土地利用/土地覆被變化研究范式的轉(zhuǎn)變

高江波 蔡運(yùn)龍

(北京大學(xué)城市與環(huán)境學(xué)院，北京100871)

土地利用/土地覆被變化研究范式的轉(zhuǎn)變

高江波 蔡運(yùn)龍

(北京大學(xué)城市與環(huán)境學(xué)院，北京100871)

土地利用/土地覆被變化(LUCC)研究的形成和發(fā)展經(jīng)歷了從前科學(xué)(無(wú)范式)到科學(xué)(以范式為標(biāo)志)的歷史過(guò)程。認(rèn)識(shí)LUCC研究范式及其轉(zhuǎn)變的內(nèi)涵和實(shí)質(zhì)對(duì)其理論和應(yīng)用的發(fā)展與完善具有極為重要的意義，并有助于提高解釋和預(yù)測(cè)能力。本文以庫(kù)恩的“范式”和“范式轉(zhuǎn)變”為基本脈絡(luò)，剖析了LUCC研究中的實(shí)證主義范式、科學(xué)人文主義范式、結(jié)構(gòu)功能主義范式以及復(fù)雜性范式，并指出范式及其轉(zhuǎn)變主要在本體論、認(rèn)識(shí)論和方法論三個(gè)層面表現(xiàn)出來(lái)。實(shí)證主義范式強(qiáng)調(diào)決定論以及主客體分離，認(rèn)為應(yīng)把經(jīng)驗(yàn)與邏輯分析作為客觀地認(rèn)識(shí)現(xiàn)實(shí)的基礎(chǔ)，它貫穿LUCC不同發(fā)展階段，在初期發(fā)揮了重要作用，至今仍主導(dǎo)著LUCC研究;科學(xué)人文主義在科學(xué)主義或?qū)嵶C主義的基礎(chǔ)上強(qiáng)調(diào)了人的主體性，修正了它們的片面性;結(jié)構(gòu)功能主義為我們提供了一種可資參考的系統(tǒng)分析方法，在宏觀層面的許多重要理論見(jiàn)解和研究方法，值得LUCC研究者關(guān)注和借鑒;復(fù)雜性范式強(qiáng)調(diào)土地系統(tǒng)的非線性、自組織、連通性等特征，為L(zhǎng)UCC研究提供了一種新的科學(xué)世界觀、認(rèn)識(shí)論和方法論，利用復(fù)雜性理論研究具有非線性特征的復(fù)雜土地系統(tǒng)，體現(xiàn)了當(dāng)前LUCC研究的范式轉(zhuǎn)變。

土地利用/土地覆被變化;范式轉(zhuǎn)變;實(shí)證主義;科學(xué)人文主義;結(jié)構(gòu)功能主義;復(fù)雜性范式

土地利用/土地覆被變化(LUCC)計(jì)劃是由國(guó)際地圈生物圈計(jì)劃(IGBP)和全球環(huán)境變化人文因素計(jì)劃(IHBP)于1995 年共同發(fā)起的［1－2］，目前已發(fā)展到“全球土地計(jì)劃”(Global Land Project，簡(jiǎn)稱 GLP)階段［3－4］。LUCC研究中不斷遇到的新問(wèn)題，要求我們要不斷更新觀念，反思研究思路、理論、邏輯、方法等，解剖成功案例，LUCC研究的發(fā)展過(guò)程必然伴隨著研究范式的轉(zhuǎn)變。

“范式”的概念和理論是由著名美國(guó)科學(xué)哲學(xué)家托馬斯·庫(kù)恩(Thomas Kuhn)1962年在《科學(xué)革命的結(jié)構(gòu)》［5］一書(shū)中提出并系統(tǒng)闡述的，后來(lái)被廣泛應(yīng)用于眾多自然科學(xué)和人文社會(huì)科學(xué)的研究領(lǐng)域。一般來(lái)說(shuō)，范式可以概括為三種類型［6］:一是形而上學(xué)范式(即哲學(xué)范式或元范式)，如一種信念或看法、一種形而上學(xué)思辨等;二是社會(huì)學(xué)范式，如一套科學(xué)習(xí)慣、一種學(xué)術(shù)傳統(tǒng)、一個(gè)具體的科學(xué)成就等;三是構(gòu)造范式，如一種工具或方法、一本經(jīng)典著作等。因此，范式不僅有對(duì)具體研究過(guò)程的形式抽象，也有對(duì)形式抽象的哲學(xué)層面審視;既體現(xiàn)了某種方法論的研究?jī)A向，在某種意義上也是對(duì)方法論本身的反思［7］。當(dāng)常規(guī)科學(xué)(Normal Science)在發(fā)展過(guò)程中遇到一系列無(wú)法得到解釋或不能納入現(xiàn)有理論體系中的異常時(shí)，其發(fā)展就面臨危機(jī)，而只有通過(guò)傳統(tǒng)范式的打破和轉(zhuǎn)型才能解決危機(jī)。

一般而言，由于研究對(duì)象和范疇的廣泛性，研究問(wèn)題和目標(biāo)的多樣性，不同等級(jí)層次的學(xué)科或同一層級(jí)的不同學(xué)科對(duì)應(yīng)不同的研究范式，即存在“范式等級(jí)系統(tǒng)”(Paradigm Hierarchies)［8］。根據(jù)范式的內(nèi)涵和LUCC的研究?jī)?nèi)容，我們可以歸納出“LUCC研究范式”，就是在LUCC研究的發(fā)展過(guò)程中，科學(xué)共同體所持有的共同的信念，這種信念規(guī)定了他們共同的理論問(wèn)題(如LUCC驅(qū)動(dòng)機(jī)制、變化過(guò)程、空間格局、生態(tài)環(huán)境效應(yīng)以及人類響應(yīng)等)、基本的研究方法(如地面調(diào)查、訪談、對(duì)地觀測(cè)、數(shù)學(xué)模型等)和研究框架(如以尺度為中心，以區(qū)域和類型為對(duì)象，以改善人地關(guān)系和實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展為目標(biāo))。需要指出的是，LUCC研究范式的基本構(gòu)成是基本確定和相對(duì)穩(wěn)定的，如對(duì)一些問(wèn)題的認(rèn)識(shí)是基本一致的，具有相對(duì)確定的概念、獨(dú)特的研究對(duì)象和領(lǐng)域、比較系統(tǒng)的邏輯體系等［9－14］，但由于LUCC研究對(duì)象和問(wèn)題的復(fù)雜性、動(dòng)態(tài)性，與許多經(jīng)過(guò)嚴(yán)格論證并得到廣泛認(rèn)可的自然科學(xué)范式不同，其研究范式各組成部分的地位、作用與相互關(guān)系變化較快。

認(rèn)識(shí)LUCC研究范式及其轉(zhuǎn)變的內(nèi)涵和實(shí)質(zhì)對(duì)其理論和應(yīng)用的發(fā)展與完善具有極為重要的意義，并有助于提高LUCC的解釋和預(yù)測(cè)能力。為此，本文總結(jié)出LUCC研究的實(shí)證主義范式、科學(xué)人文主義范式以及結(jié)構(gòu)功能主義范式，并聚焦一個(gè)正在形成的新范式——復(fù)雜性范式。

1 LUCC研究的實(shí)證主義范式

范式的基本特征是“鏡像思維”［15］，“鏡子”可以是主體也可以是客體，與之相對(duì)的一方是被鏡子衡量的東西，鏡子是標(biāo)準(zhǔn)和模式，決定著被照物的特性及運(yùn)動(dòng)方式和規(guī)律。一方面，由于“鏡像思維”導(dǎo)致了衡量標(biāo)準(zhǔn)的多元化，因而可以認(rèn)為范式理論的提出是科學(xué)發(fā)展的必然結(jié)果;另一方面，鏡子與被照物的割裂使得人們習(xí)慣于一種還原式的思維，即以某一方為衡量另一方的鏡子［16］，這就導(dǎo)致了科學(xué)主義與人文主義的分流以及理論間的不可通約性。這兩種研究取向同樣反映了LUCC研究中的兩大思潮和不同的科學(xué)觀。

實(shí)證主義既是一種認(rèn)識(shí)論，又是一種方法論，其基本觀點(diǎn)為:①一切關(guān)于事實(shí)的知識(shí)都以經(jīng)驗(yàn)的實(shí)證材料為依據(jù)，有序的客觀現(xiàn)實(shí)只有通過(guò)客觀的知識(shí)來(lái)認(rèn)識(shí);②在事實(shí)的領(lǐng)域之外，則是邏輯和純數(shù)學(xué)知識(shí)，也就是關(guān)于觀念關(guān)系或純形式的科學(xué)［17］。實(shí)證主義把經(jīng)驗(yàn)與邏輯分析作為“客觀地”認(rèn)識(shí)現(xiàn)實(shí)的基礎(chǔ)［18］，著重科學(xué)理論結(jié)構(gòu)的邏輯分析，并從經(jīng)驗(yàn)主義出發(fā)解釋科學(xué)的概念和理論。

實(shí)證主義范式認(rèn)為，盡管LUCC是自然與人文因素交叉密切的復(fù)雜過(guò)程，但它在本質(zhì)上同樣“服從不變的規(guī)律”，如競(jìng)租曲線、轉(zhuǎn)移邊際點(diǎn)等，應(yīng)尋求運(yùn)用普遍規(guī)律(理論)來(lái)解釋各地區(qū)的獨(dú)特事件，同時(shí)應(yīng)用實(shí)際數(shù)據(jù)對(duì)理論進(jìn)行檢驗(yàn)。LUCC的表現(xiàn)極其復(fù)雜，具有顯著的區(qū)域差異和時(shí)間變異，其研究涉及自然科學(xué)和社會(huì)科學(xué)的眾多領(lǐng)域。綜合的科學(xué)特征呼喚綜合的土地利用變化理論，但是，由于人地關(guān)系綜合理論很難以抽象理論框架來(lái)加以概念化，因此綜合的土地利用變化理論的建立仍面臨重大挑戰(zhàn)［13］。

實(shí)證主義范式貫穿LUCC研究的不同階段，主要聚焦因果關(guān)系。LUCC過(guò)程及空間格局與自然因素和人類活動(dòng)相關(guān)。在多數(shù)情況下，自然因素發(fā)揮控制作用或制約作用，人類活動(dòng)為直接驅(qū)動(dòng)因素，即巴洛維提出的自然條件可能性、經(jīng)濟(jì)可行性與體制可容性的三重框架［19］。LUCC的結(jié)果具有資源生態(tài)環(huán)境效應(yīng)，并將影響人類的生存和發(fā)展。任何形式的土地利用活動(dòng)都或多或少地對(duì)地表自然環(huán)境施加影響，并且這種影響往往表現(xiàn)為自然資源的衰竭和環(huán)境的退化［14］，進(jìn)而威脅到人類福祉，而當(dāng)這些問(wèn)題足夠嚴(yán)重時(shí)，人類社會(huì)就可能通過(guò)資源環(huán)境管理手段進(jìn)行土地利用系統(tǒng)的調(diào)整。

實(shí)證主義范式認(rèn)為任何現(xiàn)象都可以分解成不同的變量，通過(guò)變量就可以了解現(xiàn)象，主張?jiān)贚UCC研究中運(yùn)用自然科學(xué)的實(shí)證方法(如觀察法、實(shí)驗(yàn)法等)，以便用數(shù)學(xué)方法來(lái)建立系統(tǒng)知識(shí)，強(qiáng)調(diào)學(xué)科知識(shí)的客觀性與精密性。量化研究的一般步驟為:首先，借助空間對(duì)地觀測(cè)技術(shù)、遙感解譯技術(shù)、地理信息系統(tǒng)技術(shù)以及海量數(shù)據(jù)技術(shù)獲得不同尺度上的LUCC數(shù)據(jù);然后，運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法分析所獲取的數(shù)據(jù)，或采用數(shù)學(xué)模型進(jìn)行模擬和預(yù)測(cè)，也就是使用某些經(jīng)過(guò)檢測(cè)的工具對(duì)變量之間的關(guān)系進(jìn)行測(cè)量和分析，進(jìn)而驗(yàn)證研究者的假設(shè)。然而，模型是對(duì)現(xiàn)實(shí)的抽象和簡(jiǎn)化，而這種抽象和簡(jiǎn)化必然受研究者的先驗(yàn)假設(shè)主導(dǎo)，已不是真實(shí)的現(xiàn)實(shí)，因而不具備“普適”性。實(shí)證主義忽視這種“先驗(yàn)假設(shè)”的作用，僅追求揭示LUCC與驅(qū)動(dòng)因素及生態(tài)效應(yīng)的外在聯(lián)系，而非內(nèi)在的、本質(zhì)的關(guān)系。也就是說(shuō)，實(shí)證主義方法只求知其然，而不問(wèn)其所以然［20］?？椎乱仓赋?“真正的實(shí)證精神是用對(duì)現(xiàn)象不變規(guī)律的研究來(lái)代替所謂原因;即用研究‘怎樣’來(lái)代替‘為何’”［21］。

2 LUCC研究的科學(xué)人文主義范式

科學(xué)主義把科學(xué)片面地理解為實(shí)證自然科學(xué)，認(rèn)為應(yīng)把現(xiàn)象背后的本質(zhì)、價(jià)值和目的論思辨排除出去。人文主義則認(rèn)為研究主體與現(xiàn)象之間是不可分離的，只能在互動(dòng)中把握。科學(xué)主義為“求科學(xué)”，強(qiáng)調(diào)研究應(yīng)忽視主觀性變量;人文主義則強(qiáng)調(diào)“求真”，認(rèn)為應(yīng)從人的主體性去理解現(xiàn)象;科學(xué)主義認(rèn)為自然科學(xué)的實(shí)證方法是達(dá)至真理的唯一方法;人文主義則主張采用人文科學(xué)的方法對(duì)現(xiàn)象進(jìn)行整體的、質(zhì)性的把握?？茖W(xué)主義在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)曾主宰著自然、社會(huì)科學(xué)的眾多領(lǐng)域。然而，其負(fù)面效應(yīng)也日益顯現(xiàn)，遭到人文主義的批判?，F(xiàn)代科學(xué)史奠基人薩頓認(rèn)為，科學(xué)主義和人文主義的關(guān)系不協(xié)調(diào)甚至緊張的狀況是“我們這個(gè)時(shí)代最可怕的沖突”［22］。他主張既要重視科學(xué)的物質(zhì)價(jià)值，也應(yīng)重視科學(xué)的精神價(jià)值，并提出了科學(xué)人文主義?？茖W(xué)人文主義是一種新的合理的人文價(jià)值觀［23］，

盡管實(shí)證方法具有邏輯性、準(zhǔn)確性和簡(jiǎn)約性等特點(diǎn)，在LUCC研究中具有重大價(jià)值，然而定量研究不應(yīng)是LUCC研究的全部和最后歸宿，它也不可能達(dá)到對(duì)現(xiàn)象的完整把握和準(zhǔn)確理解。一方面，LUCC的動(dòng)因與人類活動(dòng)及自然條件相關(guān)，它的一個(gè)重要特點(diǎn)是既具有科學(xué)性(客觀性、普遍性等)，又具有人文性(主觀性、價(jià)值性等);另一方面，LUCC反映了人地關(guān)系，人的復(fù)雜性決定了一味強(qiáng)調(diào)自然科學(xué)的研究方法，必將失去主體意識(shí)與應(yīng)有理性，而成為片面追求精確的學(xué)科。因此，LUCC研究應(yīng)將土地利用變化視為一種理性選擇，承認(rèn)土地經(jīng)營(yíng)者既是“經(jīng)濟(jì)人”又是“社會(huì)人”，突出人的主體性，加強(qiáng)人文層面的研究。

人文主義對(duì)抗科學(xué)主義但并不摒棄科學(xué)，它重想象、重悟性但并不否定邏輯思維的必然性與重要性。人文主義地理學(xué)的創(chuàng)始者段義孚［24］也指出，人文主義并不是排斥和否定實(shí)證主義，而是對(duì)其方法的揚(yáng)棄、補(bǔ)足和整合。事實(shí)上，人文思維邏輯與科學(xué)思維邏輯作為兩種不同的思維工具，各有自己的用途與使用范圍［25］，不同的研究者對(duì)不同LUCC問(wèn)題的研究可以有選擇地取舍，但在LUCC研究的認(rèn)識(shí)論和方法論上不應(yīng)割裂二者之間的內(nèi)在聯(lián)系。在LUCC研究領(lǐng)域，科學(xué)主義與人文主義研究范式的對(duì)立已導(dǎo)致一系列問(wèn)題，如理論瑣碎，理論間難以溝通;視野狹窄，無(wú)法將各種LUCC事件相互聯(lián)系;方法單一，各類方法難以相互補(bǔ)充等。為了更全面、合理地解決問(wèn)題，LUCC研究需要這兩種范式的共同支撐，相互補(bǔ)充。

人文主義強(qiáng)調(diào)主觀性，重視論題所涉及的人的“內(nèi)心體驗(yàn)”和研究者的“先驗(yàn)假設(shè)”，強(qiáng)調(diào)在理解過(guò)程之中而非從對(duì)象本身認(rèn)識(shí)世界，相對(duì)忽視客觀標(biāo)準(zhǔn)，因而有虛無(wú)主義和相對(duì)主義之嫌［26］。因此，LUCC研究中引入人文主義的同時(shí)必須結(jié)合科學(xué)主義，才能真正體現(xiàn)其價(jià)值。

LUCC研究的科學(xué)人文主義范式并不反對(duì)科學(xué)化，但反對(duì)在追求科學(xué)化的過(guò)程中無(wú)視LUCC現(xiàn)象的紛繁復(fù)雜以及多變量及其間的關(guān)系，如LUCC過(guò)程中的社會(huì)性、人的主觀能動(dòng)性、意志的不確定等?？茖W(xué)人文主義將實(shí)證方法與人文主義的理解、描述相結(jié)合，注重人文關(guān)懷，關(guān)注人在LUCC研究中的地位;認(rèn)為應(yīng)采用系統(tǒng)方法，倡導(dǎo)方法與對(duì)象的統(tǒng)一，鼓勵(lì)方法的多樣性，將實(shí)驗(yàn)、量化等科學(xué)研究得出的結(jié)論放到宏觀的社會(huì)環(huán)境和文化歷史氛圍中加以理解和揭示，堅(jiān)持質(zhì)與量的分析相結(jié)合?？茖W(xué)人文主義范式強(qiáng)調(diào)研究中主體因素的介入，強(qiáng)調(diào)通過(guò)理解、參與、體驗(yàn)等途徑整體地把握LUCC，無(wú)疑是對(duì)科學(xué)主義范式的一種補(bǔ)偏救弊。這正如“范式”理論本身也蘊(yùn)含著“強(qiáng)”科學(xué)主義向人文主義或真理相對(duì)主義的回歸，科學(xué)發(fā)現(xiàn)的主觀性也可以從其語(yǔ)言表述和“事實(shí)呈現(xiàn)”的客觀性底色中顯現(xiàn)出來(lái)［27］。

3 LUCC研究的結(jié)構(gòu)功能主義范式

20世紀(jì)40、50年代，美國(guó)著名社會(huì)學(xué)家帕森斯建立了結(jié)構(gòu)功能主義的系統(tǒng)性理論，并因此被稱為結(jié)構(gòu)功能分析學(xué)派最重要的領(lǐng)袖人物和現(xiàn)代結(jié)構(gòu)功能主義的創(chuàng)始人［28－29］。結(jié)構(gòu)功能主義為我們提供了一種可資參考的系統(tǒng)分析方法，其中的一些宏觀層面的重要理論見(jiàn)解和研究方法，值得LUCC研究者關(guān)注和借鑒。

從系統(tǒng)的觀點(diǎn)出發(fā)，土地是具有內(nèi)在物質(zhì)和能量轉(zhuǎn)換的、比較復(fù)雜的、開(kāi)放的實(shí)體系統(tǒng)［30］。以揭示區(qū)域資源與環(huán)境的結(jié)構(gòu)與功能為目的的土地類型研究是土地系統(tǒng)研究的一個(gè)重要方面。土地結(jié)構(gòu)是土地系統(tǒng)內(nèi)子系統(tǒng)(各土地類型)之間相互聯(lián)系和相互作用的形式。土地功能是土地系統(tǒng)基于一定結(jié)構(gòu)提供服務(wù)和產(chǎn)品的能力，是其組成部分和土地結(jié)構(gòu)的存在理由和目的，與人類的福祉密切相關(guān)。結(jié)構(gòu)由功能體現(xiàn)，功能以結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)。結(jié)構(gòu)功能理論本質(zhì)上賦予土地功能概念核心位置。土地系統(tǒng)可劃分為一定數(shù)量的子系統(tǒng)功能，如農(nóng)田的生產(chǎn)功能、建設(shè)用地的承載功能、濕地的水文調(diào)節(jié)功能等，不同的組合類型又使得土地系統(tǒng)表現(xiàn)出多功能性。多功能性是土地系統(tǒng)的重要屬性，是土地利用變化的前提條件。

在較大尺度上，土地系統(tǒng)往往是動(dòng)態(tài)的、均衡的。子系統(tǒng)之間通過(guò)物質(zhì)流、能量流和信息流而關(guān)聯(lián)，雖然某些組成部分會(huì)發(fā)生變化，但經(jīng)過(guò)自我調(diào)節(jié)整合，仍會(huì)趨于新的平衡。因此，可以說(shuō)秩序是大尺度土地結(jié)構(gòu)的本質(zhì)，土地結(jié)構(gòu)變化的結(jié)果往往是形成人類定居和資源利用的更為合理的空間秩序。另一方面，土地結(jié)構(gòu)又表現(xiàn)出一種互動(dòng)關(guān)系，它是在行動(dòng)者的互動(dòng)過(guò)程中形成的，這些行動(dòng)者擁有共同的價(jià)值觀念(遵循最優(yōu)利用原則)。根據(jù)新古典經(jīng)濟(jì)學(xué)的觀點(diǎn)，土地經(jīng)營(yíng)者追求效用最大化，這個(gè)過(guò)程導(dǎo)致了土地結(jié)構(gòu)的變化與新空間秩序的形成，即“土地資源趨向于向那些出價(jià)最高的經(jīng)營(yíng)者手中轉(zhuǎn)移，趨向于向那些收益最大的用途轉(zhuǎn)移”［19］。因此，土地結(jié)構(gòu)包含宏觀土地系統(tǒng)及其子系統(tǒng)與微觀行動(dòng)者的相互關(guān)系。

土地利用/土地覆被是一種土地結(jié)構(gòu)，其變化一直是土地變化科學(xué)研究的核心，近年來(lái)，在數(shù)學(xué)模擬和數(shù)據(jù)獲取技術(shù)上取得了長(zhǎng)足的進(jìn)展。然而，由于長(zhǎng)期以來(lái)對(duì)于土地功能及其與土地結(jié)構(gòu)關(guān)系研究的忽視，土地變化的監(jiān)測(cè)與模擬仍面臨較高的不確定性，結(jié)果往往為模糊的行為預(yù)測(cè)。土地功能的變化不僅是土地覆被變化的結(jié)果，而且是未來(lái)土地覆被變化的驅(qū)動(dòng)因素［31］。通過(guò)功能分析來(lái)探悉土地利用行為對(duì)系統(tǒng)維持的效果，有助于提高模型的模擬預(yù)測(cè)能力。因此，結(jié)構(gòu)功能主義可看作對(duì)上述實(shí)證主義范式下因果關(guān)系模型內(nèi)在經(jīng)驗(yàn)困境的一種回應(yīng)。加之土地功能與人類福利的密切關(guān)系，今后LUCC研究應(yīng)更多關(guān)注土地功能的變化。需要指出的是，盡管土地覆被是土地功能的重要影響因素，然而土地覆被與土地功能之間的關(guān)系是非常復(fù)雜的，土地覆被的變化并不意味著土地功能的改變(質(zhì)量或許會(huì)變化)，土地覆被狀況的維持也并不意味著土地功能的保持。只有全面掌握土地系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能的信息，才能結(jié)合具體的環(huán)境與社會(huì)經(jīng)濟(jì)情況以制定科學(xué)合理的土地利用規(guī)劃與政策。顯然，結(jié)構(gòu)功能理論為L(zhǎng)UCC研究提供了一種系統(tǒng)分析方法或視角。研究土地系統(tǒng)，首先應(yīng)把它看作一個(gè)具有內(nèi)在結(jié)構(gòu)和自組織機(jī)制的有機(jī)整體，其子系統(tǒng)通過(guò)相互協(xié)調(diào)共同支撐土地系統(tǒng)的運(yùn)行和發(fā)展。同時(shí)，各子系統(tǒng)也有相應(yīng)的內(nèi)在結(jié)構(gòu)與功能，并且結(jié)構(gòu)與功能之間具有復(fù)雜的相互作用關(guān)系。結(jié)構(gòu)功能論者主張把微觀個(gè)體行為放在系統(tǒng)中分析，但由于與宏觀研究取向存在矛盾，它們之間的結(jié)合是一個(gè)巨大挑戰(zhàn)［32］。

4 LUCC研究的復(fù)雜性范式

“老三論”(系統(tǒng)論、信息論和控制論)和“新三論”(耗散結(jié)構(gòu)論、協(xié)同論和超循環(huán)理論)的發(fā)展后，20世紀(jì)80年代圣塔菲研究所的成立使復(fù)雜性研究進(jìn)入了新階段，復(fù)雜性范式也得以初步形成［33］。土地系統(tǒng)是復(fù)雜的動(dòng)力系統(tǒng)，具有整體性(整體屬性大于部分屬性之和)、開(kāi)放性(與環(huán)境的物質(zhì)、能量和信息交換)、尺度性(某一尺度上的系統(tǒng)既是大尺度系統(tǒng)的子系統(tǒng)，又由小尺度子系統(tǒng)構(gòu)成)等特征，其變化格局和過(guò)程、驅(qū)動(dòng)機(jī)制及生態(tài)環(huán)境效應(yīng)等均表現(xiàn)出高度的復(fù)雜性［34］。復(fù)雜性理論不僅能夠解釋事物機(jī)械的、還原式的、線性的存在和演化，而且能夠解釋傳統(tǒng)研究范式所不能解釋和說(shuō)明的許多復(fù)雜現(xiàn)象和問(wèn)題，因而它具有比科學(xué)人文主義范式更豐富的內(nèi)容，可為L(zhǎng)UCC研究提供一種新的科學(xué)世界觀、認(rèn)識(shí)論和方法論。

土地系統(tǒng)是由眾多子系統(tǒng)組成的有機(jī)復(fù)雜系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)和功能都處在不斷的演化和流動(dòng)之中，且具有非線性、不確定性和不可逆性等特征。LUCC存在空間異質(zhì)性和時(shí)間變異性，不同區(qū)域、不同時(shí)期的事件應(yīng)該區(qū)別對(duì)待。土地利用/土地覆被具有時(shí)空多尺度性，不同尺度的問(wèn)題是不同的，應(yīng)明確界定研究的時(shí)空尺度，并且同一尺度的不同要素以及不同尺度之間通過(guò)物質(zhì)、能量和信息交換而存在關(guān)聯(lián)性和連通性。因而，土地系統(tǒng)在本質(zhì)上是復(fù)雜的，而復(fù)雜性范式就是還復(fù)雜系統(tǒng)以本來(lái)的復(fù)雜面目，以復(fù)雜性方法來(lái)處理復(fù)雜事物［35］，即將土地系統(tǒng)作為一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)或?qū)⑼恋乩?土地覆被類型作為復(fù)雜系統(tǒng)的組成部分進(jìn)行研究。此外，靜態(tài)的復(fù)雜性加上動(dòng)態(tài)的不確定性，會(huì)進(jìn)一步加劇復(fù)雜性程度。

復(fù)雜性理論力圖揭示時(shí)間或空間上的復(fù)雜結(jié)構(gòu)背后隱藏著的簡(jiǎn)單確定性規(guī)律［36］，因而定義關(guān)鍵變量對(duì)土地系統(tǒng)的復(fù)雜性研究十分重要。土地利用變化的驅(qū)動(dòng)因素涉及自然和人文科學(xué)的眾多領(lǐng)域，它們之間存在的非線性相互作用導(dǎo)致了土地覆被的動(dòng)態(tài)變化。研究者應(yīng)借助等級(jí)綴塊理論以及集成自下而上和自上而下的綜合途徑等尺度綜合方法，識(shí)別尺度域內(nèi)的主導(dǎo)因子，并應(yīng)重視理解次一級(jí)尺度水平的機(jī)制［37］。由于土地系統(tǒng)的非線性特征，某些因素的微小變化可能導(dǎo)致土地覆被的劇烈變化，并呈現(xiàn)十分復(fù)雜紊亂的狀態(tài)，土地結(jié)構(gòu)的連續(xù)變化也可能會(huì)產(chǎn)生功能的突變。因而，根據(jù)歷史發(fā)展的趨勢(shì)推測(cè)未來(lái)和做出長(zhǎng)期預(yù)測(cè)幾乎是不可能的，即使做出也是不可靠的。但這并不意味著我們完全無(wú)法進(jìn)行預(yù)測(cè)，復(fù)雜性理論告訴我們土地系統(tǒng)的短期行為還是可以預(yù)測(cè)的［38］。此外，研究主體的思維能力、復(fù)雜歷史文化背景和社會(huì)關(guān)系以及差異化性格和行為方式等，常導(dǎo)致研究結(jié)果具有不確定性，因而在LUCC研究中應(yīng)重視主體的作用，將主體和客體聯(lián)系起來(lái)。

研究對(duì)象的極端復(fù)雜性導(dǎo)致LUCC研究在方法論上莫衷一是，而且眾多嘗試都沒(méi)有超出概念模型的范圍。然而，正是這種復(fù)雜性，使得LUCC研究方法論可以借助復(fù)雜性科學(xué)來(lái)創(chuàng)新:不僅建立貼切的“物理”模型，而且找出相應(yīng)算法，借助計(jì)算機(jī)求解;不僅在形態(tài)和過(guò)程研究中不斷深入，而且重視機(jī)理研究［39］。復(fù)雜性范式要求應(yīng)用復(fù)雜性科學(xué)(或非線性系統(tǒng)分析)的理論方法，主要有:頻域分析，它是非線性系統(tǒng)分析的基本工具，其中小波分析作為其延伸，在LUCC研究中是一個(gè)有效工具［40］;幾何動(dòng)力學(xué)，通過(guò)相圖及相關(guān)圖形描述和解釋非線性系統(tǒng)的性質(zhì)和行為，如符號(hào)動(dòng)力學(xué)［41］、分形幾何［42］等;分叉理論，它是非線性系統(tǒng)穩(wěn)定性理論的主要部分，如突變論［43］等。LUCC研究的復(fù)雜性范式強(qiáng)調(diào)整體方法(仿真)，堅(jiān)持分析和綜合以及定性和定量方法的結(jié)合，主張從自上而下的還原路徑走向自下而上的整體路徑，提倡多尺度和跨學(xué)科的綜合研究，認(rèn)為隱喻和類比等非傳統(tǒng)科學(xué)方法在復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)研究中會(huì)起到關(guān)鍵作用。

表1 LUCC研究范式的特征比較Tab．1 Comparison of four paradigms in LUCC

5 結(jié)論與討論

范式包括研究者的世界觀和行為方式，這是一種認(rèn)識(shí)科學(xué)世界的新視角［44］。LUCC研究經(jīng)歷了從前科學(xué)(無(wú)范式)到科學(xué)(以范式為標(biāo)志)的歷史過(guò)程。本文以庫(kù)恩的“范式”和“范式轉(zhuǎn)變”為基本脈絡(luò)，剖析了LUCC研究中的實(shí)證主義范式、科學(xué)人文主義范式、結(jié)構(gòu)功能主義范式以及復(fù)雜性范式。范式及其轉(zhuǎn)變主要在本體論、認(rèn)識(shí)論和方法論三個(gè)層面表現(xiàn)出來(lái)。從本體論的角度，LUCC范式要回答“土地系統(tǒng)的形式和本質(zhì)是什么?”;在認(rèn)識(shí)論層面，則要探尋“在LUCC過(guò)程中所產(chǎn)生的各種關(guān)系”，而對(duì)這個(gè)問(wèn)題的回答又受本體論的制約，即“是否存在關(guān)系主體彼此之間的相對(duì)分離?”［45］;從方法論角度，要闡明LUCC過(guò)程的邏輯(見(jiàn)表1)。

任何一種單一的研究范式都不能在整體上為L(zhǎng)UCC提供全面合理的解釋，每種范式都有其價(jià)值性和局限性。LUCC研究的問(wèn)題復(fù)雜性以及目的多樣性，使得不同目的和不同問(wèn)題需要不同的研究范式與之適應(yīng)和匹配。目前看來(lái)，還不存在對(duì)一切問(wèn)題皆有效的LUCC研究范式。這種缺乏統(tǒng)一范式的局面，不僅可能影響LUCC的研究方向，而且可能導(dǎo)致研究的現(xiàn)實(shí)意義大打折扣。由于復(fù)雜性范式擁有傳統(tǒng)范式不可比擬的客觀基礎(chǔ)(LUCC中非線性現(xiàn)象普遍存在)［46］，并且對(duì)事物的認(rèn)識(shí)保留了其非線性的本質(zhì)特征，因而，越來(lái)越多的學(xué)者開(kāi)始致力于解讀LUCC的復(fù)雜性，建構(gòu)復(fù)雜性認(rèn)識(shí)論和方法論。

LUCC研究的不同范式之間并不是簡(jiǎn)單的替代和否定關(guān)系，如科學(xué)人文主義范式并不否定科學(xué)主義或?qū)嵶C主義，它只是以強(qiáng)調(diào)人的主體性來(lái)修正科學(xué)主義或?qū)嵶C主義的片面性;復(fù)雜性范式也并不否定傳統(tǒng)范式，它只是以新視角和新方法對(duì)外在復(fù)雜性和內(nèi)稟復(fù)雜性進(jìn)行簡(jiǎn)化描述，是保留事物真正非線性性質(zhì)的簡(jiǎn)化思維，復(fù)雜性與簡(jiǎn)單性的動(dòng)態(tài)相互關(guān)系在LUCC研究應(yīng)得到重視。

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［42］朱曉華，蔡運(yùn)龍．中國(guó)土地利用空間分形結(jié)構(gòu)及其機(jī)制［J］．地理科學(xué)，2005，25(6):671－677．［Zhu Xiaohua，Cai Yunlong．Fractal Analysis of Land Use in China［J］．Scientia Geographica Sinica，2005，25(6):671 －677．］

［43］高江波，趙志強(qiáng)，李雙成．基于地理信息系統(tǒng)的青藏鐵路穿越區(qū)生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力評(píng)價(jià)［J］．應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2008，19(11):2473 － 2479．［Gao Jiangbo，Zhao Zhiqiang，Li Shuangcheng．Evaluation of Ecosystem Resilience in the Regions Across Qinghai-Tibet Railway based on GIS［J］．Chinese Journal of Applied Ecology，2008，19(11):2473 －2479．］

［44］張林．學(xué)習(xí)型區(qū)域:信息時(shí)代區(qū)域發(fā)展新范式［M］．北京:經(jīng)濟(jì)科學(xué)出版社，2006．［Zhang Lin．Learning Region:New Paradigm of Regional Development in the Age of Information［M］．Beijing:Economic Science Press，2006．］

［45］葉增編．教學(xué)范式的科學(xué)主義與人文主義［J］．白城師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2007，21(2):95－98．［Ye Zengbian．Scientism and Humanism in Teaching Paradigm［J］．Journal of Baicheng Normal College，2007，21(2):95 －98．］

［46］李雙成，王羊，蔡運(yùn)龍．復(fù)雜性科學(xué)視角下的地理學(xué)研究范式轉(zhuǎn)型［J］．地理學(xué)報(bào)，2010，65(11):1315－1324．［Li Shuangcheng， Wang Yang， Cai Yunlong． The Paradigm Transformation of Geography from the Perspective of Complexity Sciences［J］．Acta Geographica Sinica，2010，65(11):1315 －1324．］

Paradigm Shift in the Study of Land Use/Cover Change

GAO Jiang-bo CAI Yun-long
(College of Urban and Environmental Sciences，Peking University，Beijing 100871，China)

Reserch on Land Use/Cover Change(LUCC)has developed from prescience period without a paradigm to science period，which is marked with paradigm．Identifying the connotation and the nature of paradigm and paradigm shift in LUCC is of great value for the development and refinement of its theory and application，which can further enhance the ability to explain and predict land use change．According to the paradigm and paradigm shift advanced by Thomas Kuhn，this paper explored the positivism paradigm，scientific humanism paradigm，structural functionalism paradigm，and complexity paradigm in LUCC．It is pointed out that paradigm and its shift can be understood on the basis of ontology，epistemology and methodology．Positivism paradigm，throughout the development of LUCC，emphasizes the separation of subjects and objects and believes that realities can be objectively known only by experience and logic analysis．It has played an important role since the early stage of LUCC study．Scientific humanism paradigm puts emphasis on the human subjectivity based on the scientism or positivism，and thus amends their one-sidedness．Structural functionalism paradigm provides researchers with a systematic analysis method．Its theoretical insights and research methods at macro levels deserve particular attentions．Complexity paradigm emphasizes the nonlinear，self-organization and connectivity of land systems，and thus brings a new scientific world outlook，epistemology and methodology into LUCC research．Therefore，the usage of complexity theory reflects the current shift of paradigm in LUCC．

land use/cover change(LUCC);paradigm shift;positivism;scientific humanism;structural functionalism;complexity paradigm

N02;P967

A

1002－2104(2011)10－0114－07

10.3969/j.issn.1002－2104.2011.10．018

2011－06－12

高江波，博士生，主要研究方向?yàn)橥恋乜茖W(xué)。

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(編號(hào):40871047)。

(編輯:田 紅)