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        生態(tài)城市與人地關(guān)系

        2022-06-28 08:19:28范育鵬方創(chuàng)琳
        生態(tài)學(xué)報 2022年11期
        關(guān)鍵詞:生態(tài)系統(tǒng)研究

        范育鵬,方創(chuàng)琳

        1 中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所, 北京 100101

        2 中國科學(xué)院區(qū)域可持續(xù)發(fā)展分析與模擬重點實驗室, 北京 100101

        生態(tài)城市是按照生態(tài)學(xué)原理構(gòu)建的社會經(jīng)濟自然各維度各因素協(xié)調(diào)發(fā)展的城市生態(tài)系統(tǒng),主要研究系統(tǒng)各種要素之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系。人地關(guān)系內(nèi)涵是人類活動和地理環(huán)境相互關(guān)系,是地理學(xué)的研究核心領(lǐng)域。隨著人類社會發(fā)展發(fā)生變化,城市作為人地關(guān)系反應(yīng)劇烈的地區(qū)成為人地關(guān)系典型研究區(qū)域;人地關(guān)系中心目標是協(xié)調(diào)人地關(guān)系, 重點研究人地系統(tǒng)的優(yōu)化, 并落實到區(qū)域可持續(xù)發(fā)展上。那么生態(tài)城市規(guī)劃與建設(shè)與人地關(guān)系研究就不可避免地產(chǎn)生了重合和交疊。若能將兩者融合,相互借鑒和滲透,會推進地理學(xué)以及可持續(xù)生態(tài)學(xué)理論和方法的創(chuàng)新和突破,協(xié)調(diào)人與自然關(guān)系,推進可持續(xù)發(fā)展。

        1 相關(guān)文獻計量分析

        以“ecocity OR eco-city”或“urban ecology OR ecosystem”為關(guān)鍵詞和主題詞在Web of Science(所有數(shù)據(jù)庫)中進行檢索,發(fā)現(xiàn)2000年以前的文獻較少,2000年以后呈逐年增長趨勢(圖1),相關(guān)論文主要分布在環(huán)境科學(xué)生態(tài)學(xué)、生物多樣性保護、動物學(xué)、地理學(xué)、城市研究、植物科學(xué)、林業(yè)等研究領(lǐng)域(圖1)。我國關(guān)于生態(tài)城市的研究很多,其論文數(shù)量占到全球總量的37.93%。2000年以來的高被引論文的研究主題主要集中在全球變化、城市綠色基礎(chǔ)設(shè)施以及城市地區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)方面。

        圖1 生態(tài)城市文獻按時間和研究方向的分布Fig.1 The literature distribution on eco-city according to time and research field

        以“(human OR man) & (land OR nature OR environment) & (relation* OR interaction)”為關(guān)鍵詞和主題詞在Web of Science(所有數(shù)據(jù)庫)中進行文獻檢索, 發(fā)現(xiàn)2000年以前的文獻較少,每年發(fā)表數(shù)目基本上為個位數(shù),2000年以后呈逐年增長趨勢(圖2),在環(huán)境科學(xué)生態(tài)學(xué)、地理學(xué)、生物多樣性保護、經(jīng)濟學(xué)、地質(zhì)學(xué)、人類學(xué)等研究方向均有分布。我國關(guān)于人地關(guān)系研究的論文數(shù)量占全球論文總量的比例較多,占比32.09%。2000年以來的高被引論文的研究主題主要集中在模擬土地利用和土地覆蓋變化的多主體系統(tǒng)、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)以及氣候變化的社會經(jīng)濟影響方面。

        圖2 人地關(guān)系文獻按時間和研究方向的分布Fig.2 The literature distribution on man-land relations according to time and research field

        本文搜索了人地關(guān)系和生態(tài)城市共同為主題詞和關(guān)鍵詞的文獻,共有34篇。說明將兩者進行融合的研究還比較少,且大多是進行了概念的簡單匹配。

        人地關(guān)系的研究對象是人地系統(tǒng),社會-經(jīng)濟-自然復(fù)合系統(tǒng)則是生態(tài)城市的研究對象,從本質(zhì)上,社會-經(jīng)濟-自然復(fù)合系統(tǒng)和人地系統(tǒng)都是復(fù)雜系統(tǒng);從內(nèi)涵上,社會-經(jīng)濟-自然復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)與人地系統(tǒng)極其相似。本文在總結(jié)生態(tài)城市和人地關(guān)系研究的基礎(chǔ)上,介紹和評述在研究過程、格局、機制等方面的國內(nèi)外研究進展,以期對地理學(xué)及人地系統(tǒng)研究有所啟示,對生態(tài)城市建設(shè)研究有所拓展。從內(nèi)涵、演變特征、理論與方法等對人地關(guān)系與生態(tài)城市兩者的研究進展進行對比,梳理研究演化進程和潛在的融合點,以提供一個創(chuàng)新的解決當下復(fù)雜問題的視角和方法,促進可持續(xù)發(fā)展。

        2 生態(tài)城市

        生態(tài)城市建設(shè)的本質(zhì)是要將單向線性發(fā)展模式轉(zhuǎn)變?yōu)殚]合循環(huán)發(fā)展模式。目前全球超過一半的人口聚集在不到陸地表面3%的城市[1—2],到2050年將有大約70%的人口居住在城市[3]。過去,城市在發(fā)展理念、建設(shè)規(guī)劃和驅(qū)動力量以及政策制定方面對應(yīng)該采取的相互協(xié)調(diào)關(guān)系的舉措和思路是不夠重視的。

        城市面臨的關(guān)鍵挑戰(zhàn)包括提供滿足人類需求的基礎(chǔ)設(shè)施和公共服務(wù)(電力、交通、教育、醫(yī)療等),提供保障人體健康的生態(tài)環(huán)境(清潔的大氣、水等),具備抵御一定風(fēng)險和災(zāi)害(洪澇等)的能力[4]。面對城鎮(zhèn)化、人口增長、資源緊缺與環(huán)境污染的壓力以及氣候變化的脅迫,生態(tài)城市建設(shè)通過空間產(chǎn)業(yè)規(guī)劃、基礎(chǔ)設(shè)施布局、環(huán)境治理、城市管理來提高資源利用效率,提升公共服務(wù)水平,改善人居環(huán)境質(zhì)量,成為人類實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的有力舉措[4—5]。國外許多城市都相繼進行了生態(tài)城市建設(shè)的摸索與實踐,如丹麥的哥本哈根市,澳大利亞的懷阿拉市,美國的伯克利、克利夫蘭和波特蘭都市區(qū)等[6]。國內(nèi)已有海南、黑龍江、吉林、山東、浙江等8省的百余城市編制了生態(tài)城市建設(shè)規(guī)劃,而中西部眾多城市也漸漸將生態(tài)城市建設(shè)納入城市發(fā)展議程之中[7—8]。

        2.1 內(nèi)涵及演變

        生態(tài)城市是按照生態(tài)學(xué)原理建造的人居環(huán)境。一般認為霍華德的田園城市理論是生態(tài)城市的現(xiàn)代啟蒙[9]。建筑師保羅·弗朗西斯·道頓等首先提出這類城市理念,并創(chuàng)立“生態(tài)建筑”公司[10]。1971年聯(lián)合國教科文組織在“人與生物圈計劃”中將生態(tài)學(xué)引入城市研究,提出“生態(tài)城市”的概念[11—12]。隨著社會的發(fā)展和技術(shù)的進步,生態(tài)城市的內(nèi)涵不斷豐富和拓展。城市生態(tài)化是通往生態(tài)城市之路,就是城市社會—經(jīng)濟—自然復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)實現(xiàn)全面協(xié)同有序發(fā)展的演化途徑[8]。“生態(tài)化”已不再是單純的生物學(xué)含義,而是相對綜合整體的概念,包含社會—經(jīng)濟—自然復(fù)合生態(tài)的內(nèi)容,即強調(diào)社會、經(jīng)濟、自然協(xié)調(diào)發(fā)展,實現(xiàn)人與自然和諧共生。上世紀末針對城市“膨脹”、交通擁堵、基礎(chǔ)設(shè)施短缺等問題,歐美國家實施了生態(tài)城市項目,倡議創(chuàng)建緊湊城市,進行線性多中心開發(fā)。歐盟為應(yīng)對氣候變化于2003年提出建設(shè)低碳城市,以交通節(jié)能和建筑節(jié)能為主要措施。2007年研究人員針對高溫、暴雨、洪水、海平面上升等極端事件,倡導(dǎo)建設(shè)“彈性城市”[13]。

        隨著各國經(jīng)濟增長,各種問題日益凸顯,生態(tài)城市從原初生態(tài)界和城市規(guī)劃界的理論探討與項目示范,向城市建設(shè)實踐和推廣轉(zhuǎn)變。2015年聯(lián)合國人居署理事會議通過《城市與區(qū)域規(guī)劃國際準則》,為城市與區(qū)域規(guī)劃制定了一個廣泛適用的框架[14]。2016年10月第三屆聯(lián)合國住房和可持續(xù)城市發(fā)展大會頒布《新城市議程》,指出要建設(shè)“公正、安全、健康、方便、可負擔、有抵御能力和可持續(xù)的”城市,其中包含4個重要的價值導(dǎo)向:關(guān)注生態(tài)本底、創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、建造包容社會、完善政策制度[15],指明了生態(tài)城市的發(fā)展方向。生態(tài)城市已跨越了單純保護城市環(huán)境的層面,融合了經(jīng)濟、社會、歷史、文化等因素,向更加整體協(xié)同的方向邁進,展示出廣義的系統(tǒng)生態(tài)觀。另外生態(tài)城市建設(shè)從社會、經(jīng)濟、自然等方面大目標的規(guī)劃向微觀過程的生態(tài)設(shè)計和小尺度精細化管控方向發(fā)展。

        2.2 理念及機制

        生態(tài)城市建設(shè)必須依靠系統(tǒng)思維。就生態(tài)城市建設(shè)背景而言,國內(nèi)外有明顯差別,不應(yīng)照搬國外的實踐措施和經(jīng)驗?zāi)J?應(yīng)探索與本地自然條件、環(huán)境特征、社會經(jīng)濟發(fā)展、區(qū)位條件、風(fēng)俗習(xí)慣相匹配的發(fā)展模式。從整體上辨識城市生態(tài)系統(tǒng)中各個組織之間的關(guān)系,調(diào)控時、空、量、構(gòu)、序[16];把城市道路、交通、給排水系統(tǒng)以及各種污染物排放口等灰色基礎(chǔ)設(shè)施與濕地、綠地、生態(tài)廊道等綠色設(shè)施相關(guān)聯(lián),構(gòu)建有機網(wǎng)絡(luò),增加城市系統(tǒng)的彈性[17]。

        生態(tài)城市發(fā)展的目標是實現(xiàn)人與自然的和諧統(tǒng)一,蘊涵著人與人和諧、人與自然和諧、自然系統(tǒng)和諧三個層面,生態(tài)城市不僅能“維持調(diào)節(jié)”自然,也可滿足人類發(fā)展的需求,達到“人和”[3,5,8]。從哲學(xué)視角看,生態(tài)城市的價值認同只有人的意識理念、文化感知和社會關(guān)系達到一定程度才會達到[8,18]。從生態(tài)經(jīng)濟學(xué)方面審視,生態(tài)城市的經(jīng)濟增長模式是集約式循環(huán)增長,使用生態(tài)技術(shù)既有利于保護生態(tài)價值,又有利于構(gòu)建社會文化價值,創(chuàng)造生態(tài)化產(chǎn)業(yè)體系,促進生產(chǎn)和生活的生態(tài)化,加大資源能源節(jié)約和循環(huán)利用[5]。從城市生態(tài)學(xué)方面講,生態(tài)城市的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、功能合理、運轉(zhuǎn)有序,保持動態(tài)平衡。其中物質(zhì)流、能量流、信息流暢通有序,支撐著自然與社會的交互作用和演進過程[3];從城市規(guī)劃學(xué)方面講,生態(tài)城市的空間結(jié)構(gòu)布局合理,基礎(chǔ)設(shè)施功能完善,生態(tài)建筑廣泛應(yīng)用,景觀充分體現(xiàn)出城市之美[19,20]。從地理空間方面講,生態(tài)城市是城鄉(xiāng)有機融合的城市化區(qū)域,與傳統(tǒng)的城市和鄉(xiāng)村對立的二元經(jīng)濟模式有本質(zhì)區(qū)別[21]。

        2.3 規(guī)劃原理與方法

        城市系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與環(huán)境共同決定著其功能與狀態(tài),這是理解城市發(fā)展過程,闡明城市內(nèi)外關(guān)聯(lián)機制,編制城市發(fā)展規(guī)劃應(yīng)當依照的基本道理[22]。生態(tài)城市規(guī)劃既需評估現(xiàn)狀,確定單一目標的統(tǒng)計學(xué)方法和時序因果預(yù)測模型,更需應(yīng)用可以反映多要素間相互關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)、依存機制及其動態(tài)演變模擬的模型,以便能協(xié)同城市系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能和狀態(tài)的內(nèi)在關(guān)聯(lián)優(yōu)化[20, 23]。近年來在我國運用著名生態(tài)學(xué)家H. T. Odum[24]創(chuàng)立的系統(tǒng)生態(tài)學(xué)建模原理和模擬方法以及馬世駿等提出的社會-經(jīng)濟-自然復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)理論與方法[25],進行了一些生態(tài)市、縣的建設(shè)規(guī)劃。這些工作主要揭示開放復(fù)雜系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和狀態(tài)的關(guān)聯(lián)機制,按照多要素間關(guān)系整合多種模型方法,對城市社會、經(jīng)濟和生態(tài)的協(xié)同發(fā)展和策略進行解析。因此正好符合城市或區(qū)域發(fā)展的現(xiàn)實情況與決策要求,并使得研究范式和規(guī)劃原理得以科學(xué)實踐和完備。除此外,生態(tài)城市研究中常用的成熟的方法和工具包括生態(tài)位理念、系統(tǒng)生態(tài)指標體系、生態(tài)承載力評價、產(chǎn)業(yè)代謝分析、景觀格局理論[26—30]。

        生態(tài)城市建設(shè)規(guī)劃要立足于區(qū)位條件,依靠城市轄區(qū)內(nèi)城鎮(zhèn)規(guī)模調(diào)整,商貿(mào)、居住功能調(diào)節(jié),產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級和合理布局,以及建城區(qū)土地配置結(jié)構(gòu)的優(yōu)化與生態(tài)用地的建設(shè),旨在能持續(xù)主導(dǎo)社會、經(jīng)濟的有序發(fā)展,且使得各建城區(qū)、工商業(yè)部門和村鎮(zhèn)居住點經(jīng)濟發(fā)展、環(huán)境改善、人居舒適協(xié)同發(fā)展。

        生態(tài)城市建設(shè)既需要政府自上而下的宏觀調(diào)整,又需要公眾自下而上的廣泛參與。要遵循城市的自然、經(jīng)濟、社會和文化特征,制定合理的中長期目標和發(fā)展路線,制定應(yīng)對未來變化和挑戰(zhàn)的長期規(guī)劃[31]。要完善相關(guān)規(guī)劃體制,制定評價準則和技術(shù)標準,將生態(tài)城市規(guī)劃的細節(jié)落實到合同和設(shè)計圖紙上。生態(tài)城市建設(shè)涵蓋城市規(guī)劃與設(shè)計、綠色建筑設(shè)計、生態(tài)產(chǎn)業(yè)與綠色交通規(guī)劃與管理、環(huán)境保護規(guī)劃、能源結(jié)構(gòu)調(diào)整優(yōu)化、水資源高效利用、廢物管理等方面,需要大力引進先進的設(shè)計手段,提高對信息化技術(shù)的采用[20]。現(xiàn)今對技術(shù)體系的實踐應(yīng)用大部分限于單項技術(shù),亟待整合多種技術(shù),建立集成的生態(tài)城市技術(shù)體系。生態(tài)城市建設(shè)不但應(yīng)研究土地利用、綠色產(chǎn)業(yè)、綠色交通、綠色建筑、生態(tài)環(huán)境、資源能源循環(huán)利用、廢物處置處理和信息化等規(guī)劃技術(shù),還應(yīng)推廣生態(tài)適宜性建設(shè)技術(shù)[23]。

        3 地理學(xué)中的人地關(guān)系

        3.1 經(jīng)典理論

        人地關(guān)系的經(jīng)典解釋是人類與自然環(huán)境之間的關(guān)系[32]。自古及今人地關(guān)系矛盾的協(xié)調(diào)過程都是地理學(xué)和相關(guān)學(xué)科重點關(guān)注的命題[33],從“天人合一”傳統(tǒng)思想到人地關(guān)系協(xié)調(diào)理論,再遞進到現(xiàn)代的“可持續(xù)發(fā)展”理念。人地關(guān)系研究一直以來都是地理學(xué)的研究核心,是地理學(xué)的傳統(tǒng)命題之一。美國地理學(xué)發(fā)展報告《了解正在變化的星球:地理科學(xué)的戰(zhàn)略方向》中寫道“地理學(xué)家必須重視人與自然的相互關(guān)系……關(guān)注生物地球物理學(xué)和人類環(huán)境的演變特征”[34]。吳傳鈞先生認為‘人′和‘地′兩方面按照一定的規(guī)律發(fā)生關(guān)聯(lián),從而構(gòu)成復(fù)雜巨系統(tǒng), 即人地關(guān)系地域系統(tǒng)[35]。隨著對全球變化和全球性問題的研究日益深入, 導(dǎo)致對人地關(guān)系的認識也逐步加深, 并站在事關(guān)人類社會可持續(xù)發(fā)展的高度研究人地關(guān)系,成為當下國際的研究熱點和前沿。

        3.2 演變過程

        近代以來“human/man-land relation/relationship/interaction”是我國最常見的英文表達,2000年以前西方國家以此為關(guān)鍵詞的文章屢見不鮮。2000年以后,以“環(huán)境”一詞取代“土地”的現(xiàn)象不斷出現(xiàn),普遍以人與環(huán)境的關(guān)系(human-environment interaction)表達人地關(guān)系概念,表明了在地理學(xué)中環(huán)境研究的興起。鑒于本土化傾向,本研究仍以“人地關(guān)系”表述西方“人與環(huán)境關(guān)系”的概念。地理學(xué)家關(guān)于人地相互作用的研究范式,已隨著時間推移而發(fā)生演變[36]。哈登指出以前人地關(guān)系研究方法存在的局限性,強調(diào)應(yīng)重新定義問題尋求新機會[37]。人地關(guān)系作為關(guān)系類型的結(jié)果或傳統(tǒng)觀點的研究片面性逐漸凸顯。探索人類系統(tǒng)與自然生物物理系統(tǒng)的動態(tài)交互作用,將會給傳統(tǒng)的人與地二分法帶來新的認識角度。

        隨著地理學(xué)空間概念的“社會轉(zhuǎn)向”和社會學(xué)中的“空間轉(zhuǎn)向”,社會空間問題正成為學(xué)術(shù)研究的一個新的理論視角[38—39]。“地”是地理或空間的概括,人類行為不可能離開特定的地理空間而存在。非經(jīng)濟要素如學(xué)習(xí),知識,創(chuàng)新,信任伴隨著地理學(xué)的關(guān)系轉(zhuǎn)向、文化轉(zhuǎn)向、制度轉(zhuǎn)向,正成為影響區(qū)域發(fā)展的關(guān)鍵因素[40]。人的主觀能動性對于建立物質(zhì)形態(tài)起著重要作用,也導(dǎo)致自然空間逐漸喪失[41]。相應(yīng)地,“地”的概念延展為人工環(huán)境,即“社會的產(chǎn)物”[42]。人類與其活動的空間無論是生活空間還是生產(chǎn)空間都有密切關(guān)聯(lián),這是人地關(guān)系研究的矛盾點。

        吳傳鈞先生強調(diào)人地關(guān)系一直是地理學(xué)研究的核心;地理學(xué)要“關(guān)注人地系統(tǒng)中人與自然的交互作用與機制”[43]。按照人地關(guān)系地域系統(tǒng)研究的基本范式,城市發(fā)展研究聚焦在經(jīng)濟社會發(fā)展及其與資源環(huán)境的相互關(guān)聯(lián)方面,包含三方面內(nèi)容:不同空間內(nèi)部的發(fā)展問題;相同尺度空間的交互影響及其差異;以及不同空間的格局與尺度轉(zhuǎn)變中的問題。研究城市發(fā)展問題既要看重經(jīng)濟社會與資源環(huán)境的系統(tǒng)綜合,又要關(guān)注不同系統(tǒng)內(nèi)部各種因素的整合,包括傳統(tǒng)的和新興的因素。城市密集的人口、集聚的產(chǎn)業(yè)、劇烈的人類活動使得人地關(guān)系錯綜復(fù)雜,城市就成為人地關(guān)系地域系統(tǒng)研究的一個重要載體,城市研究的理論和方法也就成為人地關(guān)系地域系統(tǒng)理論和方法有機且重要的組成部分。

        3.3 研究方法

        3.3.1傳統(tǒng)方法

        線性疊加:對于線性系統(tǒng)而言,整體可通過各個組件的線性疊加來分析;對于復(fù)雜的非線性體系,就不能通過線性疊加來分析,因為非線性關(guān)系會導(dǎo)致虧損或增益不按照線性的邏輯來發(fā)展,將復(fù)雜地理系統(tǒng)各要素直接線性疊加不可行。黃秉維先生提出復(fù)雜系統(tǒng)存在不同于“線性疊加”的虧損或增益,需加強研究地理系統(tǒng)各個要素之間相互關(guān)系。

        統(tǒng)計學(xué):各種統(tǒng)計分析主要是反映系統(tǒng)多要素作用關(guān)系的相關(guān)性分析。如嘗試追蹤系統(tǒng)的特定狀態(tài)是比較復(fù)雜困難的,但統(tǒng)計物理網(wǎng)羅所有狀態(tài)的集合相對容易,還可以提供相關(guān)信息的模型。那么相應(yīng)來講,統(tǒng)計分析是研究人地系統(tǒng)狀態(tài)變化的有效方法。

        承載邊界:人類活動所消耗的自然資源是否在自然承載力允許的邊界內(nèi)。依據(jù)這一人地關(guān)系協(xié)調(diào)內(nèi)涵,誕生出了一系列資源環(huán)境足跡反映人類活動程度的方法,包括資源環(huán)境承載力評價,生態(tài)足跡,水足跡,物質(zhì)足跡核算等等[44—46]。資源環(huán)境承載力評價是自然環(huán)境在不受損并保持良好狀態(tài)的條件下,研究區(qū)域的環(huán)境容量和資源稟賦所能承載的人類活動規(guī)模;其關(guān)注人類活動與資源環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展,是牽涉人與自然關(guān)系、關(guān)乎人類命運的問題。生態(tài)足跡把人的活動產(chǎn)生的影響轉(zhuǎn)化為其所占用的生物生產(chǎn)性面積,匯總之后與六種類型土地的綜合生態(tài)承載力對比,判斷一個地區(qū)是否超過了生態(tài)承載的上限,或者超出了多大程度。

        綜合評價指標體系:是一個分解對象的研究過程。綜合評價的對象一般都很難以用單指標測量,比如人地關(guān)系等,這就需要從不同方面解構(gòu)事物,再利用特定方法把研究對象的各個方面統(tǒng)一起來作為一個整體來看待;技術(shù)層面而言,多指標綜合評價相當于一個數(shù)學(xué)映射變化的過程,實質(zhì)是把高維空間中的樣本點投影到一維直線上再進行比較和分析。

        系統(tǒng)動力學(xué)(SD)[47]:用p表示人類系統(tǒng)的一個緯度(例如人口),e表示環(huán)境的一個子緯度,人與環(huán)境隨時間t的變化就可以簡單描述為

        r1為人類緯度的獨立變化率,r2為環(huán)境的單獨變化率,C1是人類系統(tǒng)的最大承載力,C2表示環(huán)境的最大容量,σ1表示環(huán)境對人的作用系數(shù),σ2表示人對環(huán)境的作用系數(shù)。當σ1> 0時,環(huán)境對人口增長的作用是正向的,當σ1<0時,環(huán)境對人口增長的作用是阻礙性的;當σ1=0時,環(huán)境對人口增長無任何作用。顯然,環(huán)境對人口增長的作用要么是促進,要么是阻礙,絕不會毫無作用。當σ2>0時,人類對環(huán)境承載力的增長是有益的;當σ2<0 時,人類對環(huán)境承載力的增長是有害的;當σ2= 0時,人類對環(huán)境承載力的增減不起作用。系統(tǒng)動力學(xué)關(guān)注復(fù)雜系統(tǒng)的非均衡動態(tài),本質(zhì)上屬于復(fù)雜系統(tǒng)科學(xué),但傳統(tǒng)研究中多進行了一些簡單的假設(shè)和反饋循環(huán)的線性推理,本文中把它歸為傳統(tǒng)方法。

        3.3.2復(fù)雜系統(tǒng)科學(xué)與綜合集成技術(shù)

        人地系統(tǒng)中很多地理現(xiàn)象普遍帶有非線性、多尺度性、多層次性、不確定性、交互性和非穩(wěn)定性等復(fù)雜性現(xiàn)象的特征,復(fù)雜系統(tǒng)科學(xué)(complex systems theory/complexity science)由于其創(chuàng)新的視角已引起相關(guān)學(xué)科的廣泛關(guān)注。復(fù)雜系統(tǒng)科學(xué)重點調(diào)查生物物理系統(tǒng)、資源環(huán)境系統(tǒng)、社會經(jīng)濟系統(tǒng)、認知思維系統(tǒng)等不同系統(tǒng)之間及內(nèi)部各組分間的交互作用,因此基于網(wǎng)絡(luò)分析和信息技術(shù)的綜合集成方法將大力支撐其方法論。地理學(xué)家以及區(qū)域規(guī)劃師已將該理論運用于城市健康、經(jīng)濟增長、交通運輸和洪水災(zāi)害等領(lǐng)域[48]。班尼特等以美國黃石公園為例探索了人地關(guān)系耦合與復(fù)雜性,指出復(fù)雜理論為解決系統(tǒng)恢復(fù)力、預(yù)測事件、評判可持續(xù)發(fā)展等提供了方法[49]。

        洞察人地關(guān)系的關(guān)鍵是把注意力從要素向要素間關(guān)聯(lián)的轉(zhuǎn)移。生態(tài)學(xué)中的“恢復(fù)力”(resilience)概念已經(jīng)拓展到人地關(guān)系分析框架中[50—51]。然而由于對“社會恢復(fù)力”的研究缺乏關(guān)注和規(guī)范性,這一概念在研究社會變化中的應(yīng)用比較少見。關(guān)注復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)中的滋擾因子和不確定性應(yīng)通過生態(tài)管理、災(zāi)害防范等方法使得系統(tǒng)從干擾和訝異中恢復(fù)穩(wěn)定,而人地關(guān)系研究則更看重目標導(dǎo)向和關(guān)聯(lián)結(jié)果,達到人地之間關(guān)系更加協(xié)調(diào)[52—56]。綜合集成方法是分析解決人地關(guān)系系統(tǒng)復(fù)雜問題的有效工具。運用系統(tǒng)科學(xué)理論思考人類社會與自然構(gòu)成的開放復(fù)雜的巨系統(tǒng),要以綜合集成方法從定性到定量研究人地關(guān)系巨系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能(圖3)。理解人地關(guān)系地域系統(tǒng)的復(fù)雜性應(yīng)發(fā)揮地理學(xué)的特長, 又要合理借助系統(tǒng)控制論、耗散結(jié)構(gòu)理論、協(xié)同論、信息論以及社會學(xué)、環(huán)境學(xué)、生態(tài)學(xué)、經(jīng)濟學(xué)等多學(xué)科交叉方法,引進“3s”手段和人工智能技術(shù), 進而發(fā)展成為定性與定量相結(jié)合、科學(xué)與技術(shù)相融合的綜合集成方法和技術(shù)體系,有望進一步揭示生態(tài)城市的復(fù)雜性。

        圖3 復(fù)雜系統(tǒng)科學(xué)圖解Fig.3 Diagram of complex systems science

        4 生態(tài)城市與人地關(guān)系研究的融合發(fā)展

        4.1 區(qū)別與聯(lián)系

        生態(tài)城市注重其系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)合理、功能高效和關(guān)系協(xié)調(diào)。面向“人與自然”二元均衡發(fā)展,自然環(huán)境要和城市融入一體;雖然具有相對寬泛的內(nèi)涵(涵蓋自然生態(tài)化、社會生態(tài)化、經(jīng)濟生態(tài)化),但把握住城市系統(tǒng)各組分的有機聯(lián)系就抓住了生態(tài)城市建設(shè)的“靈魂”。以往生態(tài)城市的內(nèi)涵對空間的概念并不十分突出。在人地關(guān)系地域系統(tǒng)理論體系中,人地關(guān)系思維作為統(tǒng)領(lǐng),系統(tǒng)思維起支撐作用,空間思維則是本底,這些思維排列有序相互依存于一個整體之中。

        生態(tài)城市是社會、經(jīng)濟、自然高度協(xié)調(diào)的復(fù)合生態(tài)系統(tǒng),其物質(zhì)能量流動和信息傳播構(gòu)成錯綜復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò),具備實現(xiàn)物質(zhì)充分利用、信息交流暢通、經(jīng)濟環(huán)境協(xié)同、人與自然協(xié)調(diào)發(fā)展的能力。廣義上,生態(tài)城市是構(gòu)建在對人與自然關(guān)系深入理解上的新文化觀,是依照生態(tài)學(xué)原理建立的社會、經(jīng)濟、自然協(xié)同聯(lián)動的社會關(guān)系,是高效利用資源實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的新的生產(chǎn)、生活方式。狹義上,就是利用生態(tài)學(xué)思維建設(shè)高效、健全、融洽、可持續(xù)發(fā)展的人居環(huán)境。人地關(guān)系倡導(dǎo)人與自然和諧發(fā)展,促進人地關(guān)系地域系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展。從人地關(guān)系宏觀背景入手進行生態(tài)城市研究更具系統(tǒng)性和整體性,借助生態(tài)城市的技術(shù)手段和工具可以彌補人地關(guān)系研究的寬泛性,使其更加具體,更具有解決實際問題的操作性。因此兩者相互融合,可以促進城市發(fā)展研究從廣度和深度上進一步深化和創(chuàng)新,提出解決城市復(fù)雜問題的新方法論。

        因此地理學(xué)人地關(guān)系研究難點和生態(tài)城市研究關(guān)鍵點的融合十分必要且迫切。人地關(guān)系研究范圍更加宏闊,涵蓋人文和自然要素,要素相互關(guān)聯(lián),以及時空變化規(guī)律等,而生態(tài)城市則重點研究要素之間的關(guān)聯(lián)而對于空間方面的闡述較為薄弱。對于各個要素的描述和分析已取得階段性的成果,但由于這些要素間關(guān)聯(lián)多為動態(tài)的非線性的,較為復(fù)雜,對此研究卻是地理學(xué)研究面臨的難點和挑戰(zhàn),同時也是生態(tài)城市的研究重點。

        4.2 共同目的和理念

        隨著日益復(fù)雜的經(jīng)濟、社會、環(huán)境問題不斷涌現(xiàn),生態(tài)城市和人地關(guān)系的融合成為必要。生態(tài)城市從生態(tài)系統(tǒng)角度來審視城市,如果將其研究統(tǒng)一到一個大的人地關(guān)系框架之中將會更好地更全面地理解系統(tǒng)長期的動態(tài)演進過程。復(fù)雜問題的涌現(xiàn)本質(zhì)是資源代謝在不同時空尺度上的停滯,結(jié)構(gòu)功能在關(guān)系上斷裂破碎,經(jīng)濟和生態(tài)在社會管理中的矛盾沖突。人地關(guān)系注重研究陸地表層人與自然的相互影響與反饋作用,探索人類和地理環(huán)境的關(guān)系演變特征規(guī)律。因此兩者研究皆為達到人與自然關(guān)系和諧協(xié)同的狀態(tài)。

        生態(tài)城市理念趨向盡可能降低對資源的需求、對周圍地域的依賴,也盡可能減少污染排放及人類活動對環(huán)境的影響,提高土地利用效率,減緩全球變暖,其中使用的手段和工具可更具體地反映和測量人地關(guān)系。因此生態(tài)城市對于促進人地關(guān)系和諧提供了更為具體的理論和方法。全球變化、環(huán)境污染和資源短缺、社會與政治矛盾、經(jīng)濟與文化沖突、疾病疫情的傳播等問題都可歸咎于人地關(guān)系的嚴重失調(diào)。而生態(tài)城市與人地關(guān)系的研究均旨在促進人與自然的和諧統(tǒng)一,解決矛盾激化導(dǎo)致的社會、資源環(huán)境等問題,達到一個協(xié)同發(fā)展狀態(tài)。

        4.3 解決復(fù)雜問題的需求——融合

        傳統(tǒng)的地理學(xué)人地關(guān)系研究方法和技術(shù)已然不能完善地闡明人地系統(tǒng)中發(fā)生的復(fù)雜問題,這些方法大體基于靜態(tài)的線性理論,看重的是靜態(tài)的空間平衡現(xiàn)象,不能有效解釋動態(tài)的非線性復(fù)雜現(xiàn)象。另外傳統(tǒng)的研究方法大多從宏觀入手,著重地域性與綜合性,缺乏從系統(tǒng)內(nèi)部微觀層次進行的探索;而用動態(tài)進化的觀點來認識人地系統(tǒng)復(fù)雜的演化規(guī)律,微觀組分行為和關(guān)聯(lián)也許正好是導(dǎo)致系統(tǒng)復(fù)雜性的本源。相對而言生態(tài)城市研究的系統(tǒng)性和整體性較弱,而其具體方法和工具則比較成熟。生態(tài)城市是基于生態(tài)學(xué)理論創(chuàng)建的社會-經(jīng)濟-自然復(fù)合生態(tài)系統(tǒng),是以一定區(qū)域為依托的綜合體,不能脫離了區(qū)域背景而發(fā)展。城市系統(tǒng)微觀層面的理論和方法難以處理系統(tǒng)與外部之間甚或系統(tǒng)內(nèi)部的復(fù)雜問題,因此亟待以宏觀和區(qū)域的視角來探討生態(tài)城市研究理論和方法,促進區(qū)域結(jié)構(gòu)生態(tài)化及城鄉(xiāng)生態(tài)完整性。

        隨著社會和學(xué)科發(fā)展,城市系統(tǒng)的研究不再只是限于簡單和靜態(tài)的描述,更需關(guān)注現(xiàn)象發(fā)生的根源及演化機制?,F(xiàn)代地理學(xué)由分析性向系統(tǒng)性思維轉(zhuǎn)換,站在人地系統(tǒng)的高度研究人地關(guān)系,借鑒生態(tài)系統(tǒng)的思想審視人地關(guān)系。于是以“流”的形態(tài)(如物質(zhì)流、能量流、信息流、資本流等)來探索人地關(guān)系中各要素之間及其與周圍環(huán)境之間的關(guān)聯(lián)逐漸興起。人地系統(tǒng)研究運用了一些生態(tài)系統(tǒng)的思維,如系統(tǒng)與要素、局部與整體、結(jié)構(gòu)與功能、格局和過程、信息與反饋、調(diào)節(jié)與協(xié)同、漸變與突變、動態(tài)平衡等概念,促進傳統(tǒng)地理學(xué)的類比、歸納思維上升到邏輯思維層次,逐步與生態(tài)學(xué)思維融合(圖4)。復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)理論要求綜合考慮社會、經(jīng)濟、環(huán)境等方面效益去構(gòu)建一個合理的區(qū)域結(jié)構(gòu),其中自然和人工維度之間均達到生態(tài)平衡。建立協(xié)調(diào)的人地關(guān)系,必須摒棄人是自然主宰的觀念,既要建立地理組分的協(xié)調(diào)關(guān)系,又要構(gòu)建地域結(jié)構(gòu)的協(xié)調(diào)關(guān)系。

        生態(tài)城市和人地關(guān)系兩者融合需要在模型方法、數(shù)據(jù)獲取及實踐運用上努力開拓,包含頂層設(shè)計方法,物質(zhì)代謝調(diào)控技術(shù),清潔生產(chǎn)技術(shù)、循環(huán)經(jīng)濟核心技術(shù)、全生命周期流域協(xié)同水管理技術(shù)、智慧城市技術(shù)、產(chǎn)業(yè)調(diào)整布局決策支持技術(shù)、綠色制造技術(shù)、區(qū)域協(xié)同管理等。把握總體的城市人地關(guān)系現(xiàn)狀,通過調(diào)控具體的城市人地關(guān)系,來促進支撐生態(tài)城市的建設(shè),把物質(zhì)能量代謝過程與人地系統(tǒng)耦合機制進行相互映射,為多部門協(xié)同政策制定提供科學(xué)依據(jù)。最終要站在系統(tǒng)和全局角度進行合理規(guī)劃和決策,一是精準施策到關(guān)聯(lián)要素,二是落實到空間布局;不斷歸納典型樣本與案例,采取綜合集成技術(shù)演繹城市系統(tǒng)的發(fā)展規(guī)律,促進城市人與自然關(guān)系的實時監(jiān)控,繼而調(diào)控優(yōu)化生態(tài)化發(fā)展路徑(圖4)。

        圖4 生態(tài)城市與人地關(guān)系融合的主要研究方面Fig.4 Main research on integration of ecocity and man-land relations

        從應(yīng)用角度來講,人地關(guān)系始終面向陸地表層主要特征的演進和人類與環(huán)境間關(guān)系的演變。依托人地關(guān)系的地理學(xué)在主體功能區(qū)規(guī)劃、污染防控及區(qū)域協(xié)同發(fā)展戰(zhàn)略、生態(tài)文明建設(shè)等方面均發(fā)揮出了特色優(yōu)勢,為調(diào)節(jié)人類與自然環(huán)境相互關(guān)系提供了科學(xué)依據(jù)和實踐指導(dǎo)。在區(qū)域規(guī)劃編制、生態(tài)建設(shè)與環(huán)境保護、國土資源合理利用,區(qū)域可持續(xù)發(fā)展等方面人地關(guān)系研究都正在體現(xiàn)出其理論價值。生態(tài)學(xué)、環(huán)境科學(xué)、社會學(xué)和復(fù)雜科學(xué)等學(xué)科對于人地關(guān)系問題的思索也相繼延伸到地理學(xué)的運用領(lǐng)域。城市中人地關(guān)系作用復(fù)雜劇烈,地理環(huán)境變遷顯著,人地關(guān)系研究主要是通過探索人類活動的過程、強度以及其與典型地區(qū)相互作用的格局演變關(guān)系,著重分析城市系統(tǒng)物質(zhì)與能量流動的特征、人地關(guān)系作用格局轉(zhuǎn)化的驅(qū)動機制,提出修繕和改觀人地關(guān)系促進城市可持續(xù)發(fā)展的原理及調(diào)控路徑。劇烈活動區(qū)域的人地關(guān)系在短期內(nèi)發(fā)生著顯著變化,生態(tài)城市作為典型研究對象,十分有助于研究人地關(guān)系的地域空間特征和結(jié)構(gòu)分異狀況,并為歸納人地關(guān)系地域系統(tǒng)演變的基本規(guī)律提供基礎(chǔ)。

        5 結(jié)論和展望

        本研究論述了生態(tài)學(xué)和地理學(xué)領(lǐng)域兩個存在融合性的著力點—生態(tài)城市與人地關(guān)系的概念內(nèi)涵,理論機制以及研究方法的動態(tài)進展,以及進一步融合的潛力,并提出了研究建議和展望。生態(tài)城市具有合理的社會—經(jīng)濟—自然復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定的功能,達到了動態(tài)的平衡,人地關(guān)系研究人地系統(tǒng)各要素間的作用關(guān)系及其空間模式。從系統(tǒng)論來看,兩者具有相似性,人地關(guān)系和城市是巨系統(tǒng),都由諸多要素組成,不同要素的變化,不僅會引起子系統(tǒng)的變化,也會引起巨系統(tǒng)的變化,進而引起其它子系統(tǒng)及其要素的變化。生態(tài)城市自身帶有具象特征,人地關(guān)系通常具備宏觀的理念背景;生態(tài)城市研究中注重工具的適用性和精確性,試圖通過“計算”為城市生態(tài)規(guī)劃提供科學(xué)依據(jù),以解決城市中人與自然的矛盾。技術(shù)推動了城市生態(tài)規(guī)劃的發(fā)展,但某種程度上忽略了生態(tài)規(guī)劃的初衷和意義,忽視了人地關(guān)系。人地關(guān)系提供了生態(tài)城市的本質(zhì)奧義,是一個構(gòu)建系統(tǒng)的總體靈魂,指導(dǎo)了具體技術(shù)的集成和應(yīng)用,但存在理念“高高在上”、過于空泛宏觀、落地性不夠等問題。

        生態(tài)城市規(guī)劃基于生態(tài)學(xué),開展城市生態(tài)化建設(shè)對生態(tài)本質(zhì)的認知和遵循十分重要。首先,生態(tài)的界定主要依據(jù)物質(zhì)流、能量流、信息流產(chǎn)生的功能;其次,人地關(guān)系的界定及優(yōu)化,也是“生態(tài)”的一個重要的基本內(nèi)涵。那么在生態(tài)城市建設(shè)過程中對以上兩個角度的秉承也就非常重要。

        生態(tài)城市因具有生態(tài)韌性等特征,不同城市的適應(yīng)性和環(huán)境也有差異,更需要實行彈性管制,不能采取剛性的約束管控。需要對一刀切的剛性管控進行反思,納入城市經(jīng)濟效益、民眾訴求和生態(tài)補償機制等彈性思維和彈性管制方法,探索經(jīng)濟發(fā)展與保護共贏之路,構(gòu)建和諧的人地關(guān)系。

        生態(tài)城市和人地關(guān)系研究離不開多學(xué)科的融合,融合需要納入新鮮知識,集成新技術(shù)的應(yīng)用。目前主要從3S技術(shù)、大數(shù)據(jù)、人工智能等新技術(shù)對生態(tài)城市進行研究。未來生態(tài)城市和人地關(guān)系研究將會繼續(xù)在跨學(xué)科研究的基礎(chǔ)上進行,城市生態(tài)韌性、智慧城市建設(shè)、城市系統(tǒng)安全與風(fēng)險等將成為研究的重點方向,復(fù)雜系統(tǒng)科學(xué)和綜合集成技術(shù)將會是兩者融合發(fā)展的主要開拓方向和解決問題的重要途徑。

        需要開創(chuàng)性地運用生態(tài)城市與人地關(guān)系的理論,在創(chuàng)新中求發(fā)展,既要理念的科學(xué)融合,又要注重實踐的應(yīng)用融合。要將其理論應(yīng)用到區(qū)別于傳統(tǒng)研究地區(qū)的新的特殊地區(qū)。例如如何在青藏高原推動綠色高質(zhì)量發(fā)展,青藏高原是人地關(guān)系特殊的地區(qū),就需要厘清這一地區(qū)的時代背景、利益主體、矛盾沖突和人居空間的演變特征及互動機制,通過分析人地關(guān)系的各要素關(guān)聯(lián)機制,從而提出青藏高原地區(qū)人地關(guān)系調(diào)控的重點和生態(tài)化發(fā)展路徑。

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