自然保护区社会生态复合系统信息传递过程理论研究

张广帅 ，刘金福 ，马瑞丰，俞 伟，林勇明

(1．福建农林大学林学院，福建福州350002;2．福建农林大学海峡自然保护区研究中心，福建福州350002;3．福建省高校森林生态系统经营与过程重点实验室，福建福州350002)

生物多样性是人类社会经济活动的重要物质基础和基因资源库，同时也是国家社会经济持续发展的重要战略资源(国家环保总局，2009)。工业革命以后，人类对自然资源的不合理开采利用和毁灭性的生产方式以及气候的极端异常变化对生物多样性产生极大的影响，物种的行为、分布、丰富度、种群大小、种间关系以及生态系统的结构与功能均发生了不同程度的改变，并且这种改变将导致物种的进一步绝灭(吴建国等，2009)。建立自然保护区是生物多样性就地保护的重要措施之一(刘洋和吕一河，2008)。然而自然保护区在建立之初很少充分考虑其与周边及其内部本土居民的关系。据不完全统计，国家级自然保护区范围内，平均每个保护区内部有常住居民近1．5万，周边则多达5万(苏扬，2004)。保护区自然区域内部及周边的居民在世代的居住生活中已经与当地的环境建立起一种密切的相互作用关系，而这种相互作用将直接影响着保护区内的生态功能和生物多样性(Berkes et al．，2000;Gadgil et al．，1993)。纵观李洪波、蔡海生、王蕾等学者有关自然保护区的研究成果，多是单一分析自然保护区的某一热点问题，比如自然保护区的生态旅游与开发(李洪波和李燕燕，2009)、自然保护区的生态承载力研究(蔡海生等，2007)、自然保护区生态价值补偿机制(王蕾等，2011)、自然保护区社区发展模式(刘静等，2009)等。通过比较分析前人关于保护区的研究，不难发现，以上几类研究层面均是从不同的角度分析自然保护区的人地关系即保护区生态系统与社会经济系统之间的相互作用关系。而从系统论的角度，用信息传递与反馈模式抽象保护区各系统间的相互作用来研究归纳自然保护区的发展范式至今未见报道。

1 自然保护区社会生态复合系统

现代系统论对系统的定义是一定边境范围内部相互作用的多个要素的整体。一个基本的系统包括相对的边界、内部多个动态变化的要素以及要素之间的相互作用，即系统具有边界性、组织性和动态性。而复合系统则是由不同属性的子系统相互关联、相互作用、相互渗透而构成的具有结构与功能统一的、开放的复合型动态巨系统(张树军等，2010)。

自然保护区与周边区域在功能与结构上存在明显的景观差异性以及物质组成的异质性，保护区内的自然生态环境、人类经济生产活动以及风俗文化底蕴有机组合为一个具有自然属性和社会属性的双重复合系统。而保护区外围与保护区内资源环境紧密联系的社区，由于其对保护区资源的依赖性和影响性较强而与外界其他区域的联系相对较少，所以这些区域系统也属于自然保护区复合系统的一部分。具体而言，自然保护区复合系统大致可以分为天然生态系统、人工生态系统、保护区管理系统以及社区系统。鉴于保护区内旅游活动具有经济开发、资源消耗、宣传教育等多重属性，对保护区内自然生态系统与社会系统具有重要影响，所以单独划分出保护区旅游产品开发与运行系统。天然生态系统与人工生态系统构成了自然保护区巨系统中的生态系统，保护区旅游产品开发与运行系统、保护区管理系统以及社区系统则构成了社会经济系统，本文用社会系统代指(图1)。

图1 自然保护区社会生态复合系统组成示意图Figure 1 Social ecological compound system of nature reserve

自然保护区各子系统之间虽然具有不同的结构、功能、属性特征，但是并不是孤立存在和单独分布的，它们之间具有非常强的相互依赖性和耦合作用，并且在空间格局上往往相互重叠镶嵌。

1．1 自然保护区生态系统

自然保护区内生态系统主要包括自然生态系统和人工生态系统，自然生态系统是自然保护区复合系统的核心系统和最重要的组分，为其他子系统的合理运转提供原始物质能量，是其他子系统的天然本底;人工生态系统是天然系统的必要补充，是人类在对天然生态系统进行开发或者保护的过程中，有目的性地对天然生态系统的人为改造，以便更好地为人类自身服务。按照自然属性均可以分为水生态系统、土壤生态系统两类基本生态系统以及森林复合生态系统、湿地复合生态系统。水生态系统主要指自然保护区内的河流、坑塘湖泊、地下水系统以及所组成的保护区范围内的水循环体系;土壤生态系统主要指自然保护区内的土壤圈内由土壤动物、植物根系、凋落物、土壤微生物等所组成的生态系统;森林生态系统则是自然保护区生态系统的主要组成部分，集中体现自然保护区的结构和功能的多样性，是自然保护区内动植物的主要存在系统;湿地生态系统存在于特定的自然保护区生态系统之内，由于其独特的结构与功能，具有含蓄水源、调节保护区小气候的重要作用。

自然保护区生态系统对自然保护区的承载力和生态容量具有决定作用，自然保护区生态承载力指标体系的构建大多围绕生态系统的组成因子构建，尤其是在自然环境承载能力方面(文传浩等，2002)。自然保护区生态系统同时也是生态旅游和社区发展的物质基础和能量之源。

1．2 自然保护区社会系统

自然保护区社会系统主要是自然保护区范围内人类生产生活所组成的系统，根据具体的生产活动类型可以分为社区系统、管理系统以及旅游产品的开发与运行系统。

社区系统主要包括社区居民的生产、生活，具体表现在对保护区自然资源的开发利用、农业生产、向保护区生态系统排放废弃物、社区居民在保护区内从事相关职业等活动。社区系统往往会对保护区生态系统产生一定的负面作用(张建奇等，2004)。社区系统是保护区复合系统中的活跃组分之一，与旅游产品开发运行系统不同的是社区系统在长期的发展中与自然生态系统形成了一种伴生关系，社区系统对天然生态系统具有强大的依赖性，同时有受到管理系统和旅游产品开发与运行系统的影响。

旅游产品开发与运行系统主要是自然保护区内旅游资源的开发、旅游活动的开展、旅游区域的规划，是自然保护区复合系统中最为活跃的组分之一，是连接生态系统与社会系统的桥梁，是物质与信息流动的主要廊道之一，对天然以及人工生态系统具有较为深刻的影响力同时也为保护区管理系统和社区系统提供一定的物质基础。旅游产品开发与运行系统能够有效的协调自然保护区生态系统与社区系统之间的关系，将社区系统对生态系统产生的负向作用转换为两个子系统之间的正向促进作用。

自然保护区管理系统是自然保护区复合系统中的决策者和调配者，对复合系统内的各子系统起调动统筹作用，直接控制着保护区复合系统的发展方向。

1．3 自然保护区生态——社会系统交错带

自然保护区生态——社会交错带主要是自然保护区天然生态系统的外围区域，是生态系统与社会系统活动最为频繁的区域。一般来说社区分布区域以及旅游活动所涉及的自然区域都是生态——社会系统交错带。与生态系统内的生态交错带不同，这一区域的物种多样性由于人类活动的干扰并不是很高，并且物种的种类及其分布受人类主观影响较大，植被组成多为观赏类或农耕类。与生态交错带相似的是这一区域往往调控或调节横穿自然保护区各子系统之间的生态流，即物质、能量和有机体的流动(Ewel，1986;Puyravaud et al．，1994)。自然保护区生态社会交错带可以作为物质与能量流动的廊道、过滤器及障碍、源或者库(Hansen et al．，1992)。这一区域既为社区活动和旅游产品的开发运行提供资源，同时也对天然生态系统起到隔离与保护作用。

2 自然保护区社会生态复合系统功能分区

分区管理作为自然保护区科学管理的重要组成部分，相关的研究较为充分。现行普遍的分区形式是按照自然资源和生态系统的作用和地位，以方便保护区管理与规划为导向，把自然保护区按照地理区位划分为核心区、缓冲区和实验区(翟惟东和马乃喜，2000)。由于自然保护区内不同的地理空间分布与其特定的功能相适应，所以传统的结构分区可以体现一定的功能分化，但是由于自然保护区系统成分较为复杂，仅仅按照上述分区方法并不能完全涵盖自然保护区系统的全部范围，三分法仅仅对自然保护区中的生态系统进行了简单划分而忽视了自然保护区中的社会系统，未能合理地把社区范围和旅游区范围划归其中。

图2 自然保护区社会生态复合系统功能分区Figure 2 Functional partition of social-ecological compound system of nature reserve

根据自然保护区范围内社会生态系统作用特点，基于空间区位与在保护区复合系统内的作用，在尽可能保持生态系统功能完整性、社会系统经济协调性的原则下，本文把自然保护区划分为核心区、过渡区、外围区和居住区四部分(图2)。核心区又可称为非开发区，主要指为了保护物种的多样性、生态系统的稳定性和自然景观的天然性而禁止人类活动干扰的区域，核心区主要是天然生态系统，社会经济系统几乎不在这一区域存在。核心区严格按照自然规律进行演替发展，但是并不排斥由于气候环境等因素导致核心区生态系统失衡时以保护生态环境质量为目的的科学活动;过渡区又称半开发区，是核心非人类干扰区域与外围人类活动区域的连接过渡区域，该区域以天然生态系统为主，但也包含人为干扰因子，其主要作用是保护核心区域免受外界的人类干扰，把不利于生态系统稳定性的物质能量信息流阻碍于核心区之外;外围区即旅游活动区，是生态系统与社会系统有机结合的区域，这一区域社会经济活动较为密集，形式多种多样，生态系统与社会系统之间的信息传递最为强烈，本区域也是自然保护区复合系统耦合作用表现最为明显的区域，对其他区域具有重要的影响作用;居住区主要是自然保护区内社区分布的区域，这一区域人类对自然环境的改动最为明显，因此社会系统占主导，由于居住区的社会性与自然保护区的生态性，因此这一区域也是矛盾最显著的区域。

3 自然保护区社会生态复合系统间信息传递

3．1 自然保护区社会生态复合系统间物质流

自然保护区社会生态复合系统间具有频繁显著的物质交换。一方面，生态系统为社会经济系统提供优越的自然资源与生态环境，比如清新的空气、洁净的水资源、大量的林木资源以及农作物生长所需要的肥沃土壤，自然保护区内人类的社会生产活动本身就是建立在对自然生态系统的物质资源的利用和改造之上的。如果说植物是生态系统中物质的初级生产者，那么自然保护区中的生态系统就类似于复合系统中的物质生产工厂。另一方面，社会系统在利用生态系统所提供的物质资源的同时也向生态系统传递物质，生态系统从社会系统中获取的物质主要包含两类，一类是人类为了更好地改造、利用自然资源所输出的，比如化肥、农药、人工培育的新型物种等，尽管化肥农药等物质并不直接作用于天然的生态系统，但是它们却会通过人工的农田果园等系统间接流向天然生态系统中，即便是自然保护区的核心非开发地区，也能够找到人类作用的物质痕迹;另一类则是人类活动所产生的废弃物，社会系统从自然生态系统中输入天然的物质资源，而向生态系统中排放加工利用之后的废弃物质，比如生活垃圾、污水、废气等。可以说社会系统就是复合系统中的物质加工转换器。

生态系统与社会系统之间的物质流动并不是简单的双向传递，而是类似于生态系统物质循环的一种循环流动(图3)。社会系统从生态系统获取初级资源，然后自身进行加工处理，接着把自身无法吸收利用的废弃物质归还生态系统，而此时生态系统又充当一种净化转换装置，把废弃物质进行物理、化学的分解处理，最后转化为可以被系统使用的新的物质。类比生态系统内部的结构组成，在社会生态复合系统中，生态系统充当生产者和分解者，而社会系统充当消费者。与天然的生态系统不同的是，自然保护区复合系统并不能凭借自身的运转达到动态平衡，而需要社会系统加以科学的干扰，因此两个系统之间必须保持协调的物质交换关系。

图3 自然保护区社会生态复合系统物质传递Figure 3 Material transfer of social-ecological compound system of nature reserve

3．2 自然保护区社会生态复合系统间能量流

自然保护区复合系统间的能量传递既包括生态系统所指的生物质能量，又包括社会系统中的意识流。具体主要表现在，生态系统首先把太阳能通过光合作用转化为化学能，一部分供给生态系统自身的正常运转，一部分供给社会系统使用(图4)。社会系统对生态系统能量的利用主要分为生物质能源的利用和生态影响力的利用，生态影响力主要包括生态系统中的美好景色所带来的身心愉悦以及人们通过置身于美好自然环境中所感受到的自然之美，从而引发保护生态的精神意识。而社会系统向自然生态系统输出的则包括社会系统生产活动所产生的热量以及社会系统对生态系统的管理与保护。正是因为社会系统中的人感受到了生态系统所传达的生态影响力或称之为生态能量，从而最终才会有意识地去保护生态系统。只有社会生态复合系统保持良性的能量循环，自然保护区内部才能可持续地健康发展。

图4 自然保护区社会生态复合系统能量传递Figure 4 Energy transfer of social-ecological compound system of nature reserve

4 自然保护区社会生态复合系统信息反馈模型

通过信息反馈模型示意图(图5)可以发现，自然保护区社会生态复合系统内部具有复杂的物质能量传递与反馈活动，并且物质能量的反馈之间也可以相互影响。社区系统从生态系统获得生活生产所需的物质资料和自然资源，社区系统对生态系统的物质反馈的正负作用则取决于保护区管理系统指导下社区居民从保护区巨系统所获得的经济收益以及社区系统从生态系统所获取的生态影响力。如果社区居民能够分享保护区生态系统的生态价值(生态旅游产生的经济效益、生态农业收益以及环境的优越性带来的健康效益)，那么社区系统反馈给自然生态系统将是把废弃物的排放降低到最小化，而对生态系统环境的保护加强到最大化。同理，生态系统得到了社区系统的保护，那么反馈给社区系统的将是更加优越的生态环境，从而吸引更多的游客参与生态旅游，最终使得社区居民受益。

在整个物质能量的传递反馈过程中，过渡区始终是相互作用最强烈的区域。过渡区既是社会生态系统相互作用的最内部的区域，同时也是联系外围区域与内部核心区的桥梁。因此应该尽可能地让过渡区获得最大程度的正向反馈，避免社会系统反馈的不良信息影响到内部核心区，进而影响整个自然保护区的结构功能。

5 启示

基于自然保护区的复合系统信息反馈模型，可以得出以下几点启示:首先，在自然保护区的管理与规划中不能孤立地仅仅围绕单一分区或系统进行调控，应当注意各个系统之间的相互作用关系，树立保护区管理与规划中的大局意识，社区调控与旅游区规划协同进行，建立社区系统与旅游产品开发运行系统良性反馈链条，从而使保护区社区系统与生态系统有序和谐发展;其次，注意挖掘自然保护区生态系统的生态影响力，让社区居民与旅游者在生态影响力的感染下自发产生对自然的敬畏与爱慕，从而主动去保护自然;第三，加强自然保护区过渡区域的规划与建设，尽可能让过渡区域隔离保护区核心区域与外界的不良信息传递，从而保持自然保护区核心区域的原始性。鉴于现实条件，本文仅仅从理论基础出发构建自然保护区复合系统的概念模型，在以后的研究中还应注意从保护区内各系统间，包括植被群落组成、土壤理化性质差异、系统小气候变化等方面分析自然保护区复合系统间的相互耦合作用和反馈机制。

图5 自然保护区社会生态复合系统信息反馈模型Figure 5 Information feedback model of social-ecological compound system of nature reserve

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