地球科学进展, 2019, 34(7): 765-777 DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2019.07.0765

研究简报

基于文献计量学的社会—生态系统恢复力研究进展

刘小茜,1,2, 裴韬,2, 舒华2, 高锡章2

1. 北京联合大学应用文理学院城市科学系,北京 100191

2. 中国科学院地理科学与资源研究所资源与 环境信息系统国家重点实验室,北京 100101

A Bibliometric Investigation of Research on Social-Ecological System Resilience

Liu Xiaoqian,1,2, Pei Tao,2, Shu Hua2, Gao Xizhang2

1. College of Arts and Science of Beijing Union University, Beijing 100191, China

2. Institute of Geographic Sciences and Natural Resources Research, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100101, China

通讯作者: 裴韬(1972-),男,江苏扬州人,研究员,主要从事空间数据挖掘和空间信息统计等方面的研究. E-mail:peit@lreis.ac.cn

收稿日期: 2019-03-26   修回日期: 2019-05-27   网络出版日期: 2019-07-26

基金资助: 国家自然科学基金项目“特大城市群地区城镇化与生态环境交互耦合决策支持系统研发”.  41590845
对策优化模型”.  41877523

Corresponding authors: Pei Tao(1972-), male, Yangzhou City, Jiangsu Province, Professor. Research areas include spatial data mining and spatial information statics. E-mail:peit@lreis.ac.cn

Received: 2019-03-26   Revised: 2019-05-27   Online: 2019-07-26

作者简介 About authors

刘小茜(1984-),女,内蒙古赤峰人,讲师,主要从事系统动力学仿真和景观生态评价等方面的研究.E-mail:liuxq@lreis.ac.cn

LiuXiaoqian(1984-),female,ChifengCity,InnerMongoliaAutonomousRegion,Lecturer.Researchareasincludesystemdynamicmodelingandlandscapeecology.E-mail:liuxq@lreis.ac.cn

摘要

采用文献计量学方法,运用CiteSpace和TDA等引文分析及可视化工具,对国内外“社会—生态系统恢复力”相关研究论文进行分析。构建检索式,得到1900—2017年WOS(Web of Science)期刊论文共10 315篇,对研究态势及热点进行梳理和分析。结果发现,系统恢复力研究可归纳为5个基本理论问题,即内涵、变化诱因、空间尺度、研究对象及响应措施。自1973年提出,该理论发展了近45年,借助知识图谱分析发现,形成了三大研究主题领域:内涵与理论、诱因与方法、适应与管理。分析研究热点时序演化发现,近20年来,以气候变化为诱因、以生态系统为对象的研究形成了最为完备的理论和方法体系;近10年来,社区和城市尺度的研究发展迅速成为热点;近5年来,社会学习和知识传播等适应对策得到关注。深化对同质社会经济单元的研究,开展案例研究与实地观测、实验和建模方法的融合是未来研究的重点。

关键词: 恢复力 ; 社会—生态系统 ; 文献计量学 ; 适应性管理 ; 共现关系分析

Abstract

The notion of Resilience of Social-Ecological Systems (ReSES) in balancing and sustaining development are increasingly breeding more multidisciplinary attentions from world scientists and government managers. However, with the tremendous growing in theoretical system, certain problems hinder the integration of theory and practice, such as the low degree of research recognition, lacking of unified paradigm, unevenly development of research topics, etc. Thus, it is an urgent need to sort out the construction, source and development in theory, and its gaps with practices. To identify the hotspot in current research, including the fundamental theories and methods, current focus and future trends, a bibliometric analysis integrating Citespace and TDA tools were made. Using searching queries on “system resilience”, 10 315 articles in Web of Science database were retrieved. Then, a series of contents were examined on these publications, including: topics division on co-occurrence network of keywords; journal and co-citation analysis of highly cited papers; trends by keyword burst analysis; changing of high-frequency categories and keywords. Several findings were achieved through scientometric analysis. Firstly, research on system resilience were summarized into five basic theoretical issues, namely, research objects, changes incentives, spatial and temporal scale, and adaptive measures. Secondly, by analyzing the knowledge atlas, it is found that the theory has developed for nearly 45 years since 1973. In the past 20 years, ecosystem resilience driven by climate changes has been one of the earliest and consistent research topics, and formed a well-developed theoretical framework. Over the past ten years, research on the system resilience on community and urban scale has rapidly become a hot topic. In the past five years, adaptation strategies such as social learning and knowledge dissemination have attracted increasing attentions. Overall, improving system simulation and scenario based adaptive management analysis can build the bridge of theoretical research and adaptive management practice.

Keywords: Resilience ; Social-ecological system ; Bibliometric study ; Adaptive management ; Co-occurrence analysis.

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本文引用格式

刘小茜, 裴韬, 舒华, 高锡章. 基于文献计量学的社会—生态系统恢复力研究进展. 地球科学进展[J], 2019, 34(7): 765-777 DOI:10.11867/j.issn.1001-8166.2019.07.0765

Liu Xiaoqian, Pei Tao, Shu Hua, Gao Xizhang. A Bibliometric Investigation of Research on Social-Ecological System Resilience. Advances in Earth Science[J], 2019, 34(7): 765-777 DOI:10.11867/j.issn.1001-8166.2019.07.0765

1 引 言

恢复力(Resilience)是衡量系统稳定性能的指标,又称为弹性/韧性。这一概念最早起源于机械力学和物理学,而后引入到生态学和地理学领域。1973年,Holling[1,2]从非线性和系统论的角度出发,将恢复力定义为系统的属性,是指“一个系统消化干扰,在应对变化时进行再组织,基本保证系统正常的功能、结构、特征和反馈效应的能力”。随着社会—生态系统应对外界干扰的响应规律及其对系统稳定态的反馈作用日益受到学界关注,社会—生态系统恢复力(Resilience of Social-Ecological System, ReSES)的理论应运而生[3,4]

恢复力是继脆弱性、风险、适应性和系统动态性之后的一个概念,具有很强的综合性,强调了系统的整体性、层次性和动态性[5,6,7,8,9]。该理论发展近20年来,理论体系日渐庞大,与管理学、生态学、工程物理等学科形成交叉,产生了多种研究主题和研究对象,也由此产生了一定的研究瓶颈。一方面,ReSES因其研究对象的差异分化为多种类型,当前的综述类文章往往仅关注于某一个类型,如针对城市恢复力[10]、灾害恢复力[11]、工程恢复力[12]、社区恢复力[13]、空间恢复力[14]和生态恢复力[15]等,却缺少对ReSES核心理论体系及其历史发展脉络的溯源。这种分化也造成了核心概念体系聚焦度低,众多理论成果难以在领域内达到认同,缺少统一的研究范式。研究方法大多停留在对干扰的强度、研究对象脆弱性等综合评价等方式上,在分析系统响应特征和反馈机制等方面存在空白[16,17]。另一方面,众多的理论分支给追踪未来发展脉络和热点带来困难,当前研究尤其缺少对此领域未来的新需求和新挑战的透视分析。尽管,从复杂系统角度探讨系统应对外界干扰的响应、适应和恢复力,成为当前区域可持续与全球变化研究的一个重要方向和核心议题[4,18,19]。但由于缺少相关理论和方法的支撑,很多研究仍停滞在探讨适应性协同管理的框架上[20],难以指导实践。厘清ReSES当前研究空白和未来发展需求,可为加速理论成果向实践需求的转化提供建议。

为此,本文运用文献计量学方法进行进展综述。文献计量学是以科学文献为研究对象,进行统计和计量学分析的方法[21,22,23]。借此可以揭示ReSES研究问题的演化、方法的进展、主题脉络及前沿热点等,并进一步探究知识脉络、研究范式和科学前沿的相互关系。这将对其自身理论研究的长远发展有益,也有助于相关学者有效开展基于系统恢复力可持续性管理实践。

2 数 据

本研究采用的文献数据,来自在WOS(Web of Science)中的SCI(Science Citation Index)/SSCI(Social Science Citation Index)引文数据库。在ISI(Institute for Scientific Information)的Web of Science数据库按照检索式搜索某一主题的研究论文,以了解国际上本领域发展的整体信息,检索范围设定为主题关键词(TS),即论文的作者关键词(DE字段)、系统关键词(ID字段)和标题关键词(TI字段)的合集。检索式中界定了相关研究论文需要同时包含三类关键词,即明确某类型的系统恢复力,与系统状态变化与响应过程相关,还需包含人为或自然的变化诱因等。检索式如下:(TS=(('resilience') AND ('system* resilience' OR ecosystem resilience OR social* ecological* system OR social* economical* system OR human*environment* system OR ecological system OR human and natural system OR ecological* engineering resilience OR community resilience OR livelihood resilience OR spatial resilience OR urban resilience OR regional* resilience) AND (capacity OR adaptation OR adaption OR adaptive OR adaptability OR adaptive capacity OR transition OR transform* OR threshold OR shift OR cycle OR adaptive cycle OR panarchy OR regime shift OR sustainability* OR sustainable* development) AND (exposure* OR disturbance OR climate change OR risk OR vulnerability OR stressor OR disaster OR perturbations OR responses OR resistance OR stability OR landscape change OR intervention* OR interaction OR policy making* OR scenario* OR 'adaptive management'))) AND 语种:(English)。检索的时间为1900—2017年的SCI,SCI-E和SSCI论文,检索日期为2018年9月26日,得到10 315篇研究文献。此后,使用CiteSpace,Gephi和TDA (Thomson Data Analyzer)工具对关键词、期刊和被引论文等进行了分析和聚类[24],进行文献信息可视化并制作信息图谱。

3 文献计量学研究方法

3.1 论文引用分析

论文引用次数(Frequencies, TC字段)记录该论文截至检索日期被其他论文(限于SCI/SSCI数据库收录的论文)引用的次数。WOS的SCI文献数据库的“引文索引”可通过先期的文献被当前文献的引用,说明文献之间的相关性及前期文献的影响力。引用次数的多少反映该论文被同行关注的程度。在一定时段内引用次数排名靠前的论文被定义为高引论文。

3.2 关键词共现分析

在关键词的共现关系图中,每个节点代表一个关键词,节点半径的大小代表关键词的词频(也等于包含该关键词的文章数量),节点以树轮的形式表达了该关键词在不同时段的演化规律。图中圆圈大小表示关键词频率,不同圈层表示不同统计年度。每圈年轮的宽窄代表某一年该关键词出现的频次,年轮从里到外代表时间从老到新。如果2个关键词在同一篇文献中出现,则这2个节点之间就存在一条边,边的权重等于2个关键词共现的次数。据此,一组文献中的关键词共现关系就形成了以关键词为节点,共现关系为边的树状网络图。根据关键词在图中的空间相邻性和在树状图的分支关系分析研究主题,并可在此基础上进行热点主题和研究领域分析。

3.3 爆发性诊断

采用Citespace中的热点诊断“burst detection”功能模块,对短时间内快速增长的热点主题(或文献、作者以及期刊引证信息等)进行分析。Citespace可计算每个节点的出现是否具有爆发性,输出爆发度指数(Burst index),指示在某时段爆发或剧增的程度。CiteSpace中使用Kleinberg[25]提出的算法进行检测爆发度指数,即通过监测某一时间序列上某个关键词出现的持续时间和发生状态转换的密度,来确定其爆发强度并识别爆发性关键词[26],以此确定某个时期内的研究热点。若爆发期一直延续到当前,且爆发度指数较高的关键词,可以认为在未来一定时间内还会延续这种态势,据此推测研究趋势[22]

3.4 热点主题的时序变化图

将SCI/SSCI期刊研究问题或研究意义相似的关键词进行归并,形成若干研究主题,通过对比不同时段涉及某个研究主题的论文数量或关键词出现频次,分析研究热点的变化趋势以及该战略问题或领域的发展态势。横轴为时间,纵轴为关键词在某个时间段内的出现频次,圆圈大小表示某个主题在该时段的频次,占该主题全时段总频次的比例的大小。

4 结果及分析

4.1 学科领域、期刊、研究机构及高引论文分析

开展系统恢复力研究的学科主要是环境科学、生态学、地理学及其交叉学科,与地理学的分支学科融合最密切,包括与地质学、自然地理学、农业科学、土壤科学等的融合交叉,并拓展到政策管理、商业与经济、气象和大气科学、可持续发展等研究领域。研究以水资源、植被、农业、土壤科学、海洋及淡水、气候、城市和生态系统为研究对象。

被引用频次最高的相关论文所在的期刊主要有ScienceEcology and SocietyGlobal Environment ChangeConservation EcologyEcological EconomicsTrends in Ecology & EvolutionEcologyEcosystemsEcological ApplicationsEcological Modelling等。

众多恢复力研究机构中,Stockholm University,James Cook University,University of Queensland和Arizona State University排名最靠前,参与发表相关论文100篇以上。相比之下,中国科学院的研究者参与发表的相关文章数为57篇,排在第20位。位于瑞典斯德哥尔摩的恢复力联盟(Resilience Alliance,RA)是国际最为知名的系统恢复力研究机构。RA在1999年成立,旨在运用恢复力研究推动社会生态耦合系统的可持续发展实践,并发表了一系列恢复力研究工作手册,其提出的可持续性研究框架被业界广泛认可。

根据SCI文献引文数据统计分析,引用排名前10篇的论文,是恢复力研究领域的必读文献。它们的发表时间为1973—2006年,按照每篇论文的引用总频次从高到低排序,排名前10的文章作者为Holling[1]、Gunderson等[27]、Scheffer等[28]、Carpenter等[29]、Folke[30]、Walker等[31]、Berkes等[32]、Folke等[33]、Berkes等[34]和Folke等[35]

在这些研究的支撑下,形成了该研究领域的4个具有标志性的理论基石:恢复力的基本概念,由Holling[1]首次提出,鉴于这一理论在解释人类活动与生态系统交互反馈关系方面的突破性,该论文被引用500多次,引用率近10%;恢复力思维/弹性思维,由Walker等[31]提出并不断完善,作为一种理解和管理人类生存环境的思维方式,恢复力研究被提升到一个新的实践高度[9]扰沌(panarchy)和适应性循环(adaptive cycle)的理论模型,由Holling等[36]提出,该模型强化了系统恢复力与变化阈值、系统状态转换的重要联系;Walker等[37]提出基于恢复力管理的ReSES参与式框架,自此针对复杂的社会—生态耦合系统的恢复力研究开始发展[4,9]以这些具有理论开拓意义的核心引文为里程碑,ReSES研究的内容日渐拓展完善。

4.2 高频关键词时序分析

高频关键词指示研究关注点的增长和发展过程。本文从2个角度分析了研究关注点的变化:高频词时序变化和热点主题时序演化。图1是1991—2015年以5年为周期,各周期内TOP20关键词构成及排序变化(去除“resilience”)。图1中柱状图显示各时期关键词的出现频次,红色为时段新增高频词汇,绿色柱状表示在后期时段未再次进入排序的关键词。从单个关键词频次的年度排名看,2006年以后“Social-Ecological System”一词的关注度显著增加,显示耦合系统思维被广泛接受。与此同时,“vulnerability”取代了“stability”和“biodiversity”排名进入前5,而强调系统能动的响应能力与方式的“adaptation”、“governance和“framework”在2000年后首次进入排名。图1中显示,前2个周期,针对恢复力内涵的理论性研究居榜首,脆弱性研究为恢复力评价提供了方法支撑;2000年后“适应和管理”与实践相结合的研究成为最受关注的方向。对生态系统“ecosystem”的研究相对持续,但2000年后关注点由传统的生态系统的类型及功能(ecology, forest, biomass和land use),转变为干扰作用下空间结构和功能(pattern, resistance, scale和network),从单纯关注生态系统的保护,转移到应对变化和扰动时如何进行再组织和管理。

图1

图1   分时段高频英文关键词时序变化图(19912015年)

Fig.1   Changes of top fifteen high frequency keyword every five years in 1991-2015


4.3 热点主题的时序变化分析

图2为热点主题时序演化图,对1992—2017年以2年为一个时段,对排名前45的高频关键词进行含义合并,得到15个热点主题的时序变化,以及该主题占同期研究的比例等数据。圆圈中的数字标记了同期出现概率最小的关键词所占百分比。与图1相比,图2去除了由于整体文献量增长带来的词频变化,关注主题重要性的演化。

图2

图2   热点主题关键词时序变化对比图

Fig.2   Comparative diagram of prominent keywords groups in SCI articles


图2可以看出:关注度持续增加的主题是气候变化和全球变化;有关恢复力内涵的“stability”和“biodiversity”主题日趋成熟,比例稳中有降;关注度较为稳定的是对于社会恢复力(community resilience) 以及干扰类关键词(如vulnerability, risk, stress, drought and disturbance);研究对象系统的复杂性增加,如围绕“Social-Ecological Systems”的研究在2006年以后增长较快;与此同时,表征适应性管理和系统变化的主题词的比例正在增加,包括“adaptation”和“management”等,2006年以后“framework”一词首次排入前10。“adaptation and adaptive capacity”,“policy and governance”和“science, knowledge and perspective”这3组关键词在近10年排序迅速上升,可见恢复力理论在指导区域管理实践中的作用日渐凸显。

4.4 基于爆发度指数的研究热点演化分析

通过关键词分析得到89个具有爆发度的关键词,剔除出现总频率低于50的关键词后,可以得到如图3所示的结果。图3中,横轴方向对关键词按其出现爆发的初始年进行了排序。左侧纵坐标为关键词出现的词频,对应柱状图的高度。高低股市图对应右侧纵坐标,指示爆发周期长短。关键词所在的圆圈直径大小表示其中心度(centrality index)指数的高低。爆发度指数(burst index)用于识别在短时间内显著集中增长或快速衰退的研究主题,而中心度指数则用于识别在知识网络中与其他内容交叉和融合。一些ReSES领域的高频关键词,因持续受到关注,而未通过爆发度检测,如“ecosystems”,“system”,“modeling”,“climate change”,“management”和“social-ecological systems

图 3

图 3   具有爆发性出现特征的热点关键词

Fig. 3   Burst detection of keywords


由此,依据图3,可将研究热点的演化分为以下3个阶段:

第一阶段(1990—1998年),存在多个频率较高、爆发周期长、中心也较高的关键词,这些词汇指示持续受到关注的研究主题。在1990年后出现并迅速成为ReSES研究热点的关键词包括:“stability”, “disturbance”和“growth”,说明生态系统功能、稳定性和干扰与恢复力概念直接相关;随后,出现较早的“dynamics”出现频率增加但所占的比例持续下降,相同的还有“vegetation”,“ecosystem”、“uncertainty”和 “variability”。

第二阶段(2000—2010年),出现了一些周期短但是高爆发度的关键词,包括:“threshold”,“panarchy”,“phase-shift”和“alternative stable state”等表征系统变化过程和演化规律的理论研究内容。对特定生态系统类型的关注呈现某些爆发性增长,如“phosphorus”“great barrier reef”,“eutrophication”和“fisheries management”。此阶段学者们特别关注气候变化、生态系统变化、生物保护、景观功能和生态系统管理等议题,以生态系统结构与功能评估等方法。

第三阶段(2010年至今),这一阶段出现的爆发性词汇包括:“globalization”,“perceptions”,“city”和“adaptability”,从全球化背景下的区域适应性对策、加强社会性学习和知识积累等角度探讨ReSES重建的意义。这一阶段弹性思维(resilience thinking)在生态学和区域管理研究中发展迅速,从研究的对象来看,针对城市尺度(urban resilience)和社区尺度(community resilience)及综合自然灾害(disaster resilience)的恢复力构建和重建等成为热点。此外,发展中国家,因其面临多种社会、生态和经济发展的新挑战,成为近期和未来热点关注的区域,尤其以中国(China)为典型。

4.5 基于关键词分析的5W问题梳理

Meerow等[10]认为要界定清楚“系统恢复力”,首先需要确定其5个基本理论问题,即研究对象/人群、变化诱因、时间尺度、空间尺度和响应机制,即回答:针对哪些人群或区域?由哪些变化引起的?何时发生的?何地发生的?有哪些响应机制?这5个基本内涵也构成了对系统恢复力进行分类的主要依据。根据文献计量学关键词词频分析结果,将词频排名前300的关键词根据其含义进行整理,得到图4图4括号内为该词出现的总频次。得到不同空间尺度和作用时间下的ReSES的研究对象、恢复力类型、变化诱因和响应机制的关键词。空间尺度划分为全球、国家/区域、地区/城市、社区和家庭/个体5个空间尺度,恢复力对系统状态发生作用的时间则分成3个时段。

图 4

图 4   不同时空框架下的ReSES研究关键词分类图

Fig 4   Keywords map of research on ReSES at different spatial and temporal scales


第一,对于第一个问题和第四个问题,本质是关注其研究对象。学者们将恢复力作为研究生态系统稳定性和变化的重要指标,开展了针对各类生态系统的案例研究。全球尺度上的生态系统是持续的热点,讨论其应对人类活动和气候变化的响应,以及发生的空间结构和服务功能的变化规律等。围绕与生态系统(ecosystem)相关的关键词超过100个。其中,具有高爆发度指数的关键词为“ecosystem function”和“ecosystem management”,研究最多的生态系统类型是海洋(marine ecosystems)、农业(agro ecosystem)和干旱区生态系统(arid ecosystems)。

随着全球化、城镇化等进程的深入影响,研究对象和时空范围不断拓展。研究所关注的系统界限逐渐超越原来的自然生态单元,而向具有同质性的社会经济单元转化,包括社区、邻里、城市、城乡和行政单元等多种尺度。研究对象与社会学、管理学的交叉领域更为宽广,包括对特定的脆弱性群体(如儿童和灾民)[38],以及特定暴露影响下的职业人群(如教师)[39],进行社会学和心理学视角的恢复力管理,也一定程度上促进了研究的科学化。

第二,什么诱因引起的?恢复力具有较高的时空敏感性,主要是因为其所面对的风险对象不一样,社会生态系统的响应机制也会存在显著差异。研究根据空间尺度的不同,从国家到个体划分为5个层次,对研究的热点进行了梳理。诱因研究中,主要是要确定引起系统变化的不确定性的源头,包括风险(risk)、脆弱性(vulnerability)、干扰(disturbances)和灾害(hazards)等多种类型。不同类型的变化发生作用时间上和频率上也不同,可以大致划分为快变量和慢变量。一般来讲,自然因素主导的变化相对较快,而人类活动的不确定性则具有长期的积累过程。不过这种快慢的差异正在越来越交融而难以区分。

第三,恢复力何时发生作用?这要从概念内涵讲起。事实上,针对恢复力属于系统潜在的已有能力,还是过程中的响应能力,亦或是系统经历干扰之后的修复能力,理论争议一直没有停止。恢复力作为系统的一种潜在能力,根据其发生作用的时间,可以用3个分支属性来表征[12]变化前的稳定性,指示已有的保持系统稳定和能力;过程中的适应性,指示在过程中调整内外变量的交互作用,以及响应和适应机制的能力;结束后的修复力,偏重于对未来未知的不确定性变化的响应潜力。而恢复力作为系统的一种能力(ability),根据词源分析方法,统计发现英文关键中包含“lity”词根的词共出现1 594次。在这些检索到的论文中,模糊检索“stab”和“adapt”词根,发现2个词的共现频次占包含“lity”的所有关键词的文章总数的11%,证明稳定性和适应性具有同源性。从总词频看,对前2个属性的研究较多,而对修复力的关注偏少。

最后一个问题,响应机制因恢复力在变化产生之前、过程中和之后的作用不同,采取的管理措施和干预机制也不一样。如图4所示,变化前,以恢复力思维(resilience thinking)为指导,主要通过制定框架、评估、预测、规划和设计等措施进行干预。变化过程中,通过适应、协调、调整、合作和政策制定等方式;变化和响应过程之后,则着重通过公众参与(participation)、社会学习(social learning)和创新(innovation)过程等推动可持续管理实践。社会—生态系统的社会性特征不仅在于其要素的综合性,更重要的是社会性学习和社会管理措施对系统的深刻影响。

4.6 基于图谱分析的研究领域划分及进展述评

基于文献检索结果,在Citespace中选取了每年排在前200的关键词进行共现关系分析,生成关键词共现关系网络图谱(图5)。分析此图,可将所有关键词归纳为3个研究领域:内涵与理论、诱因与方法、适应与管理,如图5中蓝色虚线分隔所示。图5中,领域为内涵与理论,核心关键词是:“socio-ecological systems”,“biodiversity”,“systems”和“impacts”,其中,对系统恢复力的研究对象、空间尺度、系统转变和稳态的概念界定及理论关系的梳理是中外学术界持续的关注点。领域为诱因与过程。核心关键词是“climate change”, “adaptation”, “risk”, “vulnerability”和“modelling”。该领域的研究关注恢复力产生的诱因,包括各类风险和干扰,尤其是在气候变化影响下的恢复力及其适应性对策的研究,是最早ReSES的研究议题。领域为适应与管理,核心关键词为:“management”,“sustainability”,“ecosystem”,“governance”,“regime shift”,“framework”和“conservation”。人类活动对地球生态系统影响的日益深化,也使得对人类社会的不同空间尺度、不同管理对策对系统恢复力的影响机制近年来受到更多关注,综合了社会性学习理念并以城市和社区为对象的研究,正在成为新的研究热点。

图 5

图 5   SCI期刊论文中关键词共现关系图

Fig. 5   Co-occurrence network of keywords in SCI articles


4.6.1 领域:内涵与理论

这一主题关注复杂系统的动态性和演化特征,以及恢复力的理论体系。ReSES作为系统适应、响应和反馈的一种能力,源于系统的复杂性及多平衡态等相关理论[4]。从内涵分析恢复力,指示了这种系统的响应能力一直存在,具有隐藏性和动态性。因针对的系统类型和复杂程度不同,恢复力的模型和方法研究分化为多种类型。图5中用绿色实线进行了标记,包括占主导地位的生态恢复力(ecological resilience )、生态系统恢复力(ecosystem resilience)、社会恢复力(social resilience)、灾害恢复力(disaster resilience),以及新生的社区恢复力(community resilience)、城市恢复力(urban resilience)和空间恢复力(landscape/spatial resilience)。生态系统恢复力的研究理论和方法起源较早。早期,开展了大量由气候变化引起的保护海洋珊瑚礁、维护海洋生态系统稳定的研究。这类研究最早将生态系统服务与生物多样性的理论及系统恢复力理论相融合。在从引用频次最高的100篇论文中,涉及珊瑚礁群落稳态的文章有14篇,关键词有“coral reef”,“great barrier reef”和“ocean acidification”等。相对应的,在非自然生态系统中,城市系统恢复力研究开始相对较晚,城市作为人类活动最为密集的区域,其所承受的变化和干扰更加多样,同时系统内部的联系更为复杂,因此其恢复力形成和变化的机制的研究尤为重要。

理论研究中,形成了以适应性循环、扰沌理论及盆球模型为代表的3个基础理论。最为著名的是Gunderson[6]提出的适应性循环(adaptive cycle)理论,指一种具有恢复力的系统在面对持续而变化的干扰时系统响应的过程特征,即系统会随着时间变化经历快速生长(exploitation)、稳定守恒(conservation)、释放(release)和重组(renewal)4个时期。Holling等[36]和Gunderson等[27]在适应性循环理论基础上提出描绘系统层级性和多尺度恢复力作用的扰沌(Panarchy)模型。对于动态的系统,其状态变化时存在阈值效应,系统的恢复力可以用其与阈值之间的距离来衡量[40]。这种对于系统稳态和变化阈值的理解,是恢复力研究的基础理论“盆球模型”的基本假设[9]

4.6.2 领域:诱因和过程

系统的恢复力产生或显现作用存在一定前提,即系统受到干扰或者胁迫,对其功能和结构产生威胁。恢复力研究与生态脆弱性和风险研究具有一定的理论同源性。所不同的是,恢复力研究的干扰源或者刺激源,具有更高的非线性和复杂性,包括自然灾害、人类活动和气候变化等,能够产生链条化和系统性影响。如最为关注的“气候变化”,就是典型的“源”。围绕气候变化对海洋生态系统的影响和恢复机制,是最早开展的生态系统恢复力的研究议题之一[41]

此外,系统通过恢复力作用所表现出的动态,并非简单地脆弱化或损失,而是产生多平衡、适应性的、非线性等动态响应模式。针对这些干扰和胁迫,系统会出现多种状态变化,包括演化(evolution)、退化(degradation)、演进(succession)、适应(mitigation)、恢复(recovery)和稳态转换(transition)。系统状态转化过程中涉及到系统阈值和演化阶段,产生多个高频关键词,如“transition”,“regime shift”,“phase shift”,“alternative stable state”和“critical transition”等。

针对这些复杂和多样的变化及响应,需要大量案例研究支撑才能形成更加准确、可定量、非线性的评价模型及方法,这也是未来研究的一个着力点。RA通过构建生态系统库、模型库、阈值库和情景库,对多个区域案例区域发生状态转化的背景条件、变化阈值、演化特征、干扰因子和管理对策等进行整理[42]。国际学者也普遍强调了实地观测等方法能够为系统优化的替代情景提供依据,实验和建模方法是诊断多种适应性情景的优劣的有效措施[17,28]

4.6.3 领域:适应与管理

如何通过对系统适应潜力的研究而开展的多方式的管理提升社会生态系统的恢复力,是本类主题的各项研究的核心目标。为应对不断变化的系统,需要管理措施具有一定预防性和预见性,基于系统恢复力视角的适应性管理(adaptive management)由此产生[34,41]。Folke[30]最早阐述了恢复力与系统可持续发展的理论联系,人类活动通过适应性管理实现对系统动态平衡的调节作用。适应性管理其本质是一种动态的决策管理框架,是以判断阈值的大小、位置和发生时间等管理预期为参考依据,应对可持续发展目标而采取的动态的、灵活的决策管理方式[8,9,43]

适应性管理强调在管理决策中通过不断学习获得新知,不断改进管理策略,并推进管理实践的系统化。研究中也涌现了多种围绕“management”的附属词汇,共104个,总频次2 960次,其中“management”的频次1 499,还包括“ecosystem management”,“co-management”,“fisheries management”,“natural-resource management”和“disaster management”等。研究方法中,综合的评价(assessment和evaluation)占主导地位,模型(model)一词出现在论文摘要中的频次最高,但面向未来情景的建模 (simulate)、情景(scenario)则明显偏少。在适应性管理的框架中,重点是探讨如何融合社会学习和弹性思维等适应性管理策略,增强社会—生态耦合系统应对多种自然灾害和应急事件的能力。

总体来看,3个研究领域中,领域是基础,发展最为完善;领域起源最早,但系统的定量模型则相对缺乏,如何融合系统模拟与情景分析方法;领域与实践结合最紧密。如何构建理论研究与实践的融合途径,是当前面临的主要瓶颈。从图谱上看,连接两大领域的过渡性关键词有“scale”,“ecosystem service”和“social capital”等,表明大多数研究是通过生态系统服务评价和社会资本价值化评估两种方法,实现恢复力的理论内涵与实践需求的结合,然而两者之间期待更多桥梁性的研究成果。

5 研究述评与展望

本研究采用文献计量学方法对社会生态耦合系统的恢复力研究进行了综述。主要结论有:

(1)从研究内容来看,本文梳理了ReSES的5个基本理论问题,即研究对象、变化诱因、空间尺度、研究对象及响应措施。追溯了弹性思维、扰沌和适应性循环这3个理论的源头。借助知识图谱统计分析发现,从全球或区域尺度上来看,以气候变化等自然灾害为干扰或诱因,以生态系统为对象的研究发源最早,形成了完备的理论和方法体系,随着全球化、城镇化等进程的深入影响,研究对象和时空范围不断拓展,系统界限逐渐超越原来的自然生态单元,而向具有同质性的社会经济单元转化。

(2)从研究主题的演化看,与管理实践的衔接更加紧密。本文将主题归类为三大方向:内涵与理论、诱因和过程、适应与管理。理论研究层面,从关注生态系统内在结构、功能和多样性的内在恢复力,向如何通过整合多种适应性管理来强化外在恢复力的过渡。高频词分析发现,2000年后,适应及管理类的关键词出现频率增长迅速。从诱因和过程研究来看,引发系统恢复力的干扰源或者刺激源日渐增多,并产生链条化和系统化等复杂特征。实践问题层面,适应性的综合管理已经成为各尺度区域管理的主导视角。然而,目前理论问题与管理对策之间的转化途径十分有限。

(3)从研究热点的演化看,研究关注点从单一的生态系统组分,逐渐深入到系统要素及其多尺度、多层次交互作用上。从单一的生态系统类型,转变为更为复杂的社会—生态耦合系统。对系统特征的认识,也由关注如何识别其稳定态或平衡态,到着重理解复杂系统的动态变化及过程的不确定性。城市恢复力在2010年后出现高爆发,并将在未来继续引领ReSES研究的新热点,其特征是城市多个社区单元存在高度联系,而同时当前对城市应对变化时的知识累积、信息共享和管理对策等机制的理解和认识存在不足。

(4)从相关评价模型和方法研究看,从理论概念框架出发的经验探讨仍占主导,缺少与系统仿真和情景模拟融合的新模型。基于经验的综合指标评价方法、专家打分法和层次分析法等,固然对于快速判定关键因素十分重要,但难以满足系统复杂性的需求。复杂系统的阈值和变化情景无疑是恢复力研究领域的难点,需要重点突破。国际上,普遍强调了实地观测、实验和建模方法在诊断情景优劣中的重要性。更多的案例研究也可为适应性管理的情景模拟以及对策优化提供科学依据[41]

综上,系统恢复力作为可持续研究中强调系统整体性和动态特征的新理念,在近些年来得到长足发展。在未来的研究中,需要继续深化对恢复力理论中的适应性潜力、系统稳态转换和阈值效应的过程的理解;开展面向城市和社区等社会经济单元的案例研究,将为实践提供更多有力支撑;研究方法上需要重点强化与实地观测、实验和建模方法的融合,增强系统恢复力相关理论模型和框架的可操作性,研发可定量、多尺度、多情景的评价及模拟方法;探究通过社会学习和知识传播等新型适应性手段来提升应对复杂情景的系统恢复力。在研究的过程中需要重申,系统恢复力理论研究的终点是优化区域可持续性管理对策。因此,如何权衡现实需求和理论发展、框架的复杂性和实践可操作性等矛盾,是将恢复力(弹性)思维等理论深入指导适应性管理实践,并实现理论棱镜到实践指挥棒的转换之关键。

参考文献

HollingC S.

Resilience and stability of ecological systems

[J]. Annual Review of Ecological Systems, 1973, 4: 1-23.

[本文引用: 3]

HollingC S.

Engineering resilience versus ecological resilience

[C]//Schulze P C, ed. Engineering within Ecological Constraints. Washington WA, USA: National Academic Press, 1996:31-32.

[本文引用: 1]

KleinR J T, NichollsR JThomallaF.

Resilience to natural hazards: How useful is this concept?

[J].Environmental Hazards, 2003, 5(1): 35-45.

[本文引用: 1]

FolkeC, CarpenterS, WalkerB, et al.

Resilience thinking: Integrating resilience, adaptability and transformability

[J]. Ecology and Society, 2010, 15(4): 9.

[本文引用: 4]

NavehZ.

What is holistic landscape ecology? A conceptual introduction

[J]. Landscape and Urban Planning, 2000, 50(1/3): 7-26.

[本文引用: 1]

GundersonL H.

Adaptive dancing: Interactions between social resilience and ecological crises

[C]//BerkesF, FolkeC, ColdingJ, eds.

Navigating Social-ecological Systems: Building Resilience for Complexity and Change

Cambridge: Cambridge University Press, 2003: 33-52.

[本文引用: 2]

LiuXiaoqian, WangYanglin, PengJian.

Progress in vulnerability analysis of coupled human-environment system

[J]. Advances in Earth Science, 2009, 24(8): 917-927.

[本文引用: 1]

刘小茜, 王仰麟, 彭建.

人地耦合系统脆弱性研究进展

[J].地球科学进展, 2009,24(8): 917-927.

[本文引用: 1]

LiuYanxu, WangYanglin, PengJian, et al.

Urban landscape ecological risk assessment based on the 3D framework of adaptive cycle

[J]. Acta Geographica Sinica, 2015, 70(7): 1 052-1 067.

[本文引用: 2]

刘焱序, 王仰麟, 彭建, .

基于生态适应性循环三维框架的城市景观生态风险评价

[J]. 地理学报, 2015, 70(7): 1 052-1 067.

[本文引用: 2]

WalkerB, SaltD.

Resilience Thinking: Sustaining Ecosystems and People in a Changing World

[M]. Peng Shaolin,et al, translated. Beijing: High Education Press, 2010.

[本文引用: 5]

WalkerB, SaltD.

弹性思维——不断变化的世界中社会—生态系统的可持续性

[M]. 彭少麟等译.北京:高等教育出版社, 2010.

[本文引用: 5]

MeerowS, NewellJ P, StultsM.

Defining urban resilience: A review

[J]. Landscape and Urban Planning, 2016, 147: 38-49.

[本文引用: 2]

AsadzadehA, KötterT, SalehiP, et al.

Operationalizing a concept: The systematic review of composite indicator building for measuring community disaster resilience

[J]. International Journal of Disaster Risk Reduction, 2017, 25: 147-162.

[本文引用: 1]

RighiA W, SaurinT A, WachsP.

A systematic literature review of resilience engineering: Research areas and a research agenda proposal

[J]. Reliability Engineering & System Safety, 2015, 141: 142-152.

[本文引用: 2]

SharifiA.

A critical review of selected tools for assessing community resilience

[J]. Ecological Indicators, 2016, 69: 629-647.

[本文引用: 1]

CummingG S.

Spatial resilience: Integrating landscape ecology, resilience, and sustainability

[J]. Landscape Ecology, 2011, (7): 899-909.

[本文引用: 1]

YanHaiming, ZhanJinyan, ZhangTao.

Review of ecosystem resilience research progress

[J]. Progress in Geography, 2012,31(3): 303-314.

[本文引用: 1]

闫海明, 战金艳, 张韬.

生态系统恢复力研究进展综述

[J]. 地理科学进展, 2012, 31(3): 303-314.

[本文引用: 1]

TurnerII B J.

Vulnerability and resilience: Coalescing or paralleling approaches for sustainability science?

[J]. Global Environmental Change, 2010, 20: 570-576.

[本文引用: 1]

CaponS J, LynchA J J, BondN, et al.

Regime shifts, thresholds and multiple stable states in freshwater ecosystems: A critical appraisal of the evidence

[J]. Science of The Total Environment, 2015, 534: 122-130.

[本文引用: 2]

RobertK W, ParrisT M, LeiserowitzA A.

What is sustainable development? goals, indicators, values, and practice

[J]. Environment: Science and Policy for Sustainable Development, 2005, 47(3): 8-21.

[本文引用: 1]

SunJing, WangJun, YangXinjun.

An overview on the resilience of social-ecological systems

[J]. Acta Ecologica Sinica, 2007, 27(12): 5 371-5 381.

[本文引用: 1]

孙晶, 王俊, 杨新军.

社会—生态系统恢复力研究综述

[J]. 生态学报, 2007, 27(12): 5 371- 5 381.

[本文引用: 1]

CroweP R, FoleyKCollierM J.

Operationalizing urban resilience through a framework for adaptive co-management and design: Five experiments in urban planning practice and policy

[J]. Environmental Science & Policy, 2016, 62: 112-119.

[本文引用: 1]

ZhongSaixiang, QuBo, SuXiangyan, et al.

Progress in Chinese geography research reflected from Acta Geographica Sinica during 1934-2013: A bibliometrics analysis

[J]. Acta Geographica Sinica, 2014, 69(8): 1 077-1 092.

[本文引用: 1]

钟赛香, 曲波, 苏香燕,.

从《地理学报》看中国地理学研究的特点与趋势——基于文献计量方法

[J]. 地理学报, 2014, 69(8): 1 077-1 092.

[本文引用: 1]

LengShuying.

The Geographical Sciences During 1986-2015: From the Classics to the Frontiers

[M]. Beijing: The Commercial Press, 2016: 1-16.

[本文引用: 2]

冷疏影.

地理科学三十年: 从经典到前沿

[M]. 北京: 商务印书馆, 2016: 1-16.

[本文引用: 2]

WangShuqiang, XiulingQing, WangJing, et al.

Analysis of competitiveness of international geographic institutes based on bibliometrics

[J]. Acta Geographica Sinica, 2017,72(9):1 702-1 716.

[本文引用: 1]

王淑强, 青秀玲, 王晶,.

基于文献计量方法的国际地理科学研究机构竞争力分析

[J]. 地理学报, 2017, 72(9):1 702-1 716.

[本文引用: 1]

ChenYue, ChenChaomei, HuZhigang,et al.

Principles and Applications of Analyzing a Citation Space

[M]. Beijing: Science Press, 2014.

[本文引用: 1]

陈悦, 陈超美, 胡志刚,.

引文空间分析原理与应用CiteSpace实用指南

[M]. 北京:科学出版社, 2014.

[本文引用: 1]

KleinbergJ.

Bursty and hierarchical structure in streams

[J]. Data Mining and Knowledge Discovery, 2003, 7(4): 373-397.

[本文引用: 1]

LeeS, ParkY, YoonW C.

Burst analysis for automatic concept map creation with a single document

[J]. Expert Systems with Applications, 2015, 42(22): 8 817-8 829.

[本文引用: 1]

GundersonL H, HollingC S.

Panarchy: Understanding transformations in human and natural systems

[J]. Biological Conservation, 2003,114 (2):488-491.

[本文引用: 2]

SchefferM, CarpenterS, FoleyJ A, et al.

Catastrophic shifts in ecosystems

[J]. Nature, 2001, 413(6 856): 591-596.

[本文引用: 2]

CarpenterS, WalkerB, AnderiesM J, et al.

From metaphor to measurement: Resilience of what to what?

[J]. Ecosystems, 2001, 4(8): 765-781.

[本文引用: 1]

FolkeC.

Resilience: The emergence of a perspective for social-ecological systems analyses

[J]. Global Environmental Change, 2006, 16: 253-267.

[本文引用: 2]

WalkerB, HollingC S, CarpenterS, et al.

Resilience, adaptability and transformability in social-ecological systems

[J]. Ecology and Society, 2004, 9(2): 9.

[本文引用: 2]

BerkesF, ColdingJ, FolkeC.

Navigating Social-ecological Systems: Building Resilience for Complexity and Change

[M]. Cambridge: Cambridge University Press, 2003.

[本文引用: 1]

FolkeC, CarpenterS, WalkerB, et al.

Regime shifts, resilience, and biodiversity in ecosystem management

[J]. Annual Review of Ecology Evolution and Systematics, 2004, 35: 557-581.

[本文引用: 1]

BerkesF, FolkeC.

Linking social and ecological systems for resilience and sustainability

[C]//Berkes F, Folke C, eds. Linking Social and Ecological Systems: Management Practices and Social Mechanisms for Building Resilience. Cambridge: Cambridge University Press, 1998.

[本文引用: 2]

FolkeC, HahnT, OlssonP, et al.

Adaptive governance of social-ecological systems

[J]. Annual Review of Environment & Resources, 2005, 15(30): 441-473.

[本文引用: 1]

HollingC SGundersonL H.

Resilience and adaptive cycles

[C]// Gunderson L H, Holling C S, eds. Panarchy: Understanding Transformations in Human and Natural Systems. Washington: Island Press, 2002:25-62.

[本文引用: 2]

WalkerB, CarpenterS, AnderiesJ, et al.

Resilience management in social-ecological systems: A working hypothesis for a participatory approach

[J]. Conservation Ecology, 2002, 6(1): 17.

[本文引用: 1]

MastenA S, HubbardJ J, GestS D A, et al.

Competence in the context of adversity: Pathways to resilience and maladaptation from childhood to late adolescence

[J]. Development and Psychopathology, 1999, 11(1): 143-169.

[本文引用: 1]

MansfieldC F, BeltmanS, BroadleyT, et al.

Building resilience in teacher education: An evidenced informed framework

[J]. Teaching and Teacher Education, 2016, 54: 77-87.

[本文引用: 1]

MumbyP J, HastingsAEdwardsH J.

Thresholds and the resilience of Caribbean coral reefs

[J]. Nature, 2007, 450(7 166): 98-101.

[本文引用: 1]

GuoYongrui, ZhangJie.

Research progress and themes of geography on community resilience

[J]. Progress in Geography, 201534(1): 100-109.

[本文引用: 3]

郭永锐, 张捷.

社区恢复力研究进展及其地理学研究议题

[J]. 地理科学进展, 2015,34(1): 100-109.

[本文引用: 3]

AllianceResilience.

Assessing Resilience in Social-Ecological Systems: Workbook for Practitioners, Version 2

.

0

[N/OL]. 2010.[2018-12-28]..

[本文引用: 1]

恢复力联盟.

社会生态系统恢复力评价:工作手册(2

.

0版)

[N/OL]. 2010. [2018-12-28]..

[本文引用: 1]

WangQun, LuLin, YangXingzhu.

Research progress and enlightenment of tourism socio-ecological system resilience in foreign countries

[J]. Journal of Natural Resources, 2014, 29(5): 894-908.

[本文引用: 1]

王群, 陆林, 杨兴柱.

国外旅游地社会—生态系统恢复力研究进展与启示

[J]. 自然资源学报, 2014, 29(5): 894-908.

[本文引用: 1]

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