全 文 ：
摇 摇 摇 摇 摇 生 态 学 报
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摇 摇 第 猿源卷 第 远期摇 摇 圆园员源年 猿月摇 渊半月刊冤
目摇 摇 次
前沿理论与学科综述
全球气候变暖对凋落物分解的影响 宋摇 飘袁张乃莉袁马克平袁等 渊员猿圆苑冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
从系统到景观院区域物质流分析的景观取向 张晓刚袁曾摇 辉 渊员猿源园冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
论湿地生态系统服务的多维度价值评估方法 宋豫秦袁张晓蕾 渊员猿缘圆冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
保幼激素在昆虫中的分子作用机理 金敏娜袁林欣大 渊员猿远员冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
岩画和壁画类文物微生物病害研究进展 李摇 强袁葛琴雅袁潘晓轩袁等 渊员猿苑员冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
基于 猿杂技术的图们江流域湿地生态安全评价与预警研究 朱卫红袁苗承玉袁郑小军袁等 渊员猿苑怨冤噎噎噎噎噎噎
跨界保护区网络构建研究进展 王摇 伟袁田摇 瑜袁常摇 明袁等 渊员猿怨员冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
个体与基础生态
速生树种尾巨桉和竹柳幼苗耗水特性和水分利用效率 邱摇 权袁潘摇 昕袁李吉跃袁等 渊员源园员冤噎噎噎噎噎噎噎噎
三种增温情景对入侵植物空心莲子草形态可塑性的影响 褚延梅袁杨摇 健袁李景吉袁等 渊员源员员冤噎噎噎噎噎噎噎
气象要素及土壤理化性质对不同土地利用方式下冬夏岩溶作用的影响 刘摇 文袁张摇 强袁贾亚男 渊员源员愿冤噎噎
施用纳米碳对烤烟氮素吸收和利用的影响 梁太波袁尹启生袁张艳玲袁等 渊员源圆怨冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
基于 灾燥则燥灶燥蚤图的林分空间模型及分布格局研究 刘摇 帅袁吴舒辞袁王摇 红袁等 渊员源猿远冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
近自然毛竹林空间结构动态变化 仇建习袁汤孟平袁沈利芬袁等 渊员源源源冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
基于种实性状的无患子天然群体表型多样性研究 刁松锋袁邵文豪袁姜景民袁等 渊员源缘员冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
不同林分起源的相容性生物量模型构建 符利勇袁雷渊才袁孙摇 伟袁等 渊员源远员冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
种群尧群落和生态系统
毛竹材用林林下植被群落结构对多花黄精生长的影响 樊艳荣袁陈双林袁杨清平袁等 渊员源苑员冤噎噎噎噎噎噎噎噎
温度和 悦韵圆浓度升高下转 月贼水稻种植对土壤活性碳氮和线虫群落的短期影响
陈摇 婧袁陈法军袁刘满强袁等 渊员源愿员冤
噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
中国东北地区近 缘园年净生态系统生产力的时空动态 李摇 洁袁张远东袁顾峰雪袁等 渊员源怨园冤噎噎噎噎噎噎噎噎
遥感与 郧陨杂支持下的盘锦湿地水禽栖息地适宜性评价 董张玉袁刘殿伟袁王宗明袁等 渊员缘园猿冤噎噎噎噎噎噎噎噎
秦岭火地塘林区土壤大孔隙分布特征及对导水性能的影响 陆摇 斌袁张胜利袁李摇 侃袁等 渊员缘员圆冤噎噎噎噎噎噎
磷浓度对铜绿微囊藻尧大型溞和金鱼藻三者相互作用的影响 马剑敏靳摇 萍袁郭摇 萌袁等 渊员缘圆园冤噎噎噎噎噎噎
普生轮藻浸提液对两种淡水藻类的化感抑制作用及其数学模型 何宗祥袁刘摇 璐袁李摇 诚袁等 渊员缘圆苑冤噎噎噎噎
北京永定河鄄海河干流河岸带植物的区系分析 修摇 晨袁欧阳志云袁郑摇 华 渊员缘猿缘冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
基于河流生境调查的东河河流生境评价 王摇 强袁袁兴中袁刘摇 红袁等 渊员缘源愿冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
景观尧区域和全球生态
应用 杂宰粤栽模型研究潮河流域土地利用和气候变化对径流的影响 郭军庭袁张志强袁王盛萍袁等 渊员缘缘怨冤噎噎
长白山不同海拔树木生长对气候变化的响应差异 陈摇 力袁尹云鹤袁赵东升袁等 渊员缘远愿冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
石家庄市空气花粉散布规律及与气候因子的关系 李摇 英袁李月丛袁吕素青袁等 渊员缘苑缘冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
不同放牧梯度下呼伦贝尔草甸草原土壤碳氮变化及固碳效应 闫瑞瑞袁辛晓平袁王摇 旭袁等 渊员缘愿苑冤噎噎噎噎噎
南四湖区农田土壤有机质和微量元素空间分布特征及影响因素 武摇 婕袁李玉环袁李增兵袁等 渊员缘怨远冤噎噎噎噎
资源与产业生态
跨国土地利用及其生态影响 陆小璇 渊员远园远冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
期刊基本参数院悦晕 员员鄄圆园猿员 辕 匝鄢员怨愿员鄢皂鄢员远鄢圆愿愿鄢扎澡鄢孕鄢 预 怨园郾 园园鄢员缘员园鄢猿园鄢圆园员源鄄园猿
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封面图说院 图们江河流中段要要要图们江位于吉林省东南边境袁发源于长白山东南部的石乙水袁河流的绝大部分是中国与朝鲜的
界河袁下游很小一段为俄罗斯与朝鲜的界河袁并由这里流入日本海袁我国珲春距离日本海最近的地方仅有 员缘噪皂遥 图
们江是我国重要的国际性河流之一袁随着我国经济的迅速崛起袁图们江地区进入到多国合作联合开发阶段袁湿地生
态系统处于中度预警状态袁并有向重度预警发展的趋势袁生态安全面临的威胁越来越严重遥 对该区域进行湿地生态
安全评价与预警研究袁可为图们江流域生态环境的可持续发展提供依据遥 图中河道的远方为朝鲜尧河道近方为
中国遥
彩图及图说提供院 陈建伟教授摇 北京林业大学摇 耘鄄皂葬蚤造院 糟蚤贼藻泽援糟澡藻灶躁憎岳 员远猿援糟燥皂
第 34 卷第 6 期
2014年 3月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol.34,No.6
Mar.,2014
http: / / www.ecologica.cn
基金项目:国家自然科学基金项目(41071117, 40830747)
收稿日期:2012鄄10鄄25; 摇 摇 修订日期:2013鄄03鄄04
*通讯作者 Corresponding author.E鄄mail: zengh@ szpku.edu.cn
DOI: 10.5846 / stxb201210251480
张晓刚,曾辉.从系统到景观:区域物质流分析的景观取向.生态学报,2014,34(6):1340鄄1351.
Zhang X G Zeng H.From system to landscape: the other orientation of regional material flow analysis.Acta Ecologica Sinica,2014,34(6):1340鄄1351.
从系统到景观:区域物质流分析的景观取向
张晓刚1,曾摇 辉1,2,*
(1. 北京大学深圳研究生院深圳市循环经济重点实验室, 深圳摇 518055; 2. 北京大学生态学系,北京摇 100871)
摘要:物质流过程是考察系统属性的重要维度。 区域物质流分析在研究框架、指标体系、数据集成、管理应用等方面的发展困
境,都不同程度地反映了“黑箱假设冶以及“系统隐喻冶等产业生态学理论的应用局限性。 基于整合复杂性科学、广义进化论的
生态学组织层次理论,对区域物质流分析开展理论探讨,指出应在原有的“系统冶思维之外引入“景观冶概念, 以拓展区域物质
流分析的空间与认知维度。 基于“从系统到景观冶的理念,将景观生态学原理引入区域物质流分析,建构区域物质流分析的景
观取向,并从空间结构与认知图式两个方面对这一取向的核心涵义做以解读。 结合区域物质流分析的最新研究案例,从多尺度
MFA的综合研究框架、物质流动过程的时空集成研究、物质流动过程的空间行为管理等几个方面,对区域物质流分析的景观取
向做了进一步探讨。
关键词:物质流; 产业生态学; 景观生态学; 空间结构; 认知图式
From system to landscape: the other orientation of regional material flow
analysis
ZHANG Xiaogang1, ZENG Hui1,2,*
1 Shenzhen Key Laboratory of Circular Economy, Shenzhen Graduate School of Peking University, Shenzhen, 518055, China
2 Department of Ecology, Peking University, Beijing, 100871, China
Abstract: Material flow analysis (MFA) is an objective, quantifiable and concise tool for system assessment. As the core
content of industrial ecology, it includes bulk鄄MFA and substance flow analysis ( SFA), has been widely applied in
different environmental鄄economic systems at global鄄level, nation鄄level, region鄄level and city鄄level, and developed into a
significant tool in quantifying circular economy, eco鄄efficiency, low鄄carbon society and other concepts of sustainable
development. In recent years, as MFA at the nation鄄level come to be a standard research method on the basis of studies
carried by World Resources Institute and European Commission, research importance of MFA at smaller scale highlights,
and studies of material flow, metabolism and resource flow at regional level become the focus and hotspots of MFA. Based on
analysis of existing studies, current status of regional MFA is briefly reviewed from perspectives of research framework,
indicator system, data integration and management application, and “ black box hypothesis冶 and “ systematic metaphor冶
turned out to be the theoretical root of current difficulty of regional MFA. Based on levels of organization integrated with
complexity science and grand evolutionary theory, metaphor of “ecosystem冶 in industrial ecology as well as regional MFA is
generally analyzed, and the necessity of introduction of “ landscape冶 into regional MFA is raised to improve the spatial and
cognitive dimension of regional MFA. From “system冶 to “ landscape冶 ,landscape ecology principles are introduced in the
regional MFA, contributions of landscape ecology in regional MFA are generalized in 6 tenets: 1) emphasizing the
structural difference between natural ecosystem and socio鄄economic system, and providing a hierarchical and integrative
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ecological basis; 2) the landscape (or region) as a basic spatial unit for studying human鄄nature interactions, providing a
holistic approaches to socio鄄ecological systems; 3) combine “ flow冶 in MFA with “ source冶 and “ sink冶 in landscape,
combine “stock or reservoir冶 with “patch冶, and “ flow or flux冶 with “ corridor冶, and transfer “material flow in system冶
into “material flow in space冶; 4) developing material flow observation, investigation and experiment in landscape, combine
subjective and objective data in a mechanistic method; 5) combine material flow of great amount with patch dynamic and
assess the environmental impact based on spatial variation; 6) combine MFA with other tools of sustainability assessment
like ecological footprint and sustainable livelihood, and providing implications for regional management. Based on “Patch鄄
Corridor鄄Matrix Model冶, “patch dynamics冶, “Hierarchy theory冶, as well as the “Hierarchical Patch Dynamic Paradigm
(HPDP)冶, spatial structure of regional material flow process is established and interpreted. Meanwhile, cognitive schemata
of regional material flow process is analyzed and compared from psychological and logical perspectives. For further
interpretation of the landscape orientation of regional MFA, multi鄄scale integrated assessment of material flow analysis,
spatial鄄temporal modeling of material flow process and spatial management of material flow process are discussed deeply. At
the end of this paper, regional MFA is further considered from a perspective of interdisciplinary, it concludes that rather
than reflects the competition between ecosystem ecology and landscape ecology, paradigm shift from system to landscape of
regional MFA solidifies the theoretical basis of MFA, and expands the research field of landscape ecology.
Key Words: material flow; industrial ecology; landscape ecology; spatial structure; cognitive schemata
摇 摇 物质流过程是考察系统属性的重要维度。 物质
流分析(MFA)是指在一定的时空范围内,关于特定
系统的物质通量和分布情况的系统测量和分析[1]。
以“黑箱假设冶为代表的系统思维作为一种简化途
径,极大地促进了国家尺度 MFA的标准化[2鄄5],却在
区域层面 MFA 的推进过程中显得捉襟见肘。 综述
研究现状我们不难发现,当前区域 MFA 在研究框
架、指标体系、数据集成和管理应用等方面都不同程
度地陷入了发展困境,而以“黑箱假设冶与“系统隐
喻冶为基础的产业生态学理论在区域 MFA中的应用
局限性不容忽视。 放眼生态学视域,本文旨在对区
域 MFA发展困境的理论根源展开深入分析,并对区
域 MFA的景观生态学取向加以探讨,以完善区域物
质流分析与管理的理论基础。
1摇 区域物质流分析的发展现状
MFA的基本思想可以追溯到 100 多年之前[6],
而后出现在多个研究领域[1,7]。 随着可持续发展理
念的深入,MFA 作为一种系统研究手段不断发展成
熟[8],集成了整体物质流分析( bulk鄄MFA)、材料流
分析(SFA) [9]、生命周期评价(LCA)等丰富的研究
内涵[10],并因客观、量化、简洁等优点而在全球、国
家、区域等不同层次的经济系统[7,11]和产业部门、工
业园区或企业个体广泛应用[12鄄13],进而成为循环经
济、生态效率、低碳社会等可持续发展理念的重要评
估手段。 近年来,在产业生态学学科框架下[14鄄15],国
家 MFA已实现标准化[2鄄5],中小尺度的 MFA 研究需
求凸显[16],区域层面的物质流、物质代谢[17鄄21]、资源
流[22鄄24]等研究成为 MFA 的重点与热点。 然而就研
究框架、指标体系、数据集成、管理应用等方面而言,
区域 MFA的推进还面临区域管理的诸多挑战,理论
基础依然薄弱。
(1)区域物质流分析的研究框架:国家层次的
MFA虽然开展较晚,但立足宏观经济学思想与经济
系统的黑箱假设建构了有效的研究框架,迅速积累
了丰富的案例研究[15,25];因此,虽然区域 MFA 的基
本思想可以追溯到更早的城市代谢概念[26鄄28],并与
生命周期评价(LCA)等研究方向相互交叉[14],但其
基本研究框架仍然被认为是国家层面 MFA 的黑箱
假设的延伸[16]。 就研究框架的发展现状而言,大部
分区域 MFA的研究案例都是以输入输出表、材料流
分析(SFA)、存量与流量模型( STAF)、区域动态模
型等传统研究框架为基础开展的[29鄄30],只有少量案
例对研究框架做了简单改进[16,31鄄32]。 能否超越黑箱
假设,建构有别于国家层面、基于区域以及城市特点
的研究框架是区域 MFA 能否满足区域管理实际需
求的关键问题[16]。
(2)区域物质流分析的指标体系:区域 MFA 的
1431摇 6期 摇 摇 摇 张晓刚摇 等:从系统到景观:区域物质流分析的景观取向 摇
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指标体系沿用国家 MFA 物质分类和指标设计两个
建构环节:物质分类方面,结合通量分析的直接与间
接的物质流过程(投入、输出、储存)对物质进行分
类,并将物质种类的聚焦整合于 SFA、LCA 等研究框
架;指标设计方面,则从输入指标、输出指标、消耗指
标、平衡指标、强度和效率指标、综合指数等指标类
别来针对边界过程和综合特征进行评估[7,33]。 总体
而言,当前区域 MFA的指标体系建构在现有研究框
架基础上已获得充分扩展,一些案例虽在此基础上
有所改进[16],但整体变动不大。 考虑到城市MFA内
部循环过程的复杂性和差异性,不同物质加和以及
隐藏流系数的采用等问题上还存在着简单假设[34],
在物质细分和指标综合的手段之外,指标体系如何
直接评估区域系统内部的物质流动细节仍然是区域
MFA的严峻挑战。
(3)区域物质流分析的数据集成:物质种类的多
样性和物质流过程的复杂性,使得区域 MFA 的实证
研究常常面临大量的数据获取工作[8,35]。 现有区域
MFA的数据集成综合自上而下和自下而上[9,36],定
点和跟踪模型[37鄄38]等多种数据获取方式,发展了
Excel、Gabi和 Umberto等数据分析平台[7],并有望进
一步拓展地质调查数据[39]等新的数据来源,以及地
理信息系统(GIS) [14]等数据分析技术。 2010 年 14
期第 5卷的《Journal of Industrial Ecology》“Environmental
Applications of Information & Communication Technology冶
专刊刊发多篇文章[40鄄41],全面展望了信息化时代产
业生态学的发展趋势。 将互联网等高新技术对接于
区域 MFA的数据获取和信息集成过程是当前区域
MFA的一个重要发展机遇。
(4)区域物质流分析的管理应用:区域 MFA 为
区域发展战略的制定提供了宝贵的定量依据[42]。
生态效率、循环经济、低碳社会等区域可持续发展理
念融合于区域 MFA指标体系的构建过程中,可以为
政府决策制定直接提供参考[43]。 然而从根本上讲,
指标层面的应用指向是一种宏观的评估,超越了区
域物质流过程真实环节与区域发展的具体机制。 国
外学者联系区域 MFA和土地利用变化、城市形态开
展的研究分析[44鄄46]尚未引起国内产业生态学和景观
生态学界的太多关注[47鄄48];另外一些整合 MFA 与人
文社会科学的研究工作[49鄄53]日益受到重视,而国内
只有刘凌轩等[54]建立的物质流管理时空轴模型对
这一思想有所反映。 如何从指标层面的宏观评估走
向机制性的考察研究,将研究成果内部落实到具体
的物质、空间、过程和主体[7鄄8],是区域 MFA 的应用
目标。
2摇 区域物质流分析的景观取向
2.1摇 区域 “系统冶的理论分析
理论是方法的基础,概念是理论的核心。 将区
域和城市等复杂对象划分社会、经济、自然 3 个维度
考查是开展宏观研究的重要策略,而这一策略下形
成的“社会鄄经济鄄自然复合生态系统冶则成为宏观生
态学研究最为重要的综合性概念[55]。 长期以来,将
自然生态系统与社会经济系统的类比与对比一直是
产业生态学重要的理论基础,企业、产业部门、产业
共生、产业生态系统从不同层面暗含生物体、种群、
群落以及生态系统的隐喻(图 1),而循环经济理念
则完全反映了社会经济系统对于自然生态系统的模
仿[56鄄59]。 由此看来,“系统冶是区域 MFA 的概念基
础,基于“系统冶概念构建研究框架并在区域 MFA中
贯彻自然生态系统研究范式也是理所当然。 进而区
域 MFA理论和方法论的最终完善也将依赖于区域
物质流过程复杂性的充分认识和“系统冶概念的深入
剖析。
然而事实上,不同于“生态系统冶概念的初创时
代[60],对于如今“系统冶概念的全面回顾必然涉及非
线性与复杂性科学的最新成果,即使是对“生态系
统冶的充分述评也常常要回溯到生态哲学的视域范
围。 由于这一问题的复杂和艰巨性,本文不能也不
必要对此展开全面阐述,但有必要概括一些框架式
的要点作为开展理论分析的基础:(1)非线性与复杂
性科学的研究,通常将对象划分为物质、生物、社会
层面;(2)根据 Laszlo的广义进化思想[61],从物理学
系统到化学系统、生态系统、再到文化系统是一个不
同组织水平之间的突变跃迁过程; (3)虽然生态学
通常被认为是一门反映整体论的学科,但其具体研
究和哲学层面都普遍存在着一种“秘密的还原论冶,
其中生态的系统化,以及“生态系统冶的滥用本身也
是一种认识论和本体论的双重还原[62鄄63]; (4)根据
生态学组织层次理论,生态系统在种群、群落层次之
上,包含生物生存的物质环境;景观在生态系统之
上,区域在景观之上[64];(5)关于人类是否属于生态
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系统的概念之中,一直存在争论[65]。 基于以上要
点,仿照杜思对可持续发展的系统分析手法[66],将
相关思想加以整合,并直观表现如图 1。
图 1摇 “产业生态学中的隐喻冶与“生态组织层次冶的图式
Fig.1摇 Schematic diagrams of metaphor in industrial ecology and ecological organization levels
摇 摇 由图 1 的图式对比可以清晰地看到,不同于现
有 MFA研究中将自然生态系统与社会经济系统看
作是区域层次下两个相异却平行的子系统,整合复
杂性科学、广义进化论的生态组织层次表明随着生
态系统、景观到区域层次的逐级上升,复杂性不断递
增。 由此,反观当前区域 MFA 乃至产业生态学的类
比逻辑和“系统冶理论本身,实际上是一种跨越景观
层次的系统化还原,和较低层次生态系统范式在较
高的区域层次研究中的借用。 这种还原与借用(或
者说隐喻)由于绕开了人类的感官世界而将自然科
学客观、量化和简洁的方法论特征赋予了 MFA,表现
出极强的可操作性,但其在逻辑与理论基础上的缺
陷却不容忽视[59,67鄄68]。 一方面,区域作为社会鄄经济鄄
自然复合生态系统,复杂程度远超自然生态系统,区
域系统化思维从生态系统层次直通区域层次虽然强
化了物质层面的特征,但却忽视了人类对于物质景
观的感知,以及由此进化而来的社会系统中独有的
制度、文化、风俗、习惯等因素的作用,弱化了区域物
质流过程的认知维度;另一方面,区域作为结构与功
能耦合的动态系统,与自然生态系统中的生产者、消
费者和分解者角色存在显著的结构差异,社会经济
系统与自然生态系统的简单类比逻辑虽然保留了系
统在功能层面的共性,但却忽视了物质流动驱动机
制的差异,以及人为活动有意塑造的景观异质性的
重要性,弱化了区域物质流过程的空间维度。 实际
上,循环经济理念所强调的社会经济系统与自然生
态系统相比的非闭环和流通途径过长等问题[7]恰恰
反映了两个系统在认知维度和空间维度的异构特
征,而景观层次的认知和空间维度往往是社会经济
系统得以构建的心理与结构基础。 因此,景观层次
应当成为建构区域 MFA研究框架的重要概念。
2.2摇 景观生态学原理的引入
但凡对生态学发展全局有所了解的人都无法否
认,在生态系统生态学以外,发端于人文地理学,整
合生态学与地理学概念基础的景观生态学已经发展
为宏观生态学领域另一个极端重要的研究分支[69]。
景观生态学十分强调空间格局、生态学过程与尺度
之间的相互作用,将人类活动与生态系统结构和功
能相整合是景观生态学的学科特点和研究优
势[69鄄70]。 景观生态学的“生态过程冶概念,不仅包含
地表空间的物质流动与循环,还集合了物种流、能量
流、信息流等不同的自然、人文过程[71鄄73]。 由此可
见,景观生态学原理不仅在概念上与区域 MFA 有所
交叉,其引入还将显著地拓展区域 MFA 概念框架的
认知和空间维度。
邬建国在阐述景观生态学对可持续性科学的潜
在贡献时,对景观生态学的学科优势做过简明的阐
述[74]。 综合这一阐述,如图 2 所示,也有理由相信
将景观生态学原理引入区域 MFA 改变单纯以“系
统冶概念为基础的解构取向具有显见的理论优势:
(1)将“生态系统冶与“区域冶之间的“景观冶层次引入
区域 MFA,强调了自然生态系统和社会经济系统的
结构差异,有助于促进区域物质流系统等级层次的
建构;(2)景观作为人鄄地交互的最小空间尺度,能够
保全环境鄄经济鄄社会系统的耦合关系[74],与多功能
景观、景观经济学等景观生态学最新研究领域[75]建
立联系;(3)MFA的流的概念与景观生态学的源、汇
概念[76]结合,将大量的物质存量和流量会以斑块、
3431摇 6期 摇 摇 摇 张晓刚摇 等:从系统到景观:区域物质流分析的景观取向 摇
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廊道等景观形式存在或被感知并向三维空间扩展,
使得原本无形的数量概念落实到了有形的空间实
体,将“系统中的物质流冶重构为 “时空中的物质
流冶;(4)在景观尺度,物质流动过程的行为机制更
容易考察,还可以开展针对性环境鄄社会鄄经济观测、
调查和实验,深入的剖析物质流动与社会行为机制
的相互关系,并开展主观与客观数据的集成分析;
(5)大量的物质流过程往往伴随景观动态,景观层次
的物质流分析,更有利于考察物质流过程中生态环
境效应的时空分异;(6)由于区域 MFA 社会维度和
空间维度的拓展,更有利于 MFA 与社会生态学研究
相结合,并与生态足迹、可持续生计[77]等其他区域
评价与分析方法开展机制和模型预测方面的结合,
为区域管理提供依据,促进区域可持续发展。
图 2摇 “系统冶与“景观冶:区域解构的两种取向
Fig.2摇 “System冶 and “Landscape冶: two orientations of regional decomposition
2.3摇 从系统到景观:区域物质流过程的空间结构
由于时间维度往往在社会系统中社会化、个性
化, 基于“系统冶思想对区域内部物质流过程时间维
度的解构,尽管可行但却并不完善。 相对而言,区域
内部物质贮存流动的空间结构则清晰容易辨识,可
以结合景观生态学原理对其加以解构。 纵览景观生
态学的理论和概念体系,将空间解构的具体理论锁
定在斑块鄄廊道鄄基质模式、斑块动态理论以及等级理
论(进一步介绍参见相关文献) [78鄄80]。
如图 3所示,基于等级斑块动态范式(HPDP)思
想[80],整合斑块鄄廊道鄄基质模式、斑块动态理论与等
级理论[81],对区域MFA的空间维度进行了解构。 其
要点包涵 6个方面:(1)区域被划分为区域、景观、斑
块、单体等 4 个层级,各个层级有若干空间单元,根
据特定的研究对象和目的,空间层级和空间单元还
可以在此基础上加以修饰;(2)不同层级看似是离散
的,但这只是逻辑概念上的离散,在真实世界中层级
之间的界面有时是模糊的 ,并且通过频繁的物
图 3摇 区域物质流过程的空间结构[81鄄82]
Fig.3摇 Spatial structure of regional material flow process
4431 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 34卷摇
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质、能量、信息流动联系在一起; (3)不同层级的物
质流动速率存在差异,表现为时间维度的时滞、延迟
等现象,层级跨越的能量消耗呈非线性变化; (4)层
级内部空间单元间的物质流动通过该层级的通道
(或是廊道、步道、管道)完成;不同层级的通道可以
通过节点连成一体,形成功能网络[82],物质流动又
形成超循环结构[83鄄84];(5)不同层级物质流动与贮
存对应于相应层级的景观动态过程;(6)本文的解构
实际上是二维地表空间的高维解构,空气流动、降
水、地质过程等三维空间中不受二维地表网络结构
约束的物质流过程,表现为层级间跳跃的物质流,使
巢式等级系统复杂化为非巢式等级系统。
2.4摇 从系统与景观:区域物质流过程的认知图式
景观生态原理的引入不仅有助于明晰区域 MFA
的空间结构,还将通过建构认知维度强化物质流过
程的机制性理解。 前已述及,产业生态学原理中系
统思想的借用(或者说是隐喻)由于绕开了人类的感
官世界而将自然科学客观、量化和简洁的方法论特
征赋予了社会经济系统的研究当中。 然而不同于自
然生态系统研究中观察者与被观察对象的分离关
系,社会经济系统中观察者常常是被观察对象的组
成部分,因此对于社会经济系统的观察结论常常与
观察者在社会系统中的位置有关,使得系统复杂性
不仅由系统内部多种多样的组份以及组份间复杂的
相互作用决定,而且受到观察者的理解、兴趣和能力
的影响[85鄄86]。 如果说在自然生态系统的研究过程当
中“黑箱假设冶是受制于研究者对于研究对象的认知
局限性的话,那么在包含观察者自身的社会经济系
统中的“黑箱假设冶则反映了研究者对于自身认知与
行为机制的漠视。 如图 4 所示,反映自然科学与抽
象思维取向的“系统冶思想作为一种“闭着眼睛的思
维冶,将社会经济系统类比为与自然生态系统相似的
客观考察对象,在剥离主观体验和形象思维的同时,
也超越了研究者以外社会公众认知与改造物质环境
的心理过程,因此永远无法揭示区域“黑箱冶内部普
通社会成员作用下物质流过程的真实机制。 而如图
4所示,在认识到“系统冶思想的认知局限性的基础
上,景观生态学取向下对于区域物质流过程的考察,
则更加强调生物体(人)之间通过视觉信息要素建构
的认知网络在区域物质流过程中的支配作用。 事实
上,区域物质流分析的景观生态学取向,是将研究的
关注点从物质流量的核算转向社会主体与物质流过
程的交互作用,以呼应认知科学的生态学转向[87],
在建构景观之间物质流过程的同时,强化了景观内
部人类与物质环境的耦合关系,为区域物质流过程
的机制性分析和管理发展了一种更具整合性的认知
图式。
图 4摇 “系统冶与“景观冶:区域物质流过程的两种认知图式
Fig. 4摇 “System冶 and “Landscape冶: two cognitive orientations of regional material flow process
3摇 讨论
通过以上的分析,简要说明了基于“景观冶概念
建构的区域 MFA取向是一个与传统 MFA 截然不同
的发展方向,然而受制于现有的研究条件,这一取向
还远未成为一种趋势。 结合当前区域 MFA 的最新
研究案例,从以下几个方面对区域 MFA 的景观取向
展开进一步探讨。
3.1摇 多尺度 MFA的综合研究框架
区域 MFA旨在考察区域物质流动过程,而这一
过程也是在区域各个主体行为作用下的空间过
程[7鄄8]。 通过建构区域 MFA 的景观取向,可以将原
本被视为“黑箱冶的区域系统划分为不同的空间层
级,将不同的空间层级划分为不同的空间单元,而不
5431摇 6期 摇 摇 摇 张晓刚摇 等:从系统到景观:区域物质流分析的景观取向 摇
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同的空间单元又对应特定的行为主体。 无论是城市
代谢研究、生命周期评价抑或工业园区的 MFA 都可
以进行空间化的解读,对应于单一层级单一单元的
几类主体、多层级多单元的几类主体或单一层级多
单元多主体的综合作用,也可根据所处的空间单元
的具体情况对环境影响进行量化评估。 事实上,针
对工业园区[36]、社区[88鄄89]、建筑单体[90鄄91] 以及家
庭[92鄄93]等小尺度的代谢研究都已出现,但发展程度
不一,其中尤以社区尺度的 MFA 研究案例最少,在
我国受到的关注最为缺乏[88];多层次综合研究在国
内外都不多见,仅在面向时间维度的“社会代谢的多
尺度综合评估 ( MSIASM)冶 [94鄄96] 框架下有所发
展[97鄄98],但针对小尺度 MFA 开展研究,还需根据层
次特点对该研究框架进一步完善。 就目前的趋势来
看,为了更好地理解区域内部的物质流过程,整合
MSIASM构建以景观(社区)为核心层次的多尺度综
合研究将成为当前区域 MFA的关键发展方向。
3.2摇 物质流动过程的时空集成研究
景观生态学的发展极大地得益于 3S 技术的完
善和普及[99鄄100]。 地理信息系统在 MFA 乃至产业生
态学领域已经有所应用,然而基于景观生态学原理
建构的区域 MFA研究取向,则通过认知与空间维度
的完善强化了区域 MFA基础理论的“信息化冶程度。
三维景观遥感技术[101鄄102]之于物质存量考察, 全球
定位系统(GPS)、物联网技术(IOT)之于定点、跟踪
模型[37鄄38] 都将发挥重要的作用。 特别是全新的
Web2.0时代,实时涌现的海量自发地理信息(VGI)
将为开展区域 MFA 提供源源不断的信息资源。 模
型研究是整体论的[103],囿于区域环境鄄经济系统的
复杂性[14,104],MFA 的建模研究发展滞后[7,105],然而
近几年以北京师范大学张妍、杨志峰为代表的学者
整合生态网络分析与城市代谢开展了十分有益的建
模研究[106鄄107]。 景观生态学理论引入区域 MFA,则
将有助于进一步整合空间模型,对区域物质流过程
开展全方位的模型考察。 相信在不远的未来,伴随
智慧城市(社区、建筑)以及感知中国的建设,海量的
物质流数据以及其他信息资源将整合于三维可视的
虚拟平台加以综合研究,进而成为开展区域和城市
物质流过程分析、预测和管理的基础。
3.3摇 物质流动过程的空间行为管理
尽管当前的区域物质流过程在竖直维度上的复
杂性不断增加,但考虑到当前的能量条件,地表景观
在可预见的未来都将是物质流动和贮存最为重要的
空间载体。 对地表景观物质流过程的管理和干预,
将有效地促进物质流过程的良性循环和合理分布,
从而最大限度地降低物质流过程的环境效应,增强
物质流过程的社会经济效益。 与传统区域 MFA 构
建综合性宏观评估指标或是生命周期评价中强调生
产者责任延长等管理应用取向不同,区域 MFA 的景
观取向将为区域管理提供更加全面的决策依据:(1)
社会经济的物质流过程的行为主体是人,其信息搜
集和决策过程受制于认知环境和思维能力,其行为
作用下的物质流动也有特定空间范围,区域 MFA 的
景观取向建立了物质空间流动和主体行为空间的联
系;(2)层级穿越对应正向物流与逆向物流过程,区
域 MFA空间层级的纵向联系(垂直结构)对应物质
流管理的组织模式[108],便于分割政府、企业、零售
商、消费者、第三方等主体管理责任;区域 MFA 空间
单元的横向联系(水平结构)对应物质流管理的运行
模式,便于优选固定式、分散式、柔性管理、网络管理
等具体运营形式;(3)结合人文社会科学开展研究,
空间范围与行为群体明确,责任认定与问题症结清
晰,对于决策制定的细节设计有重要价值;(4)基于
景观的区域 MFA研究,还将为城市规划与设计提供
科学依据[109鄄110]。
4摇 结语
生态环境问题的日益突出和可持续发展理念的
深入,带来了生态学的繁荣与混乱。 通过对物质对
象的关注,区域 MFA将为区域管理提供更加科学的
决策依据。 既有的产业生态学框架下,产业共生领
域的相对清晰和MFA研究的严重交叉[14],让我们轻
易联想到基础生态学中种群生态学范式与生态系统
生态学范式的鲜明对照[80]。 而将景观生态学原理
引入区域 MFA,则是希望用全新的视角来审视区域
物质流过程。 与其说从“系统冶取向转变为“景观冶
取向,是 “生态系统生态学范式冶和“景观生态学范
式冶在应用生态学层面的竞争,不如说是对区域MFA
理论基础的进一步完善。 然而学科的发展总是相互
促进的,也不应避讳,产业生态学在功能与物质研究
层面的优势正是当前以格局分析为主要研究范式的
景观生态学所欠缺的,探讨区域 MFA 的景观取向的
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另一个目的,在于融合景观生态学原理的同时,拓展
当前景观生态学的过程研究。
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叶生态学报曳圆园员源年征订启事
叶生态学报曳是由中国科学技术协会主管袁中国生态学学会尧中国科学院生态环境研究中心主办的生态学
高级专业学术期刊袁创刊于 员怨愿员年袁报道生态学领域前沿理论和原始创新性研究成果遥 坚持野百花齐放袁百家
争鸣冶的方针袁依靠和团结广大生态学科研工作者袁探索生态学奥秘袁为生态学基础理论研究搭建交流平台袁
促进生态学研究深入发展袁为我国培养和造就生态学科研人才和知识创新服务尧为国民经济建设和发展服务遥
叶生态学报曳主要报道生态学及各分支学科的重要基础理论和应用研究的原始创新性科研成果遥 特别欢
迎能反映现代生态学发展方向的优秀综述性文章曰研究简报曰生态学新理论尧新方法尧新技术介绍曰新书评价和
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