基于PSR模型的生态脆弱区学理逻辑解构

作者:毕业通查重     发表时间:2022-07-20 14:25:22   浏览次数:32



摘    要:生态脆弱区的可持续发展是培育高中地理区域认知素养的重难点内容。本文基于PSR模型,解析生态脆弱区在三维灰色模型中压力、状态和响应指标的联系和演变,进而搭建相应的学理逻辑框架,为区域地理教学提供理论指导。


关键词: PSR模型; 生态脆弱区;学理逻辑;高中地理;


Theoretical and Logical Deconstruction of Ecologically Fragile Region Based on PSR

Model

Huang Linlin Lin Huihua


生态脆弱区又称生态交错区(Ecotone),主要位于两种不同生态系统的交界区域,[1]其系统敏感性强、暴露度高、适应能力差、易退化且难修复。[2]我国生态脆弱区分布广泛、类型多样、成因复杂、脆弱性突出,[3]与贫困地区分布高度耦合。[4]因此,生态脆弱区的“治脆”与“防脆”是实现绿色可持续发展的重要举措,更是推进国家生态文明体制改革、建设美丽中国的必经之路。为了破解生态脆弱僵局,识别生态脆弱形成机制,联合国环境规划署提出“压力—状态—响应”(Pressure—State—Response,以下简称“PSR”)多因子评价模型,[5]突出了生态系统脆弱与防治的因果关系,即压力是状态发生变化的原因,响应是状态恶性变化后缓解压力的结果。该模型清晰推演了脆弱区生态系统的压力、状态与响应机制,为深化生态脆弱区的学习提供了模型支撑及直观的学理解构。


生态脆弱区的可持续发展是高中地理区域认知培育的重难点内容。《普通高中地理课程标准(2017年版)》指出:“2.6 以某生态脆弱区为例,说明该类地区存在的环境与发展问题,以及综合治理措施。”[6]通过界定某生态脆弱区域的问题及措施,突出生态脆弱属性及人地协调观念。教科书直接关联内容如人教版(2019年版)《选择性必修2》中的“生态脆弱区的综合治理”,引用多个案例探究生态脆弱的原因和治理措施。检索近10年高考全国卷发现,以多种生态脆弱区为情境的试题多达29道。通过试题检测发现,学生的学习结果并不理想,主要存在理解困难、思路单一、解题路径混乱等问题。由于生态脆弱区概念的抽象性、区域的差异性、不同脆弱类型的时空异质性等原因,学生对该知识学理不清、迁移能力不强,缺乏普适性应对策略。


鉴于以上事实,本文基于PSR模型,深入解构脆弱区生态系统的压力、状态与响应指标,构建三维灰色模型,解析脆弱区的形成机制和演进路径,为剖析人地相互作用程度、过程与机理以及实现可持续发展搭建学理逻辑框架,也为区域地理教学培育地理学科核心素养提供理论指导。


一、生态脆弱区的PSR模型机制

生态系统具有结构关系复杂、动态变化不确定以及指标数据检测不易等特性,这些特性称为灰色性,以强调其内在因素互相牵制且不可知的特点。因此,为了表征生态脆弱区的形成机制和演变路径,构建了X轴代表压力、Y轴代表响应、Z轴代表状态的PSR三维灰色模型,如图1所示。灰色地带的三个顶点分别为理想状态下“低压力—低响应—高状态”的合理期、“高压力—低响应—低状态”的脆弱期和“低压力—高响应—高状态”的优化期。


如图1所示,生态脆弱区所受的压力越大,其状态越容易发生病变,二者成反比;而随着人类对自然认知的探索,响应效果不断增大,当人口和经济的发展使得压力的增大效果远大于响应时,状态将出现急剧下落,跌入低谷的脆弱期。低谷作为生态系统演进路径的客观存在,代表着生态系统最为脆弱的状态,可能伴随贫困人口规模扩大、土地退化等极端脆弱现象,极可能演替为“地尽人亡”的生态崩溃局面。为了避免该局面的发生,人类采取“治脆”与“防脆”的积极响应,将脆弱区生态系统拖出低谷,又或是极力阻止其跌入低谷,向绿色可持续演进。绿色科学技术的发展与创新使得资源的利用率大幅提高,生态工程愈加成熟,生态系统所受压力持续降低,状态日趋健康。图中虚线代表最理想的生态系统演进路径,即在合理期迅速响应,提高系统适应能力,避开脆弱期,开拓合理期至优化期的最短路径,这是脆弱区人地协调发展的核心要义。


二、生态脆弱区的PSR模型指标体系

1.状态(State)

土地利用变化作为自然生态过程与社会经济活动综合作用的产物,呈现了生态环境状态的时序变化,反映人地关系协调与否。本文以土地利用表征人地关系,根据土地开发程度将其划分为“人利用地”“人征服地”“人地协调”三个阶段,分析三个阶段生态脆弱区的土地利用及脆弱性变化的总态势。


“人利用地”阶段主要为农耕时期,社会生产水平低,技术落后,自然环境决定着人类生存发展的范围,人类对土地的开发力度较小,处于系统自我调节能力的可控范围内,脆弱性尚未凸显,区域生态系统较为平衡协调。


“人征服地”阶段主要为工业时期,经济的迅速发展使得人类对土地的需求增大,导致土地利用结构和生产力骤变。在土地利用结构上,建设用地大肆侵占农用地和生态用地,而农用地面积的缩减迫使人类加大对生态用地的开垦力度,进一步导致了生态用地面积减少。过度开发导致土壤肥力丧失,产生了土地沙漠化、石漠化和盐碱化等生态退化问题,土地承载力急剧下降,出现“越穷越垦,越垦越穷”的恶性循环,人地矛盾突出,生态脆弱显见。


“人地协调”阶段主要为后工业时期,人类意识到“地”的脆弱性及重要性,为了维持其生产机制的稳定性,通过技术更新对土地的利用结构和生产力进行修复。在土地利用结构上,通过转化土地利用类型,进行数量和空间的合理配置,实现生产、生活、生态的综合功能最优化,例如退耕还林、还草等生态工程。在土地生产力上,实施休耕轮耕、封育、禁牧等措施,通过合理开发和积极治理,保护土地生产肥力,恢复土地状态弹力,实现退化逆转,使脆弱区的生态系统向可持续发展演变。


由上可知,人地关系地域系统状态的脆弱性发展具有阶段性演替的动态特点。在“人利用地”阶段,适度开发使得脆弱性并不凸显;在“人征服地”阶段,人类活动驱动土地结构向建设用地倾斜,地力丧失严重,脆弱性显见;在“人地协调”阶段,国家制定了系列政策并实施,如生态红线、耕地红线等土地开发保护机制,注重土地利用的功能转型和地力恢复,使土地利用逐步合理化,脆弱性有所修复,人地关系走向可持续的协调发展。


2.压力(Pressure)

生态系统脆弱性的压力主要来源于区域自然环境的基底和人类活动的触发,是敏感性、适应能力和暴露度相互作用的产物。其中,敏感性是系统在自然环境影响下客观存在的脆弱态;适应能力是系统依靠自我调节后返回稳定态的能力,能够维持和平衡系统复杂、有序、协调、健康的要素关系;暴露度则是人类扰动下系统外显的风险态,使得生态系统的结构和功能发生扭曲和变形,超过自我调节的阈值,导致脆弱性病变。


(1)自然环境

自然环境是决定系统物质基础和内部结构优良状况的基础因素,控制着土地利用的状况和变化,奠定了生态系统的脆弱性基底。其中,地质、地貌、水文、土壤等要素在自然状态下对区域脆弱性变化的驱动较为缓慢。气候因素中的气温和降水受多种易变因素影响,如下垫面状况、大气成分、环流振荡、火山爆发、太阳表面的周期性活动等,导致其时空变率大,[7]往往成为自然因素中影响区域脆弱性变化的主要因素,[8]特别在全球变暖、极端天气频发的当下。正如联合国政府间气候变化专门委员会的《全球升温1.5℃特别报告》,预估了全球升温1.5℃和2.0℃引起的气候变化及其潜在影响和风险,阐明了气温每升高0.5℃便会造成极端高温、极端降水和极端干旱事件频率增高、强度增大,从而导致脆弱区的生态系统更易失衡,脆弱性更为凸显。由此,脆弱区对外界因素的扰动具有高度敏感性,自然因素即使是变之毫厘,脆弱范围也将扩之千里,脆弱程度更是云泥之差。


(2)人类活动

人类活动如人口增长、经济活动和政策引导等,通过加强对生态环境的干预程度,改变脆弱区的生态压力,成为触发脆弱性的扰动因子。


①人口增长。

人口数量的增长将直接导致人类对生存空间需求的增加,持续扩张的住宅、交通等建设用地挤占大量耕地、林地及草地,进而影响土地利用及空间布局的变化。城市化进程的加速,使城市面积被动扩张,也使土地压力日益增大。


②经济活动。

土地利用作为一种社会经济活动,受到市场经济规律的制约,使土地从单位低产出型转化为单位高产出型。[9]在比较利益的驱动下,经济效益更高的建设用地挤占大量良田,而废地复垦却难为良田,耕地后备资源日益枯竭与生产建设活动持续扩张成为矛盾,加之不合理的生产方式(滥垦、滥牧、滥伐等)加快了土地退化的速度、土地利用类型转变、产能下降,土地资源的瓶颈制约愈发明显。因此,盲目扩张建设用地和粗放型生产方式极大地浪费了土地资源,而非实现土尽其能、地尽其用。


③政策引导。

政府通过制定政策影响土地利用变化,一方面致使土地开发失当,引发脆弱性恶化,如北大荒湿地开发等生态误导政策;另一方面促进土地利用结构变革,协调农业结构平衡,如退耕还林还草等生物工程措施。由此可见,政策在影响区域脆弱性上常具有双刃性和突发性。


基于以上因素,本文深入探究了在人地关系的不同发展阶段人类活动导致脆弱性恶化的压力机制。在“人利用地”阶段,生态脆弱区的人口压力小、经济生活需求低、系统自我调节能力强,开发程度不足以对生态系统造成威胁。在“人征服地”阶段,人口迅速增长,社会经济需求的提高与人均资源占有量的减少形成矛盾,生态压力增大,生态脆弱区环境容量的限制和自然条件的波动性,影响区域经济的稳定性,导致居民缺乏稳定的收入来源。农户为了摆脱贫困生活,不得不掠夺式开发获取经济效益,人为扰动更为深入和频繁,生态系统的要素关系愈加敏感和脆弱,生态局面趋于紊乱和衰败,易形成人口增长(Population)—生活贫困(Poverty)—生态脆弱(Environment)的“PPE怪圈”,如图2所示。由此农户深陷“越穷越垦,越垦越穷”的恶性循环,贫困地区与生态脆弱区的分布高度耦合,[4]人地矛盾突出,生态系统亟需修复。为了跳出贫困与生态恶化的“贫困陷阱”,摆脱因生态环境恶化而损害贫困人群的“生态致贫”现象,在“人地协调”阶段对土地利用结构和生产力的修复势在必行。


3.响应(Response)

生态脆弱区的适应能力是通过经济发展、科技创新、政策调控等方式应对不利扰动并从中恢复的能力。在人地关系的不同发展阶段,为了提高系统的适应能力,人类的响应经历了从度内开发到过度开发再到科学开发。


在“人利用地”阶段,人类生存发展的土地需求不高,对土地的响应为度内开发。在“人征服地”阶段,人类盲目追求经济效益,过度开发土地,易陷入“PPE怪圈”。在“人地协调”阶段,人类意识到生态效益的重要性,为了避免“地尽人亡”的生态崩溃局面,积极探究脆弱性的驱动机制,其中人类活动并非是单一掠夺、污染和破坏的因素,而是存在缓解压力的可能。


通过准确识别生态系统的致脆因子,从人口增长、经济活动和政策引导等方面进行调控,合理配置区域生态、生产和生活(以下简称“三生”)的综合功能,优化国土空间的开发格局。在人口增长上,采用控制脆弱区人口数量(生态移民)及提高人口素质等方式,降低土地生产的压力,打造宜居适度的生活空间;在经济活动上,平衡土地利用中生产与生态的关系,调整土地利用结构,促进资源可持续开发,构建集约高效的生产空间;在政策引导上,强化对“两山理论”的认识,构筑生态红线保障体系,在乡村振兴战略引导下,形成乡村经济建设与生态旅游协调发展机制,建成山清水秀、经济繁荣的“三生”和谐空间。


由上,可为生态脆弱区构建布局合理、功能协调的“三生”空间提供参考思路,并结合具体的压力和状态,落实精准“治脆”与“防脆”的综合响应,如图3所示,缓解并修复区域的脆弱性,提高其适应能力,促进经济—社会—生态的和谐发展。


三、生态脆弱区的PSR模型应用

综上,梳理PSR模型各项指标,建构生态脆弱区的压力、状态和响应机制模型,可得其学理逻辑框架,如图4所示。基于此,对某一生态脆弱区的脆弱性机制形成精准认知,能够提升相应的知识掌握水平、逻辑建构能力和思维迁移程度。


例如,在对我国北方农牧交错带的脆弱性探究中,通过人地关系三个阶段的压力—状态—响应机制变化,明晰其发展问题和治理措施。首先,厘清主导压力(P),在自然因素中,气候是影响该区域脆弱性变化最为显著的因素,[8]其降水量呈现半干旱与半湿润的临界性且变率大,降水量多易造成强烈的土壤侵蚀,降水量少易出现旱灾,加剧土地退化。大风日数多,且集中在冬春季节,表土层裸露、疏松,易受风蚀和沙化,加之不合理的人类活动(过垦、过牧),致使土地沙化和退化严重(S)。为防止该状态的持续恶化,通过优化“三生”空间进行合理响应(R),即在生产空间上调整农业结构、凸显耕地红线等;在生活空间上复垦空、废宅基地、易地移民搬迁等;在生态空间上退耕还林还草、设置沙障等,开展土地修复工程,防治生态脆弱病变。


在其他时空异质的生态脆弱区,由于主导因素、作用机制和恢复机理不同,模型的应用也应区别对待。例如,岩溶石漠区的脆弱性主要由于石灰岩广布(P)导致石漠化严重(S),以水土流失的治理(R)为重中之重。青藏高原区的致脆因子则为地形地势(P),使其高寒严酷,冻融侵蚀严峻,独特物种濒危(S),应加强对各类生态系统的保护监测及预警服务(R)。为此,不同生态脆弱区的探究切莫生搬硬套,而应基于学理框架,梳理其压力、状态和响应的差异性,这是知识迁移的关键所在,也是构建PSR模型学理逻辑的优越之处。


四、总结

本文应用PSR模型,梳理人地关系不同发展阶段中生态脆弱区的压力、状态与响应学理逻辑,应用三维灰色地带中压力、状态和响应指标的联系和演变,揭示了脆弱区自然与社会、时序与分布、常态与突变、压力演变与响应恢复的“治脆”“防脆”演绎,为高中地理区域认知的深化、综合思维的贯彻、人地协调观的落实等核心素养的培育提供了崭新的视角。


生态脆弱区是区域认知的重难点,通过梳理生态脆弱区要素综合与时空综合,将强化PSR模型作为综合思维素养培育的着力点,内化生态脆弱区的人地协调观。该学理框架遵循清晰的逻辑脉络,从上位的模型统筹不同脆弱区的时空异质性,从状态出发,探寻压力机制及响应措施,梳理知识体系并建构思维逻辑,使学生在知识的把握、能力的提升和解题思路的突破等方面都具备更全面的生态系统认知观。以此克服了以往实践中知识浅化、生搬硬套、思路单一、缺乏系统等不足,为生态脆弱区的学理逻辑解构提供了较好的示范,具有一定的科学性、普适性和可推广性。


参考文献

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[2] 田亚平,常昊.中国生态脆弱性研究进展的文献计量分析[J].地理学报,2012,67(11):1515-1525.

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[5] David Whitall,Suzanne Bricker,Joao Ferreira,et al.Assessment of Eutrophication in Estuaries:Pressure-State-Response and Nitrogen Source Apportionment[J].Environmental Management,2007,40(4):678-690.

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[9]李芬,刘利民,齐鑫,等.晋西北生态脆弱区土地利用动态变化及驱动力[J].应用生态学报,2014,25(10):2959-2967.


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