新型生態系統理論及其爭議綜述

張紹良， 楊永均， 侯湖平,*

1 中國礦業大學環境與測繪學院，徐州 221116 2 中國礦業大學，礦山生態修復教育部工程研究中心，徐州 221116

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新型生態系統理論及其爭議綜述

張紹良1,2， 楊永均1， 侯湖平1,*

1 中國礦業大學環境與測繪學院，徐州 221116 2 中國礦業大學，礦山生態修復教育部工程研究中心，徐州 221116

澳大利亞Richard J Hobbs教授等近年提出的新型生態系統(Novel Ecosystems)理論認為，由于人類作用，地球生態系統經歷了前所未有的變化，很多生態系統已經越過不可逆轉的閾值，不可能恢復到原有狀態，形成了新的生態系統，其生物要素、非生物要素和系統功能等都發生了顯著改變；人類應該面對現實，必須反思傳統生態保護和生態恢復的行為、政策和思維；應該致力新型生態系統的特征、屬性和演替規律的研究，在管理、規劃、政策、組織和技術等方面的創新。新型生態系統理論引起了很大爭議。質疑者認為，由于自然作用力和人類的持續擾動，地球生態系統一直在不斷變化，所以一直都是“新”的，根本沒必要貼上“新型”標簽；該理論基本概念模糊，理論模型不精確，缺乏嚴密的邏輯推理，還很不成熟；該理論無助于生態保護和生態恢復的實踐，會擾亂人們的思想，沒有實踐價值。不過，支持者和質疑者都承認地球上很多生態系統的確遭到嚴重破壞，已經發生深刻演替，極有必要對這類系統的非線性機制、系統閾值、恢復力、新范式，以及破壞后的所有特征等開展研究，應該理性選擇合適的修復方法，理性分析人工干預的程度及其成功的可能性，科學制定行動方案和優選標準。跟蹤國際前沿，開展新型生態系統理論研究有助于豐富我國恢復生態學理論以及創新工程實踐。

恢復生態學；新型生態系統；恢復力；綜述

新型生態系統(Novel Ecosystems)的爭論正在國際恢復生態學領域激烈地進行著[1-5]。以澳大利亞Richard J Hobbs教授為代表的理論創建者于2011年5月在加拿大溫哥華的Pender Island舉行了一場專題研討會，對新型生態系統的基本概念、理論框架和實踐價值等進行了2d激烈的爭辯，并于2013年將之以《新型生態系統：正攪動著生態世界新秩序(Novel Ecosystems: Intervening in the New Ecological World Order)》為書名正式出版。該書在國際恢復生態學領域引起了高度關注。以美國Carolina Murcia教授、法國科學家James Aronson等為代表的反對派對新型生態系統理論的存在基礎和實踐價值等進行了猛烈抨擊，而更多的學者[4-10]則以審慎、質疑或欣賞的眼光發表高見。

作為一種新的理論，新型生態系統受到批評和質疑，抑或贊揚和肯定，均表明了該理論的魅力。盡管該理論才剛剛提出，但是其科學價值和發展前景已經初露端倪。為此，本文介紹了新型生態系統的緣起、主要觀點以及國際社會的質疑等，旨在把該理論介紹給國內學者，以引起大家的關注。

1 新型生態系統理論的緣起

從所謂的長時間、大空間尺度看，地球甚至行星生態系統一直處在不斷變化之中。從無數次植物大爆發到恐龍等物種的滅絕乃至人類的產生等，地球生態系統經歷了無數次的“更新”，不過這種變化的驅動力主要來自于大自然。然而，自從人類出現以后，尤其是工業革命以來，這種局面發生了變化。人類活動對地球生態系統的擾動已經越來越顯著而且普遍[6,11- 12]，甚至超過了地球自然驅動力。各種尺度的生態系統中，生物要素、非生物要素、系統功能、系統結構以及生態服務能力等均處在快速的變化之中，這引起了生態學家們的擔憂，恢復生態學因此而產生。但是如何看待這種變化，如何適應這種變化，如何干預這種變化，以及如何開展有效的生態恢復等等問題，人類仍處于探索之中，亟需一種新的理論來解答。

開始人們嘗試用“退化生態系統”(Degraded ecosystem)[13]或者偏途頂極群落(Disclimax)[14]等來描述生態系統的這種變化，但是這些術語都過于強調人類活動的負面影響，忽視了其積極作用，因此難以被廣泛接受。因為盡管地球生態系統的確發生了歷史巨變，然而人類依然不斷前行，而且生活越來越好，這充分證明了生態系統的自我適應能力和人類對它的控制能力。直到1997年，Chapin 和 Starfield首次提出了“新型生態系統”術語[15]，用以描述阿拉斯加北方高緯度地區的生態系統在人類干擾后產生的新格局，該術語立刻得到大家的關注。Milton 于2003年提出了“新興生態系統(Emerging ecosystem)”的概念[16]，和新型生態系統的涵義類似。最先引起科學家對新型生態系統關注的是人類活動導致的物種(尤其是植物物種)新組合。

此后幾年很多學者列舉了大量實例，證明了新型生態系統的存在事實[2,6-11,13,15- 16]，一些生態系統已經完全遠離原有系統，造成了其功能、結構或者組成要素的不可逆轉。這促使研究者和實踐者去反思傳統的生態保護和生態修復理念，引領學者去探尋新的方法(Novel approaches)和新的理論以面對這一現實。對不可能恢復到原有狀態的生態系統，如何規劃設計其新的系統，使之既能保持系統的新平衡，又能保證系統的功能和服務價值？如何有效管理與保護新型生態系統？這些現實難題促使了新型生態系統理論的問世。

2 新型生態系統理論的基本觀點

2.1 新型生態系統的定義

Hobbs教授在前人研究的基礎上，于2006年正式提出了新型生態系統的定義：所謂的新型(Novelty)，是指新物種的出現以及生態系統功能的全新改變。新型生態系統產生主要是人力作用(Human agency)，是人類行為有意或無意造成的結果，但是它一旦形成后，就不需要人類的刻意管理，它具有自我組織和自我維持的能力。

然而，新型生態系統的定義是備受爭議的，其中對“新型”的爭議最大。例如，生態系統的新型化是連續的還是非連續的？新舊系統是否存在明顯的拐點(Breakpoint)？即使有這樣的拐點，能觀察、測量或者計算出來嗎？這些關鍵問題是否應該在定義中表達出來？等等。不同學者定義也各不相同[5-7,9,15-19]。

2013年，Hobbs等吸收了大家的觀點，重新定義了新型生態系統： 由非生物要素、生物要素和社會要素(以及它們間相互作用)構成。由于人類作用，該系統和歷史上曾經盛行的生態系統不同，它無需人類集約經營管理，即有自組織和顯現新品質的趨勢[20]。

Hobbs等認為，上述概念是依據3個基本原理而提出的：第一個是個體論(individualistic concept)，正是因為動植物個體能夠不停的自由移動(植物通過外力或者花粉傳播)，以適應環境的變化，才導致了群落在某個時間尺度上的持續變化。沒有生物圈的這一基本屬性，新型生態系統是不可能產生的。第二個是生態系統生物要素和非生物要素的互相制約和互相影響(Abiotic-biotic tether)，沒有生物和非生物之間的相互作用，互相適應，生態系統就不會得到自我更新。第三個是人類活動所產生的持續變化(Pervasive human-caused change)。正是人類對生態系統的持續、普遍、全方位的干擾，才形成了新型生態系統。在人類社會里，生態系統不斷更新的原動力主要來自人類活動的影響。

新型生態系統的定義是該理論最核心的問題，因為它界定了該理論研究的對象、內涵和框架。Hobbs等也認為，上述定義還不夠完美，還需要進一步討論。

2.2 新型生態系統的來源

圖1 新型生態系統的定義[11]Fig.1 The definition of novel ecosystems[11]

Hobbs等認為，新型生態系統來源于兩大方面：一是原生-自然(或半自然)生態系統的退化和被侵入；二是集約管理的生態系統(如農業生態系統等)的廢棄。圖1[11]表達了其過程：(1)由于人類活動的不斷加強，土地荒漠化、沙漠化、鹽堿化和水土流失等土地退化以及采礦、森林砍伐、城市化等對生態系統的擾動行為，導致了原生生態系統的結構、功能和系統要素等發生根本變化，新型生態系統由此產生。(2)由于人類活動空間的不斷擴張，人類流動的范圍、速度和頻度等不斷加大，物種擴散和空間移植也因此變得普遍而頻繁，外來物種的侵入導致本土物種的退化甚至滅絕，新型生態系統因此產生。(3)人類過度墾殖、過度放牧或過度開發引起土地退化，生產力不斷下降，效益不斷降低,最后不得不棄用，這些被拋棄的土地也淪為了新型生態系統。

2.3 新型生態系統的判別方法

生物和非生物要素變化到何種程度，以及系統功能變化到何種程度，新型生態系統就會出現呢？這是該理論備受關注的理論難題之一。人類活動已經深刻影響了地球，如大氣CO2濃度增高導致全球氣候變暖、工業化造成大量廢棄物的排放等已經深刻影響著地球的水土資源、全球人口持續增長和城市化導致土地利用覆被變化和人為氮沉降增加、外來物種的侵入導致本土物種的滅絕等等，這些都深刻改變了地球的原貌和生物要素的生存條件。從這個意義上講，地球上所有的生態系統都是新型的，不存在分界點。然而，這種認識僅具有理論意義，沒有實踐價值。

新型生態系統理論認為新型生態系統是可以分辨出來的，判別的標準是，系統是否越過了一個生態閾值(Ecological threshold)。當超過這個閾值后，系統要不就不可能回到原有狀態，要不就要花費很大的成本，而這個成本不足以被恢復后的系統產生的服務價值所支付，即所謂的生態修復得不償失[20]。

但是這個閾值是否存在？如何測量和監測？判別的敏感指標和標準是什么？這成為目前爭論的另一個焦點。“新”就像“美”一樣，因人而異，這就意味著，在談到新型時，其標準和時空尺度必須認真定義[21]。于是有的學者嘗試用歷史參照系統(Reference)來比照，以此判別新型生態系統[17-18]。由于地球上幾乎不存在未受到擾動的生態系統，因此只有采取“用空間換時間”或“用現在替代過去”兩種方法建立參照系統。但是歷史參照物是否有效和可能？現有參照物又是否合適呢？這兩類參照物各有優缺點，需要進一步的理論研究和實踐探索。

2.4 歷史系統、復合系統和新型系統之間轉換

圖2 生物和非生物要素變化不同程度下生態系統的不同類型[22] Fig.2 Types of ecosystems under varying levels of biotic and abiotic change[22]

圖3 和生物/非生物要素新型有關的歷史生態系統功能相似性的狀態-空間圖[27] Fig.3 A state-space of functional similarity to the historical ecosystem in relation to abiotic and biotic novelty[27]

新型生態系統理論認為，生態系統可以分為歷史系統(Historical ecosystems)、復合系統(Hybrid ecosystems，能夠部分恢復到原有狀態的系統)和新型生態系統。其中，在歷史系統中，生物要素和非生物要素盡管也在變化，但是沒有越過閾值；到復合系統時，有部分生物要素或者非生物要素越過了閾值，表現出與歷史系統明顯的不同，但是這些要素經過恢復措施有可能再回到歷史狀態。而在新型生態系統中，生物和非生物要素都和以前明顯不同，而且系統已越過閾值，而且不可逆轉。圖2[22]表示這3種系統要素之間的變化。箭頭代表著可能變化的方向: “1”表示可逆轉，從復合系統回到歷史系統中；“2”表示不可逆轉，從歷史/復合系統到新型系統中；“3”表示在新型系統狀態下，要素之間也在變化，但是沒有越過閾值，所以新型生態系統本身也是穩定的，是具備恢復力(Resilience)的。

2.5 新型生態系統的管理

關于新型生態系統產生后，人們是否還必須進行恢復和治理的問題，Hobbs[23]與Kueffer和Daehler[24]均認為，新型生態系統既然已經形成了，那么原有的恢復、治理思維都要改變，因為這些所謂的恢復、治理仍然是人類對系統干預的持續，其目的還是恢復到歷史狀態，是和新型生態系統的目標背道而馳的，類似于“把牙膏再灌回管子里”。不過他們也承認，有些時候，擾動的生態系統不是很嚴重，和歷史系統的區別不大，恢復的系統目標也和原有系統變化不大，那么此時系統修復是必要的。

那么管理是否有必要呢？Hallett等認為[25]，即使是新型生態系統，管理也是十分必要的，管理的目標是要維護系統的功能。圖3[27]表示系統功能的變化和生物/非生物要素變化之間的關系。這里的功能是指提供棲息場所、生態系統服務和生物多樣性維持等。上邊的“沒有可能”表示要素相同而功能不同，這種情況基本不可能出現。圓圈“○”表示系統沒有越過閾值，變成新型系統；方框“□”表示已經進入到新型系統。A、B、C表示了3種不同的管理目標：“A”表示通過要素修復等措施，盡量保證系統維持在原有系統狀態，功能的相似性不變；“B”表示即使系統功能和生物-非生物要素已經發生了一些變化，但是仍然期望采取生態恢復措施，系統仍維持原有功能和結構；“C”表示即使系統已經進入到了新型狀態，但管理的目標仍然是維持新系統的功能和原有系統的相似。

2.6 新型生態系統基本框架

圖4 新型生態系統框架圖[23] Fig.4 The novel ecosystems framework[23]

綜合上述觀點，Hobbs等給出了新型生態系統框架(圖4)。橫軸表示系統的新型程度，取決于生物和非生物要素偏離歷史系統的距離。縱軸表示人類作用的程度，包括人類對系統的開發和設計，也包括對系統的修復、維護等。四個角代表了4種不同的靜止狀態，其實它們是很少存在的。箭頭代表了系統在不同狀態間的運動，以及不同時間引起系統變化的驅動力。例如，即使沒有人的干預，氣候變化也會使系統不斷朝著新型發展，所以是一條和縱軸垂直的線。

2.7 新型生態系統的實證研究

新型生態系統概念被提出后，很多生態科學家、規劃師和生態工程實踐者對此開展了實證研究，例如，EWEL通過對佛羅里達州Hole-in-the-Donut島土地利用的變化以及巴西堅果這一外來植物的命運的調查，證實了新型生態系統的存在[26]。Perring 等根據8000年來地球人口和土地利用的變化證明了新型生態系統存在的普遍性，而且對不同的新型程度的差異進行了分析[27]。Martinuzzi以波多黎各島森林外來物種數量變化及其空間分布，證實了物種侵入能改變森林生態系統的構成，但是發現在很多極端環境中，本土物種還是占有絕對優勢[28]。此前也有學者發現了生態系統新型化現象，如Weiss通過調查加利福尼亞草地氮沉降致使本土植被外來物種替代的狀況，發現了新型生態系統的產生[29]。 Lugo調查波多黎各島林地變遷，從林地到農地到廢棄地到草地再到林地，發現經過40a的演替，新的林地中本土物種和外來物種幾乎平分天下，新型生態系統不可避免出現了[30]。

2.8 新型生態系統理論價值

新型生態系統的支持者認為[2,21-22]，這一新的理論具有十分重要的價值，表現在：(1)為反思現有生態保護和生態恢復技術、工程、政策和規范等提供了新的思路；(2)為遏制生態系統退化提供了新思維；(3)有助于確定物種和生態系統功能重建的現實目標，而不是恢復到原有狀態這一理想目標；(4)生態管理和生態工程中承認生態恢復的局限性以及重建遇到的社會經濟文化障礙，有助于新的規劃、設計和經營管理，以降低成本和提高效率；(5)有助于開發新的生態監測技術；(6)可應用于生態恢復工程項目評價；(7)有助于開發新的實用性恢復技術。

3 對新型生態系統理論的質疑

正如其它新理論一樣，新型生態系統概念一經提出，立即引來了質疑[1,3-4,12]：(1)關于概念的質疑。有的認為新型生態系統概念不清，內涵不明，缺乏基礎，新舊系統的界線和判別標準模糊；有的認為基本概念存在邏輯矛盾和生態術語不準確問題(Ecological imprecisions)；有的干脆否定新型生態系統的定義，因為成功的生態恢復項目和生態保護工程也可認為是新型生態系統，但是不被目前的定義所包含，而這種新型生態系統更有意義。(2)關于新型生態系統是否存在的質疑。有的認為，所謂的新型生態系統其實是子虛烏有的(Ubiquitous)，因為列舉的那些實證根本不能說明新型生態系統正在全球蔓延而且不可逆轉；有的認為，新型生態系統是一個悖論：既然新型生態系統具有自組織能力和維持這一新狀態的能力，那么這隱含說明舊的生態系統是沒有恢復力的,但是由于新的系統仍然是在不斷變化的——過去的新系統，現在成了舊系統——恢復力卻因“新”、“舊”的人為劃分而變化，很顯然，這不符合恢復力的生態系統基本屬性。從漫長的生態系統演化角度看，有無人類干預，系統都一直在更新著，所以這種新系統本身就存在。(3)關于生態閾值的質疑。有的學者證明，不存在新型生態系統理論所謂的不可逆轉的閾值，因為很多擾動后由于系統恢復力的存在，系統能回到原有狀態，也就是自己能夠跨過這一閾值；有的認為，社會經濟和政治對恢復的制約因素并不是生態閾值，但是新型生態系統理論卻特別強調這一點。(4)對該理論價值的質疑。有的認為，該理論是對現有生態保護和恢復實踐的挑戰，沒有管理實踐價值，反而對生態保護和生態恢復政策會產生負面影響；有的認為，經過30來年的努力，恢復生態學正被越來越多的政府、組織所接受，越來越多的工程、項目如自然保護區、生態修復工程等正在全球展開，此時此刻出現的新型生態系統思潮無疑對此十分有害，會擾亂決策者和實踐者的思路，葬送目前的大好形勢；有的認為，對演化的生態系統沒有必要強加一個新的標簽(New label)，尤其是像“新型生態系統”這樣排除恢復、默認現狀的觀點，因為它對生態管理有負面影響。

有的學者同意新型生態系統存在的事實，但是對其部分觀點持不同意見，如有的認為，氣候變化、物種侵入和其它變化的全球過程(如氮沉降)導致了新型生態系統的不可逆轉、不可避免和不斷擴散，我們必須面對這一事實。然而，放棄對破壞的生態系統的修復，這存在很大風險。誰能預測這種放之任之的未來是什么樣[26]？有的認為，新型生態系統的概念和有關生態管理的新方法是很有必要的，因為恢復生態學學科正在產生很多錯誤的期待，正在浪費有限的資源。但是，這并不意味著，在資源有限的條件下，所有破壞的生態系統都不能夠或者都不應該被恢復[31]；有的認為，從古生態學角度論證，新型生態系統觀點必須被接受，但是，并不意味著必須接受所有的新型生態系統。相反地，需要澄清我們的價值，優先的順序，了解新型生態系統及其未來[12]。

由此可見，質疑的焦點很多，幾乎是全方位的。但是主要集中在這種新型系統存不存在？有沒有必要這樣的理論？其實踐意義和政策制定的作用在哪里？等方面。

有意思的是，這場爭論不是以國家為陣營的，幾乎每個國家都有支持者和反對者，這反應了新概念的復雜性、不成熟性和爭議性。

4 未來發展趨勢

無論是支持者還是反對者，都認為：對嚴重擾動的生態系統，很有必要繼續開展實證研究，包括其非線性機制、系統閾值、恢復力、新的范式，以及新型系統的所有特征。另外絕大部分學者認為，面對嚴重擾動的生態系統，應該理性研討合適的修復/恢復方法，人工干預的程度及其成功的可能性，以及行動方案優選標準等。正如Hobbs教授所說，當前研究的重點應該從什么是新型生態系統的爭論轉向我們怎樣在政策和管理方面有效干預這一系統[20]。當然也要冷靜思考新型生態系統的概念和理論框架是否能有助于人們了解、管理和恢復擾動的生態系統。

正如批評者指出的，該理論要著力研究并提出一個實用的和可操作的框架——而不能是空洞的概念——以明確何時需要干預、怎樣才是有效的干預，需要構建復合生態系統和新型生態系統的識別模型，需要建立嚴密的理論來證明何時和為什么不可逆轉的閾值導致了生態系統向新的穩態轉移乃至恢復是不可能的。科學家還必須了解生態系統退化、侵入和自然恢復的過程，為這一新理論提供支撐。

由此可以看出，新型生態系統理論未來發展趨勢可以歸納為：(1)加強實證研究。目前亟需更加可靠、有力的實證，證明人類活動產生了這樣的新生態系統。(2)加強理論創新。除了新型生態系統的內涵和特征外，新型生態系統的識別和評價將成為研究熱點。(3)加強量化研究。目前新型生態系統理論還僅僅停留在概念的發展層面，未來量化研究將成為主流。只有開展量化研究，才能對不同系統的轉化及其閾值等做出科學的界定。(4)加強新型生態系統的管理政策、標準、規劃、設計等的研究以及新技術的開發。除此之外，新型生態系統不是消極的理論，相反是喚醒人類對這種生態系統變化的正視，是對現有很多土地復墾、生態修復和生態保護失敗案例的反思，所以要避免走向哲學思辨和形而上學，避免弱化科學價值和實踐意義。

國內盡管還沒有見到關于新型生態系統的討論，但是關于人類應該如何面對破壞和退化的生態系統方面，有些生態學家還是發表了真知灼見,如不能不負責任地把生態重建的責任推諉給自然去曠日持久地恢復[32]；面對可持續發展的新生態觀，應該引入恢復力思維(Resilience thinking)，深入研究生態系統承受干擾并仍然保持其基本結構和功能的能力[33]；未來應該考慮以生態過程調控為主，誘導生態系統的正反饋的自發恢復，考慮生境景觀間的相互作用[34]。這些觀點其實都觸及到了新型生態系統的基本要義。

我國是一個礦產資源開采大國，采礦造成的生態破壞十分嚴重。我國還是一個自然災害比較多的國家，洪災、旱災、地震、臺風等自然災害年年不斷。我國中西部分布著廣袤的生態脆弱區，生態退化現象十分普遍。人工林地逆向演替，外來物種侵入現象日益嚴重。尤其是我國快速城市化和工業化引起了十分嚴重的生態環境問題。這些現實問題都要求創新生態恢復和生態保護的新思維，而新型生態系統理論無疑是一個指向。

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Overview of novel ecosystems theory and its critiques

ZHANG Shaoliang1,2, YANG Yongjun1, HOU Huping1,*

1 School of Environment Science & Spatial Informatics, China University of Mining and Technology, Xuzhou 221116, China 2EngineeringResearchCenterofMineEcologicalConstruction,MinistryofEducation,ChinaUniversityofMiningandTechnology,Xuzhou221116,China

Novel ecosystems theory was recently founded by Australian Professor Richard J Hobbs, et al. This theory argued that many historical ecosystems on the Earth had been transformed due to human activities and had crossed an irreversible threshold and could not be restored to the historical condition. Therefore, the biotic and abiotic elements and ecosystem function varied remarkably. This variation was indisputable; hence, human beings should become more responsible, and the past activities, planning, management, and policy of ecological reservation and restoration need to be reconsidered. The characteristics, attributes, and succession tendency of novel ecosystems need to be investigated for implementing innovative management, planning, policy, organization, and technology practices of ecological reservation and restoration. However, these ideas have spurred vigorous debates. Some research scholars contended that there was no need to develop a new label for the transformed ecosystems, because the global ecosystem continues to change at a larger temporal and spatial scale intervened by physical and anthropogenic disturbances; the definition of novel ecosystems was still impaired by logical contradictions and ecological imprecisions; it challenged the current practices of conservation and restoration since it could render decision- and policy-making difficult. Nonetheless, unanimous agreement was obtained on the fact that some seriously damaged ecosystems had profoundly degraded; therefore, investigating the nonlinear mechanisms, thresholds, resilience, new paradigms, and features of damaged ecosystems was necessary. Hence, rational and deliberative restoration options need to be considered, anthropogenic intervention degree and the possibility of success need to be cautiously studied, and scientific optional actions and standards need to be identified.

restoration ecology; novel ecosystems; resilience; literature overview

國家自然科學基金資助項目(51474214)

2015- 02- 27;

日期:2015- 12- 14

10.5846/stxb201502270394

*通訊作者Corresponding author.E-mail: hphou@163.com

張紹良， 楊永均， 侯湖平.新型生態系統理論及其爭議綜述.生態學報,2016,36(17):5307- 5314.

Zhang S L, Yang Y J, Hou H P.Overview of novel ecosystems theory and its critiques.Acta Ecologica Sinica,2016,36(17):5307- 5314.