基于系統(tǒng)演化視角的可持續(xù)性評(píng)價(jià)方法

黃茄莉

中國科學(xué)院成都山地災(zāi)害與環(huán)境研究所，成都 610041

基于系統(tǒng)演化視角的可持續(xù)性評(píng)價(jià)方法

黃茄莉

中國科學(xué)院成都山地災(zāi)害與環(huán)境研究所，成都 610041

可持續(xù)發(fā)展水平的衡量是可持續(xù)發(fā)展研究的重要內(nèi)容，它可以為政府的可持續(xù)發(fā)展決策提供重要的科學(xué)依據(jù)?，F(xiàn)有的可持續(xù)性評(píng)價(jià)方法可分為指標(biāo)列舉法、流量分析法和系統(tǒng)分析法。前兩類方法應(yīng)用廣泛，但理論基礎(chǔ)較為薄弱，在指標(biāo)的選取、標(biāo)準(zhǔn)化和賦權(quán)等方面存在一定的缺陷?；谙到y(tǒng)運(yùn)行機(jī)理的系統(tǒng)分析法尚不多見，但能彌補(bǔ)前兩種方法的部分不足，Ulanowicz于2009年提出的演化模型是此類方法的代表。該模型從系統(tǒng)演化角度出發(fā)，以網(wǎng)絡(luò)流為研究對(duì)象，以信息論為手段，指出系統(tǒng)的可持續(xù)性是系統(tǒng)上升性(效率)和恢復(fù)力平衡的結(jié)果，并提出了可持續(xù)性評(píng)價(jià)指標(biāo)R?；仡櫫爽F(xiàn)有研究方法的優(yōu)缺點(diǎn)。介紹了從演化視角分析可持續(xù)性的原理和數(shù)學(xué)模型，可持續(xù)發(fā)展的閾值范圍以及該方法的應(yīng)用案例。總結(jié)了該方法的應(yīng)用步驟及尚需解決的問題。

可持續(xù)性；評(píng)價(jià)；演化；上升性；恢復(fù)力

自1987年世界環(huán)境與發(fā)展委員會(huì)(WCED)出版其報(bào)告《我們共同的未來》及1992年聯(lián)合國環(huán)境與發(fā)展大會(huì)(UNCED)制定《21世紀(jì)議程》以來，世界各地迅速掀起了可持續(xù)發(fā)展研究的熱潮。Bettencourt和Kaur對(duì)標(biāo)題、摘要或關(guān)鍵詞中包含了“sustainability”和/或“sustainable development”的英文論文(1974—2010年)進(jìn)行了分析，結(jié)果表明：來自174個(gè)國家社會(huì)科學(xué)、生物學(xué)、醫(yī)學(xué)和地球科學(xué)等領(lǐng)域的37000多位作者共發(fā)表論文約20000篇，而且從20世紀(jì)80年代末開始論文數(shù)量以每8.3年翻一番的速度增加[1]?？梢?，可持續(xù)發(fā)展研究已經(jīng)滲透到世界各地的各個(gè)學(xué)科領(lǐng)域，而且研究隊(duì)伍正在不斷壯大?？沙掷m(xù)發(fā)展的定量評(píng)價(jià)是可持續(xù)發(fā)展研究的重要內(nèi)容，是科學(xué)家與公眾和政府交流的有效途徑，可以為政府的可持續(xù)發(fā)展決策提供重要的科學(xué)依據(jù)。

1992年聯(lián)合國環(huán)境與發(fā)展大會(huì)(UNCED)號(hào)召國家及國際上政府和非政府組織“開發(fā)并確定可持續(xù)發(fā)展指標(biāo)，以改善各個(gè)層面的決策信息”，第一次將可持續(xù)發(fā)展由理論和概念推向了行動(dòng)[2-3]。自此，評(píng)價(jià)可持續(xù)性的各類指標(biāo)和方法不斷涌現(xiàn)，并逐步應(yīng)用到國家和地區(qū)層面的可持續(xù)性評(píng)價(jià)中[4]。根據(jù)可持續(xù)性評(píng)價(jià)方法是否考慮了系統(tǒng)內(nèi)部組分之間及內(nèi)部組分與外部環(huán)境之間的關(guān)系，可以將他們分為3類。

第1類方法 主要從環(huán)境、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和制度等中的一個(gè)或幾個(gè)方面選取指標(biāo)，評(píng)價(jià)系統(tǒng)的可持續(xù)性，可稱之為指標(biāo)列舉法。該方法包含的典型框架和指數(shù)有壓力-狀態(tài)-響應(yīng)(PSR)框架、環(huán)境壓力指標(biāo)(EPIs)、生命行星指數(shù)(LVI)、綠色GDP、真實(shí)儲(chǔ)蓄率(GSs)、可持續(xù)經(jīng)濟(jì)福利指數(shù)(ISEW)、人類福利指數(shù)(HWI)、人文發(fā)展指數(shù)(HDI)等。這類方法由于簡單易行，在可持續(xù)性評(píng)價(jià)的初期非常流行，但它幾乎沒有考慮系統(tǒng)內(nèi)部組分之間或系統(tǒng)內(nèi)部組分與外部環(huán)境之間的關(guān)系。而且，由于評(píng)價(jià)框架較為籠統(tǒng)，針對(duì)同一研究對(duì)象不同的研究者可能會(huì)選擇不同的指標(biāo)體系，從而產(chǎn)生不同的研究結(jié)果，但不能從根本上判斷哪個(gè)指標(biāo)體系更恰當(dāng)。同時(shí)，對(duì)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化、賦權(quán)及集成方法的選取，迄今尚未形成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于同樣的指標(biāo)體系和原始數(shù)據(jù)，采用不同的標(biāo)準(zhǔn)化、賦權(quán)或集成方法會(huì)得到不同的絕對(duì)數(shù)值，且相對(duì)可持續(xù)性排序也可能發(fā)生變化。采用指標(biāo)列舉法時(shí)，指標(biāo)的選取和數(shù)值的處理過程都會(huì)增加可持續(xù)性評(píng)價(jià)結(jié)果的不確定性。

第2類方法 考慮了系統(tǒng)內(nèi)部組分與外部環(huán)境之間的相互作用關(guān)系，主要通過資源利用效率衡量系統(tǒng)的可持續(xù)性，可稱之為流量分析法，包括物質(zhì)流分析和能量流分析方法。其中，能量流分析包括能值分析和火用分析，尤以能值分析最為常見。能值分析同時(shí)考慮了能量在數(shù)量和品質(zhì)上的差異，改進(jìn)了傳統(tǒng)的能量分析方法，但未能從根本上解決方法體系中核心的能值轉(zhuǎn)化率的確定問題，其轉(zhuǎn)化率的確定受人為影響較大，沒有考慮到環(huán)境的影響因素[5]。流量分析方法通過建立賬戶分析資源流動(dòng)的效率和可獲得性等評(píng)價(jià)系統(tǒng)的可持續(xù)性，建立了系統(tǒng)內(nèi)部組分與外部環(huán)境之間的聯(lián)系，但這類方法未包含與可持續(xù)性有關(guān)的全部強(qiáng)度參數(shù)[6]。第1類和第2類方法的共同點(diǎn)是都很少研究可持續(xù)發(fā)展的閾值范圍。

第3類方法為系統(tǒng)分析法，它是基于系統(tǒng)運(yùn)行機(jī)理進(jìn)行的可持續(xù)性評(píng)價(jià)，既考慮了系統(tǒng)內(nèi)部組分與外部環(huán)境之間的關(guān)系，又考慮了系統(tǒng)內(nèi)部組分之間的關(guān)系。開發(fā)此類指標(biāo)是可持續(xù)性評(píng)價(jià)的發(fā)展趨勢(shì)。目前此類指標(biāo)還比較少見，美國系統(tǒng)生態(tài)學(xué)家Ulanowicz于2009年從系統(tǒng)演化角度出發(fā)提出的可持續(xù)性指標(biāo)R是此類指標(biāo)的代表[7]。與第1類和第2類方法中的指標(biāo)/指數(shù)相比，可持續(xù)性指標(biāo)R主要有以下4點(diǎn)優(yōu)勢(shì)：①具備合理的理論基礎(chǔ)，推導(dǎo)過程嚴(yán)謹(jǐn)；②考慮了系統(tǒng)內(nèi)組分之間及內(nèi)部組分與外部組分之間復(fù)雜的相互關(guān)系；③指標(biāo)R并非基于指標(biāo)體系推導(dǎo)得出，因此不存在與指標(biāo)的選取、標(biāo)準(zhǔn)化、賦權(quán)和集成等相關(guān)的問題；④提出了可持續(xù)發(fā)展的閾值范圍和最佳狀態(tài)。下面簡要介紹從演化角度評(píng)價(jià)系統(tǒng)可持續(xù)性的原理和數(shù)學(xué)模型，可持續(xù)發(fā)展的閾值范圍，以及該方法在當(dāng)前研究中的應(yīng)用。

1 從演化角度評(píng)價(jià)可持續(xù)性的原理

美國系統(tǒng)生態(tài)學(xué)家Ulanowicz從信息論的角度出發(fā)，從宏觀上分析了驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)演化的作用力，定量解析了系統(tǒng)演化過程，指出系統(tǒng)演化的能力由系統(tǒng)的上升性(效率)和恢復(fù)力組成，二者的平衡關(guān)系決定了系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展水平[7]。

1.1 系統(tǒng)演化的能力

假設(shè)事件i發(fā)生的概率為pi，發(fā)生的不確定性為si，則si=-klog(pi)，它表征事件發(fā)生變化的潛力。事件發(fā)生的概率越大，發(fā)生變化的潛力越小。整個(gè)系統(tǒng)的平均不確定性可記為H:

(1)

當(dāng)pi≈1時(shí)，事件幾乎肯定會(huì)發(fā)生，但它幾乎不可能發(fā)生變化(si≈0)，此時(shí)hi≈0；當(dāng)pi≈0，事件發(fā)生變化的潛力很大(si?1)，但在系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)中它幾乎不會(huì)以作用者的身份出現(xiàn)(pi≈0)，此時(shí)也有hi≈0。只有當(dāng)pi取中間值時(shí)，事件才能頻繁發(fā)生，同時(shí)又有足夠的潛力變化。從這個(gè)意義上講，hi表征事件i在系統(tǒng)變化或發(fā)展過程中起重要作用的能力，H則表示整個(gè)系統(tǒng)經(jīng)歷變化的總能力[7]。這些變化是協(xié)調(diào)的還是完全隨機(jī)的，取決于不同事件i之間是否相互聯(lián)系和相互聯(lián)系的程度。為了讓任何變化有意義和方向，在可能事件之間必須存在約束[8]。這種系統(tǒng)內(nèi)部事件之間的相互約束可以用平均相互信息表示。

信息指不確定性的減少量。當(dāng)事件i發(fā)生的不確定性已知，事件j發(fā)生時(shí)事件i發(fā)生的不確定性也已知，就可以求出由j引起的i不確定性的降低，此即事件i從事件j中得到的信息，也表征了事件j對(duì)事件i的約束:

(2)

(3)

AMI量化了系統(tǒng)中的有序、連貫和有效行為[7]。如果將事件看作物質(zhì)、能量或信息的流動(dòng)，那么當(dāng)AMI的值越高時(shí)，介質(zhì)流動(dòng)受到的約束越強(qiáng)，系統(tǒng)的組織結(jié)構(gòu)越清晰。如果一些路徑轉(zhuǎn)化介質(zhì)的效率更高，那么越來越多的介質(zhì)將通過這些高效的路徑進(jìn)行轉(zhuǎn)化，使得它們比低效的路徑更具優(yōu)勢(shì)(圖1[9])。這是因?yàn)橄到y(tǒng)在演化過程中，正反饋?zhàn)饔脮?huì)選擇少數(shù)效率更高的路徑而刪除效率更低的路徑，逐步形成如圖1[9]所示的結(jié)構(gòu)。

圖1 生態(tài)系統(tǒng)發(fā)展的假象情景[9]Fig.1 Hypothetical scenario for ecosystem development[9]

根據(jù)對(duì)數(shù)函數(shù)的凸性可知H≥AMI≥0[10],由此可見系統(tǒng)的不確定性是系統(tǒng)平均相互信息的上限。將不確定性H與平均相互信息AMI之間的差值即系統(tǒng)殘余的不確定性稱為“條件熵”[7]，記為ψ:

(4)

將式(4)變形可得式(5):

H=AMI+ψ

(5)

由式(5)可知，系統(tǒng)的演化或自組織能力(H)可以分解為兩個(gè)組分：量化系統(tǒng)有序、連貫、有效的平均相互信息AMI和量化系統(tǒng)無序、不連貫和無效的“條件熵”ψ[7]。

1.2 網(wǎng)絡(luò)流系統(tǒng)的演化能力

流量是對(duì)自然界中的轉(zhuǎn)化進(jìn)行描述的概念。物質(zhì)流、能量流和信息流在生活中隨處可見。任何動(dòng)力系統(tǒng)都可以理解成流量網(wǎng)絡(luò)[10]。因此，可以通過將真實(shí)系統(tǒng)抽象成網(wǎng)絡(luò)來刻畫系統(tǒng)的演化過程。下面介紹如何表達(dá)網(wǎng)絡(luò)流系統(tǒng)的不確定性、平均相互信息和“條件熵”。在網(wǎng)絡(luò)流系統(tǒng)中，事件i可表示一定量的介質(zhì)從小室i離開，事件j可表示一定量的介質(zhì)進(jìn)入小室j。事件發(fā)生的概率可用流量表示:

(6)

式中，Tij表示從小室i流入小室j的流量，Ti.表示所有離開小室i的流量，T.j表示所有流入小室j的流量，稱為系統(tǒng)總吞吐量。

(7)

將流量表示的概率式(6)代入式(1)、(3)、(4)可得式(8)：

(8)

此即網(wǎng)絡(luò)流系統(tǒng)的平均不確定性H、平均相互信息AMI和“條件熵”ψ。式(8)中k表征參數(shù)尺度，它只與對(duì)數(shù)底數(shù)有關(guān)，如當(dāng)對(duì)數(shù)底數(shù)取2時(shí)，k為1比特。但是k不能表征系統(tǒng)的物理維度，因?yàn)楸忍貍鬟f不了任何系統(tǒng)大小的信息。因此，在網(wǎng)絡(luò)流系統(tǒng)中選取系統(tǒng)總吞吐量T..表征網(wǎng)絡(luò)的大小[10]，式(8)變?yōu)槭?9—11)：

(9)

(10)

(11)

式中，C為發(fā)展能力，A為上升性，φ為恢復(fù)力[7]。由式(5)易知發(fā)展能力是上升性和恢復(fù)力的和：

C=A+φ

(12)

式(5)和式(12)表明系統(tǒng)的演化能力(或自組織能力)由兩個(gè)因素組成：表征系統(tǒng)效率的上升性A和表征系統(tǒng)發(fā)生變化潛力的恢復(fù)力φ。在網(wǎng)絡(luò)中，效率指網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)充分表現(xiàn)出有組織和有效行為以保持系統(tǒng)的整體性，而恢復(fù)力是指網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)有靈活的后退空間和多樣的行為以面對(duì)異常擾動(dòng)及發(fā)展進(jìn)化過程中的異常需求[11]。對(duì)系統(tǒng)的發(fā)展而言，上升性和恢復(fù)力缺一不可，缺乏上升性將使系統(tǒng)缺乏生存所需的活力或內(nèi)部組織；而恢復(fù)力過小將使系統(tǒng)在面對(duì)微小的異常擾動(dòng)時(shí)都易于崩潰。效率和恢復(fù)力在本質(zhì)上是互補(bǔ)的，因?yàn)槟芴岣咝实牧骶€型會(huì)自動(dòng)降低恢復(fù)力。一般而言，更高的效率意味著更低的恢復(fù)力，相反更高的恢復(fù)力意味著更低的效率。只有當(dāng)上升性和恢復(fù)力之間比例合適時(shí)，才既能保證系統(tǒng)處理物質(zhì)、能量和信息流，又能保證系統(tǒng)從異常擾動(dòng)中恢復(fù)，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展[7]。

2 從演化角度評(píng)價(jià)可持續(xù)性的數(shù)學(xué)模型

只有當(dāng)上升性和恢復(fù)力的比值處于一定的平衡范圍內(nèi)時(shí)，系統(tǒng)才能實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。由式(12)可知，系統(tǒng)的發(fā)展能力是上升性和恢復(fù)力之和。因此，Ulanowicz通過定義a=A/C(0≤a≤1)來描述上升性和恢復(fù)力之間的關(guān)系，構(gòu)建了關(guān)于a的“演化的適應(yīng)性”指標(biāo)F，并且基于F構(gòu)建了可持續(xù)性指標(biāo)R[7]:

F=-kalog(a)

(13)

指標(biāo)F可測量系統(tǒng)的演化或自組織潛力[7]。當(dāng)a=1時(shí)，系統(tǒng)的恢復(fù)力為0，F(xiàn)=0；當(dāng)a→0時(shí)，系統(tǒng)的上升性趨于0，F(xiàn)→0。與對(duì)式(1)的解釋類似，只有當(dāng)a取中間值即效率和恢復(fù)力的比例合適時(shí)，系統(tǒng)才可能實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。通過求取F的最優(yōu)值，可得到效率和恢復(fù)力的最佳平衡比例。當(dāng)a=(1/e)時(shí)，F(xiàn)取得最大值，此時(shí)效率和恢復(fù)力的比值約為0.58。然而，這僅僅是從數(shù)學(xué)角度推理得到的結(jié)果，實(shí)際上F的最大值可能受到迄今不確定的動(dòng)力因素影響。因此，需要對(duì)F進(jìn)行調(diào)整。Ulanowicz引入了調(diào)整參數(shù)β[7]，這樣F=-kaβlog(aβ)，其中β的值能通過可獲取的數(shù)據(jù)確定。選取k=e/log(e)標(biāo)準(zhǔn)化該函數(shù)，則對(duì)“演化的適應(yīng)性”測量變?yōu)槭?14):

F=-[e/log(e)]aβlog(aβ)

(14)

R=T..F

(15)

對(duì)于任意已知網(wǎng)絡(luò)，a和T..均可直接求得，若確定了β值，則可求得系統(tǒng)當(dāng)前的可持續(xù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)及距離最佳可持續(xù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)的距離。

3 可持續(xù)發(fā)展的閾值范圍

確定可持續(xù)發(fā)展的閾值范圍可以包含兩項(xiàng)內(nèi)容：一是確定最佳可持續(xù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)；二是確定可持續(xù)發(fā)展的邊界。前已述及，確定了β值就可以確定系統(tǒng)的最佳可持續(xù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)。然而，迄今還沒有證據(jù)表明β值是通用的，生態(tài)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)、經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)和基因演變轉(zhuǎn)化網(wǎng)絡(luò)等可能具有不同的β值。目前，僅有研究確定了生態(tài)系統(tǒng)的β值和可持續(xù)發(fā)展的邊界。

圖2 隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)(圓圈)與真實(shí)網(wǎng)絡(luò)(實(shí)心方塊)的鏈接密度和有效作用數(shù)的組合[7]Fig.2 Combinations of link-density plotted against number of effective roles in a set of randomly assembled networks (circles) and empirically estimated ecosystem network (solid squares)[7]

如果能構(gòu)建經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)流量網(wǎng)絡(luò)，也可用類似的分析方法分析經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展的閾值范圍。中國和全球許多國家都會(huì)定期編制國家和地區(qū)層面的投入-產(chǎn)出表。投入-產(chǎn)出表反映了經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)中不同部門之間的相互作用關(guān)系。價(jià)值型投入-產(chǎn)出表可以轉(zhuǎn)化為以部門為網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)，以部門之間現(xiàn)金流為流量的網(wǎng)絡(luò)。國內(nèi)已有學(xué)者將投入-產(chǎn)出表轉(zhuǎn)化為流量網(wǎng)絡(luò)，并根據(jù)本文提及的指標(biāo)，從不同角度分析了甘肅省和北京市經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展趨勢(shì)[13-14]。因此，將投入-產(chǎn)出表轉(zhuǎn)化為流量網(wǎng)絡(luò)，比較經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)現(xiàn)金流網(wǎng)絡(luò)和隨機(jī)模擬網(wǎng)絡(luò)的屬性差異，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)性質(zhì)應(yīng)能得出經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展的閾值范圍。

4 已有的研究案例

從系統(tǒng)演化的角度出發(fā)，基于效率和恢復(fù)力的平衡關(guān)系評(píng)價(jià)系統(tǒng)可持續(xù)性的方法，已經(jīng)應(yīng)用到了經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)和水資源系統(tǒng)中。Li和Yang采用該方法評(píng)價(jià)了海河流域4個(gè)子流域1999—2007年水資源系統(tǒng)的可持續(xù)性[15]。Kharrazi等用該方法分析了6個(gè)經(jīng)濟(jì)資源貿(mào)易網(wǎng)絡(luò)的可持續(xù)性[6]。

Litetaer基于效率和恢復(fù)力平衡的關(guān)系，專門分析了銀行危機(jī)，指出銀行危機(jī)產(chǎn)生的原因并非循環(huán)或者管理失靈，而是貨幣系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定[16-17]。研究指出從系統(tǒng)演化的角度看，銀行要實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展就需要多樣化貨幣種類和制度類型，引入新的貨幣(輔助貨幣)專門用于流通。引入這些輔助貨幣的目的不是替代傳統(tǒng)的國有貨幣，而是與之并行運(yùn)轉(zhuǎn)，提高銀行系統(tǒng)的恢復(fù)力。一個(gè)成功的案例是以WIR系統(tǒng)為基礎(chǔ)的企業(yè)對(duì)企業(yè)(B2B)輔助貨幣[18]。該貨幣已經(jīng)在瑞士成功運(yùn)行75a，使用者包含瑞士1/4的企業(yè)。這是瑞士經(jīng)濟(jì)體保持長期穩(wěn)定的重要原因。

圖3 可持續(xù)性與上升性和恢復(fù)力之間的關(guān)系Fig.3 Sustainability as function of the tradeoff between ascendency and resilience

Goerner等將該模型用到經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)，分析了它對(duì)自由企業(yè)理論、政策和實(shí)踐的含義，并提出用連通度和多樣性量化系統(tǒng)的可持續(xù)性[11]?；謴?fù)力和上升性都與網(wǎng)絡(luò)的連通度和多樣性水平有關(guān)，但方向相反。高的連通度和多樣性對(duì)恢復(fù)力起正面作用，因?yàn)轭~外的選擇有利于系統(tǒng)從一條或者多條路徑/結(jié)點(diǎn)的缺失或干擾中恢復(fù)。然而，過高的連通度和多樣性會(huì)妨礙系統(tǒng)轉(zhuǎn)化介質(zhì)的效率，導(dǎo)致系統(tǒng)停滯。低的連通度和多樣性對(duì)上升性起正面作用，但過低的連通度和多樣性會(huì)使系統(tǒng)在面對(duì)異常擾動(dòng)時(shí)缺乏選擇路徑，從而極其脆弱。因此，當(dāng)連通度和多樣性過高(恢復(fù)力過高，效率過低)或過低(恢復(fù)力過低，效率過高)時(shí)系統(tǒng)都將變得不可持續(xù)(圖3)[11]。

由圖3可見，系統(tǒng)離最佳平衡點(diǎn)越遠(yuǎn)，可持續(xù)性越弱，只有處于活力區(qū)域內(nèi)時(shí)系統(tǒng)才是可持續(xù)的。國內(nèi)也有學(xué)者基于該思路評(píng)價(jià)了北京市經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展的趨勢(shì)[14]。

5 小結(jié)

從演化的視角出發(fā)，以系統(tǒng)效率和恢復(fù)力平衡為基礎(chǔ)提出的可持續(xù)性評(píng)價(jià)方法，為可持續(xù)性評(píng)價(jià)和分析提供了新的視角。采用該方法評(píng)價(jià)系統(tǒng)可持續(xù)性時(shí)，首先需要構(gòu)建能代表系統(tǒng)特征的流量網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建包含3方面的內(nèi)容：①網(wǎng)絡(luò)中流動(dòng)介質(zhì)的選取，可根據(jù)研究目標(biāo)選擇貨幣、能量、碳或氮等作為流動(dòng)介質(zhì)；②網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)的選取，結(jié)合系統(tǒng)特點(diǎn)和數(shù)據(jù)收集的難易程度選取網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)；③結(jié)點(diǎn)之間流量數(shù)據(jù)的獲取。其次，需要確定β值的大小，進(jìn)而明確最佳可持續(xù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)，為可持續(xù)性評(píng)價(jià)提供參照系。目前，僅有研究確定了生態(tài)系統(tǒng)中β值的大小，其他系統(tǒng)尚無定論，這也是該方法在定量研究方面進(jìn)展緩慢的重要原因之一。最后，將網(wǎng)絡(luò)中的流量數(shù)據(jù)代入式(7)可得到系統(tǒng)總吞吐量T..，代入式(9)和式(10)即可求得代表效率和恢復(fù)力關(guān)系的a值，結(jié)合β值和式(15)即可求得系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)及距離最佳可持續(xù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)的距離?？沙掷m(xù)性評(píng)價(jià)的最終目的是提出方案使系統(tǒng)朝著更可持續(xù)的方向發(fā)展。這里可通過對(duì)R進(jìn)行敏感性分析，調(diào)整各路徑上的流量實(shí)現(xiàn)[7]。可見，從演化視角評(píng)價(jià)系統(tǒng)可持續(xù)性具有完備的理論和方法體系。

與現(xiàn)有可持續(xù)性評(píng)價(jià)方法相比，從演化視角評(píng)價(jià)系統(tǒng)可持續(xù)性的方法理論基礎(chǔ)更堅(jiān)實(shí)，方法體系更完善，而且不存在因指標(biāo)選取、標(biāo)準(zhǔn)化、賦權(quán)和集總等引起的問題，并且研究了可持續(xù)發(fā)展的閾值范圍。這些都是該方法的突出優(yōu)點(diǎn)。然而，由于該方法從提出到現(xiàn)在尚不足5年，在推廣應(yīng)用時(shí)還存在一些問題。其一，網(wǎng)絡(luò)流量數(shù)據(jù)的獲取比較困難，尤其涉及時(shí)間序列數(shù)據(jù)時(shí)；其二，未明確提出網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)的選取標(biāo)準(zhǔn)；其三，目前只求取了生態(tài)系統(tǒng)中的β值，這嚴(yán)重阻礙了該方法在可持續(xù)性定量分析中的應(yīng)用。

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A new method to assess sustainability: from the perspective of system evolution

HUANG Jiali

InstituteofMountainHazardsandEnvironment,ChineseAcademyofSciences,Chengdu610041,China

Sustainability assessment is an important subject in the field of sustainable development. Indicators of sustainability can provide policy-makers with clues as to whether a region is moving toward or away from sustainability: this can be helpful for decision-making. Sustainability assessment methodologies can be classified into three indicators: enumeration, flow analysis and systemic analysis. The standard used to classify methodologies considers whether the relationships between components in the system alone or whether the relationships between components in the system and the outside environment are considered. The indicators enumeration and flow analysis are widely used; however, they contain some disadvantages. These methods have a poor theoretical basis. Moreover, criteria to choose, standardize and integrate indicators are not ascertained unanimously. Different results may be derived for the same data if different methods of standardization or integration are used. Hence, sustainability assessment from the perspective of system dynamics has emerged as the optimal assessment method. In 2009, the American theoretical ecologist Ulanowicz proposed a typical system analysis method known as the evolution model. The evolution model—taking flow networks as the study object vand information theory as the measurement—shows that the sustainability of a system is determined by the balance between ascendency (efficiency) and resiliency. The model states that the capacity for a system to undergo evolutionary change or self-organization consists of two factors: 1) ascendency: the network′s capacity to perform in a sufficiently organized and efficient manner to maintain its integrity over time; and 2) resilience: the network′s reserve of flexible fallback positions and diversity of actions that can be used to meet the exigencies of novel disturbances and the novelty needed for ongoing development and evolution. These two factors are complementary with respect to diversity and connectivity in the network. A system′s resilience is enhanced by high levels of diversity and connectivity, while ascendency is augmented by low levels of diversity and connectivity. In other words, too much ascendency (resilience) means too little resilience (ascendency). A system lacking ascendency has neither the extent of activity nor the internal organization needed to survive. By contrast, a system lacking resilience appears brittle in the face of novel disturbances. Both too much ascendency and too much resilience negatively affect sustainable development. Both ascendency and resilience are important for long-term sustainability: a system′s sustainability is depending on the tradeoff between ascendency and resilience. According to this result, the sustainability indicator R is proposed. The paper is organized as follows. First, the advantages and disadvantages of current sustainability assessment methodologies are reviewed. Section 1 describes the principles used to analyze sustainability from the perspective of system′s evolution. In section 2, the evolution model is described in the language of information theory. Section 3 describes the range of sustainable development and the optimal sustainable development state for ecosystems. This section also examines how to analyze the range of sustainable development in an economic system. The evolution model is applied to a water system and an economic system; these applications are described in section 4. Finally, the key steps to applying the evolution model are summarized and its disadvantages are discussed.

sustainability; assessment; evolution; ascendency; resiliency

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41201603)；中國科學(xué)院成都山地災(zāi)害與環(huán)境研究所“一三五”方向性項(xiàng)目專題(SDS-135-1204-03)

2013-03-12;

日期:2014-10-30

10.5846/stxb201403120425

*通訊作者Corresponding author.E-mail: jialih@imde.ac.cn

黃茄莉.基于系統(tǒng)演化視角的可持續(xù)性評(píng)價(jià)方法.生態(tài)學(xué)報(bào),2015,35(8):2712-2718.

Huang J L.A new method to assess sustainability: from the perspective of system evolution.Acta Ecologica Sinica,2015,35(8):2712-2718.