【文章精选】邓楚雄 等 | 生态修复背景下流域国土空间韧性研究思路
1.1 流域国土空间特征
流域国土空间是以土地为空间载体和作用界面，由所处的社会和生态环境相互作用形成的具有多样性、交互性、复杂性的社会—生态系统。目前土地系统科学不仅关注人地相互作用而导致的土地系统变化，也包括其提供广泛的生态系统服务。流域首先与其他社会—生态系统一样，具有系统要素关联性和功能复合性，存在着“要素—结构—功能”变化传导的因果链，其复合生态系统提供了水源涵养、水土保持、生物多样性维持等多样化的生态系统服务。其次，流域具有水资源主导的环境梯度性，流域社会—生态系统要素是由水这一共同的生物物理成分结合在一起，并沿一定的梯度方向流动，其社会经济的发展也围绕这一梯度分布，并严重依赖于水资源，这也是流域区别与其他社会—生态系统的重要特征。最后，生态系统服务供需的空间错位性是流域国土空间又一关键特征，这主要是由于一般情况下流域生态系统服务需求往往集中于下游地区，而生态系统服务的供给富集区则主要分布于中上游地区。从这个意义上讲，流域国土空间生态修复需立足于上中下游的统筹，并考虑这种客观的供需空间错位带来的关联传导效应和福祉竞争矛盾。
1.2 韧性理论与流域国土空间生态修复需求的契合性
在生态修复背景下，修复遭受退化或破坏的生态系统并提升流域国土空间的生态功能是重要目标。从韧性理论中的系统思维、快慢变量反馈、稳健性和冗余性、连通性、学习适应、参与和多中心治理、预测性等关键原则，契合了流域国土空间生态修复的生态风险应对性、要素治理系统性、干扰机理明晰性、多主体参与性、空间配置合理性和生态功能可持续性等要求（图1）。将韧性理论应用于流域国土空间生态修复的优势主要体现在：首先，鉴于流域在我国国土空间中的重要性，其生态修复的实质是生态风险应对和空间管理的转型，如何识别并量化自然和人类活动因素对生态系统动力学的具体贡献仍面临困难，而基于干扰生态学的韧性理念可以在识别和衡量压力源、系统要素流动与响应机理等方面提供借鉴，以弥补流域生态系统退化机制认识的薄弱环节。其次，目前生态修复的参照选择以及时效性、生态抗逆性和累积性等效应评价和长期适应性管理仍缺少科学依据和理论参考，韧性研究中的适应性循环和阈值思维可为选择生态修复时机和衡量生态修复成效提供支撑。最后，流域国土空间生态修复的主体认知惯性、多主体参与的响应以及技术和部门的协同机制尚未建立，而韧性理念注重多主体的网络治理以及系统的自我学习适应。鉴于此，本文参考相关研究，提出了生态修复背景下流域国土空间韧性的概念，即流域国土空间社会—生态系统在受到自然和人类活动干扰时维持其空间结构和功能稳定的抵抗能力、恢复能力以及未来适应能力。
本文基于功能视角将社会、生态因素进一步拆分，确定流域国土空间韧性需考虑的因子包括基础因子、发展因子、主体因子、距离因子、新型因子和功能因子。其依据在于：流域生态系统由多个参数变量和状态变量组成，其交互作用使系统表现出自组织现象，也即基础因子，这是决定流域国土空间抵抗力的基础。发展因子主要是指影响流域国土空间变化的主要社会经济因素，包含人类为了发展获取生态系统服务及在此基础上形成的社会经济空间属性特征。发展驱动主要通过主体行为和社会经济活动的位置来影响流域国土空间状态，将这类因素划分为主体因子和距离因子。根据对流域国土空间韧性的定义，不仅要识别流域生态系统退化机理，还需关注未来生态状态的趋势，因此，必须把新变化因子考虑在内，以应对未来冲击和适应性管理的需要，如生态修复、人口流动、气候变化、制度变更等。功能因子反映的是在上述因子综合作用下流域内单一或整体系统的生态质量，这是衡量流域国土空间生态修复成效的重要标志。基于上述逻辑划分因子的优势在于，保证系统在面对扰动时快速识别影响因素，以增强系统面临扰动时在若干解决方案中选择的主动。
流域社会—生态系统的动态性、复杂性和不确定性决定了构建一个通用的、可操作的韧性框架或采取一种描述衡量跨系统韧性的通用方法是比较困难的，因此，要理解或度量韧性需确定“什么对什么的韧性？”基于此，首先需识别系统关键要素，正是这些关键要素决定着流域国土空间的可持续发展能力。基于土地系统科学视角，流域国土空间可划分为土地生态亚系统和社会经济亚系统。一方面，土地系统科学视角下的“土地系统”是一个基于“土地”的资源系统，是各要素及其与人类社会经济活动相互作用的重要界面，因此流域土地生态系统主要包含以水为核心的土壤、生物和大气等要生态要素集。另一方面，土地系统科学的核心内容和显著特征是调整人地关系及其之上的人与人开展土地利用活动的关系，这是与其他研究人地关系的学科最明显的区别，因此，社会经济亚系统主要包含以人为核心的社会、经济和文化子系统。在明确关键系统要素的基础上，需进一步量化由于外部干扰引起的要素变化幅度、速率和持续时间，其中包括非生物和生物过程的持续变化。
其次，基于景观生态理论，系统空间韧性取决于韧性节点（栖息地、斑块或种群）的分布及其关联，也即系统的网络结构特征，那么对于干扰的测度则不仅要考虑要素的规模，还需考虑承载要素的基本生态单元—斑块，不同空间斑块承载的要素在干扰驱动下进行能量流动和物质交换。因此，引入生态系统服务流来量化这种流动。生态系统服务被定义为人类从生态系统中获得的受益，一般认为并非所有生态系统服务都可以就地消费，必然发生从供给区到受益区的空间位移，其过程与路径依赖于自然和社会经济驱动，由此产生了生态系统服务流的概念，即在自然和人为因素的驱动下，生态系统服务从供给区到受益区的时空转移。需强调的是，流域国土空间生态修复并非单纯追求生态系统服务潜在供给的增长，还包含人类生态福祉的提升，而前者是后者的基础。生态系统服务的复合性及交互性、时空不均衡性以及不同利益主体偏好的动态选择性带来生态系统服务之间的权衡，流域国土空间生态修复就是在社会—生态系统网络博弈过程中，实现生态要素转化为生态福祉。
最后，流域国土空间韧性对于干扰的响应并非都是突变或渐进的，许多子系统的反应是高度非线性，只有达到临界点才会引起系统的变化，但是当突破这个临界点时，就会进入难以恢复的状态。术语“安全工作空间”将管理地球生态系统的问题框定在可接受水平或“边界”内，借鉴这一思想，将流域总体韧性标识为绿色、橙色和红色三种状态。根据人类活动对于生态系统的不同干扰和影响程度，流域国土空间生态修复可划分为生态恢复、生态整治和生态重建三种类型。一方面需要根据不同功能安全状态采取相应的生态修复措施，如生态整治适用于橙色状态，生态重建适用于红色状态，而生态恢复适用于绿色状态。另一方面，无论是生态整治还是生态重建，其目的在于激发流域生态系统的自组织性，即自然做功，推动橙色和红色功能状态转向生态系统稳健和可持续的绿色状态。基于上述分析，并结合“要素—过程—格局—服务”的逻辑，整合景观生态及生态系统服务流的研究，构建了流域国土空间韧性研究框架（图3）。
4.1 关键机制
韧性作为干扰—响应的框架，大体包含抵抗、恢复和重组三个阶段，每个阶段都有不同的作用机制。基于构建的流域国土空间韧性研究框架，首先需确定流域国土空间韧性遵循的关键原则：（1）系统面临干扰的稳健性和冗余性，即不改变稳定状态的下承受干扰的自组织能力以及面临干扰寻求相同或相似功能的替代要素或路径的能力；（2）连通性即流域系统内部和系统间的物质或能量流动；（3）快慢变量干扰及反馈，即流域国土空间受快慢变量及它们之间反馈的影响；（4）治理网络的协同性，流域社会—生态系统本质上是一个复杂要素交互的网络，而韧性的提升同样需要涉及流域要素和主体的系统协作；（5）适应性即系统应对未来变化的学习能力和适应能力。
根据上述原则，在流域国土空间韧性的研究中需揭示以下关键机制：（1）自组织机制，其在塑造生态系统持久性和抵抗日益增加的人为应激源方面具有普遍重要性，主要是指流域各要素生态承载能力的空间异质性，这是构成流域国土空间韧性的基础，还包含在面临干扰后的系统及各要素的动态损耗或盈余状态；（2）失配机制，主要指流域土地生态亚系统在面对社会经济亚系统发展需求和冲击时的变化机理。物理上的异质性是流域生态系统功能的强大驱动力，但是当生态容量与社会经济发展需求量存在严重错配时，就会引发过度的资源消耗和生态退化。同时需要界定干扰边界，即明确系统在什么时空尺度受多大程度的影响；（3）崩溃（干扰）机制，适度的变化和干扰是系统运行和更新的必要条件，但当干扰程度超过了系统的承受能力就会进入脆弱或崩溃状态，因此，干扰规模和程度以及系统固有的韧性决定了流域国土空间系统的自我修复程度。现实中真实崩溃的系统往往并不存在，基于韧性视角开展系统干扰的研究时常采用阈值思维，这隐含了崩溃内涵，其目的在于将系统控制在安全运行状态内。只有明晰系统生态退化机理如何发生，才能更好地实施生态修复，这也是明确崩溃机制的重要所在；（4）网络协同机制，即流域受到干扰后系统要素和主体行为的响应协同性，如何做到社会-生态网络的空间协同将决定流域国土空间生态系统恢复的整体效益；（5）未来演化的不确定机制，主要是指干扰因素的未来变化以及当前模式和过程对干扰事件和路径的依赖程度。
4.2 流域国土空间韧性的重要研究方向
（1）基于适应性循环理论的流域韧性评价
针对自组织机制，需要对流域国土空间整体及关键子系统的状态进行判断。由于流域系统只能通过统一调整才能适应，没有一个明确的参照点就难以衡量变化，系统轨迹的演化或许可以提供这样一个参照点。但现有研究中往往忽视了人类社会经济与国土空间长期交互的“适应性”状态。因此，在开展流域国土空间韧性评价时，一方面要注重土地生态和社会经济亚系统的系统耦合评价，既要考虑过去的社会—生态共同进化，也要关注正在进化的社会—生态系统对流域自组织的激发和恢复创造的条件，如生态修复技术的提升、主体生态适应能力的增强等。其中重点是对关键子系统要素的功能退化轨迹进行准确的识别。另一方面，需明确流域功能状态由绿色转为橙色和红色的临界点，这可以为流域国土空间生态修复的时间选择提供恰当的“机会窗口”。借鉴韧性理论中的适应性周期循环，其分为快速开发阶段、保护阶段、释放（崩溃）阶段以及重组阶段，通过对关键子系统及流域整体功能演化轨迹的分析，可为揭示干扰—响应动力机制进而确定转型时机提供有利参考。
（2）界定流域国土空间韧性的尺度依赖
揭示失配机制需要首先明确韧性的尺度依赖。流域国土空间的复杂、动态演化决定了只有当时间和空间尺度被定义时，讨论韧性才有意义。由于干扰事件的响应取决于过去干扰事件的空间和时间分布，那么定义干扰事件的尺度依赖成为关键，即关注干扰带来的系统变化维度和空间尺度。干扰事件的空间传播会导致低或高的系统阈值波动，也会引发资源要素的空间移动，依据脉冲动力学，有三个尺度是显而易见的即单个干扰事件的时空尺度，景观斑块尺度以及生物地理尺度。其次，流域韧性的变化也与来自微观层面的主体行为和系统要素间的相互作用密切相关，因此，需量化主体因子、距离因子与系统要素的空间互馈效应。此外，鉴于流域以水资源主导的环境梯度特征，尤其要关注远程耦合的社会—生态系统，它不仅以“发送”和“接收”系统为特征，而且可能对其他地方的“溢出”系统产生意想不到的负面影响，而缺乏这一考量可能导致流域国土空间生态修复的负面影响被忽视。
（3）基于阈值视角的韧性机理阐释
韧性概念隐含着生态系统可以缓冲多大程度的干扰，崩溃机制的揭示需要对系统面临干扰发生转换的关键阈值有清晰的理解。HOLLING等认为阈值是系统从一种平衡状态“翻转”到另一种平衡状态的点。因此，只有在回环条件合适的情况下，才能开始下一个利用阶段。如果缺乏合适的条件，生态系统可能会“翻转”并转移到另一个阶段，而在此阶段它将不再产生以前水平的功能和服务。因此，首先要定义转型状态，即前述的崩溃状态。这需要将崩溃过程与关键系统（要素）的结构联系起来，并明确比较可供选择的崩溃假设和模型。只有当关键系统（要素）的状态持续下降并造成社会生态资本的重大损失时，阈值的转型条件才会显现。另外，还需确定阈值的类型，在生态修复背景下，将流域国土空间韧性的关键阈值划分为规模阈值、构型阈值和功能阈值。首先，生态系统服务的供需错配和失衡是导致流域生态系统退化的主要原因，因此需要确定流域国土空间提供生态系统服务规模的潜力；其次，需关注要素的结构特征，这是由于要素提供的功能不是由系统要素的一致性所驱动的，而是由它们空间尺度上的分布所驱动的，单一尺度上功能的丧失并不一定会降低系统的韧性，因此需要从流域系统角度确定构型阈值。最后，虽然生态系统功能修复是流域国土空间优化的重要目标，但一味追求“恢复”生态系统，使其回到低效能自然平衡状态也是不可取的，因此需要界定功能阈值。如何实现三个阈值的相互促进和约束是提升流域国土空间韧性的重要目标。要指出的是阈值的测度往往需要结合干扰因素的正负反馈效应及空间差异程度来确定，基于阈值视角的韧性测度不能仅停留在数值上，还需根据阈值确定的机理过程进行修正，换言之，就是在充分理解崩溃或退化机制的基础上，才能为流域国土空间生态修复提供科学依据。
（4）量化关键主体行为的参与响应
网络协同机制的揭示需要量化关键主体行为的参与响应。流域国土空间韧性受到外部干扰和内部动力的共同影响，外部干扰被定义为系统承受冲击，而内部动力包括主体间的学习和合作，内部机制可以提高系统从外部冲击中恢复的能力，这也是明晰流域关键主体行为的参与响应机理的意义所在。为此，需要将主体行为与空间韧性进行有效的耦合，一方面需要采取有效、系统的途径将不同利益主体认知及社会经济需求纳入国土空间优化，明确各利益相关者行为在流域国土空间韧性演化不同参与阶段的重要程度，揭示参与者与系统要素交互作用的动态变化机制。另一方面，需建立国土空间生态修复主体行为与空间韧性的耦合模型，综合考虑人类福祉最大化、政策及相关利益者的随机性，并基于真实的空间特定数据进行参数化或验证，量化潜在的环境和管理反馈。
（5）基于复合情景的韧性预测
对流域系统的动态理解和预测可为应对未来的干扰冲击提供参考。由于生态系统固有的复杂性以及干扰的不确定性，特别是极端干扰事件概率的增加，导致流域国土空间韧性的预测面临较大的困难，不同情景的模拟和预测一定程度上可为应对不确定性提供借鉴。目前情景设置大致可分为发展情景、气候变化情景和生态修复情景等。发展情景如经济快速发展、生态保护及综合发展情景等；气候变化情景主要考虑气候变化的影响；生态修复情景主要是基于不同生态修复措施对流域国土空间的影响，如设置化肥减量、河岸缓冲带、退耕还林和综合修复等。国土空间生态修复的系统性与可持续性的需求，决定了情景设定必须着眼于可理解且易于权衡管理的备选方案集，基于这一原则，采用复合情景可以为上述权衡提供更好的参考依据，如可设置为历史趋势情景、国家规划情景、气候变化情景、系统生态功能提升情景等。其主要目标在于将不同权衡愿景与纳入未来预测不确定性的数字模型相结合，形成兼具刚性约束和弹性管控的流域国土空间优化方案，从而为生态修复的开展与效应评价提供更科学和更具操作性的参考。
目前，我国流域国土空间开发进入保护与修复的转型阶段，高强度的人类活动干扰叠加气候变化的风险，使其生态安全已经逼近或接近生态承载的上限。如何在揭示流域生态系统变化和退化机理的基础上，实现既治标又治本，以及如何在生态风险持续加剧的背景下实现流域国土空间的适应性管理，是引入韧性的理论和现实依据。立足土地系统科学，并结合韧性理论的国土空间韧性机理阐释是流域国土空间生态修复的重要基础。从上述逻辑出发，本文在界定流域国土空间韧性内涵的基础上，提出了流域国土空间韧性需考虑的因素、研究框架、关键机制和重要研究方向。谋合了流域国土空间生态修复的风险应对性、要素治理系统性和功能可持续性等要求，可为统筹流域国土空间生态要素系统修复、揭示生态修复机理、评估恢复程度，进而实现流域社会—生态系统的协同优化提供理论参考和思路借鉴。
朱从谋 等 | 国土空间治理内涵及实现路径——基于“要素-结构-功能-价值”视角
（本文责编：陈美景；网络编辑：曾 爽）