自然生态系统所提供的惠益、人类社会经济系统所需的多层次发展需求分别定量刻画生态系统服务和人类福祉的多维发展水平,识别生态系统服务与人类福祉各要素间的交互胁迫关系;然后从时间、空间和利益相关者等尺度分异的视角辨析其复杂耦合作用,探析耦合节点、连接关系、空间矩阵、曲线图谱、组织网络等特性;通过耦合过程中的供需关系、权衡/协同作用、空间流等具体表现分析其动态演化规律,从格局与过程耦合思路系统梳理内在传导关系,辨析交互胁迫动力机制;诊断动态耦合过程中所出现的问题与风险,以生态文明建设为导向,以生态系统服务与人类福祉协调、生态环境保护与多层次福祉提升兼顾等为目标,综合凝练区域可持续管理的优化调控政策与规划应用策略;最后将管理路径与系统耦合现状进行双向弹性反馈,通过目标驱动、动态跟踪、交互反馈等方式促进耦合系统的整体有序协调演化,形成耦合回路。

图1

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图1   生态系统服务与人类福祉耦合研究框架

Fig.1   Research framework of the coupling between ecosystem services and human well-being


在运用耦合研究框架进行应用分析时,还需特别注意框架中没有明确详述的重要问题：① 生态系统服务与人类福祉均属于复杂系统,其分类体系尚未形成共识,这里暂以最常用的MA分类标准为表征,但具体的维度及内涵仍需根据研究内容和目标来作对应调整,尤其是在人类福祉的测度上,既需要考虑最直观的经济生计、社会发展维度,更需要关注精神、文化、健康层面的人本需求。② 耦合理论模型的构建是开展耦合研究的关键基础,从元耦合框架来看,主要涵盖内部耦合、周边耦合、远程耦合[85];从理论组分来看,多包括耦合节点、连接线、关系等。因此要从系统集成思维出发,综合考察其矩阵结构、阶段类型、曲线图谱特征。③ 利益相关者的尺度视角应贯穿耦合研究的始终,人类社会经济系统的需求偏好、主观感知、文化体验各不相同且具有层次差异,其内嵌的社会与文化分异将对耦合关系的动态演化产生复杂的反馈作用。④ 生态系统服务与人类福祉耦合系统具有显著的动态开放特性,其耦合研究需要注意域外效应的分析,尤其是来自区域外部愈发强烈的跨域资本流和远程耦合下的多尺度网络,可能对交互耦合关系的演化起到重塑作用[86],且不能忽视中国垂直行政管控所带来的特殊影响。

3.3.2 耦合研究的思路与方法

当前直接面向生态系统服务与人类福祉耦合关系的研究较为匮乏,难以构建耦合测度评价体系,缺少从系统集成思维来辨析二者内部各要素间交互胁迫效应的技术路径。在人地系统耦合框架下,生态系统服务与人类福祉耦合研究需要通过时空权衡、弹性响应、服务流匹配、非稳定竞合等多重耦合作用过程,从地域功能、区域结构、尺度分异、动态演化、协同互补等方面切入,综合其系统动力学规律与胁迫约束机制诊断,揭示耦合动态演化机理,并预测模拟未来多情景下耦合系统的格局与过程演变趋势,开展促进有序竞合、综合平衡的优化调控,以最终达到符合生态文明发展目标的可持续性耦合协调状态。

同时,尺度依存和时空异质是生态系统服务与人类福祉均具备的关键特性[4,34],也是分析二者交互耦合关系的核心出发点。由于生态系统的自然禀赋、资源权属及人类社会的需求偏好具有地域性分异、时序性演化等特性[35,87],全球尺度的交互作用关系并不适用于每一个地域空间系统,工业社会的作用关系也不能简单套用于生态文明时代。而服务与福祉交互作用的对象是不同层次和规模、具有不同感知体验的利益相关者,在进行偏好选择与管理决策时将会对生态系统服务与人类福祉的交互胁迫关系产生各具特色的影响,促成更为复杂的非均衡竞合效应[39,88]。因此,来自时间、空间、人类社会(利益相关者)的尺度分异会对生态系统服务与人类福祉交互作用关系的形成与发展产生错综复杂的内在组织及传导机制,这也成为深入解耦二者耦合关系的关键要点。

现有研究多在城镇化与生态环境耦合分析的基础上,采用耦合度、耦合协调度[89]、动态耦合度[90]等指标模型来量化生态系统服务与人类福祉的交互胁迫关系,并探索性构建了PSR-系统动力学模型[91]、结构方程模型[92]、DPSIR-社会生态交互模型[32]、耦合魔方[79]、耦合协调器[81]等新方法,从人地系统耦合的视角定量分析了生态系统服务与城镇化、土地利用变化、居民福祉等人类经济社会系统中最具影响力的直观福祉之间的耦合作用状况[89,93-94],丰富了服务与福祉耦合研究的区域实践,也为耦合研究提供了可靠的方法参考。因此,亟需在跨学科交叉融合的视角下,借鉴既有研究的成熟范式,积极探索更多元综合的集成耦合模型和技术方法以动态解析复杂系统间的交互耦合网络及其动力机制问题,加强现实应用。

4 研究展望

在迈入“人类世”的进程中,生态系统服务退化与人类福祉需求提升之间的矛盾愈发强烈,为兼顾协调服务供给与福祉需求的综合平衡,生态系统服务与人类福祉相互作用关系乃至耦合研究成为当前极具现实价值的核心主题,也是人地系统耦合的关键命题。但目前的生态系统服务与人类福祉关系研究在理论体系、技术路径、方法机理等方面存在较大不足,尚不能解构服务与福祉的非线性网络化交互作用,难以直接支撑可持续发展的现实应用需求,因此本文提出了从级联到耦合的新思路,通过人地系统耦合框架下的综合集成和耦合范式来引领服务与福祉交互关系研究。在完善耦合研究理论框架和技术方法的基础上,亟需进一步深化生态系统服务与人类福祉交互耦合效应及其动态演化机制的集成分析,促进系统耦合层面上的空间优化与可持续管理。为此,未来应着重从以下研究方向进行突破：

(1) 生态系统服务与人类福祉交互作用的关系辨析。生态系统服务的内涵在MA后基本得到统一,但目前关于人类福祉的组成要素尚未形成明确的共识,且多聚焦于典型区域特定群体主观感知的福祉水平,如生态脆弱区、城乡结合部的农户、生态移民等,对宏观尺度不同层次的人类需求偏好与意愿差异研究较少,也缺乏对生计模式差异的考虑,以及它们对生态系统服务识别、获取、使用、管理等的路径反馈分异作用。因此,下一步研究应首先深化生态系统服务与人类福祉的科学内涵及其相互作用关系的揭示,促使级联框架向人类福祉终端目标推进;然后从交互胁迫关系着眼,探索服务与福祉交互作用的技术方法,明晰各要素之间、各子系统之间的非线性关联,筛选关键主控要素,丰富二者的直接关系研究,为建构耦合矩阵作铺垫。

(2) 生态系统服务与人类福祉耦合效应的系统解耦。在梳理生态系统服务与人类福祉相互作用关系的基础上,需要进一步构建服务与福祉多重非线性交互耦合研究体系,总结复杂耦合系统研究的模型和方法,从人地系统耦合、复杂系统科学、地理学综合集成等视角量化其耦合关系,辨析不同时空尺度下的动态演化过程特征,深入揭示其内在动因和规律;同时,探索服务与福祉失衡区域的权衡关系与胁迫动因,系统解耦其中的“格局—过程”耦合机理,综合分析不同发展水平上的耦合模式差异,进而为解决区域耦合失调问题提出国土空间优化调控和可持续性空间管治的管理决策依据。

(3) 生态系统服务与人类福祉耦合的传导机制及动态集成。目前生态系统服务流分析为厘清耦合系统的交互胁迫关系提供了具象化思路,有助于深入理解服务与福祉耦合关系,在此基础上,亟需探索动态集成模型和大数据技术等多元研究手段,系统分析不同尺度下生态系统服务供给、需求和流动的非线性演化规律,强化多尺度转换、多阶多重反馈下耦合系统的内生演化研究,深化生态系统服务与人类福祉过程性耦合的传导机制与动态反馈。其中,应注意辨析供需关系中生态系统服务数量和空间结构的匹配特征,并特别关注利益相关者尺度分异及外部环境条件下的耦合过程,适当探索远程、远期耦合传导机理和耦合网络结构,以协调生态系统服务可持续供给与人类福祉多层次提升为目标,科学指导生态补偿、生态环境资源配置与生态系统管理等应用。

(4) 基于服务与福祉耦合协调的可持续优化管理。可持续发展的新时代实质,即在生态适宜承载性基础上谋求不同层次福祉的提升及人与自然的和谐,以实现生态系统服务与人类福祉的科学协调,这也是中国生态文明建设的要义。在此目标引领下,生态系统服务与人类福祉耦合研究应当以人地系统耦合为出发点,进一步集成复杂系统模型算法和多源大数据网络,构建多目标、多尺度、多情景预测和模拟决策系统,将耦合动力机制和病理诊断结果内化为优化调控的基础参数,开展耦合系统的仿真预测模拟与动态优化,深化动态预警响应研究,搭建从格局—过程—机制到问题—风险再到模拟预测—管理应用—反馈调控的完整回路,且应用于生态系统管理、国土空间规划等决策和实践当中,进而促进不同层次和尺度下服务与福祉的耦合协调发展。

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生态系统服务是连接自然环境与人类福祉的桥梁,是人地系统耦合研究的核心内容。本文在构建生态系统服务与人地系统耦合研究框架的基础上,系统梳理了生态系统服务评估、生态系统服务权衡、生态系统服务影响因素、生态系统服务供给流动与需求等研究前沿,提出了未来生态系统服务研究的重点领域。主要研究结论认为：①国际生态系统服务模型发展迅速,SAORES模型是中国生态系统服务模型优化与参数本地化的突出代表;②生态系统服务权衡具有相对复杂的时空尺度,权衡分析的前提是辨析不同尺度生态系统结构—过程—功能—服务的作用机制;③自然因素是生态系统服务时空分布的基础,土地利用能改变生态系统结构、功能与生态系统服务变化,社会经济因素会导致生态系统服务权衡的差异;④为明晰生态系统服务供给与需求耦合关系,需进一步识别生态系统服务流的运移路径;⑤未来生态系统服务研究需加强生态系统服务对全球变化的响应特征和机制分析、面向可持续发展目标的生态系统服务供给流动与需求研究、生态系统服务的动态评价集成与优化、生态系统服务与人地系统耦合、生态系统服务与大数据集成等。

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The aim of this paper is to identify the role of conceptual frameworks in operationalising and mainstreaming the idea of ecosystem services. It builds on some initial discussions from IPBES, which suggested that conceptual frameworks could be used to: 'simplify thinking', 'structure work', 'clarify issues', and 'provide a common reference point'. The analysis uses the cascade model as a focus and looks at the way it has been used in recent published material and across a set of case studies from the EU-funded OpenNESS Project as a device for conceptual framing. It found that there are examples in the literature that show the cascade model indeed being used as an 'organising framework', a tool for 're-framing' perspectives, an 'analytical template', and as an 'application framework'. Although the published materials on the cascade are rich, these accounts lack insights into the process by which the different versions of the model were created, and so we turned to the set of OpenNESS case studies to examine how they read the cascade. We found that the cascade was able to provide a common reference for a diverse set of studies, and that it was sufficiently flexible for it to be developed and elaborated in ways that were meaningful for the different place-based studies. The case studies showed that generalised models like the cascade can have an important 'awareness-raising' role. However, we found that using models of this kind it was more difficult for case studies to link their work to broader societal issues such as human well-being, sustainable ecosystem management, governance, and competitiveness, than to their own concerns. We therefore conclude that to be used effectively, conceptual models like the cascade may need to be supported by other materials that help users read it in different, outward looking ways. We also need to find mechanisms for capturing this experience so that it can be shared with others.

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Natural ecosystems perform fundamental life-support services upon which human civilization depends. However, many people believe that nature provides these services for free and therefore, they are of little or no value. While we do not pay for them, we pay significantly for their loss in terms of wastewater treatment facilities, moratoriums on greenhouse gases, increased illnesses, reduced soil fertility and losses in those images of nature that contribute to our basic happiness. Little is understood about the well-being benefits of the natural environment and its ecosystem services. The interwoven relationship of ecosystems and human well-being is insufficiently acknowledged in the wider philosophical, social, and economic well-being literature. In this article, we discuss an approach to examine human well-being and the interactions of its four primary elements-basic human needs, economic needs, environmental needs, and subjective well-being-and ecosystem services.

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由于生态系统服务的多样性、空间分布的不均衡性以及人类使用的选择性,在人为活动和自然因素作用下,服务之间的关系出现了此消彼长的权衡、相互增益的协同等变化。理解服务权衡与协同的表现类型、形成机理、尺度依存和区域差异,对于制定区域发展与生态保护"双赢"的政策措施具有重要意义。从相互作用与联系、类型与形成机制、研究方法与工具、尺度效应以及不确定性等方面评述了生态系统服务权衡与协同的国内外研究进展和局限性,并对研究趋势进行了展望。在此基础上,提出从地理学视角研究生态系统服务权衡与协同的主要议题,包括服务供需的时空异质性、权衡与协同的形成机制、尺度依存和区域差异等。可为拓展生态系统服务权衡与协同研究的深度和广度,提升地理学综合研究水平提供借鉴与参考。

[ Li Shuangcheng, Zhang Caiyu, Liu Jinlong, et al.

The tradeoffs and synergies of ecosystem services: Research progress, development trend, and themes of geography

Geographical Research, 2013,32(8):1379-1390. ]

[本文引用: 1]

Dearing J A, Yang X, Dong X, et al.

Extending the timescale and range of ecosystem services through paleoenvironmental analyses, exemplified in the lower Yangtze Basin

[J]. PNAS, 2012,109(18):E1111-E1120. doi: 10.1073/pnas.1118263109.

DOI:10.1073/pnas.1118263109      URL     [本文引用: 1]

Howe C, Suich H, Vira B, et al.

Creating win-wins from trade-offs? Ecosystem services for human well-being: A meta-analysis of ecosystem service trade-offs and synergies in the real world

[J]. Global Environmental Change, 2014,28:263-275.

DOI:10.1016/j.gloenvcha.2014.07.005      URL     [本文引用: 1]

Cord A F, Bartkowski B, Beckmann M, et al.

Towards systematic analyses of ecosystem service trade-offs and synergies: Main concepts, methods and the road ahead

[J]. Ecosystem Services, 2017,28:264-272.

DOI:10.1016/j.ecoser.2017.07.012      URL     [本文引用: 1]

de Groot R S, Alkemade R, Braat L, et al.

Challenges in integrating the concept of ecosystem services and values in landscape planning, management and decision making

[J]. Ecological Complexity, 2010,7:260-272.

DOI:10.1016/j.ecocom.2009.10.006      URL     [本文引用: 2]

Fish R, Church A, Winter M.

Conceptualising cultural ecosystem services: A novel framework for research and critical engagement

[J]. Ecosystem Services, 2016,21:208-217.

DOI:10.1016/j.ecoser.2016.09.002      URL     [本文引用: 2]

La Rosa D, Spyra M, Inostroza L.

Indicators of cultural ecosystem services for urban planning: A review

[J]. Ecological Indicators, 2016,61:74-89.

DOI:10.1016/j.ecolind.2015.04.028      URL     [本文引用: 1]

Christie M, Fazey I, Cooper R, et al.

An evaluation of monetary and non-monetary techniques for assessing the importance of biodiversity and ecosystem services to people in countries with developing economies

[J]. Ecological Economics, 2012,83:67-78.

DOI:10.1016/j.ecolecon.2012.08.012      URL     [本文引用: 1]

Havinga I, Bogaart P W, Hein L, et al.

Defining and spatially modelling cultural ecosystem services using crowdsourced data

[J]. Ecosystem Services, 2020,43:101091. doi: 10.1016/j.ecoser.2020.101091.

DOI:10.1016/j.ecoser.2020.101091      URL     [本文引用: 1]

Yoshimura N, Hiura T.

Demand and supply of cultural ecosystem services: Use of geotagged photos to map the aesthetic value of landscapes in Hokkaido

[J]. Ecosystem Services, 2017,24:68-78.

DOI:10.1016/j.ecoser.2017.02.009      URL     [本文引用: 1]

Brown G, Hausner V H.

An empirical analysis of cultural ecosystem values in coastal landscapes

[J]. Ocean & Coastal Management, 2017,142:49-60.

[本文引用: 1]

Bryce R, Irvine K N, Church A, et al.

Subjective well-being indicators for large-scale assessment of cultural ecosystem services

[J]. Ecosystem Services, 2016,21:258-269.

DOI:10.1016/j.ecoser.2016.07.015      URL     [本文引用: 1]

Wunder S.

Revisiting the concept of payments for environmental services

[J]. Ecological Economics, 2015,117:234-243.

DOI:10.1016/j.ecolecon.2014.08.016      URL     [本文引用: 1]

Engel S, Pagiola S, Wunder S.

Designing payments for environmental services in theory and practice: An overview of the issues

[J]. Ecological Economics, 2008,65(4):663-674.

DOI:10.1016/j.ecolecon.2008.03.011      URL     [本文引用: 1]

欧阳志云, 郑华, 岳平.

建立我国生态补偿机制的思路与措施

[J]. 生态学报, 2013,33(3):686-692.

[本文引用: 1]

[ Ouyang Zhiyun, Zheng Hua, Yue Ping.

Establishment of ecological compensation mechanisms in China: Perspectives and strategies

Acta Ecologica Sinica, 2013,33(3):686-692. ]

[本文引用: 1]

Muñoz-Piña C, Guevara A, Torres J M, et al.

Paying for the hydrological services of Mexico's forests: Analysis, negotiations and results

[J]. Ecological Economics, 2008,65(4):725-736.

DOI:10.1016/j.ecolecon.2007.07.031      URL     [本文引用: 1]

Pascual U, Muradian R, Rodríguez L C, et al.

Exploring the links between equity and efficiency in payments for environmental services: A conceptual approach

[J]. Ecological Economics, 2010,69(6):1237-1244.

DOI:10.1016/j.ecolecon.2009.11.004      URL     [本文引用: 1]

Schulz C, Ioris A A R, Martin-Ortega J, et al.

Prospects for payments for ecosystem services in the Brazilian Pantanal: A scenario analysis

[J]. The Journal of Environment & Development, 2015,24(1):26-53.

[本文引用: 1]

Merlet P, van Hecken G, Rodriguez-Fabilena R.

Playing before paying? A PES simulation game for assessing power inequalities and motivations in the governance of ecosystem services

[J]. Ecosystem Services, 2018,34:218-227.

DOI:10.1016/j.ecoser.2018.03.024      URL     [本文引用: 2]

Bateman I J, Harwood A R, Mace G M, et al.

Bringing ecosystem services into economic decision-making: Land use in the United Kingdom

[J]. Science, 2013,341:45-50.

DOI:10.1126/science.1234379      URL     [本文引用: 1]

Zeng L, Li J, Zhou Z X, et al.

Optimizing land use patterns for the Grain for Green Project based on the efficiency of ecosystem services under different objectives

[J]. Ecological Indicators, 2020,114:106347. doi: 10.1016/j.ecolind.2020.106347.

DOI:10.1016/j.ecolind.2020.106347      URL     [本文引用: 1]

马冰滢, 黄姣, 李双成.

基于生态—经济权衡的京津冀城市群土地利用优化配置

[J]. 地理科学进展, 2019,38(1):26-37.

DOI:10.18306/dlkxjz.2019.01.003      [本文引用: 1]

探索生态保护与经济发展的权衡关系,并利用该权衡关系协调土地利用优化配置是解决城市群经济与生态协调发展难题的重要途径,已成为目前的一个研究热点。论文针对京津冀城市群生态友好型协同发展的需求,设置生态系统服务价值最大化和经济价值最大化2种优化目标,每种目标下再设置“生态保护”“统筹兼顾”“粮食安全”和“经济发展”4种土地利用情景,采用CLUE-S模型模拟2025年京津冀城市群在不同情景下的土地利用空间配置格局,及其生态系统服务价值、经济价值在不同目标的各种情景下的变化。研究结果表明：相比2015年,2025年在不同目标不同情景下,各类土地利用面积的数量变化和空间格局均有较大不同,且生态目标和经济目标下不同情景的土地利用配置不同。生态系统服务价值在生态目标生态保护情景下最大,为14423.58亿元;而经济价值则在经济目标经济发展情景下最大,为96771.49亿元。从土地利用变化的空间分布上来看,生态用地中林地与草地的增加多出现在坝上高原和燕山与太行山山地,水体的增加则主要分布在东部沿海地区。研究认为,生态效益与经济效益间存在权衡关系,基于生态-经济权衡的土地利用优化研究结果对未来京津冀城市群生态实践工作有较大的参考价值。

[ Ma Bingying, Huang Jiao, Li Shuangcheng.

Optimal allocation of land use types in the Beijing-Tianjin-Hebei urban agglomeration based on ecological and economic benefits trade-offs

Progress in Geography, 2019,38(1):26-37. ]

[本文引用: 1]

Jin G, Deng X Z, Chu X, et al.

Optimization of land-use management for ecosystem service improvement: A review

[J]. Physics and Chemistry of the Earth, Parts A/B/C, 2017,101:70-77.

DOI:10.1016/j.pce.2017.03.003      URL     [本文引用: 2]

Landuyt D, Broekx S, Goethals P L M.

Bayesian belief networks to analyse trade-offs among ecosystem services at the regional scale

[J]. Ecological Indicators, 2016,71:327-335.

DOI:10.1016/j.ecolind.2016.07.015      URL     [本文引用: 1]

Harmáčková Z V, Vačkář D.

Future uncertainty in scenarios of ecosystem services provision: Linking differences among narratives and outcomes

[J]. Ecosystem Services, 2018,33:134-145.

DOI:10.1016/j.ecoser.2018.06.005      URL     [本文引用: 1]

樊杰.

“人地关系地域系统”是综合研究地理格局形成与演变规律的理论基石

[J]. 地理学报, 2018,73(4):597-607.

DOI:10.11821/dlxb201804001      [本文引用: 2]

同近年国外人文地理学呈现人文化趋势相比,中国人文与经济地理学秉承吴传钧先生关于人文与经济地理学是研究自然圈与人文圈相互作用下、人类活动分布格局形成和演变规律的一门交叉学科的定位,形成了以不同空间尺度的地域、重要的生产生活领域、以及典型的地域空间类型的可持续发展时空规律作为研究指向的中国人文与经济地理学主流学派。吴先生提出的“人地关系地域系统”理论不仅为人文与经济地理学,而且是为整个地理学的综合研究提供了重要的理论基石。地域功能性、系统结构化、时空变异有序过程、以及人地系统效应的差异性及可调控性,是该理论的精髓,这与“未来地球”研究计划的前沿思想完全契合。近10年来,以城镇化科学模式、主体功能区划、一带一路路线图、京津冀城市群、农村空心化和精准扶贫、东北振兴与资源型城市转型、行政区划优化等为研究对象,发展了人文与经济地理重要的可持续过程、地域功能形成和综合地理格局有序化规律、城市群形成演化机理及其资源环境效应、问题地区可持续生命周期与振兴路径、地缘政治地缘经济和区域间相互作用关系、人文界线对可持续发展的影响等理论方法。人文与经济地理学科建设取得重要进展,应用成果对近年来中国生态文明建设和可持续发展产生了重要影响。中国人文与经济地理学在全球范围内发展态势最佳、总体水平领先,以此告慰吴传钧先生,并以此纪念吴传钧先生百年诞辰。

[ Fan Jie.

"Territorial System of Human-environment Interaction": A theoretical cornerstone for comprehensive research on formation and evolution of the geographical pattern

Acta Geographica Sinica, 2018,73(4):597-607. ]

[本文引用: 2]

宋长青, 程昌秀, 杨晓帆, 等.

理解地理“耦合”实现地理“集成”

[J]. 地理学报, 2020,75(1):3-13.

DOI:10.11821/dlxb202001001      [本文引用: 1]

“耦合”作为物理学的经典概念,为许多学科提供了一套阐述多主体相互作用的思路和方法。“集成”不是来自特定学科,但因其高度的概括能力被广泛应用于自然和人文科学领域。地球科学是应用这两个概念最多的学科之一。地理学作为自然与人文交叉学科,具有区域性、综合性和复杂性特征。在使用耦合概念时,不同地理分支具有不同的理解,为此,地理学者有必要明确界定不同学科、不同情景下耦合概念的内涵,从而更准确地探索陆地表层格局、过程和机制。首先,从地理要素耦合、地理空间耦合、地理界面耦合、地理空间尺度耦合、地理关系耦合、地理耦合解译六个方面,对地理耦合的内涵进行全面解析和界定,并给出了相应的研究实践案例。其次,从地理学的视角认识理解集成,并以“黑河流域生态—水文集成研究”重大研究计划的地理实践为例,介绍实现地理集成的基本路径。最后,提出理解地理“耦合”与实现地理“集成”之间的联系。

[ Song Chang-qing, Cheng Changxiu, Yang Xiaofan, et al.

Understanding geographic coupling and achieving geographic integration

Acta Geographica Sinica, 2020,75(1):3-13. ]

[本文引用: 1]

Blythe J, Armitage D, Alonso G, et al.

Frontiers in coastal well-being and ecosystem services research: A systematic review

[J]. Ocean & Coastal Management, 2020,185:105028. doi: 10.1016/j.ocecoaman.2019.105028.

URL     [本文引用: 1]

王大尚, 李屹峰, 郑华, 等.

密云水库上游流域生态系统服务功能空间特征及其与居民福祉的关系

[J]. 生态学报, 2014,34(1):70-81.

[本文引用: 1]

[ Wang Dashang, Li Yifeng, Zheng Hua, et al.

Ecosystem services' spatial characteristics and their relationships with residents' well-being in Miyun Reservoir watershed

Acta Ecologica Sinica, 2014,34(1):70-81. ]

[本文引用: 1]

刘海猛, 方创琳, 李咏红.

城镇化与生态环境“耦合魔方”的基本概念及框架

[J]. 地理学报, 2019,74(8):1489-1507.

DOI:10.11821/dlxb201908001      [本文引用: 2]

城镇化与生态环境耦合系统是人地关系地域系统的重要一环,面对新时代全球尺度的远程联系、时空压缩与社会经济重构,传统的研究框架急需转型和升级。借鉴人地关系地域系统、远程耦合和星球城市化等理论,从复杂性科学视角出发,首先解析了城镇化与生态环境耦合系统的内涵,进而从空间、时间、表象和组织四个维度,提出了一个解释城镇化与生态环境耦合机理的分析框架——“耦合魔方（CHNC）”,并论述了其概念、内涵、演化规律和分析框架：魔方中的系统与系统、系统与要素、要素与要素间通过各种“耦合线”相互联系与作用,形成一个彼此嵌套、相互联系、对立统一的有机整体;魔方的旋转代表了不同地域间城镇化与生态环境的时空非线性耦合作用,系统通过不断能量交换,产生临界相变与整体涌现性,长期处于有序与无序之间的中间状态;“耦合魔方”包括近远程耦合、近远期耦合、组内间耦合和显隐性耦合,共四个维度,八种类型。重点剖析了远程、远期、组间和隐性耦合的科学内涵、研究方法与典型案例,并形成更具普遍意义的人地关系耦合矩阵。“耦合魔方”为揭示城镇化与生态环境耦合系统的演化和机理提供一个更加全面系统的跨学科研究范式,拓展了人地系统耦合研究的分析维度,为面向人类福祉的区域可持续发展政策制定提供科学支撑。

[ Liu Haimeng, Fang Chuanglin, Li Yonghong.

The coupled human and natural cube: A conceptual framework for analyzing urbanization and eco-environment interactions

Acta Geographica Sinica, 2019,74(8):1489-1507. ]

[本文引用: 2]

Li Y F, Li Y, Zhou Y, et al.

Investigation of a coupling model of coordination between urbanization and the environment

[J]. Journal of Environmental Management, 2012,98:127-133.

DOI:10.1016/j.jenvman.2011.12.025      URL     [本文引用: 2]

方创琳, 崔学刚, 梁龙武.

城镇化与生态环境耦合圈理论及耦合器调控

[J]. 地理学报, 2019,74(12):2529-2546.

DOI:10.11821/dlxb201912008      [本文引用: 3]

城镇化与生态环境之间客观上存在着极其复杂的近远程非线性耦合关系,如何协调城镇化与生态环境的关系问题已上升为全球性战略问题和世界性科学难题。本文从理论上揭示了城镇化与生态环境交互作用的耦合性、耦合关系和耦合度;根据主控要素总结出了城镇化与生态环境耦合的10种关系和交互方式;根据耦合度强弱将耦合性分为低度耦合、较低耦合、中度耦合、较高耦合、高度耦合和完全耦合6种类型,分别对应随性耦合、间接耦合、松散耦合、协同耦合、紧密耦合和控制耦合,进而形成城镇化与生态环境耦合塔;创建了城镇化与生态环境耦合圈理论,按每旋转10°生成一个图谱构建了由直线图谱、指数曲线图谱、对数曲线图谱、双指数曲线图谱和“S”型曲线图谱等组合而成的45种耦合图谱,不同图谱对应着不同的城市发展阶段和发展模式。在多种耦合图谱中,认为“S”型曲线耦合图谱是最佳图谱,代表着多种图谱中体现城镇化与生态环境相互作用的最佳耦合状态。以“S”型曲线耦合图谱为依托,借助SD模型及各变量之间存在的一对一、一对多和多对多的复杂关系,构建了由11个调控要素和201个变量构成的耦合调控器（UEC）,只要一个变量发生变化,就会牵一发而动全身,影响整个耦合调控器的结构、功能和调控结果。这种耦合调控器包括同一时间多个城市城镇化圈与生态环境圈之间的静态调控、不同时间同一城市城镇化圈与生态环境圈之间的动态调控、不同时间多个城市城镇化圈与生态环境圈之间的动态调控3种时空尺度,通过调控将逐步推动城镇化圈与生态环境圈之间由低级耦合向高级耦合方向演进。

[ Fang Chuanglin, Cui Xuegang, Liang Longwu.

Theoretical analysis of urbanization and eco-environment coupling coil and coupler control

Acta Geographica Sinica, 2019,74(12):2529-2546. ]

[本文引用: 3]

Fang C L, Liu H M, Li G D.

International progress and evaluation on interactive coupling effects between urbanization and the eco-environment

[J]. Journal of Geographical Sciences, 2016,26(8):1081-1116.

DOI:10.1007/s11442-016-1317-9      URL     [本文引用: 1]

Caviglia-Harris J L, Chambers D, Kahn J R.

Taking the "U" out of Kuznets: A comprehensive analysis of the EKC and environmental degradation

[J]. Ecological Economics, 2009,68(4):1149-1159.

DOI:10.1016/j.ecolecon.2008.08.006      URL     [本文引用: 1]

方创琳, 周成虎, 顾朝林, 等.

特大城市群地区城镇化与生态环境交互耦合效应解析的理论框架及技术路径

[J]. 地理学报, 2016,71(4):531-550.

DOI:10.11821/dlxb201604001      [本文引用: 1]

特大城市群地区是国家经济发展的战略核心区和国家新型城镇化的主体区，担当着世界经济重心转移承载地的历史重任，但在发展过程中面临着日益严重的资源与生态环境的胁迫压力。开展特大城市群地区城镇化与生态环境交互耦合效应的研究，是未来10 年地球系统科学研究的前沿领域和高优先研究主题。本文系统解析了特大城市群地区城镇化与生态环境交互耦合效应的基本理论框架。首先从理论上分析了特大城市群系统各自然要素和人文要素交互作用的非线性耦合关系及耦合特征，科学辨识近远程主控要素作用下城市群系统内外部各要素相互作用的胁迫强度、近远程耦合机理与规律，总结特大城市群地区城镇化与生态环境交互耦合圈理论，进一步构建多要素—多尺度—多情景—多模块—多智能体集成的时空耦合动力学模型，研发特大城市群地区可持续发展优化智能调控决策支持系统；其次从方法上将特大城市群地区视为一个开放的复杂巨系统，在建立同一标准化共享数据库的基础上，采用多要素—多目标—多模型—多情景环境下的城镇化与生态环境交互耦合集成技术方法、大数据支持下的城镇化与生态环境交互耦合技术方法，构建多尺度—多技术—多智能体集成的城镇化与生态环境交互耦合技术框架，按照分析时空演变特征—寻求主控要素—辨识耦合关系—揭示胁迫机制—发现耦合规律—筛选调控变量—求解临界阈值—进行调控试验—完成情景模拟—提出优化方案—完成情景模拟—提出优化方案—实现国家目标这样一条技术路径，提出解决问题的整体优化方案。本文旨在为特大城市群地区由问题集中区转为可持续发展区提供理论指导和方法支撑。

[ Fang Chuanglin, Zhou Chenghu, Gu Chaolin, et al.

Theoretical analysis of interactive coupled effects between urbanization and eco-environment in mega-urban agglomerations

Acta Geographica Sinica, 2016,71(4):531-550. ]

[本文引用: 1]

Liu J G.

Integration across a metacoupled world

[J]. Ecology and Society, 2017,22(4):29. doi: 10.5751/ES-09830-220429.

URL     [本文引用: 1]

马恩朴, 蔡建明, 韩燕, 等.

人地系统远程耦合的研究进展与展望

[J]. 地理科学进展, 2020,39(2):310-326.

DOI:10.18306/dlkxjz.2020.02.012      [本文引用: 1]

在越发紧密关联的全球化世界中,如何实现可持续发展日益需要跨系统思维和超区域政策。这首先要求致力于可持续发展研究的学科要提升自身对跨区域资源环境问题的洞察力,因此就有必要推动地理学传统研究框架的适应性创新和变革。远程耦合作为聚焦于“远距离人类与自然耦合系统之间社会经济与环境相互作用”的理论框架,有极大的潜力和优势来促进这一理论创新进程。为了缩小国内外在远程耦合领域的研究差距,论文基于文献研究和笔者对远程耦合框架的理解,从远程耦合的理论建构、经验证据、重点研究领域和研究方法4个方面介绍了该理论框架及其应用进展,并提出3个方面的展望来激发新的研究。综述表明,由于远距离人类活动不断增长以及大尺度自然过程与人类活动的相互作用,在远程连接、全球化和城市化维度上均存在大量远程耦合的经验证据;目前学术界对远程耦合框架的应用主要集中于生态系统服务、远程耦合的社会经济和环境影响及土地变化科学3个方面;同时得益于理论操作化的进展,目前开展远程耦合研究已具备较好的方法支持。基于此,论文认为,为应对新兴的现实科学命题,基于远程耦合框架的地理学研究应当在人地关系网络系统的理论创新、远程耦合动力机制和远程耦合的调控工具集3个方面实现突破。

[ Ma Enpu, Cai Jianming, Han Yan, et al.

Research progress and prospect of telecoupling of human-earth system

Progress in Geography, 2020,39(2):310-326. ]

[本文引用: 1]

刘春腊, 刘卫东, 陆大道.

生态补偿的地理学特征及内涵研究

[J]. 地理研究, 2014,33(5):803-816.

DOI:10.11821/dlyj201405001      [本文引用: 1]

地理学以环境—社会—人类动态的综合思维，以区域综合、区域间的相互关系、尺度间的相互转换等系统研究地球表层的性质和运动规律，“人—地”地域系统是其研究核心。生态补偿是一个典型的地理学研究命题，具有“人—地”地域系统的半开放性、非稳定性以及或然性特征。本文分析了生态补偿作为地理学研究命题的一般特征及其内涵。对于生态补偿是一个地理学研究命题的判断，依据在于自然地域系统厘定了生态补偿参与主体的基本关系、经济地理格局决定了生态补偿的空间差异、地域人文环境影响了生态补偿政策的制定及其补偿形式、地理学方法为生态补偿提供了技术与平台。区域是解读生态补偿问题的突破口，区域结构是制定生态补偿政策的重要参考、区域发展外部性是开展生态补偿的科学依据、地理要素资源的区域权属是确定生态补偿主客体的依据，生态补偿研究具有“区域—差异—尺度”的地理学分析范式。生态补偿的地理学特征表现在区域性、差异性、综合性、动态性等方面。

[ Liu Chunla, Liu Weidong, Lu Dadao.

A study of the geographical features and implications of eco-compensation

Geographical Research, 2014,33(5):803-816. ]

[本文引用: 1]

Wei H J, Fan W G, Wang X C, et al.

Integrating supply and social demand in ecosystem services assessment: A review

[J]. Ecosystem Services, 2017,25:15-27.

DOI:10.1016/j.ecoser.2017.03.017      URL     [本文引用: 1]

Sun Y X, Liu S L, Dong Y H, et al.

Spatio-temporal evolution scenarios and the coupling analysis of ecosystem services with land use change in China

[J]. Science of the Total Environment, 2019,681:211-225.

DOI:10.1016/j.scitotenv.2019.05.136      URL     [本文引用: 2]

乔标, 方创琳.

城市化与生态环境协调发展的动态耦合模型及其在干旱区的应用

[J]. 生态学报, 2005,25(11):3003-3009.

[本文引用: 1]

[ Qiao Biao, Fang Chuanglin.

The dynamic coupling model of the harmonious development between urbanization and eco-environment and its application in arid area

Acta Ecologica Sinica, 2005,25(11):3003-3009. ]

[本文引用: 1]

Liu Y B, Li R D, Li C H.

Scenarios simulation of coupling system between urbanization and eco-environment in Jiangsu Province based on system dynamics model

[J]. Chinese Geographical Science, 2005,15(3):219-226.

DOI:10.1007/s11769-005-0033-7      URL     [本文引用: 1]

Santos-Martín F, Martín-López B, García-Llorente M, et al.

Unraveling the relationships between ecosystems and human wellbeing in Spain

[J]. PLoS One, 2013,8(9):e73249. doi: 10.1371/journal.pone.0073249.

DOI:10.1371/journal.pone.0073249      URL     [本文引用: 1]

Xiao R, Lin M, Fei X F, et al.

Exploring the interactive coercing relationship between urbanization and ecosystem service value in the Shanghai-Hangzhou Bay metropolitan region

[J]. Journal of Cleaner Production, 2020,253:119803. doi: 10.1016/j.jclepro.2019.119803.

DOI:10.1016/j.jclepro.2019.119803      URL     [本文引用: 1]

熊鹰, 侯珂伦, 郑偲睿, 等.

基于结构方程模型的南方丘陵山地农户福祉与生态系统服务关系: 以广东省乐昌市为例

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[ Xiong Ying, Hou Kelun, Zheng Sirui, et al.

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