劉建國, Vanessa Hull, Mateus Batistella, Ruth DeFries, Thomas Dietz, 付峰 , Thomas W. Hertel, R. Cesar Izaurralde, Eric F. Lambin, 李舒心, Luiz A. Martinelli, William J. McConnell, Emilio F. Moran, Rosamond Naylor, 歐陽志云, Karen R. Polenske , Anette Reenberg0,Gilberto de Miranda Rocha, Cynthia S. Simmons, Peter H. Verburg2, Peter M. Vitousek, 張福鎖3 , 朱春全

1 Michigan State University, USA, 2 EMBRAPA Satellite Monitoring, Campinas, SP, Brazil, 3 Columbia University, USA, 4 Massachusetts Institute of Technology, USA, 5 Purdue University, USA, 6 University of Maryland, USA, 7 Stanford University, USA, 8 CENA University of S?o Paulo (USP), Piracicaba, S?o Paolo, Brazil, 9 Chinese Academy of Sciences, Beijing, China, 10 University of Copenhagen, Copenhagen, Denmark, 11 Federal University of Pará, Brazil, 12 Institute for Environmental Studies, VU University Amsterdam, Netherlands, 13 China Agricultural University, Beijing, China, 14 International Union for Conservation of Nature, China

遠(yuǎn)程耦合世界的可持續(xù)性框架

劉建國1, Vanessa Hull1, Mateus Batistella2, Ruth DeFries3, Thomas Dietz1, 付峰4, Thomas W. Hertel5, R. Cesar Izaurralde6, Eric F. Lambin7, 李舒心1, Luiz A. Martinelli8, William J. McConnell1, Emilio F. Moran1, Rosamond Naylor7, 歐陽志云9, Karen R. Polenske4, Anette Reenberg10,Gilberto de Miranda Rocha11, Cynthia S. Simmons1, Peter H. Verburg12, Peter M. Vitousek7, 張福鎖13, 朱春全14

1 Michigan State University, USA, 2 EMBRAPA Satellite Monitoring, Campinas, SP, Brazil, 3 Columbia University, USA, 4 Massachusetts Institute of Technology, USA, 5 Purdue University, USA, 6 University of Maryland, USA, 7 Stanford University, USA, 8 CENA University of S?o Paulo (USP), Piracicaba, S?o Paolo, Brazil, 9 Chinese Academy of Sciences, Beijing, China, 10 University of Copenhagen, Copenhagen, Denmark, 11 Federal University of Pará, Brazil, 12 Institute for Environmental Studies, VU University Amsterdam, Netherlands, 13 China Agricultural University, Beijing, China, 14 International Union for Conservation of Nature, China

遠(yuǎn)距離之間的相互作用及其影響日益廣泛。這種遠(yuǎn)程相互作用往往會對可持續(xù)發(fā)展產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響并會造成意想不到的結(jié)果。很多可持續(xù)性研究都是針對某個特定地點進(jìn)行的,很少注重多個地點之間遠(yuǎn)程相互作用對可持續(xù)性所產(chǎn)生的影響。雖然有些研究涉及到遠(yuǎn)程因素,但通常都把它們看作外在變量,而未把它們看作反饋。為了更好地理解和綜合各種遠(yuǎn)程相互作用,本文提出了一種基于遠(yuǎn)程耦合的綜合框架,它是一個遠(yuǎn)距離社會經(jīng)濟(jì)和環(huán)境相互作用的總體概念。人類與自然耦合系統(tǒng)是研究在特定地點發(fā)生的相互作用,遠(yuǎn)程耦合概念是對人類與自然耦合系統(tǒng)研究的自然延伸。遠(yuǎn)程耦合框架包括五個相關(guān)的組成部分,即：人類與自然耦合系統(tǒng)、流、代理、原因、和影響。本文通過農(nóng)產(chǎn)品貿(mào)易和物種入侵兩個遠(yuǎn)程相互作用的例子來解釋遠(yuǎn)程耦合框架,重點闡述遠(yuǎn)程耦合框架的影響,并討論促進(jìn)遠(yuǎn)程耦合研究發(fā)展的研究條件和方法。這個框架有助于分析系統(tǒng)內(nèi)各組成部分以及它們之間的相互關(guān)系,找出研究差距,探索其中的隱含成本以及尚未開發(fā)的優(yōu)勢,提供引入反饋及多系統(tǒng)(發(fā)送、接收和外溢系統(tǒng))之間權(quán)衡和協(xié)同的有效手段,從本地到全球各個層面加深對遠(yuǎn)程相互作用的認(rèn)識,并提高社會經(jīng)濟(jì)和環(huán)境可持續(xù)發(fā)展政策的有效性。

代理,原因,人類與環(huán)境耦合系統(tǒng),人類與自然耦合系統(tǒng),社會與生態(tài)耦合系統(tǒng),擴(kuò)散,遠(yuǎn)程相互作用,影響,反饋,流,全球化,投資,知識傳播,遷移,社會經(jīng)濟(jì)與環(huán)境相互作用,物種入侵,可持續(xù)性,技術(shù)轉(zhuǎn)讓,遠(yuǎn)程連接,遠(yuǎn)程耦合,貿(mào)易,跨國土地交易,水轉(zhuǎn)移

引言

近幾十年來,全世界發(fā)生的巨大變化以及遠(yuǎn)距離相互作用的不斷增加對社會經(jīng)濟(jì)和環(huán)境可持續(xù)發(fā)展產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響(Reid et al. 2010)。其中,生物燃料是一個具有諷刺意義的例子。例如,歐盟和美國的生物燃料規(guī)定對食品價格和碳足跡產(chǎn)生顯著影響,因為制造生物燃料占用本該用于生產(chǎn)糧食的農(nóng)田,而且需要從遠(yuǎn)方(如從非洲、亞洲和美洲到歐盟)進(jìn)口大量的生物質(zhì),排放大量二氧化碳,并影響其它地區(qū)的土地利用(Banse et al. 2008)。對生物燃料需求的不斷增長造成2008年全球性糧食短缺并在多個國家發(fā)生引發(fā)內(nèi)亂, 這其中的部分原因是由于食品價格上漲和糧食產(chǎn)量下降(Feng and Babcock 2010, Swinton et al. 2011)。為了應(yīng)對生產(chǎn)生物燃料給社會和環(huán)境帶來的負(fù)面影響,科學(xué)界和決策者已著手制定相關(guān)政策并提出解決措施。然而,建立能夠及時防范負(fù)面影響產(chǎn)生的應(yīng)對機(jī)制是科學(xué)和政策面臨的主要問題。為了解決這些問題,我們需要全面理解遠(yuǎn)程相互作用并提高預(yù)測遠(yuǎn)程相互作用及其后果的能力。

遠(yuǎn)程環(huán)境相互作用自從地球形成時就存在,遠(yuǎn)程社會經(jīng)濟(jì)相互作用伴隨著人類的起源和發(fā)展而產(chǎn)生。然而當(dāng)今的貿(mào)易、跨國土地交易、入侵物種蔓延和技術(shù)轉(zhuǎn)讓等遠(yuǎn)程相互作用比過去更加普遍,而且發(fā)生的速度比以往任何時候都要快(Liu et al. 2007a; Appendix 1)。例如,食物(如谷物、魚類)和水資源等許多生活必需品曾經(jīng)可以利用本地資源自給自足,而如今卻不得不通過進(jìn)口來滿足需求(Kastner et al. 2011, Konar et al. 2011)。近幾十年以來,世界食品出口規(guī)模增長了十倍(United Nations Statistics Division 2012)。

遠(yuǎn)程相互作用發(fā)生的背景已完全不同(附錄1)。例如,1960年全世界城市人口只有10.2億, 2010年增長到35.6億(United Nations Department of Economic and Social Affairs 2012),其中城市人口增加25.4億,而他們消費的食物和其它資源卻主要來自城市以外的地區(qū),通常來自世界各地。從1950年到2010年世界經(jīng)濟(jì)活動增長了七倍(Nelson 2005)。三十年前,中國、印度和巴西等人口大國經(jīng)濟(jì)相對落后、人民生活貧困,現(xiàn)如今它們已躋身于世界經(jīng)濟(jì)強(qiáng)國之列。社交媒體使世界各個角落的人們可以更加便捷地互相聯(lián)系,這種爆炸性的社會發(fā)展產(chǎn)生的社會經(jīng)濟(jì)和環(huán)境后果很難預(yù)測。

遠(yuǎn)程相互作用給可持續(xù)性帶來了前所未有的挑戰(zhàn)和機(jī)遇。這種相互作用日益深入地影響世界性重大問題(如氣候變化、生物多樣性、糧食安全、土地利用、減輕貧困,公共衛(wèi)生、社會穩(wěn)定、以及水資源缺乏)。例如,世界上30%對物種的威脅來自國際貿(mào)易(Lenzen et al. 2012)。雖然中國等一些國家經(jīng)歷了從森林凈損失變成森林凈恢復(fù)的轉(zhuǎn)型,但是這種轉(zhuǎn)型往往是通過木材和農(nóng)產(chǎn)品貿(mào)易,以消耗其它國家的森林資源為代價(Zhu and Feng 2003,Zhu et al. 2004, Rudel et al. 2009, DeFries et al. 2010, Lambin and Meyfroidt 2011)。據(jù)預(yù)測,糧食需求增長越快的地區(qū)氣候變化對農(nóng)業(yè)的影響越顯著。譬如,中國需要通過貿(mào)易來彌補(bǔ)糧食生產(chǎn)和糧食消費之間的差距(Jones and Thornton 2003)。為了解決一些地區(qū)長期水資源匱乏的問題,許多引水工程項目都在加緊建設(shè)中,其中包括世界上規(guī)模最大、跨度最長的南水北調(diào)工程,計劃年調(diào)水目標(biāo)450億m3,預(yù)計總投資770億美元(Liu and Yang 2012)。與此同時,信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)的推廣促進(jìn)了民主(Li and Reuveny 2003)；移動通訊的普及使與遠(yuǎn)方合作伙伴的聯(lián)系更加便利,因而增加了更多的貿(mào)易機(jī)會(Aker 2008)；全球衛(wèi)生網(wǎng)讓偏遠(yuǎn)社區(qū)可以及時接種疫苗(Milstien et al. 2006)。此外,大型綜合農(nóng)業(yè)企業(yè)積極實行生態(tài)認(rèn)證、可持續(xù)性標(biāo)準(zhǔn)、及可持續(xù)采購戰(zhàn)略,為商品貿(mào)易增長提供了潛在的均衡發(fā)展趨勢,通過全球化進(jìn)程實現(xiàn)可持續(xù)性(Giovannucci and Ponte 2005, Van Kooten et al. 2005)。

理解遠(yuǎn)程相互作用直接反映了國際上所提倡的將可持續(xù)發(fā)展理念付諸實踐(United Nations Secretary-General′s High-level Panel on Global Sustainability 2012)。雖然曾有一些獨立和零散的關(guān)于遠(yuǎn)程相互作的研究,但依然存在著許多重要的知識空白,例如,美國科學(xué)院要求評估世界貿(mào)易對環(huán)境(如生態(tài)系統(tǒng)服務(wù))與人類福祉(如健康)的影響(National Research Council 2012)。即使有些研究考慮遠(yuǎn)程因素,但往往把它們看成外在因素(United Nations Secretary-General′s High-level Panel on Global Sustainability 2012)。在國際層面探討遠(yuǎn)程相互作用需要建立一個新的研究框架來填補(bǔ)知識空白并推進(jìn)可持續(xù)性科學(xué)及其應(yīng)用(Kates et al. 2001, Turner et al. 2003)。本文提出了一個全新的綜合框架,并通過兩個例子進(jìn)行說明來幫助理解各種遠(yuǎn)程相互作用。從本地到全球?qū)用骊U述了該框架對可持續(xù)性研究及其政策的影響。最后,討論了推動這些研究所需要條件和方法。

遠(yuǎn)程耦合與可持續(xù)性的概念框架

圖1 遠(yuǎn)程連接、全球化、和遠(yuǎn)程耦合的定義

圖2 遠(yuǎn)程耦合框架中的五個主要相關(guān)組成部分。遠(yuǎn)程耦合系統(tǒng)是分層結(jié)構(gòu)并受到層次內(nèi)和層次間相互作用的影響。遠(yuǎn)程耦合系統(tǒng)包含一系列通過流相互作用的人類與自然耦合系統(tǒng)。耦合系統(tǒng)由三個部分組成：代理、原因和影響。各個部分具有不同的屬性。原因使至少兩個人類與自然耦合系統(tǒng)之間產(chǎn)生遠(yuǎn)程耦合,其產(chǎn)成的影響發(fā)生在一個或多個人類與自然耦合系統(tǒng)。嵌套在人類與自然耦合系統(tǒng)內(nèi)的代理通過促進(jìn)或阻礙系統(tǒng)之間的物質(zhì)/能量或信息的單向或雙向流動,使遠(yuǎn)程耦合的產(chǎn)生成為可能。根據(jù)流的移動方向,系統(tǒng)可以被定義為發(fā)送、接收和/或外溢系統(tǒng)。為了簡單起見,圖中只列出直接與系統(tǒng)間遠(yuǎn)程耦合相關(guān)的部分,沒有列出耦合系統(tǒng)中的結(jié)構(gòu)和過程

許多學(xué)科涉及遠(yuǎn)距離自然或人類系統(tǒng)之間相互作用的研究。例如,大氣科學(xué)使用遠(yuǎn)程連接的概念來探討遠(yuǎn)距離氣候系統(tǒng)環(huán)境之間的相互作用。一個地方的氣候變化可以通過大氣環(huán)流影響到數(shù)百或數(shù)千公里以外的氣候(圖1A)。而且,長期以來社會科學(xué)家也致力于經(jīng)濟(jì)全球化的研究(圖1B),即遠(yuǎn)距離人類系統(tǒng)之間的社會經(jīng)濟(jì)活動。雖然這些獨立進(jìn)行的遠(yuǎn)距離社會經(jīng)濟(jì)或環(huán)境相互作用的研究獲得了一些有益的見解,但卻存在許多漏洞和疏忽(Adger et al. 2009, Eakin et al. 2009)。

對各種不同類型的人類與自然耦合系統(tǒng)相互作用進(jìn)行綜合研究有助于更好地理解可持續(xù)性(National Science Foundation Advisory Committee for Environmental Research and Education 2009)。本文提出遠(yuǎn)程耦合(Telecoupling)(Liu et al. 2011) ,這一綜合概念來描述遠(yuǎn)距離人類與自然耦合系統(tǒng)之間社會經(jīng)濟(jì)和環(huán)境的相互作用(圖1C)。遠(yuǎn)程耦合概念的提出是人類與自然耦合系統(tǒng)(Liu et al. 2007b, Alberti et al. 2011)、社會與生態(tài)耦合系統(tǒng)(Walker et al. 2004)、人類與環(huán)境耦合系統(tǒng)(Turner et al. 2003, Moran 2010)研究的自然邏輯延伸。它是對遠(yuǎn)程連接、全球化、及世界體系理論等概念的歸納和綜合(Hornborg et al. 2007, Dreher et al. 2008),因為這些概念以往基本上局限于單一學(xué)科(參見Adger et al. 2009, Seto et al. 2012)。

本文提出的綜合框架概念更有益于理解遠(yuǎn)程耦合。遠(yuǎn)程耦合系統(tǒng)分層結(jié)構(gòu),所以遠(yuǎn)程耦合框架需要采用多層次的分析方法。遠(yuǎn)程耦合系統(tǒng)層面包括一系列相互關(guān)聯(lián)的人類與自然耦合系統(tǒng),這些耦合系統(tǒng)通過它們之間的流連接起來(圖2)。耦合系統(tǒng)層面中的每個耦合系統(tǒng)由三個相關(guān)部分組成,即：代理、原因和影響(圖2)。每一部分又包含許多元素或不同尺度。例如,個人、家庭、組織團(tuán)體、企業(yè)等不同類型的代理可能同時受到社會經(jīng)濟(jì)和環(huán)境的影響。此外,各層次之間也存在相互作用,例如,耦合系統(tǒng)中的代理促使耦合系統(tǒng)之間流的產(chǎn)生,而耦合系統(tǒng)之間的流又在耦合系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生影響。

原因是指在人類與自然耦合系統(tǒng)之間產(chǎn)生遠(yuǎn)程耦合的原因,它的產(chǎn)生對人類與自然耦合系統(tǒng)有著各種各樣的社會經(jīng)濟(jì)和環(huán)境影響。遠(yuǎn)程耦合的產(chǎn)生是通過代理對系統(tǒng)之間流(即：物流、能流、和/或信息流)的促進(jìn)或阻礙的結(jié)果。代理和原因也會相互影響。如圖2所示,原因和影響由反饋環(huán)路相連,但是,把原因從影響中分離出來可以使分析簡單化。另外,雖然代理、原因和影響嵌套在耦合系統(tǒng)中,但可以把它們看成系統(tǒng)的單個成分來突出其各自在遠(yuǎn)程耦合以及與其它部分關(guān)系中所起的作用。下面通過兩個遠(yuǎn)距離相互作用的例子(表1)來詳細(xì)說明：一個例子是以人為主導(dǎo)并人為有意發(fā)起的,而另一個例子是以生物為主導(dǎo)但人為無意引起的。

表1 兩個例子(巴西和中國之間的大豆貿(mào)易和紅火蟻入侵)中五大組成概要

第一個例子是大豆貿(mào)易,所關(guān)注的是中國與巴西之間不斷增長的大豆貿(mào)易。從2000到2010年,中國大豆進(jìn)口量約從1400萬噸增長到4600萬噸(United States Department of Agriculture Foreign Agricultural Service 2010)。目前,中國食品生產(chǎn)所需的大豆中超過80%需要從外國進(jìn)口,主要進(jìn)口國家是巴西和美國(Zhang and Liu 2009, Brown-Lima et al. 2010。在中國、巴西以及其它國家的人類與自然耦合系統(tǒng)中,中巴大豆貿(mào)易對全球貿(mào)易市場及其價格、碳排放、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)、和人民生活起著重要的作用。

第二個例子是紅火蟻入侵。紅火蟻入侵(Solenopsisinvicta)被國際自然保護(hù)聯(lián)盟列為“100個最嚴(yán)重入侵物種”之一(IUCN; Lowe et al. 2000)。紅火蟻入侵導(dǎo)致生物多樣性降低,僅在美國每年就造成約60億美元的經(jīng)濟(jì)損失(Ascunce et al. 2011),主要是對農(nóng)業(yè)造成危害。紅火蟻源于南美,20世紀(jì)初期首次由貨船意外帶到美國(Ascunce et al. 2011)。隨后很快蔓延到美國南部地區(qū),不久前又蔓延到澳大利亞、新西蘭、中國等其它地區(qū)(Ascunce et al. 2011)。

雖然這兩個遠(yuǎn)程耦合例子截然不同,但各個遠(yuǎn)程耦合之間存在互相作用。有些遠(yuǎn)程耦合可能會互相增強(qiáng),有些會互相削弱。有些可能會衍生出新的遠(yuǎn)程耦合,而有些可能會消除現(xiàn)有的遠(yuǎn)程耦合。例如,研究表明貿(mào)易和物種入侵之間存在著密切聯(lián)系。一方面,貿(mào)易是物種入侵的主要原因之一(Crosby 1986, Nentwig 2007)。而另一方面,物種入侵帶來影響貿(mào)易的反饋,其中包括限制和檢查有關(guān)貿(mào)易的貨物和產(chǎn)品。部分地區(qū)甚至采用交易許可證方案(Horan and Lupi 2005)以及繳納入侵物種關(guān)稅(Margolis et al. 2005)等更強(qiáng)有力的措施來對貿(mào)易進(jìn)行控制。

系統(tǒng)

系統(tǒng)是指人類與自然耦合系統(tǒng),或稱人類與自然相互作用的綜合系統(tǒng)(Liu et al. 2007b)。雖然每個系統(tǒng)位于某個地理位置(地點)、具有特定的背景并由各種人類和自然成分以及過程【如氣候土壤情況、棲息地、可及性、地形特征(如坡度、海拔)、經(jīng)濟(jì)政治制度和政策、以及本地人類與自然成分之間的耦合】組成,本文主要討論系統(tǒng)之間與遠(yuǎn)程耦合相關(guān)的直接屬性。對每個遠(yuǎn)程耦合而言,系統(tǒng)可以表現(xiàn)為發(fā)送系統(tǒng)、接收系統(tǒng)、和/或者外溢系統(tǒng)。發(fā)送系統(tǒng)可以被看成是起點、來源或捐助者,接收系統(tǒng)則被看成是目的地或接收者(圖2) 。流(能流、物流、信息流)從發(fā)送系統(tǒng)(如出口國)流出,而接收系統(tǒng)(如進(jìn)口國)從發(fā)送系統(tǒng)獲得流(能流、物流、信息流)。當(dāng)然,系統(tǒng)被定義為發(fā)送系統(tǒng)還是接收系統(tǒng)取決于分析的是哪一種流。

外溢系統(tǒng)是對發(fā)送和接收系統(tǒng)之間的相互作用產(chǎn)生影響和/或被發(fā)送和接收系統(tǒng)之間的相互作用影響的系統(tǒng)。 外溢系統(tǒng)可以至少通過三種主要方式將發(fā)送系統(tǒng)和接收系統(tǒng)連接起來,既可以作為發(fā)送和接收系統(tǒng)之間的中間站(如候鳥停留、港口和機(jī)場中轉(zhuǎn)站),也可以作為發(fā)送和接收系統(tǒng)之間的通道(如輸油管道滲漏),或與發(fā)送和/或接收系統(tǒng)之間產(chǎn)生的其它方式的相互作用(如貿(mào)易協(xié)議中的第三方)(圖3)。一個系統(tǒng)既可以是一個遠(yuǎn)程耦合的發(fā)送系統(tǒng),同時又是另一個遠(yuǎn)程耦合的外溢系統(tǒng)或者接收系統(tǒng)。

圖3 發(fā)送、接收和外溢系統(tǒng)之間的關(guān)系類型舉例(A)代表(1-1-1)關(guān)系,(B)代表n-n-n關(guān)系。箭頭表示流動方向。為了簡單起見,省略了發(fā)送、接收和外溢系統(tǒng)之間可能存在的一些箭頭。外溢系統(tǒng)至少能以三種方式連接到發(fā)送和接收系統(tǒng)：發(fā)送和接收系統(tǒng)之間的通道(如輸油管道滲漏；直虛線箭頭),發(fā)送和接收系統(tǒng)之間的中間站(如候鳥停留地、港口和機(jī)場中轉(zhuǎn)站；長虛線彎曲箭頭),發(fā)送和/或接收系統(tǒng)之間產(chǎn)生的其它方式的相互作用(如貿(mào)易協(xié)議中的第三方；短虛線彎曲的箭頭)

在大豆貿(mào)易的例子中,生產(chǎn)大豆的巴西是大豆流的發(fā)送系統(tǒng),接收大豆及豆制品的中國是接收系統(tǒng)。但是對于大豆交易中的資金流,中國則變成發(fā)送系統(tǒng)而巴西變成接收系統(tǒng)。在市場交易過程中,商品和資金的關(guān)系顯然逆向流動。而且至今對外溢系統(tǒng)的研究很少,如世界上所有涉及大豆貿(mào)易的國家(包括美國),受廉價大豆生產(chǎn)影響最嚴(yán)重的國家是美國,一些發(fā)展中國家(如巴西)采用熱帶農(nóng)業(yè)先進(jìn)技術(shù)生產(chǎn)大豆,與美國競爭貿(mào)易市場。在紅火蟻入侵例子中,紅火蟻的原生地南美是發(fā)送系統(tǒng)。紅火蟻入侵的第一個國家美國是主要的接收系統(tǒng)。

發(fā)送、接收和外溢系統(tǒng)之間的相互關(guān)系復(fù)雜。在遠(yuǎn)程耦合中包含的發(fā)送、接收和外溢系統(tǒng)的數(shù)量可以是1-1-0(一個發(fā)送系統(tǒng),一個接收系統(tǒng),無外溢系統(tǒng)),也可以是1-1-1 (一個發(fā)送系統(tǒng),一個接收系統(tǒng),一個外溢系統(tǒng),圖3A) ,還可以是一個或多個系統(tǒng)的組合(如1-1-n, 雙邊貿(mào)易廣泛市場影響的情況) ,或者n-n-n(多個發(fā)送系統(tǒng),多個接收系統(tǒng),多個外溢系統(tǒng),圖3B) 。后者最為復(fù)雜,因為不僅在發(fā)送、接收和外溢系統(tǒng)之間存在相互作用,而且各發(fā)送系統(tǒng)之間、各接收系統(tǒng)之間以及各外溢系統(tǒng)之間都存在相互作用。此外,隨著時間的變化, 遠(yuǎn)程耦合中的接收系統(tǒng)可能成為新遠(yuǎn)程耦合的發(fā)送系統(tǒng)。在紅火蟻入侵例子中,根據(jù)問題時間段的不同,美國既可以看作是接收系統(tǒng)也可以看作是發(fā)送系統(tǒng),它最初是接收系統(tǒng),但后來因?qū)⑽锓N傳播到其它國家而成為發(fā)送系統(tǒng)。實際上,全球紅火蟻入侵?jǐn)?shù)量遺傳追溯的結(jié)果顯示,紅火蟻入侵始發(fā)于美國,而不是南美(Ascunce et al. 2011)。全面理解代理、流、原因和影響以及它們之間復(fù)雜的相互關(guān)系的關(guān)鍵是在了解遠(yuǎn)程耦合系統(tǒng)的組成的同時,還必須考慮其時間和空間格局。

流

流是系統(tǒng)之間物質(zhì)、能源、或者信息的流動,這種轉(zhuǎn)移是代理采取行動的結(jié)果。物質(zhì)和能包括各種生物地球物理實體(如制成品、食品、自然資源、有機(jī)物和生物燃料)、信息包括知識信息、貿(mào)易協(xié)定、財務(wù)數(shù)據(jù)、基因、和農(nóng)業(yè)技術(shù)。流可以是單向也可以是雙向,可以直接穿越發(fā)送和接收系統(tǒng)之間的通路,或者間接地經(jīng)由發(fā)送和接收系統(tǒng)之間的外溢系統(tǒng)(圖2、圖3)。

在大豆貿(mào)易的例子中,主要物流是大豆及豆制品從巴西運往中國的運輸過程,信息流的例子是巴西、中國和其它國家之間的金融交易和貿(mào)易協(xié)定。在紅火蟻入侵的例子中,主要物流包括交易物品、紅火蟻、以及控制入侵物種傳播的農(nóng)藥等的運輸或移動過程。信息流包括紅火蟻造成損害等有關(guān)信息的傳播以及控制蔓延方法的推廣。

流可以直接從發(fā)送系統(tǒng)跳躍到遠(yuǎn)方的接收系統(tǒng)。這種現(xiàn)象發(fā)生在隔海相距2萬km遠(yuǎn)的巴西和中國之間的大豆貿(mào)易。流也可以從發(fā)送系統(tǒng)附近的接收系統(tǒng)開始,然后逐漸向外輻射到遠(yuǎn)方的接收系統(tǒng)。紅火蟻入侵就是這樣的例子,開始于美國南部和東南部(初始接收系統(tǒng))然后逐漸蔓延到美國加州,后來又從加州跳躍到其它國家。

基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)、機(jī)構(gòu)組織和生態(tài)系統(tǒng)為流在系統(tǒng)之間提供運行通道起了重要作用。它們包括運輸網(wǎng)(如公路、船舶、車輛、飛機(jī))、政府間組織(如貿(mào)易協(xié)儀)、貿(mào)易設(shè)施(如電子清關(guān)系統(tǒng))(Hertel and Mirza 2009)、社會網(wǎng)絡(luò)(如學(xué)術(shù)團(tuán)體) (Haas 1993)、生態(tài)網(wǎng)(如動物遷徙路徑)。在大豆貿(mào)易例子中,巴中大豆貿(mào)易中的網(wǎng)絡(luò)包括金融、社會、交通、和政府網(wǎng)絡(luò)。

代理

代理(或參與者)包括自主決策的實體,它直接或間接促進(jìn)或阻礙遠(yuǎn)程耦合的產(chǎn)生。遠(yuǎn)程耦合框架強(qiáng)調(diào)各種代理及其在發(fā)送、接收和外溢系統(tǒng)之間錯綜復(fù)雜的關(guān)系。代理可以促進(jìn)或阻礙流, 而流可以產(chǎn)生、維護(hù)、加強(qiáng)、削弱或解除遠(yuǎn)程耦合。代理可以是單個也或者一群人或動物(如家庭等社會經(jīng)濟(jì)單元、政府機(jī)關(guān)等組織、或各類動物群)。

在大豆貿(mào)易例子中,主要代理包括巴西的大豆生產(chǎn)者、農(nóng)產(chǎn)企業(yè)、公共和私人投資者及其支持者,中國的金融投資者和豆制品消費者,以及參與制定和執(zhí)行貿(mào)易協(xié)議的有關(guān)政府機(jī)構(gòu)。在紅火蟻入侵的例子中,主要代理包括無意中攜帶并傳播昆蟲的交易者,美國和外溢系統(tǒng)中企圖阻止蔓延(如實施控制操作)的農(nóng)民和決策者,以及紅火蟻,它們通過不斷進(jìn)化在物種競爭中勝過多數(shù)昆蟲,并且獲得超強(qiáng)的生存能力進(jìn)而在被意外攜帶的過程中入侵?jǐn)U大其棲息地。

代理之間形成的彼此聯(lián)系形成了改變遠(yuǎn)程耦合的流。在人類為代理的系統(tǒng)中,這一過程可以通過政府、公共機(jī)構(gòu)、私營公司、個人友誼和親屬關(guān)系等社會關(guān)系網(wǎng)來實現(xiàn)(Jackson and Watts 2002)。舉例來說,政府和企業(yè)之間的關(guān)系為推動巴中大豆貿(mào)易的雙向流起了很重要的作用(Niu 2010)。在動物為代理的系統(tǒng)中,同樣存在有利于相互作用的交流方式。在紅火蟻入侵的例子中,螞蟻利用其特有的化學(xué)通訊協(xié)調(diào)活動從而擴(kuò)大棲息地(Vander Meer et al. 2002)。

具有創(chuàng)造性的代理最能成功地建立新的遠(yuǎn)程耦合,但代理的不同特性(如恢復(fù)力)可以更好地維護(hù)和加強(qiáng)現(xiàn)有的遠(yuǎn)程耦合。 外來物種(如紅火蟻)占據(jù)上風(fēng)而且成為接收系統(tǒng)的入侵者,是因為它們能在全新的生存環(huán)境下繁衍從而占有屬于本地物種的有限資源(Callaway and Ridenour 2004)。中巴大豆貿(mào)易之所以迅速發(fā)展,部分原因是中國和巴西之間靈活的貿(mào)易協(xié)議,能及時適應(yīng)新的市場,另一個原因是在產(chǎn)區(qū)和國外主要市場之間商品價值信息的有效連接。

原因

原因是影響遠(yuǎn)程耦合產(chǎn)生和變化(如強(qiáng)度的變化)的因素。大部分遠(yuǎn)程耦合并非只有一種原因,可以來源于發(fā)送、接收、或外溢系統(tǒng)(圖2)。原因可分為直接原因或根本原因(Laland et al. 2011)。政治、經(jīng)濟(jì)、文化、科技、或生態(tài)變化交織在一起可以在遠(yuǎn)程耦合系統(tǒng)中產(chǎn)生新動態(tài)。喜好的轉(zhuǎn)變改變需求,而技術(shù)創(chuàng)新和推廣能改變供給,發(fā)送系統(tǒng)中的供給和接收系統(tǒng)中的需求相互作用可以改變系統(tǒng)動態(tài)。政策和規(guī)則等的改變能加強(qiáng)或緩解與遠(yuǎn)方系統(tǒng)的互相作用。生態(tài)因素在遠(yuǎn)程耦合中起著重要的作用。原因也可以通過反饋機(jī)制與影響互相作用。

大豆貿(mào)易這個遠(yuǎn)程耦合的原因很多。其中一個主要的經(jīng)濟(jì)原因是中國對大豆產(chǎn)品(如植物油和動物飼料)的需求以及巴西豐富的土地、水和充足的大豆生產(chǎn)資金。其政治原因是中國政府極力追求向外國投資而巴西政府卻積極開發(fā)出口市場。其文化原因是中國人喜好豆制品及以大豆為飼料的動物產(chǎn)品。其技術(shù)原因包括農(nóng)業(yè)技術(shù)進(jìn)步,主要是巴西農(nóng)業(yè)研究公司投入巨資開發(fā)適應(yīng)酸性土壤的熱帶農(nóng)業(yè)技術(shù),研究開發(fā)適合當(dāng)?shù)睾０胃叨壬L并能從大氣中生物固氮的大豆品種(Alves et al. 2003, 2006)。此外,近年來產(chǎn)品供應(yīng)鏈的發(fā)展以及日新月異的高效農(nóng)產(chǎn)品(如大豆)存儲方式和長途運輸業(yè),都為遠(yuǎn)程耦合提供了有利條件。其生態(tài)原因是巴西良好的氣候條件適合大豆生長。

對于紅火蟻入侵遠(yuǎn)程耦合,主要經(jīng)濟(jì)原因之一是國際貿(mào)易的增長。紅火蟻入侵主要是跨國貿(mào)易貨物運輸過程中無意傳播開的(Ascunce et al. 2011)。其政治原因是20世紀(jì)初期在南美各國和美國的政府和組織機(jī)構(gòu)之間關(guān)系的改善促進(jìn)了它們之間的貿(mào)易開放和交流。其技術(shù)原因是與當(dāng)時改進(jìn)的船舶制造技術(shù)及其運營能力有關(guān), 長途運輸如此大批量的貨物前所未有。其文化原因是美國消費者對外國商品越來越感興趣。紅火蟻得以蔓延的一個主要生態(tài)原因是它被帶入新環(huán)境后其自身優(yōu)越的競爭力及其對環(huán)境挑戰(zhàn)(如洪水和干旱)的恢復(fù)能力(Vinson 1997)。

影響

影響是指遠(yuǎn)程耦合對社會經(jīng)濟(jì)和環(huán)境產(chǎn)生的后果或作用。這種影響可能以不同的方式出現(xiàn)在發(fā)送、接收和/或外溢系統(tǒng)中(圖2)。影響可以發(fā)生在不同的空間、時間和尺度。本文將影響分為兩大類,即：社會經(jīng)濟(jì)影響和環(huán)境影響(表1),需要強(qiáng)調(diào)的是這兩類影響之間本質(zhì)上是相關(guān)的。影響可以促進(jìn)也可以阻礙環(huán)境和/或社會經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)性(Liu 2010)。

在大豆例子中,巴西和中國之間的貿(mào)易可能會造成巴西農(nóng)業(yè)土地過度利用(Macedo et al. 2012),導(dǎo)致在免耕種系統(tǒng)施用更多的除草劑,和以磷為主要成份的農(nóng)藥和化肥的大量使用,從而減少生物多樣性并降低生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能(Martinelli et al. 2010)。大豆貿(mào)易造成巴西本地居民遷移和農(nóng)村暴力、幫助中國造林和碳匯、及增加對外溢系統(tǒng)(如整個運輸路線)的碳排放(表1)。由于從巴西進(jìn)口的大豆價格較低,許多中國農(nóng)民已經(jīng)放棄大豆種植,大量的大豆田用于種植其它農(nóng)作物(如玉米)、或轉(zhuǎn)變成森林(GRAIN 2012)。大豆貿(mào)易為巴西的一些部門帶來了收入(Lima et al. 2011)。在紅火蟻入侵的例子中,物種入侵引起當(dāng)?shù)責(zé)o脊椎動物群落生物多樣性降低、破壞野生動物棲息地、造成農(nóng)作物及相關(guān)的經(jīng)濟(jì)損失、損壞家具和住宅、并傷害牲畜和人類(如因紅火蟻叮咬引起的疼痛及其潛在的疾病危險)(表1)(Vinson 1997; 表1) 。

在單個人類與自然耦合系統(tǒng)中出現(xiàn)的各種復(fù)雜的影響類型(Liu et al. 2007b)也可以在遠(yuǎn)程耦合系統(tǒng)中明顯看到,其中包括間接影響 [也叫“二級影響”]、級聯(lián)效應(yīng)、非線性、時間滯后、遺產(chǎn)效應(yīng)、誘發(fā)效應(yīng)、和反饋。級聯(lián)效應(yīng)是指遠(yuǎn)程耦合對某個系統(tǒng)或某個系統(tǒng)組件的影響向外輻射影響到許多其它多個系統(tǒng)或系統(tǒng)組件的現(xiàn)象。在大豆貿(mào)易例子中,巴西農(nóng)業(yè)研究公司將巴西先進(jìn)的大豆農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)推廣到外溢系統(tǒng)(如在進(jìn)行稀樹草原大開發(fā)的非洲國家)。影響往往是非線性的,并可能時間滯后,也許直到遠(yuǎn)程耦合發(fā)生幾年甚至幾十年后才開始出現(xiàn)。遺產(chǎn)效應(yīng)是指遠(yuǎn)程耦合停止后影響仍然持續(xù)一段時間的現(xiàn)象。誘發(fā)效應(yīng)是指由某個影響帶來的二級影響。在大豆貿(mào)易例子中,二級影響是對其它農(nóng)業(yè)部門和整個消費者支出的影響。農(nóng)民從收獲大豆得到收入改變了他們對食品和其它商品的消費需求,從而對整個經(jīng)濟(jì)和外溢系統(tǒng)造成級聯(lián)效應(yīng)(Altieri and Pengue 2005)。

反饋是遠(yuǎn)程耦合的重要特性。系統(tǒng)之間發(fā)生反饋時,第一個系統(tǒng)對第二個系統(tǒng)的影響反過來又影響第一個系統(tǒng)。有時系統(tǒng)之間的反饋發(fā)生很快,而有時卻非常緩慢,需要很長時間才能發(fā)現(xiàn)或認(rèn)識到。在大豆貿(mào)易例子中,中國減少大豆種植所導(dǎo)致的土地利用變化產(chǎn)生正反饋,即中國對巴西大豆需求的增加推動了巴西大豆生產(chǎn)的發(fā)展。此外,大豆貿(mào)易促進(jìn)中國對巴西的投資和巴西對中國產(chǎn)品的進(jìn)口(如巴西從中國進(jìn)口機(jī)械和紡織品)(Brainard and Welch 2012)。在紅火蟻入侵例子中,紅火蟻對其接收系統(tǒng)美國造成了相當(dāng)大的環(huán)境和社會經(jīng)濟(jì)損失,從而促進(jìn)接收系統(tǒng)開發(fā)新技術(shù)來阻礙入侵者蔓延。后來這些技術(shù)又反過來影響發(fā)送系統(tǒng)(南美)。具體而言,從 1961年到1975年,美國東南部地區(qū)用了25×104kg復(fù)合滅蟻靈(氯化烴和環(huán)戊二烯衍生物)來控制紅火蟻。同期,約15×104kg復(fù)合滅蟻靈出口到巴西(Eisler 2007)。然而,使用滅蟻靈具有雙重負(fù)面影響,因為(a)它是一種生物累積性污染物,美國環(huán)境保護(hù)署于1976年禁止了復(fù)合滅蟻靈的使用,(b)它有助于紅火蟻蔓延,因為它也同時殺滅可以與紅火蟻競爭的本地螞蟻(Markin et al. 1974)。另一個反饋的例子是紅火蟻入侵到美國數(shù)十年后,美國曾試圖從巴西進(jìn)口紅火蟻的天敵(如蒼蠅和微生物)來控制紅火蟻蔓延(Callcott et al. 2011)。

本文所舉的例子中,雖然人們已經(jīng)做了一些關(guān)于發(fā)送和接收系統(tǒng)影響的研究,但是很少或根本沒有研究外溢系統(tǒng)影響的文獻(xiàn)。有些研究指出食品和產(chǎn)品的運輸可能對沿線及其外界環(huán)境帶來巨大影響,如能源消耗和排放污染物(如二氧化碳)。這些研究僅僅提出了從巴西到中國大豆運輸過程中的潛在影響,從來沒有對這種影響的定量研究。

不同類型的遠(yuǎn)程耦合之間也存在相互作用。例如,研究顯示,貿(mào)易給入侵物種的傳播提供了條件(Westphal et al. 2008)。雖然沒有研究本文提到的兩個例子之間關(guān)系的相關(guān)文獻(xiàn),但運用遠(yuǎn)程耦合框架可以幫助研究人員尋找大豆貿(mào)易和物種入侵之間可能存在的關(guān)系以及它們與其它遠(yuǎn)程耦合的關(guān)系。

遠(yuǎn)程耦合框架的意義

遠(yuǎn)程耦合框架為從事各類遠(yuǎn)程相互作用的研究人員提供了通用語言、邏輯統(tǒng)一性、系統(tǒng)方法和全面指導(dǎo)。遠(yuǎn)程耦合框架以不同方式進(jìn)行統(tǒng)一綜合,因而它可以幫助我們理解遠(yuǎn)距離之間的相互作用是如何進(jìn)行的,從局部到全球的各個層面找出實現(xiàn)社會經(jīng)濟(jì)和環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的解決方案。

該框架綜合了遠(yuǎn)距離社會經(jīng)濟(jì)和環(huán)境兩者之間的相互作用,而不只是社會經(jīng)濟(jì)之間或環(huán)境之間的相互作用

這種綜合有助于拓展遠(yuǎn)距離相互作用研究的范疇。從前關(guān)于貿(mào)易、動物遷徙、氣候遠(yuǎn)程連接等方面的研究只關(guān)注某種社會經(jīng)濟(jì)相互作用(如貿(mào)易),或只關(guān)注環(huán)境相互作用(如動物遷徙)。而該框架同時提供了社會經(jīng)濟(jì)和環(huán)境相互作用的信息,因此它有助于權(quán)衡社會經(jīng)濟(jì)和環(huán)境影響,從而實現(xiàn)社會經(jīng)濟(jì)和環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展(如人類福祉和生物多樣性保護(hù))(Carter et al. 2012, United Nations Environment Programme 2011)。

該框架將發(fā)送、接收和外溢系統(tǒng)看作一個統(tǒng)一的遠(yuǎn)程耦合網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),而不只是發(fā)送和/或接收系統(tǒng)

由于之前很少研究外溢系統(tǒng),該框架因包括外溢系統(tǒng)而開辟了新的研究領(lǐng)域和方法。例如,該框架認(rèn)為,之前只針對發(fā)送和接收系統(tǒng)的雙邊協(xié)議,也應(yīng)該考慮外溢系統(tǒng)。在大豆貿(mào)易例子中,除了巴西和中國分別作為大豆輸出國和接收國,外溢系統(tǒng)(如美國,主要大豆生產(chǎn)國和傳統(tǒng)上的大豆出口國)也同樣受到環(huán)境和社會經(jīng)濟(jì)影響,因為中國從巴西進(jìn)口大豆影響中國從美國的大豆進(jìn)口。

該框架有助于評估多個系統(tǒng)社會經(jīng)濟(jì)和環(huán)境之間的權(quán)衡和協(xié)同作用,而不只局限于一個系統(tǒng)

例如,有人呼吁消費本地商品和產(chǎn)品以支持當(dāng)?shù)厣a(chǎn)商并減少長途運輸對環(huán)境的影響(Halweil 2002)。但也有一些人認(rèn)為購買外地商品可以支持遠(yuǎn)方系統(tǒng)的可持續(xù)性(如購買可持續(xù)咖啡)(Giovannucci and Ponte 2005)。還有人認(rèn)為依賴當(dāng)?shù)剞r(nóng)產(chǎn)品可能會危及糧食安全而且會失去利用糧食高產(chǎn)區(qū)來減少環(huán)境影響的機(jī)會(DesRochers and Shimizu 2012, MacMillan 2012)。事實上,權(quán)衡本地和全球采購食品之間的關(guān)系是復(fù)雜的,而且主要取決于系統(tǒng)本身。例如,最新研究表明,只有在溫室氣體排放強(qiáng)度較低的地區(qū)強(qiáng)調(diào)本地消費才有可能減少全球溫室氣體排放(M. Avetisyan, T. W. Hertel, and G. Sampson, unpublished manuscript)。了解遠(yuǎn)程耦合的協(xié)同和權(quán)衡作用將有助于減少把對其它系統(tǒng)的負(fù)面影響降到最低。

該框架有助于促進(jìn)可持續(xù)政策,因為它明確地將遠(yuǎn)距離的相互作用看作反饋,而不只是單方向影響

反饋是維持系統(tǒng)可持續(xù)性的重要機(jī)制。事實上,政策可以用于反饋來引導(dǎo)系統(tǒng)向可持續(xù)性邁進(jìn)。該框架明確考慮反饋,它可以幫助研究人員和決制者評估發(fā)送、接收和外溢系統(tǒng)中反饋的存在及其有效性。例如,發(fā)展中國家實行跨國土地交易政策,在政策實施初期有利于地方經(jīng)濟(jì),但后來當(dāng)國外投資市場帶來的正反饋導(dǎo)致過度利用本地資源時,就會造成社會不平等和土地退化(Baird 2011)。因此,制訂新政策時應(yīng)該注重啟動負(fù)反饋,這樣才能減少土地退化和社會不平等。

該框架有利于研究不同類型遠(yuǎn)程相互作用之間的關(guān)系,而不只是針對一種相互作用

遠(yuǎn)程耦合是一個包括各種遠(yuǎn)程相互作用(如貿(mào)易、物種入侵、移民(Linderman et al. 2005)和旅游(He et al. 2008; Table 2))的綜合概念。類似于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)這樣的綜合概念,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)包含了自然界給人類提供的各種福利,并有助于研究不同類型生態(tài)服務(wù)之間的關(guān)系(如固碳、食物供給、授粉、水凈化、以及娛樂休閑)(Daily 1997, Liu et al. 2008)。遠(yuǎn)程耦合框架有助于對不同類型的遠(yuǎn)距離相互作用及其關(guān)系進(jìn)行系統(tǒng)性的跨學(xué)科研究。例如,它可以促進(jìn)貿(mào)易與動物遷徙之間的合作研究。采用樹蔭栽種的方式生產(chǎn)咖啡用于貿(mào)易的種植園已為候鳥提供棲息地(Perfecto et al. 1996)。同時,候鳥在種植園的出現(xiàn)成為生物多樣性友好咖啡的標(biāo)志,為環(huán)保主義者提供了貿(mào)易新市場,從而推動了貿(mào)易發(fā)展(Rice and Ward 1996)。

通過從本質(zhì)上對其它相關(guān)理論框架(如Elinor Ostrom及其同事建立的制度分析與發(fā)展(Institutional Analysis and Development,即IAD)框架(Anderies et al. 2004, Ostrom 2005, 2011))的擴(kuò)展,本文提出的遠(yuǎn)程耦合框架標(biāo)志著一個重要的概念研究進(jìn)展。IAD提供了一個分析結(jié)構(gòu),幫助理解不同機(jī)構(gòu)(即正式的和使用中的規(guī)則)如何影響公用的和本地使用的資源。從遠(yuǎn)程耦合的角度來看,有些機(jī)構(gòu)可以被理解為社會經(jīng)濟(jì)的反饋機(jī)制,通過結(jié)果中產(chǎn)生的信息來調(diào)整規(guī)則,來實現(xiàn)社會目標(biāo)。從這一點來看,遠(yuǎn)程耦合框架增加生物物理反饋,從而影響IAD研究中通常只考慮本地系統(tǒng)以外的流。此外,遠(yuǎn)程耦合框架不同于IAD框架的另一個方面是,它認(rèn)為在相互聯(lián)系日益緊密的遠(yuǎn)距離耦合系統(tǒng)中,必須包括具有反饋的外溢系統(tǒng)和相互作用(Liu and Diamond 2005, Henry and Dietz 2011)。

將遠(yuǎn)距離相互作用看成遠(yuǎn)程耦合有助于發(fā)現(xiàn)知識空白并促進(jìn)可持續(xù)性的研究和管理。遠(yuǎn)程耦合框架擴(kuò)展了傳統(tǒng)上遠(yuǎn)距離相互作用的研究,開辟了新的研究領(lǐng)域,并可以發(fā)現(xiàn)許多隱藏的影響。先前的研究要么注重社會經(jīng)濟(jì)問題(如貿(mào)易、外國直接投資、技術(shù)轉(zhuǎn)讓、人類遷移),要么注重環(huán)境/生態(tài)問題(如動物遷徙),盡管社會經(jīng)濟(jì)和環(huán)境影響同時存在。遠(yuǎn)程耦合有不同的種類,它們都對可持續(xù)性(表2)有著深遠(yuǎn)的影響。

推動遠(yuǎn)程耦合研究

遠(yuǎn)程耦合為可持續(xù)發(fā)展科學(xué)及其應(yīng)用(如保護(hù)、開發(fā)、提供生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)、適應(yīng)和緩解氣候變化、生物入侵控制、能源利用、土地利用和水資源利用)提供了獨特的挑戰(zhàn)和難得的機(jī)會。許多關(guān)于遠(yuǎn)程耦合的重要而復(fù)雜的問題有待解決(表3)。例如,遠(yuǎn)程耦合是如何產(chǎn)生的？它們?nèi)绾坞S時間而變化？它們?nèi)绾蜗?？它們?nèi)绾位ハ嘤绊?？在什么情況下遠(yuǎn)程耦合能增強(qiáng)或減弱其可持續(xù)性？具有哪些特性的系統(tǒng)可能成為遠(yuǎn)程耦合的發(fā)送、接收或外溢系統(tǒng)？各遠(yuǎn)程耦合之間有那些相似和不同？

關(guān)于遠(yuǎn)程耦合的研究存在著大量的知識空白。例如,盡管對全球貿(mào)易的研究相當(dāng)普遍,它的很多影響仍是未知數(shù)。雖然計算用于生產(chǎn)貿(mào)易農(nóng)產(chǎn)品所占的土地面積很有用(Meyfroidt et al. 2010),但是,由于不同土地覆蓋類型中的碳儲量、生物地球化學(xué)和人類福祉的差別很大,僅僅考慮土地面積不能衡量很多重要的環(huán)境和社會經(jīng)濟(jì)影響(Meyfroidt et al. 2010)。而且,多數(shù)研究都未考慮或認(rèn)識到外溢系統(tǒng)的存在。然而,遠(yuǎn)程耦合對外溢系統(tǒng)的影響有時甚至比對接收和發(fā)送系統(tǒng)的影響更大。外溢系統(tǒng)跨越廣闊空間連接和傳遞遠(yuǎn)程耦合的影響,它對從本地到全球各個層面的可持續(xù)發(fā)展可以發(fā)揮關(guān)鍵作用。此外,耦合系統(tǒng)之間的跨部門連接仍是一個尚未研究的領(lǐng)域。例如,農(nóng)業(yè)部門的糧食-飼料-燃料的連接,以及在發(fā)送、接收和外溢系統(tǒng)中農(nóng)業(yè)-能源-金融之間的廣泛聯(lián)系(如生物燃料、金融投資和土地商品之間的關(guān)系)。

表2 遠(yuǎn)程耦合的遠(yuǎn)距離相互作用以及發(fā)送、接收和外溢系統(tǒng)與可持續(xù)性的實際/假設(shè)關(guān)系舉例。 以前僅僅對遠(yuǎn)程耦合的某些屬性進(jìn)行過研究,大多數(shù)屬性尚不清楚。為簡化起見,省略系統(tǒng)之間的反饋將本地耦合和遠(yuǎn)程耦合綜合并同時納入到?jīng)Q策過程中可以提高適應(yīng)能力。這種綜合有助于地方、國家和國際(如聯(lián)合國、世界銀行和世界貿(mào)易組織)等各級政府和組織創(chuàng)造新機(jī)制和/或改革現(xiàn)有機(jī)制。有些尋求對遠(yuǎn)距離相互作用影響進(jìn)行管理的國際政策,如瀕危野生動植物國際貿(mào)易公約(CITES)和降低因森林砍伐和退化所產(chǎn)生的二氧化碳排放(REDD) ,這兩個政策都與國際間影響可持續(xù)性的物流(即瀕危物種、碳和林產(chǎn)品)的相關(guān)規(guī)定有關(guān)。然而,這些政策往往只側(cè)重于特定的社會經(jīng)濟(jì)和環(huán)境影響,很少試圖從綜合遠(yuǎn)程耦合的角度制定政策,盡管從遠(yuǎn)程耦合的角度出發(fā),能有助于理解和解決發(fā)送、接收和外溢系統(tǒng)中的多個影響和反饋等問題。

遠(yuǎn)程耦合的遠(yuǎn)距離相互作用與發(fā)送、接收和外溢系統(tǒng)可持續(xù)性的關(guān)系貨物和產(chǎn)品貿(mào)易(如食品、木材、藥品、和礦石)發(fā)送系統(tǒng)中制造商品和產(chǎn)品消耗資源(如土地、水和勞動力),而且生產(chǎn)過程中釋放污染物,社會經(jīng)濟(jì)可持續(xù)性可能會提高,但環(huán)境可持續(xù)性可能會受到損害。而接收系統(tǒng)中環(huán)境質(zhì)量可能會提高,但社會經(jīng)濟(jì)利益(如失業(yè))可能會受到影響。外溢系統(tǒng)的可持續(xù)性可能會受到不同方式的影響,取決于與發(fā)送和接收系統(tǒng)的關(guān)系。投資開發(fā)(外國直接投資)開發(fā)投資在接收系統(tǒng)中可能會刺激經(jīng)濟(jì)市場和資源利用(如對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和制造設(shè)施)但也影響環(huán)境;在發(fā)送系統(tǒng)中可能會(也可能不會)使經(jīng)濟(jì)增長或資源開發(fā)放慢;可能以不同的方式影響外溢系統(tǒng)?？鐕恋厥褂脵?quán)轉(zhuǎn)讓跨國土地使用權(quán)轉(zhuǎn)讓(如跨國土地交易或土地侵占)可能不利于發(fā)送系統(tǒng)土地管理和土地保有制、并對人民生活和環(huán)境產(chǎn)生負(fù)面影響,但在接收系統(tǒng)中促進(jìn)糧食和能源安全并改善環(huán)境,可能以不同的方式影響外溢系統(tǒng)。保護(hù)投資保護(hù)投資(如生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)付費)在接收系統(tǒng)中可以保護(hù)和恢復(fù)環(huán)境可持續(xù)性,在發(fā)送系統(tǒng)中可能會(也可能不會)破壞可持續(xù)性,可能以不同的方式影響外溢系統(tǒng)。技術(shù)轉(zhuǎn)讓技術(shù)創(chuàng)新在發(fā)送系統(tǒng)中可能會因為資源(如土地、水、能源和人力資源)消耗而導(dǎo)致社會經(jīng)濟(jì)和環(huán)境后果。在接收和外溢系統(tǒng)中,技術(shù)實施(如新灌溉法,新一代汽車電池)可能會影響環(huán)境和社會經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)性。知識傳播知識傳播(如理論、技術(shù)、改革、治理和管理方法)在接收和外溢系統(tǒng)中可能會影響資源的利用方式,促進(jìn)環(huán)境和社會經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)性(如通過提高效率)。在籌資和認(rèn)知方面,發(fā)送系統(tǒng)可能受益也可能受到困擾。人類遷移人類遷移可能會(也可能不會)放棄發(fā)送系統(tǒng)(如土地和其它資源),并占有接收系統(tǒng)(如就業(yè))。資源消耗也從發(fā)送系統(tǒng)轉(zhuǎn)移到接收系統(tǒng),兩個系統(tǒng)的可持續(xù)性都受到影響。對外溢系統(tǒng)可持續(xù)性的影響可能不同,取決于它們與發(fā)送和接收系統(tǒng)的關(guān)系。旅游旅游業(yè)(如景區(qū)、飯店、賓館)及相關(guān)的基礎(chǔ)設(shè)施(如道路)在接收和外溢系統(tǒng)中得以發(fā)展并促進(jìn)社會經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)性,但對環(huán)境可持續(xù)性存在潛在威脅。發(fā)送系統(tǒng)也可能受到影響(如資金流向接收和外溢系統(tǒng),人們因外出而減少在家鄉(xiāng)的資源消耗,從而有益于環(huán)境)。廢物轉(zhuǎn)移廢棄物(如電子垃圾、大氣污染和污水)轉(zhuǎn)移可能會減少發(fā)送系統(tǒng)中對環(huán)境和人類健康的影響;但在接收和外溢系統(tǒng)中,可能會污染生態(tài)系統(tǒng)(如垃圾填埋場)并危害人類健康,對可持續(xù)性產(chǎn)生負(fù)面影響。物種入侵外來入侵物種占據(jù)接收和外溢系統(tǒng),改變土地利用和土地覆蓋、海洋生態(tài)系統(tǒng)、水質(zhì)和水量、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)、經(jīng)濟(jì)收益、以及生物多樣性,從而影響可持續(xù)性。發(fā)送系統(tǒng)可能會由接收和外溢系統(tǒng)的反饋而受到影響[如巴西(發(fā)送系統(tǒng))從美國(接收系統(tǒng))進(jìn)口滅蟻靈(環(huán)戊二烯的衍生物)來控制起源于南美巴西的紅火蟻]。動物遷徙動物遷徙(如候鳥和有蹄類動物遷徙)在每年的不同時期利用發(fā)送、接收和外溢系統(tǒng)(如中途停留地)。遷徙可能影響生態(tài)系統(tǒng)過程和環(huán)境可持續(xù)性。由于動物遷徙可能傳播疾病,破壞農(nóng)作物,因而可能影響社會經(jīng)濟(jì)可持續(xù)性。遠(yuǎn)距離調(diào)水調(diào)水設(shè)施可能修建在發(fā)送、接收和外溢系統(tǒng)中的(如水渠、水庫),可能影響各系統(tǒng)中的土地利用、水資源利用、生物多樣性和經(jīng)濟(jì)增長。調(diào)水增加接收和外溢系統(tǒng)中的供水能力,也增加污染物擴(kuò)散和物種入侵,減少發(fā)送系統(tǒng)中的水資源。物種擴(kuò)散物種擴(kuò)散可能降低發(fā)送方系統(tǒng)中動物、植物、或微生物物種的密度,但有利于增加物種在接收和外溢系統(tǒng)(如擴(kuò)散走廊)中的密度。根據(jù)系統(tǒng)的具體特征,物種密度的變化可以改善也可以危害系統(tǒng)中的環(huán)境和社會經(jīng)濟(jì)可持續(xù)性。大氣環(huán)流大氣環(huán)流可能影響發(fā)送、接收和外溢系統(tǒng)的環(huán)境和社會經(jīng)濟(jì)可持續(xù)性。例子包括水量和水質(zhì)的變化(如蒸發(fā))、土地覆蓋(如發(fā)送系統(tǒng)土壤流失和接收系統(tǒng)土壤沉淀)和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)(如輸送酸雨等污染物)。

表3 深入研究遠(yuǎn)程耦合與可持續(xù)性的問題舉例

與本地耦合相比,遠(yuǎn)程耦合研究(表3)和管理(表4)更具挑戰(zhàn)性,因為它們更加復(fù)雜,在多尺度多系統(tǒng)中涉及了多個流、多個代理、多種原因和多重影響,而且通?？缭叫姓驼芜吔纭１镜伛詈系墓芾矸椒ㄅc具有強(qiáng)大影響力的遠(yuǎn)程耦合的管理方法存在很大不同。對于只有本地耦合的系統(tǒng),當(dāng)災(zāi)害發(fā)生時系統(tǒng)可能缺乏恢復(fù)能力。 耦合系統(tǒng)可以作為資源庫來補(bǔ)充因災(zāi)害幾乎滅絕物種的種群。當(dāng)?shù)厝宋幕A(chǔ)設(shè)施被摧毀時,耦合系統(tǒng)也可以作為信息流、物流和能流的來源。然而,當(dāng)耦合系統(tǒng)消失或受到破壞并且無法替代時,完全依賴耦合系統(tǒng)可能也會遇到風(fēng)險。例如,當(dāng)進(jìn)口國對產(chǎn)品的需求因國際競爭而減少時,美國許多生產(chǎn)設(shè)施不得不停止運行,因此給當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)和人類福祉造成嚴(yán)重影響(Minchin 2009)。在本地耦合和遠(yuǎn)程耦合同時存在的系統(tǒng)中,評價它們之間互相平衡的程度相當(dāng)重要。

表4 本地耦合與遠(yuǎn)程耦合的區(qū)別

推進(jìn)遠(yuǎn)程耦合研究的優(yōu)先課題包括：(1)研究遠(yuǎn)程耦合可持續(xù)性新理論和新方法的開發(fā)與綜合,如反饋如何影響多系統(tǒng)動態(tài)；(2)遠(yuǎn)程耦合的知識創(chuàng)新,洞悉遠(yuǎn)程耦合系統(tǒng)的變化,如在發(fā)送、接收和外溢系統(tǒng)之間的商品貿(mào)易如何影響人類與環(huán)境；(3)探索不同遠(yuǎn)程耦合之間的復(fù)雜關(guān)系,如物種入侵、貿(mào)易、遷移、疾病蔓延、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)流量；(4)探討跨系統(tǒng)多尺度耦合系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。

在遠(yuǎn)程耦合的背景下研究和促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展需要開創(chuàng)新的研究領(lǐng)域。這些新領(lǐng)域包括：(1)采用遠(yuǎn)程耦合框架；(2)改變研究方法,從側(cè)重局部研究轉(zhuǎn)變到基于網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程耦合系統(tǒng)研究,如從對個別地點的研究擴(kuò)展到連接多個地點的研究,并從多站點比較研究變成跨系統(tǒng)的綜合研究；(3)加強(qiáng)發(fā)送、接收和外溢系統(tǒng)中研究人員和利益相關(guān)者之間的合作。遠(yuǎn)程耦合系統(tǒng)是一種網(wǎng)絡(luò), 因此網(wǎng)絡(luò)科學(xué)為理解遠(yuǎn)程耦合系統(tǒng)提供了極其有用的理論和方法(Bodin and Prell 2011)。研究遠(yuǎn)程耦合可以填補(bǔ)許多研究空白,諸如：分析日益普及的社交網(wǎng)絡(luò)對遠(yuǎn)距離資源利用造成的生態(tài)后果,預(yù)測未來土地利用和用水情況來幫助解決世界上糧食和生物燃料生產(chǎn)造成的土地和水資源短缺問題。

遠(yuǎn)程耦合框架可以引導(dǎo)出新的分析方法并改善現(xiàn)有的分析方法。例如,基于代理模型(Agent-based model)已被廣泛用于研究土地變化和人類與自然耦合系統(tǒng)(Chen et al. 2012; Filatova et al., in press),,但其中的代理主要局限于一個人類與自然耦合系統(tǒng)之中。而遠(yuǎn)程耦合框架強(qiáng)調(diào)在研究耦合系統(tǒng)中土地變化和動態(tài)時,要求必須納入遠(yuǎn)距離耦合系統(tǒng)中代理(或稱遠(yuǎn)程代理)之間的相互作用。同樣,過去的情景分析和預(yù)測通常只考慮一個耦合系統(tǒng)內(nèi)各部分及其相互作用(Millennium Ecosystem Assessment 2005, Moss et al. 2010)。從遠(yuǎn)程耦合的角度分析有助于模擬出更加逼真的情景并得出更準(zhǔn)確的預(yù)測結(jié)果來更好地反映當(dāng)前這個遠(yuǎn)程耦合不斷增加的世界。

系統(tǒng)綜合將不同學(xué)科綜合在一起對遠(yuǎn)程耦合系統(tǒng)中各方面的數(shù)據(jù)進(jìn)行研究,這將更有助于對遠(yuǎn)程耦合的理解 。例如,系統(tǒng)模型可以用于探索遠(yuǎn)程耦合政策方案的長期后果,因而可以從不同尺度增加正面影響并降低負(fù)面影響,并對可持續(xù)發(fā)展的方式進(jìn)行評估來適應(yīng)遠(yuǎn)程耦合的變化 。在全球和國家層面的研究可以提供一個遠(yuǎn)程耦合的大背景,而在區(qū)域和本地層面的研究可以針對特定系統(tǒng)來詳細(xì)了解遠(yuǎn)程耦合中的耦合系統(tǒng)、流、代理、原因和影響。例如,雖然在國際層面有一些關(guān)于土地利用轉(zhuǎn)換的研究(Meyfroidt et al. 2010, Lambin and Meyfroidt 2011),主要是關(guān)于森林砍伐(DeFries et al. 2010),很少有將國家、區(qū)域和地方尺度的研究結(jié)果同時又連接到全球尺度上分析(Rudel 2005, Rudel et al. 2005, DeFries et al. 2010)。采取多尺度系統(tǒng)方法可以跟蹤遠(yuǎn)程耦合的變化。研究遠(yuǎn)程耦合也可以受益于組合分析法(Young et al. 2006),這種方法為發(fā)展多學(xué)科研究提供了有用的理論基礎(chǔ)和方法,因為沒有一種方法是萬能的(Verburg et al. 2008)。此外,現(xiàn)代通信技術(shù)(如社交網(wǎng)絡(luò)工具)建立了一個“眾包”平臺(van der Velde et al. 2012),便于更具有參與性和透明性的方式進(jìn)行研究和治理,從而產(chǎn)生積極的社會經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效果。

結(jié)論

遠(yuǎn)程耦合框架提供了一個更加廣泛的分析方法,它從跨地區(qū)到全球各個層面對影響可持續(xù)性的遠(yuǎn)距離社會經(jīng)濟(jì)和環(huán)境相互作用進(jìn)行綜合研究。它明確考慮了橫跨發(fā)送、接收和外溢系統(tǒng)內(nèi)同時發(fā)生環(huán)境和社會經(jīng)濟(jì)相互作用。作為通用的邏輯語言,遠(yuǎn)程耦合框架在各種人類和自然因素(如土地、水、氣候、能源、空氣、人類和生物)情況下綜合了各種遠(yuǎn)距離相互作用(如貿(mào)易、物種入侵、疾病傳播、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的流動)。正如聯(lián)合國秘書長高級全球可持續(xù)發(fā)展小組(2012年)和國際科學(xué)理事會(2010年)發(fā)表的報告所倡導(dǎo)的,遠(yuǎn)程耦合框架提供了一種將互相聯(lián)系、反饋、以及社會經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益及成本進(jìn)行全盤考慮的有效手段。很多遠(yuǎn)程耦合之間存在復(fù)雜的相互關(guān)系,它們無法從單獨研究一種遠(yuǎn)距離相互作用中得到理解,因此遠(yuǎn)程耦合框架也有助于發(fā)現(xiàn)新見解。在這個遠(yuǎn)程耦合不斷增加的世界,理解遠(yuǎn)程耦對實現(xiàn)全球可持續(xù)性具有重要意義。

致謝：感謝美國國家科學(xué)基金會、密西根州立大學(xué)、美國能源部科學(xué)辦公室、和密歇根州立大學(xué)農(nóng)業(yè)生物研究所的科研資助。感謝Anthony Janetos、Harini Nagendra、Phil Robertson 和 Robert Walker 為本研究提出的寶貴意見。

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2016- 11- 15

10.5846/stxb201611152318

*通訊作者Corresponding author.E-mail: liuji@msu.edu

李舒心譯自：Liu, Jianguo, Vanessa Hull, Mateus Batistella, Ruth DeFries, Thomas Dietz, Feng Fu, Thomas W. Hertel, Roberto César Izaurralde, Eric F. Lambin, Shuxin Li, Luiz Antonio Martinelli, William McConnell, Emilio F. Moran, Rosamond Naylor, Zhiyun Ouyang, Karen R. Polenske, Anette Reenberg, Gilberto de Miranda Rocha, Cynthia S. Simmons, Peter H. Verburg, Peter M. Vitousek, Fusuo Zhang and Chunquan Zhu.EcologyandSociety18(2): 26. http://dx.doi.org/10.5751/ES-05873-180226. 英文原文獲2013年度最佳論文獎.欲了解最新有關(guān)遠(yuǎn)程耦合信息，請訪問網(wǎng)站：telecoupling.org.

劉建國, Vanessa Hull, Mateus Batistella, Ruth DeFries, Thomas Dietz, 付峰, Thomas W. Hertel, R. Cesar Izaurralde, Eric F. Lambin, 李舒心, Luiz A. Martinelli, William J. McConnell, Emilio F. Moran, Rosamond Naylor, 歐陽志云, Karen R. Polenske, Anette Reenberg,Gilberto de Miranda Rocha, Cynthia S. Simmons, Peter H. Verburg, Peter M. Vitousek 張福鎖 , 朱春全.遠(yuǎn)程耦合世界的可持續(xù)性框架.生態(tài)學(xué)報,2016,36(23):7870- 7885.