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提要
文章从可持续发展和地球系统科学概念的形成和发展历史，阐述了两者之间的关系，并进一步讨论了地球表层学——地理科学与地球系统科学——可持续发展战略之间的内在关系问题。最后，详细论述了“以研究中国区域可持续发展战略为任务带动陆地系统科学的发展”的观点，并指出了现阶段存在的问题和今后的研究方向及其所需的工作条件。
关键词 地球系统科学 可持续发展战略 区域 陆地系统 中国
一、引言
1.地球系统科学与可持续发展战略
地球系统科学是将地球的大气圈、水圈、岩石圈、生物圈视作一个互相作用的大系统，研究其中的物理、化学、生物过程，借以了解现状和过去，预见将来。人与自然的相互作用以及所应采取的对策是全部工作的重心，温室气体增暖及平流层臭氧空洞更是当前重心中的焦点。1992年《联合国21世纪议程》（以下简称《联合国议程》）第35章《科学促进可持续发展》指出“在制订长期的发展战略时……作为改进这些战略的科学基础的第一步，必须更好地了解形成地球系统的一部分陆地、海洋、大气及其联结的水、养料和生物地球化学系统循环和能量流”。可以认为地球系统科学的重要性乃由于可持续发展在人类前途上的重要性。
可持续发展的概念滥觞甚早，至少已有2000年以上的历史。从19世纪初期起，对自然资源的掠夺性利用、地力递减律、马尔萨斯人口论、人类居地（Oekumene）的前沿与界限等等在学术界中，议论纷纷，此起彼伏。但所有危机几乎都由于科学技术的发展而得到缓和。上世纪末至本世纪初曾在一部分发达国家开展的自然保护运动（Conservation movement）更说明可持续发展已成为一部分决策者和社会所接受的实践。但不久以后，在两次世界大战与大战之间的经济萧条中，自然保护不得不偃旗息鼓。至二战结束，联合国成立，在联合国议事日程中，发展问题占有重要的地位，所属发展署和其他组织的活动多与此有关。特别值得一提的是50—60代年实施了不少国际科学计划，各国的科学研究亦多呈现生机。至1972年联合国人类环境会议时，有关知识已面貌一新，环境污染已成为发达国家特别关切的问题，夏威夷大气中CO[,2]浓度10多年持续增长的测值引起了广泛的注意，保护全世界种质与自然资源的重要性亦得到较多人的认识。发展中国家急于摆脱贫困，原来不太重视环境问题，经过讨论也认识到有不少环境问题可以同时解决，都等到以后再谋补救，困难太大，代价太高。会议结束以后，联合国即决定设立环境计划署协调所属机构关于环境问题的工作。1982年该署出版《世界环境1972—1982年》一书，概述大气、海洋环境、陆地水、岩石圈、陆地生物、农林与环境、人口、聚落、健康与环境、工业、能源与环境、运输、旅游、环境教育与公众认识、和平与安全等15个方面与可持续发展有关的问题。视野扩大了，解决了一些问题，同时也发现了更多有待探索的问题，还有一些过去取得的信息被证明是不确实的。所以该书在前言中指出：70年代初提出的问题，“世界环境变化，从长远来看是否会严重害及人类的幸福？”到70年代末仍然是不能确切地回答的问题。
可持续发展的概念由来已久，曾使用过好几个名词。例如M.K.Tolba自1972年至1982年发表过不少文章，便一直用“无破坏的发展”一词。从80年代初期起，可持续发展逐渐成为较常用的名词。十多年来，有不少关于可持续发展的内涵与外延、理论与方法的论述，散见于许多不同学科的刊物之中。《联合国议程》的起草当已注意到其中主要的论点。但在《联合国议程》通过以后，议论更多，尘埃落定大概还要几年时间。
地球系统科学思想的滥觞至少可追溯到19世纪。但据我所知，这一名词是在1983年开始出现的。美国航空与航天署顾问理事会任命一个Earth System Sciences Committe来审议该署的地球科学的方向。所要过问的是地球科学的工作，所说的系统科学是众数，显然不是现在所理解的地球系统科学。在1986年报告中，Committee的名称仍然用Earth System Sciences，报告名称和文字都改用Earth System Science。这一改动与大家都知道的一些事实联系起来，可以看到，持续而精确的大气中CO[,2]浓度的测定为许多大气科学家所重视，CO[,2]温室效应的研究扩大为温室气体的研究，带动起平流层臭氧遭受破坏的研究，而探讨温室气体的前因后果又凝聚为气候系统研究，并带动包括陆地与海洋在内的地球系统研究。从环境与发展的关系来看，19与20世纪之交的自然保护着眼于地表的自然资源；1972年人类环境会议时，环境污染成为第一重点；至80年代初，全球环境变化一跃而位居于最前列。全球环境变化中有一些可能成为世界许多国家十分惨重的浩劫，而有效对策立即决定实施还可能缓不济争。这在科学上已有不容无视的依据而又依据不足。跨越传统的科学领域的综合研究便成为时代的要求。NASA应此要求审议所进行的属于地学的工作，有意要组建若干门地球系统科学。经过4年多的调研，提出建立一门地球系统科学的意见，复数的“科学”变为单数的“科学”。1992年W.A.Nierenberg主编《地球系统科学百科全书》出版，国家海洋大气局组织22所大学协作发展地球系统科学教育，1994年AMBIO第1期是Integrating Earth System Science专号，同年宋健主编《现代科学技术基础知识》叙述了地球系统科学的观点、目标、研究方法和基本思路，足以说明建议得到了广泛的赞同。原来建议不超出自然科学、地球科学的范围，但1990年IPCC的报告第二、三卷论述气候变化的影响及对应策略，包含了许多涉及社会科学的内容，国际社会科学理事会与联合国教科文组织共同建立全球环境变化人文计划（HDP）与IGBP、WCRP协同工作，美国22所大学合作发展地球系统科学教育，低级课程全在自然范围以内，高级课程已包括社会科学的内容。AMBIO综合的地球系统科学专号更说明需要综合考虑物理系统、生物地球化学系统、人类系统内在的自然变异以及它们之间的相互作用。在该专号中R.B.Miller的论文指出：虽然在重要科学会议上，越来越多地强调自然科学与社会科学协作的需要，却迄今没有成功的事例。她缕述跨学科研究的困难，并认为IGBP工作只是多学科工作。
历史行程已达到了这样的境地，人类不能再忽视可持续发展问题。人口增加必须经过相当长的时间才能趋于平缓，土地退化或无法恢复，或恢复需要很长时间，不可更新的紧缺资源必须厉行节约并及早寻求代用品，环境污染事先预防比事后整治轻易得多，温室气体在大气中的寿命多由数十年至一百年以上，种质资源一经绝灭，便无术回天。一项措施往往有若干种作用，一个问题往往有若干种解决方法。可持续发展战略需要关照好这一阶段与下一阶段、这一地区与那一地区、这一方面与另一方面。为了完成如此繁难复杂的任务，不能不借助于包括自然科学与社会科学的地球系统科学。
2.地球表层学与地理科学
恩格斯说：“认识决定于时代条件，时代条件达到什么程度，认识便达到什么程度”。在科学史上，有许多重大突破，都是在同一时期，分别由不同科学家或集体达到或接近相同的境界。如能量的转化和守恒、进化、DNA双螺旋结构、激光等都是彰明显著的事例。在发展问题与环境问题方面，世界各国与中国虽然国情不尽相同，也有近似之处。认识的时代条件差异又较少一些。钱学森于了解了国内在环境问题上的议论以后，于1983年提出要建立地球表层学，1986年又提出要为地理建设的中长期规划建立地理科学。地球表层的范围上至对流层的顶部，下至岩石圈的上部，包括非生物、生物和人，是人类活动的场所。地理建设包括环境保护、生态建设与基础设施建设。他将科学技术分为三个层次：基础理论层次，直接应用的技术性层次及介于两者之间的技术理论层次。地球表层学属理论基础层次，地理科学属技术理论层次，其对象都是包括自然和人的地球表层或地理系统，是开放的复杂巨系统。巨系统包括子系统数目成千上万，甚至更多。如果子系统种类不太多，只有十几种、二三十种，可称为简单巨系统，种类更多就是复杂巨系统。耗散结构理论、协同学等不能用于处理开放的复杂巨系统问题。钱氏和他的同事曾在实际工作中创造出由定量到定性的综合集成法，是目前唯一可以用于研究开放的巨系统的方法。地球表层学和地理科学与地球系统科学和可持续发展战略不尽相同，本质上的差别未必很大。地球系统科学原来以自然科学为限，现在已续渐转变为跨学科研究。地理科学的对象是地理建设，这与物质建设有千丝万缕的联系，不大可能截然分割。可持续发展包罗甚广，困难较大，但是经过努力，困难仍然是可以克服的。地球表层学—地理科学与地球系统科学—可持续发展战略都处于萌发时期，各有独到之处，也可能冶为一炉。
二、中国陆地系统与区域可持续发展研究
地球系统科学或地球表层学是一门重要的基础科学，有可能也有需要在中国建立和发展起来。中国政府批准《中国21世纪议程》（以下简称《中国议程》）即说明作为可持续发展战略科学基础的地球系统科学在中国的重要性。钱学森指出“地球表层学是我们建设有中国特色的社会主义非常重要的一门学问，要加以研究，不然的话，要犯错误”，“地理科学对于我们社会主义建设来说是迫切需要的一门科学”。此类意见，他说过不少。从长远看，建立和发展基础科学当然很重要。但在一定条件下，有时需要为了向正面而向侧面，为了走直路而走弯路。钱学森主张先发展地理科学，并说：“只有解决一些具体问题，才能得到国家领导人的支持，事情才好办”。他还认为“学科体系应逐步在实践考验中建立起来，现在有一个大致的体系就可以了”。
在目前情况下，一个比较切实可行的途径是以研究中国区域可持续发展战略为任务带动陆地系统科学的发展。以下就此作一些说明。
1.中国区域可持续发展
中国人口超过12亿，每年人口增加一千多万，经济底子薄弱、生活水平偏低，人均自然资源在世界人均值1/2以下，可持续发展有许多棘手的问题，所以1992年联合国《21世纪议程》通过后，中国即一马当先，开始《中国议程》起草工作，于1994年由中国政府批准，成为制定国民经济和社会发展中长期计划的指导性文件。书中论述了78个方案领域，与《联合国议程》相呼应，并将其中行动方案分解为可操作项目编成《中国21世纪议程优先项目计划》，第一批包括9个优先领域，以后还会增加，考虑已颇周到。此外还有不少全国性的专题研究，如中国国情分析等在进行，如再以全国为范围进行综合性的工作，必然大部分是重复浪费，意义很小。分区域可持续发展的研究一可以供拟定省级可持续发展战略参考，汇总以后，也可以有助于全国计划的编制。工作内容略如下述。
（1）关于可持续发展理论与方法的补充探讨
可持续发展一般指综合考虑人口、社会、经济、资源、环境，公平地顾及这一两代与后代的福利的发展。《联合国议程》论述了117个方案领域，《中国议程》又针对中国情况就78个方案领域加以说明。为了做好工作，首先要充分理解这些内容。1992年《联合国议程》通过以后，国内外关于可持续发展理论与方法的论著很多，也要广征博引，比较短长。在此基础上，拟订我们的工作大纲。有些问题需要明确。如有些必不可少的不能更新的资源，国内已知蕴藏不能满足持续发展的需要，可以厉行节约，取给外国、加强探勘、寻求代用品、增加库存、甚至保留一部分天然储量以备进口受阻时扩大开采。所有此类问题是否都应当一一考虑，权衡得失？人均国民收入是比较重要的指标，由于有不同计算方法，各种方法又都有不足之处。应用此类指标须对此有明确的了解。为便于比较、联系和综合，需要拟订一个目标时间及时间尺度表，一个区域划分方案和一个计值（Monetization）方法。建立目标时间及时间尺度表困难不太大。区域划分有把握可以定出比较适当的方案，中国在向社会主义市场经济转变之中，价格结构一定会有较大变化，显然不能用不变价格来说明问题。从1978年开始，中国大中型建设项目的国民经济评价多采用影子价格，这当然是比较好的工作方法。计算根据国家计委印发的《建设项目经济评价参数》。但由此引出两个问题，一是参数有一定时效，在实践中只能作阶段性调整。1978年的参数到1990年已有部分需要调整或重新测算。可持续发展至少得看到一两代，用此方法当然需要克服很不容易克服的难关。二是影子价格迄今只用于大中型建设项目的国民经济评价，而许多经济指标如国民收入、国内生产总值等等都不是按影子价格计算，如何对比也是不易克服的难关。诸如此类的问题很多，以上只是一些例子。我们所最关切的是如何综合研究与可持续发展有关的开放的复杂巨系统。每一个阶段需要回顾过去，盱衡现状，瞻顾将来。任何时候都有资料不足或资料可信度太差的问题，任何时候都需要提纲挈领，删繁举要。没有自然科学、社会科学、系统科学较长期的通力协作，要从多学科研究转轨到跨学科研究几乎是不可能的。在理论与方法的探索有一些眉目以后，就应当开始中国区域持续发展的工作，将理论和方法研究与实际研究结合起来，同时结束。
（2）中国区域持续发展研究
关于中国持续发展，《中国议程》及其《优先项目计划》已考虑了许多全国性问题，“九五计划”、“15年计划”的拟订也已完成或接近完成。此外还有许多进行中的全国性研究。我们工作拟研究中国全部或大多数区域。一个区域的可持续发展与一个国家的可持续发展不尽相同，工作分为三个步骤，首先是每一个区域的综合研究，其次是区域之间的关系的研究（如上游产业与下游产业分布于不同区域，河流上游、中游、下游的水利问题互相关联，等等），最后是各区域之间的比较研究。在区域研究中还应当注意国外相似区域的成功和失败经验。汇总区域研究结果便成为全国全貌。此时，《中国议程》的优先项目当已取得不少结果，“九五计划”已接近完成，“十五计划”当在编制之中，“15年计划”目标亦需要进一步考虑，全球与各国的环境、社会、经济、科学技术等方面亦会有不少变化。将这些集中起来，比较分析，提出关于全国与区域持续发展战略的意见和建议。
2.中国陆地系统或地球表层研究
十多年来，建立地球表层学的倡议赞成的人不少，却由于种种原因实际工作很少。系统科学在国内谈论不多，却在IPCC、IGBP等国际研究计划的推动下，气候系统部分的研究取得迅速的进展，并带动海洋与陆地系统的工作。在气候、海洋、陆地三个系统中，陆地系统最重要、最复杂，却未知数最多，应及早开始陆地系统的研究，在研究中特别注意其与大气和海洋两系统的外延叠合部分。这是区域可持续发展战略的基础，也有助于大气与海洋两系统的工作。
以下是参考《联合国议程》第35章《科学促进可持续发展》、《中国议程》第20章方案领域E.《科技界在可持续发展中的作用》以及该两个议程中的其他方案领域，根据研究中国区域可持续发展的需要，初步选出的一些重点题目。
（1）中国区域划分
研究区域持续发展当然需要有一个比较适当的区域划分。所拟包括的内容略述如下：
（a）在自然方面，首先一项是以自然地带周期律为依据的划分，即按温度条件划分温度带，在此基础上再按水分条件划分为自然地带。由于温度与水分对自然界多数现象和过程都有影响，借此可以较好地了解由一个自然地带向另一自然地带递变的规律，重现已为人类活动所改变的天然状态，辨识谐协（Harmonic）现象，进而辨识残存现象与进展性现象，了解人地关系，协调人地关系。目前 国际上在全球环境变化研究中，采用最多的区划是Koeppen的气候分类，Holdridge的生命地带、联合国粮农组织的农业生态地带，虽然都未提及自然地带周期律，实际上所反映的就是自然地带周期律。现在的自然地带周期律还停留在很粗浅的阶段。例如，用以表达水分状况的干燥度计算式分子分母都是多年平均年值，既未顾及年内变化，亦未考虑多年变率，自然不能确切地说明与水分条件有关的问题。此外还有不少问题没有解决，甚至还未提出来，在认识上，约与NewIands的化学元素的八音律（law of octaves）相当，要达到相当于门捷列夫化学元素周期律的水平，尚须经过艰难的探索。
自然地带以内的区划，没有一定的依据，有很细的，也有很粗的。应先明确这一级区划的目的。为便于与不同专业科学家、决策者以至社会公众对话，依据应当是容易理解的。区域数目也不宜太多。
在上述两级区划框架之上应叠加流域界线。以流域为单元的研究可以了解上坡与下坡、上游与下游的关系。缺少这方面的了解，有些区域便无法得到全面的认识。河流与谷地往往成为交通孔道、经济文化中心，水利工程的建设与运用更不能缺少以流域为单元的了解。
重要矿区、地方病分布等等也应有选择地在区划图上标识出来，既不能巨细匪遗，也不应有重要遗漏。
（b）中国区域的划分当然要充分考虑社会经济因素。在这一方面，国内外经验都较少。中国自改革开放以来，许多人按东、中、西三部来议论经济发展。但界线如何确定，存在着一系列理论与技术问题。80年代曾进行过中国经济区划工作，拟从重新研究这一尝试开始，比较全面地审议可能对区划有意义的因素，所能取得的资源，在地图上可以如何表达、20—30年内是否会有较大变化。
（2）在区域研究中拟重点解决的问题
（a）土地资源的合理利用
这在大体上与《联合国议程》第10章统筹规划和管理陆地资源的方法及《中国议程》第11章农业与农村的可维持相呼应。中国用于植物生产（包括供畜产所需的饲料）的土地资源用以持续目前比较低的生活水平既很不容易，农村剩余劳动力占全劳动力高达1/4，农林牧用地和“荒地”更多有退化趋势，以后生活水平需要不断提高，在2050年以前，每年仍将增加很多人口，植物生产用地每年也将有一部分转作其他用途，形势很严峻，必须积极地采取适当的措施，全面安排植物生产，在保持、改良土地资源的前提下，最充分地发挥自然生产潜力。为此要建立计算自然生产潜力的方法，先按技术上可能性进行自然生产潜力因素分类，然后加以综合，借此对全国区域比较衡量，寻求改善限制因素的途径，着重研究干旱、半干旱地区的平地，亚湿润和湿润地区的坡地，和50m以下的沿海地域（包括在伸涨中的海滨）。
（b）解决水资源不足和水质保护问题
全国多数区域都有水资源不足及水质污染问题，在较近将来其严重性可能不亚于土地资源。《联合国议程》第18章保护淡水资源的质量和供应，《中国议程》第14章方案领域c.水资源的保护与利用，都详细讨论了这一问题。我们拟结合区域与流域研究这一问题，全面地考虑区域间与用途上的合理分配，尽可能地开源和节流。保护水质与改良水质研究将列问题（d）中进行。
（c）能源问题与关于储量不足，不能更新战略资源的对策
在能源方面拟主要研究节能、新能源问题及缺少能源而运入困难的区域的对策。对于储量不足，不能更新的战略资源则着重考虑进口困难时如何解决问题。
（d）环境污染及自然界中存在的有害物质问题
环境污染包括农田污染、水污染、矿区污染及城市污染，着重考虑预防。陆地对大气及近海的影响亦着重考虑如何预防。自然界中存在的有害物质则拟研究如何解决问题。
（e）陆地与大气相互关系及陆地与近海相互关系
两种关系内容很多，都应从可持续发展来考虑问题，寻求解决问题的途径。
（f）系统科学、信息科学在陆地系统与可持续发展研究中的应用
以上6个题目都是区域综合研究中的重点，在区域综合研究的基础上，进行区域的比较研究，区域的联系研究，然后汇总为全国的全貌，最后提出可持续发展战略与陆地系统科学理论和方法。
三、工作条件
可持续发展与地理系统科学的概念在学术界中已存在很长时间，却久久不能成为科学，即使在近一、二十年，虽然取得了显著的进展，也仍然走了不少弯路。跨越自然科学与社会科学的综合性研究，既要深，又要广，还需要掌握系统科学，所面对的是开放的复杂巨系统，这还是十多年以前才出现的名词。在未开辟出一条道路以前，一个人或少数几个人要由表及里，再在由表及里的基础上由此及彼，顺利地由一个领域过渡到另一个领域，是不可能的。Johns Hopkins大学地理学与环境工程系是综合研究水的学系。系主任H.Wolman说根据20多年的经验，得出这样一个结论：教师队伍少于15人就知识面太窄，不足以达到综合的目的，多于20人便起离心作用，综合不起来。钱学森也认为要综合自然科学和社会科学，引用系统科学、行为科学，必须团结各方面的工作者才行。团结成为一高功能的集体就有极高水平的“大通才”。为了达到我们的目的，首先要有一个不大的集体在一起学习和工作，逐渐成为有共同语言，共同目的，能指臂相使的队伍。这是最重要的条件。
迅速取得信息及与计划人员、决策者对话的渠道也是重要的条件。
收稿日期：96-03-04
CONSTRUCTION OF EARTH SYSTEM SCIENCE ON STRATEGY OF SUSTAINABLE DEVLOPMENT
Huang Bingwei
(Geography Institute,Chinese Academy of Sciences Beijing 100101)
Key Words
Earth System Science;Sustainable Development Strategy;Region;China
Abstract
The paper discussed the relationship between the earth system science and sustainable development strategy from its history of formation and developmet,and discussed throughly the relationship between them and the science of earth-surface and geography.At last,the author pointed out the nowly existing problems and the futural developing direction,and its necessary working condition,in the view of developing land system science by studying the regional sustainable developent strategy of China.