资源_环境与产业转型的复合生态管理

2003年2月系统工程理论与实践第2期　文章编号:100026788(2003)022*******资源、环境与产业转型的复合生态管理王如松(中国科学院生态环境研究中心,北京100085)摘要:　中国环境污染与生态破坏问题的症结在于管理问题,其实质是资源代谢在时间、空间尺度上的滞留或耗竭,系统耦合在结构、功能关系上的破碎和板结,社会行为在经济和生态管理上的冲突和失调Λ生态管理科学旨在运用系统工程的手段和生态学原理去探讨这类复合生态系统的动力学机制和控制论方法,协调人与自然、经济与环境、局部与整体间在时间、空间、数量、结构、序理间的系统耦合关系,使资源得以高效利用,人与自然高度和谐,环境经济持续发展Λ为解决国家、地区及部门重大生态环境问题提供决策支持、科学依据和管理方法Λ复合生态系统管理的热点是生态资产、生态健康和生态服务功能管理Λ应用生态管理学包括产业生态管理,城镇生态管理和区域生态管理Λ综述了当前国内外区域生命支持系统管理和产业转型的生态管理方法,如生命周期分析、生态足迹分析等Λ关键词:　资源;环境;生态管理;复合生态系统;区域;产业转型;生命周期评价;生态足迹中图分类号:　S24 文献标识码:　A In tegrative Eco2m anagem en t fo r R esou rce,Environm en t and Indu strial T ran sfo rm ati onW AN G R u2song(R esearch Center fo r Eco2environm ental Sciences,Ch inese A cadem y of Science,Beijing100085,Ch ina)Abstract:　T he eco2essence of environm ental po lluti on and eco logical deteri o rati on is the tempo ral andspatial stagnancy and exhausti on of resource input2output,the structural and functi onal fragm entati onand agglom erati on in system coup ling,and the conflicts and m echanis m lack ing in econom ic and eco logi2cal m anagem ent.Eco logical m anagem ent is to understand the dynam ics and cybernetics of the social2eco2nom ic2natural comp lex eco system,to coo rdinate the spatial,tempo ral,quantitative,structural andfuncti onal contexts betw een m an nature,developm ent and environm ent,parts and w ho le acco rding tothe app roach of system engineering and eco logical p rinci p les.T he key m ethodo logical issues are them anagem ent of eco2assets,eco2health and eco2service.W h ile the industrial,urban and regi onal eco2m anagem ent are the ho t issues in app lied eco logical m anagem ent.Som e m anagem ent app roaches fo r re2gi onal life suppo rt system m anagem ent and industrial transfo r m ati on are introduced,such as that of lifecycle assess m ent and eco2foo tp rint.Key words:　resource,environm ent,eco2m anagem ent;social2econom ic2natural comp lex eco system;re2gi on;industrial transfo r m ati on;life cycle assess m ent;eco2foo tp rint1　中国环境污染与生态破坏问题的症结在于管理问题世纪之交,世界社会经济格局正向着全球化(一体化、多元化)、信息化(经济生产与社会生活)和生态化(产业、景观、文化)方向演变Λ经历过一个世纪惊心动魄的政治动乱、军事纷争和经济危机以及长足的科技进步、经济腾飞和社会发展奇迹的中国,正面临着严峻的人口、资源和环境问题的挑战Λ强烈的现代化需求,密集的人类开发活动,大规模的基础设施建设和高物耗、高污染型的产业发展,给区域生态系统造收稿日期:2001202207资助项目:国家自然科学基金(39930040)成了强烈的生态胁迫效应Λ几乎所有早期工业化国家的环境污染和殖民地国家的生态破坏问题在一些地区都不同程度地存在Λ生态危机日益加剧Λ水体、大气、土壤和生境严重污染;环境事故、生态灾难、生态难民及自然灾害频率的不断增加;生物多样性、水源涵养能力、生态服务功能及生态系统健康的持续下降给人民身心健康、国家环境安全和经济的持续发展造成了严重的威胁Λ为此,国家不得不明令取缔、关闭和停产15类污染严重的乡镇工业Λ这些企业所蒙受的昂贵的经济损失宣告了传统的“先污染、后治理、先规模、后效益”的经济管理模式在20世纪90年代的中国不可行性Λ环境污染及其所造成的生态破坏是工业革命和殖民主义的副产品Λ随着大工业的发展,专业化分工越来越细,经济效益成为企业生产的唯一目标Λ企业从遍布全球的自然生态系统中无偿或低偿地索取资源,并将生产和消费过程中未被有效利用的大量副产品以污染物或废弃物的形式排出厂外,形成环境问题Λ其实质是资源代谢在时间、空间尺度上的滞留或耗竭,系统耦合在结构、功能关系上的破碎和板结,社会行为在经济和生态管理上的冲突和失调Λ人们只看到产业的物理过程,而忽视其生态过程;只重视产品的社会服务功能,而忽视其生态服务功能;只注意企业的经济成本而无视生态成本;只强调过程末端的环境管理而忽视系统功能的生态管理Λ社会的生产、生活与生态管理职能条块分割,以产量产值为主的政绩指标和短期行为,以及生态意识低下、管理方法落后的国民素质,是整体环境持续恶化的根本原因Λ“现代化”的发展目标往往集中于工程结构、经济过程及社会功效的管理,而忽视了对生态资产和生态服务功能的管理Λ人类社会是一类以自然生态系统为基础,人类行为为主导,物质、能量、信息、资金等经济流为命脉的社会2经济2自然复合生态系统Λ生态管理科学就是要运用系统工程的手段和生态学原理去探讨这类复合生态系统的动力学机制和控制论方法,协调人与自然、经济与环境、局部与整体间在时间、空间、数量、结构、序理上复杂的系统耦合关系,促进物质、能量、信息的高效利用,技术和自然的充分融合,人的创造力和生产力得到最大限度的发挥,生态系统功能和居民身心健康得到最大限度的保护,经济、自然和社会得以持续、健康的发展Λ生态管理的前身是20世纪六七十年代以末端治理为特征的对环境污染和生态破坏的应急环境管理Λ70年代末到80年代兴起的清洁生产,促进了环境污染管理向工艺流程管理过渡,通过对污染物最小排放的环境管理减轻环境的源头压力Λ90年代发展起来的产品生命周期分析和产业生态管理将不同部门和地区之间的资源开发、加工、流通、消费和废弃物再生过程进行系统组合,优化系统结构和资源利用的生态效率Λ90年代末兴起的系统生态管理旨在动员全社会的力量优化系统功能,变企业产品价值导向为社会服务功能导向,化环境行为为企业、政府、和民众的联合行为,将内部的技术、体制、文化与外部的资源、环境、政策融为一体,使资源得以高效利用,人与自然高度和谐、社会经济持续发展(表1)Λ生态管理将为解决国家、地区及部门重大生态环境问题提供决策支持,科学依据和管理方法Λ表1　生态管理的4个发展阶段阶段应急环境管理工艺流程管理产业生态管理系统生态管理管理理念被动响应内部整改部门调控系统综合管理方法末端治理过程控制结构耦合功能整合主要行动者环保部门生产部门行业和地区全社会优化目标最小污染最小排放最优结构最适功能管理对策污染防治清洁生产生态产业生态社区复合生态管理旨在倡导一种将决策方式从线性思维转向系统思维,生产方式从链式产业转向生态产业,生活方式从物质文明转向生态文明,思维方式从个体人转向生态人的方法论转型Λ通过复合生态管理将单一的生物环节、物理环节、经济环节和社会环节组装成一个有强生命力的生态系统,从技术革新、体制改革和行为诱导入手,调节系统的主导性与多样性,开放性与自主性,灵活性与稳定性,使生态学的竞争、621系统工程理论与实践2003年2月共生、再生和自生原理得到充分的体现,资源得以高效利用,人与自然高度和谐Λ2　复合生态管理的研究动态人类究竟是怎样影响区域环境和受环境所影响的?其后果如何?个人和社会怎样减缓和适应环境的这些变化?决策者针对这些变化所选取的政策如何影响现在和未来的社会、经济发展?这些都是目前国际社会对全球环境变化的人类影响研究的核心问题Λ随着社会对减缓和适应环境变化的压力的加大,要求科学界提供人类活动的生态影响机理和管理方法的呼声越来越高Λ为此,国际科联(I CSU )和国际社科联(ISSC )发起了有关全球环境变化研究的几个主要计划,其中与人类活动管理密切相关的有SCO PE 及I 2HD P 计划Λ国际科联环境问题科学委员会(SCO PE )正在开展的科学计划包括人文和自然资源管理,生态系统过程和生物多样性管理,健康与环境的生态安全管理等三大领域Λ全球环境变化的人类影响国际研究计划(简称I HD P )定义人类影响是“个人和社会对环境变化的影响方式和途径;受环境变化影响的程度和过程;以及减缓和适应环境变化的对策和行动”,并组织了以下四大科学领域的研究:1)土地利用管理与土地覆盖变化(LU CC );2)全球环境变化和人类安全管理(GECH S ),包括环境和人类安全的概念和理论框架;环境变化、资源利用和人类安全;人口、环境和人类安全;区域性环境胁迫和人类脆弱性的模型;环境安全的体制和政策建设;3)全球环境变化的体制因素(I D GEC );4)产业转型(IT ),包括宏观环境经济、激励与调控政策、生产、消费等四大研究方向以及转型过程、分析方法与工具、管理、监测与体制、、能源、食物、信息与通讯等7个研究领域Λ产业转型(IT )计划是其中最活跃的一组,过去一年中先后在世界各地召开了9次有关产业转型的区域性会议,并在此基础上制定了产业转型与人类影响的科学研究计划(V ellinga ,1999),提出了产业转型研究中与城市生态系统有关的一系列关键科学问题Λ该计划认为,为了满足世界人口增长的需要而可持续地利用环境资源,生产、生活、体制及行为方式的改变是必需的ΛIT 的目标是理解复杂的社会经济相互作用,辨识变化的动力学机制,探索能显著减少环境影响的发展途径ΛIT 研究就是要以产业为突破口,将生产者和消费者相关联,研究城市社会2经济2环境变化间的系统关系,及其与全球环境有关的系统变化,如水、交通、居住、食物、能源、物质利用、信息与通讯、金融服务、娱乐旅游等Λ其实质就是人类生态关系的系统研究Λ其内涵远远超过生产过程、效率或产品的“绿化”,或单个部门或行业的改造,它是一种系统创新(技术加体制);不能只靠单个行动者或单个部门,涉及大的地理尺度(跨国、跨洲)和时间及行业范围,要求多学科的系统研究Λ自维纳40年代提出生物控制论以来,系统科学方法论取得了长足的进步,但对于生命系统及社会经济系统,特别是人与自然复合生态系统,其控制论方法尚未找到有效的系统工具ΛP rigogine (1984)的耗散结构理论和H aken (1978)的协同学理论为社会经济系统和生态系统分析开辟了一个新的思路,但在具体应用上其定量分析方法却一直未取得突破性进展ΛE .L aszlo (1996)在其“世界之系统观”一书中指出,生命系统不同于传统物理系统,它有能力自我生长,自我发育,自我创造,并在变化的环境中适应开拓,持续发展ΛJ .G .M iller (1978)总结了19种不同尺度的生命系统的结构与功能Λ德国著名的生物控制论专家F .V ester (1981)总结出生物控制论的八条定律ΛH .T .O dum (1987)提出生态系统中的能值或火易的概念(e 2m ergy ),用于测度太阳能在生态系统不同营养层次中的累积效应和生态复杂性Λ作为对环境工程硬方法的一种革命,P .Check land (1981,1990)提出了Soft System s M ethodo logy ,它在定量与定性数据、主观与客观信息的结合上以及系统与环境间的适应性策略方面有了新的突破,其本质上是一种环境反馈式或认识进化式系统学习过程Λ但SS M 在软硬方法的接口上,特别是不同时、空、量、构、序的系统关系辨识和调控管理机制尚停留在经验性而非机理性探索上Λ自80年代初,马世骏、王如松(1984)提出社会2经济2自然复合生态系统理论和相应的生态规划方法以来,我国各类复合生态系统的应用研究及单项理论研究均取得了长足进展,但对复合生态系统管理的机理性研究一直是个薄弱节,特别是对以下几个问题尚缺深入、系统的探索:・复合生态系统的动力学机制是自然,是人还是二者的复合,怎样复合?・生态控制论的竞争(市场机制)、共生(社会主义)和自生(有中国特色的自力更生)机制是怎样相互作用的?怎样测度?721第2期资源、环境与产业转型的复合生态管理821系统工程理论与实践2003年2月・复合生态系统管理中怎样简化关系的复杂性?怎样从传统的量的测度转向序的测度?・针对复合生态系统发展在时、空、量、构、序上的不均匀性和与环境关系的协同进化性,其优化方法应采取怎样一种进化式策略?・区域资源环境的生态整合机制和生态安全管理方法;・人类活动胁迫下流域水资源、水环境、水灾害综合调控的复合生态管理方法;・产业转型和功能创新的生态管理方法Λ为此,各国复合生态系统管理特别注重区域各种自然生态因素,技术物理因素和社会文化因素耦合的等级性、异质性和多样性;注意城乡物质代谢过程、信息反馈过程和生态演替过程的健康程度;以及系统的经济生产、社会生活及自然调节功能的强弱和活力Λ其中生态资产、生态健康和生态服务功能是当前复合生态系统管理的热点Λ为此,几门可持续发展的应用生态管理学分支正逐渐形成:一是产业生态管理,研究工农业生产中资源、产品及废物的代谢规律和耦合调控方法,探讨促进资源的有效利用和环境的正面影响的管理手段Λ二是城镇生态管理,研究按生态学原理将城乡住宅、交通、基础设施及消费过程与自然生态系统融为一体,为居民提供适宜的人居环境(包括居室环境、交通环境和社区环境);三是区域生态管理,研究城镇及乡村生命支持系统的景观格局、风水过程、生态秩序、环境承载力及生态服务功能的管理等Λ四是生态资产管理,如水、能源、生物多样性的跨行业、跨地区、跨学科的系统综合管理等Λ3　区域资源2环境2经济的复合生态管理应当说,各级政府及社会各界近年来对环境问题给予了一定的重视和投入,全社会的环境意识比前些年有一定的提高,环境建设经费有所增加,城乡环境局部有所改善,但区域环境整体继续恶化、前途令人担忧的趋势改观并不明显Λ究其原因,一些地区和部门的环境管理重污染表象轻生态机理,重理化过程轻生态关联,重分析描述轻系统综合,重投入轻效率,重硬件轻软件,重盲目跟踪轻因地制宜,重技术科学轻管理科学的偏向不能不令人担忧Λ这里,关键在于缺乏良好的区域生态管理机制、方法与技术手段Λ西方发达国家经过两个多世纪的产业革命和社会发展,以掠夺殖民地生态资产为代价,实现了农业社会向工业社会、乡村社会向城市社会的过渡Λ我国既没有全球广阔的殖民地提供生态资产,也没有两个多世纪的时间跨度与资金积累去治理污染Λ西方发达国家高能耗、高投入的环境治理和管理模式是发展中国家所难以效仿的Λ沿海发达地区最近20年以来城镇经济发达、社会繁荣与区域环境污染、生态破坏的强烈反差警醒我们:中国环境管理不应跟在西方国家后面被动应战Λ应摸索出一条有中国特色的融中国传统文化与现代技术为一体的社会主义市场经济下的生态管理模式,开展一场技术、体制、行为及学术领域的革命Λ区域生态管理将从以物为中心转向以人为中心,空间尺度上要从点线管理转向重视区域和流域生态系统的管理,时间尺度上要重视对中跨度环境间接影响的管理,管理方法上要从表象型转向机理型,应急型转向预防型、消耗型转向效益型Λ开展跨地区、跨部门、跨学科的系统生态管理方法研究既是实施国家可持续发展战略、维护国家生态安全的急需,也是当前沿海发达地区环境整治的急需,更是西部大开发之急需Λ区域生命支持系统管理的一个关键科学问题是生态影响评价Λ常用的评价方法有:H.T.O dum提出的能值分析法(Em ergy A nalysis),环境毒理和化学学会(SETA C,1991)提出的物质代谢全过程的生命周期分析法(L ife Cycle A ssess m en t),F.V ester(1981)提出的基于反馈机制的生态控制论分析法(eco2cy2 bernetics),D aily(1997)等提出的生态系统服务功能和Co stanza等人(1997)提出的自然资产评价法,以及Bou lding等人(1970)提出的生态经济方法,W.R ees等(1994)提出的基于土地利用的生态足迹法(eco2 logical foo tp rin t),以及B artell(1992),Su ter等(1993)的生态风险分析法,前景展望法(Scenari o,包括趋势外推,目标反演,替代方案和对照遴选等)Λ它们分别从能流、物流、信息流、资金流以及空间、时间尺度上评价和分析人类活动影响下的生态过程Λ面对还原论与整体论,物理学与生态学,经济学与环境学,工程学与生物学的矛盾,生态管理研究的方法论正在面临一场新的革命:从过程的量化走向关系的序化;从数学优化走向生态进化;从人工智能走向生态智能Λ人们通过测度城市复合生态系统的关系、过程、结构与功能去辨识系统的时(届际、代际、世际)、空(地域、流域、区域)、量(各种物质、能量代谢过程)、构(产业、体制、景观)及序(竞争、共生与自生序)的生态持续能力ΛR ees 和W ackernagel (1994)探讨了自然资本占用的空间测度问题,提出了生态足迹(eco logical foo t 2p rin t )的概念Λ生态足迹被定义为在现有技术条件下,按空间面积计量的支持一个特定地区的经济和人口的物质、能源消费和废弃物处理所要求的土地和水等自然资本的数量Λ他们最早估计了典型城市工业区(人口大于300人 km 2)要占用比其所包含的区域面积大10-20倍的土地(包括水域)面积,由此外推,人类的物质需求现在已超过了地球的承载力Λ受他们的先驱工作的推动,国际上一些生态经济学家也开始从事这方面的研究ΛL asson 等估计了哥仑比亚加勒比海沿岸地区半密集的养虾农场的发展对生态系统支持的占用,它占用了比农场大35-190倍的地表面积,大约80%所需的养虾饲料来源于农场外的自然生态系统ΛCarl Fo lke 等估计了北欧波罗地海地区和全球城市发展的生态足迹,研究表明,波罗地海地区的29个大城市因对自然资本的消费占用了比该地区的城市面积大565-1130倍的自然生态系统面积Λ全球774个大城市(人口占全球的20%)因海产品消费占用了25%的全球可得到的具有生产力的海洋生态系统面积Λ同时,为降低这些城市的温室效应,需要比作为碳库的全球10%还多的森林面积来吸收CO 2ΛM .W ackernagel 等在他们早期工作的基础上,完成了52个国家(占全球人口的80%)1992年的生态足迹研究报告,他们的报告表明,在1992年,人类过度使用了全球当年所生产的自然资本总量的大约1 3强ΛJeroen 等关于这一概念及其方法作了详细的评述,对该方法中的不足之处,如所使用的累加办法、权重确定、矿物能土地概念、自然资本贸易在生态足迹计算中的特殊意义、不同地区土地的生物生产力的差异对生态足迹计算值的影响、生态足迹分析对区域政策和公众行动的实际意义等等作了中肯的批评,提出了一些建设性的建议或改进意见Λ复合生态系统的生存与发展取决于其生命支持系统的活力,包括区域生态基础设施(光、热、水、气候、土壤、生物)的承载能力及生态服务功能的强弱,城乡物质代谢链的闭合与滞竭程度,以及景观生态的时空量构序的整合性Λ马世骏、王如松于1984年提出城市是一类以人类的技术和社会行为为主导,生态代谢过程为经络,受自然生命支持系统所供养的“社会2经济2自然复合生态系统”Λ复合生态系统可持续能力的维系有赖于对其环境、经济、社会和文化因子间复杂的人类生态关系的深刻理解、综合规划及系统管理Λ从中国几千年传统的人类生态哲学中可以总结出10条生态控制论原理[2]Λ它们可以归结为三条原则:一是对有效资源及可利用的生态位的竞争或效率原则;二是人与自然之间、不同人类活动间以及个体与整体间的共生或公平性原则;三是通过循环再生与自组织行为维持系统结构、功能和过程稳定的自生或生命力原则Λ三者的有机结合才能推进有中国特色的(自生),社会主义(共生)市场经济(竞争)条件下的城乡可持续发展ΛT ayler (1998)提出复合生态系统设计的四因子模型:功能、结构、行为和内部关系Λ它们通过能流、物流、生境、群落演替、营养结构及纵横等级关系变化等生态过程影响社会的形态(多样性、耦合度及复杂性)Λ美国巴尔的摩与凤凰城城市生态系统研究是美国自然科学基金支持的21个长期生态系统定位站中的两个Λ主要就集中在对城镇生命支持系统这些复杂的生态关系的探索上Λ其研究周期至少20年Λ第1期6年,基金委资助额度各为430万美元,地方政府配套多于此额度的启动资金Λ由马里兰大学等单位承担的马尔的摩城市生态研究主要基于城市是一类社会、经济、自然生态及物理因素相互关联的人类复合生态系统的理念Λ其主要科学问题是:1)各种社会、经济、生态因子是怎样相互关联,城市空间结构和时间过程是怎样演变的,即自然生态条件怎样影响土地利用决策以及生态系统对人类活动的响应和反馈又怎样改变未来的土地利用决策;2)城市能流、物流、资金流、人口流的规律和动态变化过程及其生态管理的方法;3)怎样发展和运用生态理论与方法改善城市环境管理,减少对区域和流域环境的影响Λ初步研究结果表明,城市生态系统的社会、经济和自然生态格局控制着其生态功能,特别是水文、生物和社会经济的多样性和异质性,区域生态系统管理可以促进和推动科学、人文及环境教育,并对城市和区域环境保育产生积极作用Λ围绕当前困扰城乡各级部门的环境问题、交通问题和生活质量问题,生态管理研究聚集在物质代谢(M etabo lis m )管理、交通(M ob ility )管理和城乡生态关系维护(M ain tenance )的管理这3M 目标上;方法集中在影响评价(I m pact assess m en t ),关系整合(In teracti on syn thesis )和体制调控(In stitu ti onal regu la 2ti on )的3I 方法上;通过加强指标测度(M easu ring ),动态监控(M on ito ring )及系统模拟(M odeling )强化921第2期资源、环境与产业转型的复合生态管理。