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200818010515076 中国科学院研究生院 博士学位论文 可持续发展的理论探索及其在内蒙古草原 的应用 徐光华 指导老师 邬建国 教授博士 中国科学院植物研究所 黄建辉 研究员 博士 中国科学院植物研究所 申请学位 博士 学科专业名称 生态学 论文提交日期

2011 年12 月 论文答辩日期

2011 年12 月 培养单位 中国科学院植物研究所 学位授予单位 中国科学院研究生院 答辩委员会主席 孙建新 Quest for Sustainable Development Theory and Its Application to the Inner Mongolia Grassland Dissertation Submitted to Institute of Botany, the Chinese Academy of Sciences in partial fulfillment of the requirements for the degree of Doctor of Philosophy by Xu Guanghua (Ecology) Dissertation Supervisor: Prof.

Dr. Wu Jianguo Prof. Dr. Huang Jianhui 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解中国科学院植物研究所有关保留、使用学位论文的规定,即:植物研究 所有权保留送交论文的复印件,允许论文被查阅和借阅;

学校可以提供目录检索以及 公布论文的全部或部分内容,可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文. (保密的论文在解密后遵守此规定) 学位论文作者签名: 年月日经指导教师同意,本学位论文属于保密,在 年解密后适用 本授权书. 指导教师签名: 学位论文作者签名: 解密时间: 年月日各密级的最长保密年限及书写格式规定如下: 内部

5 年(最长

5 年,可少于

5 年) 秘密10 年(最长

10 年,可少于

10 年) 机密20 年(最长

20 年,可少于

20 年) 学位论文原创性声明 本人郑重声明:所呈交的学位论文,是本人在导师指导下,进 行研究工作所取得的成果.除文中已经注明引用的内容外,本学位 论文的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开 发表的作品的内容.对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个 人和集体,均已在文中以明确方式标明.本学位论文原创性声明的 法律责任由本人承担. 学位论文作者签名: 年月日摘要 I 可持续发展的理论探索及其在内蒙古草原的应用 徐光华(生态学) 指导老师:邬建国 教授,黄建辉 研究员 摘要: 人类社会的发展已经进入了一个新的阶段,伴随着前所未有的技术进步和 经济繁荣的是资源短缺、环境污染、气候变化、贫富差距等一系列全球问题, 前途堪忧.作为回应,世界范围的可持续发展运动近年兴起,日益蓬勃,以求 得人类文明的永续发展.然而,关于什么是可持续发展,怎样实现可持续发展 的问题尚缺乏一致的回答.这一问题的前提和关键在于深刻理解人类-自然复合 系统的演化规律. 许多学者从不同的学科角度提出了一些这样的理论和模型,例如:从经济 学角度提出的 公地悲剧 (Tragedy of Commons)与外部性(Externality);

从生态 学角度提出的承载力(Carrying Capacity)模型以及相关的生态足迹(Ecological Footprints)、自然资本(Natural Capital)、生态系统服务(Ecosystem Services)等概 念;

从系统学和经济学角度提出的循环经济(Cyclic Economy)模型;

以D增长的 极限‖(Limits to Growth)为代表的系统动力学(System Dynamics)模型;

源自生态 学的弹性(Resilience)理论,以及整体人类生态系统(THE)概念,等等.其中一些 理论已经影响深远,并得到广泛的运用.然而, 人类-自然复合系统是一个复杂系统,而以复杂系统为研究对象的当代复杂 性科学的兴起几乎与可持续发展运动同时起步,运用已有的一些复杂系统理论 于人类-自然复合系统,将能够得到关于后者演化规律的新的启示.本文系统地 综述了多个复杂性科学理论,包括等级理论、自组织临界理论(SOC)、高度优 化容限理论(HOT)、双相演化理论(DPE)、适应性循环(Adaptive Cycle)和等级适 应环(Panarchy)等,并且挖掘了诸多其他理论,尤其是 Ross Ashby、Howard Odum、金观涛等人关于复杂系统演化的理论.在此基础上,将这些理论和模 中国科学院博士学位论文:可持续发展的理论探索及其在内蒙古草原的应用 II I I II 型做了进一步进行发展,得到一个综合的复杂系统演化的理论框架,并将其应 用于人类-自然复合系统演化.其核心观点是人类-自然复合系统的演化可以被 描述为一种等级的老化-新生循环过程,这个等级既有巢式的包含关系,而同一 级内又体现出非巢式的相互关系.这一框架深化了承载力等现有模型对复合系 统的理解,并可在此基础上对可持续发展进行深入的理论探讨. 可持续发展问题虽然只是从上个世纪后半页才开始浮出水面,但人类社会 的存在和演化则已经几千年.只有将这整段历史当做一个整体才能使我们对当 代的问题得出更全面的理解.诸多学者对人类社会历史演化得出了一些规律, 这对本文提出的人类-自然复合系统演化框架提供了支持. 最后,本文以内蒙古草原近半个世纪来发生的演变为例,对在全球人类-自 然复合系统演化框架下局部地区的可持续发展进行了探讨.由于资源丰富而生 态脆弱,使其在工业文明兴起和全球化背景下,原有的稳态被破坏,逐渐落入 了一个被D诅咒‖的边缘地位,并可能因此长期经受生态破坏和生活贫困的后 果. 关键词: 人类-自然复合系统;

承载力;

过冲;

复杂性科学;

老化;

崩溃;

内蒙古 摘要 III Quest for Sustainable Development Theory and Its Application to the Inner Mongolia Grassland Xu Guanghua (Ecology) Directed by Prof. Wu Jianguo and Prof. Huang Jianhui Abstract: Human civilization has entered a new era C which is by both spectacular technological advances and daunting problems of unsustainability. Humanity is challenged by a long series of so-called Dglobal problems‖, such as the shortage of resources, environment pollution, climate change, and the widening poverty gap, just to name a few. As a response, the worldwide sustainable development movement has increasingly gained its impetus, with the hope to insure the continuation of our civilization. However, scientific guidance is needed for people to adequately understand what is sustainable development, and how to achieve it, especially, on the global scale. To achieve this goal, we need to develop a new and comprehensive conceptual theory of the coupled human-nature systems from the local to the global scale. A number of researchers approached this with their own disciplinary perspective. These efforts include: the Dtragedy of the commons‖ and theory of externality from the economic perspective;

carrying capacity theory from ecology and related concepts such as ecological footprints, natural capital and ecological services;

cyclic economy from systems perspective;

DWorld3‖ model described in DLimits to growth‖ with a system dynamic perspective;

resilience theory, and the DTotal Human Ecosystem‖ approach. Coupled human-nautre systems are spatially heterogeneous and temporally dynamic complex systems, and understanding and managing them require new theories that are truly transdisciplinary. In recent decades, some of these transdisciplinary theories have emerged, including: hierarchy theory, self-organized criticality theory (SOC), highly optimized tolerance theory (HOT), and the adaptive cycle and panarchy theory. In this dissertation, I have systematically reviewed 中国科学院博士学位论文:可持续发展的理论探索及其在内蒙古草原的应用 IV I V IV several theories and models in complexity science, which are relevant to the coupled human-nature systems, especially those by Ross Ashby, Howard Odum, and Jin Guantao. Based on this comprehensive review and synthesis of the above theories and model........