人地系统可持续过程、格局的前沿探索，本文主要内容关键词为：可持续论文,格局论文,过程论文,系统论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
1 人—地系统相互作用与地理学综合研究 人文地理学是地球表层科学的一个分支学科。地球表层科学研究的一个重要命题，是自然圈层与人文圈层之间的相互作用规律，这是地球科学与其他天体星球科学研究的根本区别[1-2]。相对于人类活动这一主体而言，自然圈层是人类活动主体的自然环境。人类活动主体和自然环境构成了一个极其复杂的相互作用系统[3-5]，其复杂性一方面表现为“主体”、“环境”内部各要素间、要素不同组合间、以及“主体”和“环境”间的相互作用关系多样，特别是随着人类活动主体与自然环境之间融合程度不断加深，“纯”人类活动主体、“纯”自然环境越来越少，人类活动与自然环境的界面越来越模糊，相互作用的内生化趋势加剧、作用关系的复杂程度提高；另一方面各种作用的驱动关系和影响机理通常还存在着因时、因地、因尺度不同而发生变异，加之人类活动在这一作用系统中的影响力加强，因人而异产生的不确定性显著提升、作用机制的复杂程度提高。在自然科学与社会科学二元论为主导、复杂性科学研究方法滞后的过去，地理科学发展长期受阻，在综合性研究方面难以有实质性突破[6-7]。近年来，为了增强科学性采取微观机理深化研究又加速了地理学科分化，综合地理学面临被瓦解的风险[8]。如何突出地理学的综合性、以及如何在地理学框架内实现人—地系统相互作用机理的深化研究，已成为现代地理学最高层级的科学难题，也是决定未来地理学前途和命运的关键问题[9-11]。 传统地理学科结构的特点，表现为自然地理学更具有基础性研究和自然科学研究的性质[12]，而人文地理学是叠加在自然地理学之上，具有与现实社会经济发展关系更密切、自然科学和社会科学双重属性交叉的性质[13]。这种学科构成和学科性质，必然使得人文地理学在传统地理学研究中，无法回避、轻视“综合性”这一地理学最高科学难点问题，更多地承载着破解“综合性”难题的学科建设任务[14]。由于复杂性科学发展滞后、综合集成方法体系还不成熟，人文地理学者在过去应对综合性问题时，逐步形成了一套实用性强的方法论[15-16]。一是通常以过程归纳作为凝练普适性规律的基本手段，但往往因影响因素和机制的变化，在现状问题研究中难以照搬套用，在预测中难以直接进行推导延续；二是通常以比较研究作为建立在长期经验积累基础上解析相似研究对象的基本方法，但往往因缺失令人折服的可比较性论证以及忽略时空分异问题而被疑似为教条机械的方法；三是通常以定性分析作为探究复杂对象内在相互作用关系和机制的基本方法，但通常因缺乏清晰的作用关系机理表达和数理关系表达而有损定性结论的科学性和定量结论的精准性，且难以通过传授和交流过程较快地实现对分析方法的掌握；四是通常采用逻辑判断作为诊断问题和调控预测的基本方法，但往往又由于逻辑关系更多的是科学哲学层面的宏观思维而出现具体结果多样、共识程度低的情况。
中国的人文地理学能够长期坚守综合研究的方向，主要得益于吴传钧对地理学和人文地理学是一门交叉、综合学科的定位，他把“人地关系地域系统”研究作为地理学的方向，指明地理过程和地理格局研究是揭示地域系统成因机理和演变规律的核心内容，强调地域研究中的功能属性、系统属性、协调属性、可持续属性是凸现地理学综合研究的关键所在㈣。吴传钧对地理学定位的把握，较早地将地理学基础研究引向基于地域系统、探究人地关系、实现可持续发展的学科方向上。傅伯杰强调：影响地理格局形成的各种物理、生物、化学“过程”以及经济、社会、文化“过程”应作为地理过程研究的内容，也是地理学研究的重要领域。宋长青认为：丰富学科体系、促进学科建设的科学难点问题，同关乎人类发展、影响文明进步的社会热点问题的复合、重叠，就是科学前沿问题。由此可见，以可持续人地系统为研究对象，按照地理过程和格局研究的基本范式，结合社会需求热点，选择具有前沿意义的科学命题开展研究，是中国人文地理学学术贡献和社会贡献的一个特色[18]。表2是笔者近年来按照这一指导思想组织开展的主要研究工作。
2 人地系统若干前沿问题的探索 2.1 区域均衡——人文地理格局演变过程的核心驱动力讨论 人文地理过程和格局变动的核心驱动力，通常被认为是导致区域发展趋向稳定态—均衡格局的发展要素流动过程及由此引起的区域发展格局变动过程的作用力[19-22]。这里，稳定态的区域格局在传统上多被表达为区域经济发展水平的均衡，也就是说，区域之间经济发展水平的差距形成的势能差，是产生人文地理格局变动的核心驱动力。从世界各国发展历程的归纳得出倒“U”型曲线规律，区域经济发展差距经历了先扩大、后缩小的基本过程，拐点多出现在人均GDP达到1万美元的时候。除了“稳定态的相对性：非均衡—均衡—非均衡的反复过程”之外，进一步研究表明，即使在人口完全可以自由流动的前提下，也不存在区域经济发展水平的绝对均衡。换句话说，区域发展进入稳定态时，区域之间经济发展水平仍存在着一定的差距。这就说明，还存在着另一种力量在弥补着因经济发展水平差距产生的区域势能差。这里有两个可供研究的逻辑起点：其一，人类需求是多样的，而且随着社会发展水平的提升，人的需求取向和福祉构成将与“经济效益”的维度开始拉大；其二，即使是区域经济发展水平的差距是决定区域均衡的关键，人们真正感受到的经济发展水平差距，最直接的是民生质量。 针对第一点可以认为，区域经济发展水平差距存在的前提下，区域均衡得以实现的原因，是存在其它效益的区域差距恰恰弥补了经济效益的差距。如果我们简单地把各种效益归纳为经济效益、生态效益、社会效益，实现区域发展格局稳定状态的必要条件就应该是三大效益之和在区域之间的均衡，即区域发展综合均衡模型[23](或称空间综合均衡模型)：
针对第二点，用GDP衡量区域经济发展水平差距表征的是生产层面的区域差距，从生产层面到民生质量，至少还经过了收入分配、购买产品和服务等环节，也就是说，还受到政府财政的收入分配、个人收入水平、实际购买力(受物价指数影响)等影响。因此，以民生质量为导向的经济效益
的表达应该贯穿生产层、分配层、消费层，相对传统的生产层面均衡具有了立体特征，因此称为立体区域经济均衡模型。 这两个模型的复合，就将注重经济水平的区域均衡导向内含经济、社会、生态效益的民生质量的区域均衡，也就是说，人文地理过程和格局变动的核心驱动力是民生质量区域差距所形成的势能差。当以往局限于生产层面的经济发展水平均衡上时，无法阐释“劳动生产地域分工稳定格局成立的充分条件是什么”这一问题，因此，从政策应用层面，就是生态建设区域、粮食主产区、矿产开发基地、重工业城市、轻型工业城市等，在产业链条上附加值不同，而承担功能的经济收益存在巨大差别。如果当地的民生质量完全依靠这种地域分工收益的话，就出现从事基础产业比重越高的区域越穷、从事公益性事业事务越多的区域越穷的情形，区域格局进入非均衡状态，区域发展将极其不稳定。按照经济学原理，这种不稳定必然导致产业活动或公益建设规模的缩小、通过改变基础产业和公益性活动的供需关系，实现这类活动的经济效益的提升。正是由于基础产业(如粮食)和生态产品(如水资源)短缺将对社会经济体系造成极大破坏、甚至是灾难性的，因此，维持其稳定、规避风险就成为社会的守夜人——政府必须应对的现实。因此，一方面要通过分配环节实现缩小民生质量的差距，这就是基本公共服务均等化的科学内涵，另一方面就是要通过社会效益和生态效益得到经济化的合理体现，用以弥补经济差距，实现综合效益的均衡，这就是主体功能区提出的“生态产品”等、“十八大报告”中提出的“经济生态社会效益相统一”的优化国土空间格局原则以及“十八届三中全会决议”中有关资源和环境价值化的科学阐释和依据[24-25]。 2.2 资源环境承载能力——自然圈层对人类活动圈层作用的探索 当自然圈层同人类活动发生作用时，各自然地理要素才被赋予了资源属性、环境属性和灾害属性。人类社会在不同发展阶段表现出不同的自然观和作用自然的方式。在原始文明、农业文明时期，自然条件、特别是农业自然资源对人类活动的作用是直接的，地理环境决定论成为早期人类可持续发展的自然法则。工业文明时期，人类对自然资源的开发程度不断提升，随着支撑工业化和城镇化的矿产资源、能源资源、水土资源的开发规模持续增长，以及随着环境污染不断加重和生态服务功能的持续减弱，资源上限、环境底线和生态安全成为制约人类可持续发展的关键，人类如果不能合理调控生产方式和生活方式、调整空间结构和产业结构，以牺牲资源环境为代价换取发展的方式必然难以维系[26]。协调人类活动与自然圈层之间的关系，就必须首先客观认知和合理把握自然圈层作用人类活动的载体和规律，资源环境承载能力就是对这一载体的表达[27]。资源环境承载能力是自然圈层同人类活动相互作用所呈现的资源属性、环境属性和灾害属性的总和所能够承载人类生产和生活的能力，即资源环境承载能力是资源保障、环境容量、灾害风险的函数。资源环境承载能力也是决定人类是否可持续发展的资源环境门槛的阈值表达，即资源环境承载能力同时也是人类生产和生活方式、类型、结构、效率等的函数。 从全球整体研究，通常是把食物量作为维系人类可持续发展的关键参数，把能够养活多少人作为资源环境承载能力的结果表达。若着眼于区域，因区域的开放性和部分资源环境要素的可流动性，使区域资源环境承载能力研究较全球资源环境承载能力研究更为复杂。如果把资源环境作为承载体，把人类生产生活作为承载对象，承载体对承载对象的承载能力的研究难点和重点在于：①区域的尺度不同，影响区域发展的自然条件是有差异的，评价的指标构成和关键阈值的选择是不同的。②同一尺度的区域承载对象不同对承载能力也产生重大影响，除承载对象类型不同需要选择不同的评价承载能力的指标体系之外，承载能力因承载对象的结构和效率不同也会产生显著的差异。③区域承载体部分组成要素的开放性和流动性，使得区域承载能力研究必须受制于开放性和流动性涉及的相关区域，也就是说，整体总量是控制组成各区域分量的约束条件。④资源环境承载能力具有很强的短板效应，即制约区域发展的某个关键要素就可以决定整体承载能力的大小；同时，资源环境承载能力还具有很强的集成效应。 资源环境承载能力是动态的，不仅可以通过人类整治改善自然、增加资源环境承载能力，更重要的是可以通过调控人类生产和生活方式、增加资源环境承载能力。也就是说，资源环境承载能力具有很强的政策内涵，可以作为评价区域可持续发展状态、制定区域可持续发展规划、调控区域可持续发展过程的重要依据和政策手段。尽管资源环境承载能力的相关研究在国内外起步较早，但一方面受地域系统开放性、资源环境要素流动性、承载对象不确定性等研究难点的制约，另一方面因研究成果的政策内涵不够、应用能力不足、应用需求不旺，资源环境承载能力研究难以有实质性突破。2008年汶川特大地震发生后，笔者参与起草国务院汶川重建工作方案时提出将资源环境承载能力评价作为灾后恢复重建规划的基础和重建工作的前提，并首次在我国尝试将“资源环境承载力评价”作为“人口资源环境相均衡”的基础性科技支撑工作[27]。此后，科学认知区域的资源环境承载能力，不仅在玉树、舟曲、芦山灾后恢复重建规划和重建工作中得到整体应用，而且被逐步推广到越来越多的国土空间规划和社会经济发展规划中，成为尊重自然、顺应自然、保护自然的重要依据。在生态文明建设时期，建立资源环境承载能力监测预警机制成为可持续发展的一项重要制度，已被写入党的十八届三中全会决议当中，通过对不同区域资源环境承载能力不超载、临界超载、超载状态的识别和成因的分析，为调控区域发展目标和路径提供依据，在完善政府空间治理体系、统筹国土空间合理配置中发挥实质性作用。 2.3 地域功能——综合地理区划的尝试 陆地表层格局、特别是人文地理格局是自然和人文过程相互作用产生的共同结果。长期以来，刻画区域分异格局的基本地理学方法——区划，却在解决自然—人文综合作用形成的统一地表格局方面难以实现突破[28]。究竟地表既符合自然圈层可持续过程、又能满足人类活动不断增长和丰富需求的格局是怎样的形态，这是现实发展给地理学提出的重要命题。综合地理区划不仅受到人文和自然要素集成方法的障碍，更重要的是没有解决“综合区划的目标是什么？”这一基本问题，在缺失综合地理区划目标的前提下，指标体系的选择和区划表达的内容就无从谈起。地域功能研究解决了地理学开展综合区划缺失目标导向的问题，进而在区划的技术手段与方法上尝试了自然和人文因素的复合，为开展综合地理区划至少提供了一种可行、有用的途径。 陆地表层在没有人类活动的前提下，自然界在地域空间上会形成差异化的自然地理地域功能类型，形成了有序的自然生态格局。这样的生态格局保障了不同自然要素之间和不同功能地域之间的作用联系，维系了自然生态系统的相对稳定性。当人类活动介入后，经济社会发展遵循着自身的空间配置规律，各种生产和生活活动有着自身的区位指向和选择原理，仅从满足生产、生活活动空间区位和布局合理性角度进行的选择，有可能会是选择自然生态系统重要性程度高、或脆弱性强的区域，对自然生态系统的可持续性产生破坏并最终反馈影响到人类的可持续发展；反之，满足自然生态系统本底功能要求的区位或区域，可能又不是人类活动适宜的位置，影响到人类发展的竞争能力和生活品质[29]。可见，从“人”或“地”任何一个系统出发所构造的空间结构都是不合理的，需要进行综合的、集成的功能分区。 地域功能是指一定地域在更大的地域范围内，在自然资源和生态环境系统中、在人类生产和生活活动中所履行的综合职能和发挥的作用[29]。与地域功能相关的是功能区，即承载一定地域功能的区域。地域功能的研究就是在识别地域功能类型的基础上，优化空间组织，寻求最优或次优的功能区划方案[30]。合理的功能区组织方案至少应符合三个方面的要求，①同时满足对自然生态系统干扰小、有利于自然可持续发展，又支撑人类不断增长的生产生活需要的双重目标；②实现不同功能区综合发展效益的均等，这是保障不同地域功能建设的前提条件，本文在“区域均衡”小节中讨论了这个问题；③实现各功能区所组成整体的效益最大化，而这不仅同功能如何划分有关—空间结构问题，而且与时间取值有关—地域功能的类型、功能区划的方案会因时间的不同而发生变动。 地域功能格局形成的地理过程，主要由相对稳定的生态功能格局下土地利用功能格局的变化过程、以及受人居环境和产业区位选择牵动的人口和产业集聚疏散过程所构成。地域功能区划的应用实践是主体功能区规划，笔者主持的项目历时近10年，通过确定主体功能区划原则和指标体系、评价国土空间功能适宜性、制定和培训国家和省级主体功能区划分技术规程、研制国家级主体功能区划草案、编制案例省份主体功能区规划等，为主体功能区规划、战略和制度的形成作出了重要的科技支撑，使主体功能区成为贯彻落实人口资源环境相均衡、经济社会生态效益相统一原则的基础性空间布局方案[22]。 2.4 空间结构——从空间形态的结构拓展到数量关系的结构 “点、线、面”是刻画人文地理格局空间形态的三种要素。陆大道先生提出的点—轴系统理论创建了有关“点”和“线”的空间组织与演变的规律，成为我国不同空间尺度进行国土空间开发格局组织的基础模式[6]。点轴理论更多地阐释了空间形态为主体表达空间结构的形成过程及作用机制，如果要进行空间开发强度的管制，同时需要更多地从功能空间的比例关系来揭示不同自然地理环境背景下、不同发展水平和发展阶段的空间结构演变规律。“生产空间、生活空间、生态空间”不仅弥补了“点轴”系统中面状空间组织结构缺失的问题，同时，拓展为生产、生活和生态三大空间比例关系表达空间结构，使其形成与点—线—面空间形态构筑的空间结构相互支撑，初步揭示了空间结构有序化演进规律[26]。这一学术思想被全面应用到笔者主持的国土资源部、广东省人民政府和中国科学院合作开展的“广东省国土规划”试点工作中。
图1 三大空间比例关系演变过程(a)和类型区(b)示意图 Fig.1 The proportion of the productive,living and ecologic spaces for temporal evolution(a) and function zone(b) 3 “未来地球”框架下的区域可持续发展研究 从以上前沿领域的探索可以看出，过去10多年里，笔者及其团队秉承吴传钧先生人地关系地域系统的学术脉络，在陆大道先生指导下，以不同空间尺度的区域可持续发展为目标、以人文圈层和自然圈层相互作用为研究重点，把人口经济资源环境协调作为科学认知人文地理过程和格局的主要基础，开展了地理学综合问题的初步探索。与此同时，国内人文地理学也呈现出另一个取向，在接轨国际前沿过程中加剧了人文地理学的人文化倾向，相关研究在更加深刻揭示社会文化新因素和新机制在人文地理格局产生和演变过程中的作用的同时[20-21]，也出现了迈入较为单纯的社会科学的迹象，如果这种“转身”演变为人文地理学整体的行为，就有可能对地理学产生巨大的破坏力。事实上，目前国外人文地理学也正在摆脱简单地以经济过程、文化社会转型、行为心理为牵引的发展路径，越来越关注可持续性的研究，并被认为是发挥地理学科优势、直面现实问题的重要方向，GIS技术和模型方法为这一选项提供了方法支撑[11]。 国外人文地理学开始注重可持续发展研究的这一趋势同地球科学研究的总体趋向是一致的。目前地球科学提出的“未来地球”研究计划把地球整体性研究与地球可持续发展研究结合起来、采用自然科学与社会科学相融合的方法、注重基础研究与决策应用的贯穿，越来越得到广大地球科学工作者的认同，同样也引导地理学在直面“综合性”研究方面共识越来越高、学术探究和面向应用的行动也趋于同归[9-11]。应该说，“未来地球”的理念和基本框架同黄秉维先生晚年对地理学的思考和设计、与吴传钧先生人地关系地域系统理论体系和应用目标的创新贡献，是完全一致的。事实上，开展系统地理学、综合地理学、统一地理学研究的尝试，一直在地理学界没有被放弃。自然地理学和人文地理学断裂的地理学不能成为真正的地理学，忽视人文圈层和自然圈层相互作用的地球系统科学也不是真正的地球系统科学。 地理学的综合性研究，比较现实的一个领域方向是“区域可持续发展”研究，这里的“区域”可以是不同空间尺度的。在陆大道先生的率领下，区域可持续发展研究成为中国科学院地理资源所人文—经济地理研究团队的主攻方向，并取得一定的成就和影响，得到中国科学院重点学科领域发展规划的认可。2007年，中国科学院开展中国至2050年重要领域科技发展路线图战略研究中，“区域发展”被列为18大领域之一[31](18个领域是：能源、水资源、矿产资源、海洋、油气资源、人口健康、农业、生态与环境、生物质资源、区域发展、空间、信息、先进制造、先进材料、纳米、大科学装置、重大交叉前沿、国家与公共安全)。如果以“地域(陆地表层)—人地关系—可持续发展”为横轴、以地理学命题的基本范畴“因素＋机理、功能＋系统、过程＋格局、尺度＋界面”为纵轴，人文地理学过程和格局研究的关键学科问题梳理见表3，由于其中许多问题目前已被现实发展高度关注，将有可能成为近期学科探索的前沿领域。
我国正在经历着社会治理、政府决策步入科学化的转型过程，当空间管治、区域战略和国土规划越来越成为调控人类空间行为的重要政策工具时，科技支撑能力难以满足现实发展需求的差距问题被越来越充分地显示出来。国家可持续城镇化需要资源环境的保障，但资源环境承载能力的数据质量和预警方法目前都亟待开发建设；国家需要通过开发强度管制实现生态、生活、生产空间结构优化，但不同自然环境和发展基础的区域合理空间结构还没有建构可信的理论模型；国家优化国土空间开发格局的原则确定为“人口资源环境相均衡、经济社会生态效益相统一”，将这一原则通过科学分解、进行贯彻落实的理论依据和标准仍停留在宏观理念的讨论上。比照十八大报告、十八届三中全会决议中有关城镇化、可持续发展、生态文明建设等任务，人文地理学、地理学、地球科学的学科建设要求迫切、任务艰巨、意义重大。 随着我国可持续发展需求的不断旺盛及对科学界的要求不断明确，加之“未来地球”等外来理念影响和国际前沿的牵引，重视人类活动与自然环境变化的相互影响、响应适应，重视学科交叉综合解决全球和区域可持续发展问题等越来越成为共识。目前困扰“未来地球”在中国得以推进、困扰资源环境科学在解决中国重大可持续发展问题发挥重要作用的主要障碍，除了复杂系统科学和自然科学—社会科学相融合的基础理论薄弱之外，更为现实的问题是，怎样认识因研究对象的改变、理论基础的改变、学科和知识构成的改变，而需要有适合的研究方法体系，按照一些学科擅长且行之有效的方法论移植或照搬到复杂对象和复杂问题研究上，有可能歪曲了复杂性科学机理的阐释，影响到综合性学术价值的效果。因此，包容的科学文化和相互尊重的学术氛围，可能成为近期在“未来地球”框架下实现研究创新和科学跨越的关键。 致谢：以上研究项目承蒙国家基金委、中国科学院、国家发改委、相关地方政府等部门的立项资助，在此致以谢意！同时，感谢陆大道院士和项目组诸多同事在研究中给予的指导和帮助，感谢汤青、周侃、蒋子龙、孔维锋在成文过程中所做的辅助性工作。 收稿日期：2014-06-18；修订日期：2014-08-02
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