【专家视角】傅伯杰院士通信作者揭示社会-经济-自然复合生态系统（SENCE）理论及其应用：历史...

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（来源：生态修复网）

本文于2025年10月9日发表在国际期刊Journal of Environmental Sciences上。第一作者为中国科学院生态环境研究中心的郑华研究员，通讯作者为欧阳志云研究员和傅伯杰院士。

研究亮点

• 创立跨学科的社会 - 经济 - 自然复合生态系统（SENCE）理论。

• 提出 “格局 - 过程 - 服务 - 可持续性（PPSS）” 这一新型研究范式。

• 开创生态系统服务与生态安全领域的关键性研究。

• 推动城市生态学在中国发展成为一门独立学科。

• 构建并实践区域发展的创新性可持续模式。

摘要

过去五十年来，中国科学院生态环境研究中心（CAS）及其前身与关联实验室（包括 1986 年成立的中国科学院系统生态学重点实验室、2006 年成立的城市与区域生态国家重点实验室，以及 2025 年新获批的区域与城市生态国家重点实验室），为社会 - 经济 - 自然复合生态系统（SENCE）理论的发展与应用作出了开创性贡献。

SENCE 理论由马世骏、王如松于 1984 年首次提出，是一门跨学科、具有整体性与综合性的分析框架，旨在揭示社会、经济、自然三大子系统间的复杂相互作用及反馈机制。该理论为 “格局 - 过程 - 服务 - 可持续性（PPSS）” 研究范式的形成奠定了基础，这一范式已被用于系统分析黄土高原等脆弱生态系统的动态变化，并为生态修复与区域可持续发展设计创新性解决方案。

此外，SENCE 理论显著推动了生态系统服务与生态安全领域的研究，为生态功能区划、生态保护红线政策及中国国家公园体系建设等国家重大战略举措提供了科学依据。同时，该理论的发展与应用还促进了城市生态学在中国成为一门独立的交叉学科 —— 北京建立的中国首个城市生态系统研究站便是典型例证。该研究站不仅积累了城市可持续规划与管理所需的长期生态数据，还提供了创新性理论见解与实际政策支持。

基于 SENCE 理论，一系列创新性可持续发展模式已成功构建并实践，包括中国首个 “生态省”（海南）、首个 “生态市”（扬州）、首个 “生态县”（大丰），以及首个生态产品价值实现国家试点（丽水）。这些模式证明，SENCE 方法能有效衔接生态保护与社会经济发展，为区域可持续发展提供切实可行的路径。

展望未来，SENCE 领域的研究将继续深化理论认知、提升计算建模与模拟能力，并加强基于实证的政策制定。通过对接中国国家生态文明战略与全球可持续发展议程，该框架下的未来研究不仅将为 “美丽中国” 建设提供支撑，还将为全球生态治理贡献中国智慧与中国方案。

1. 引言

生态理论长期为粮食安全、能源供应、人口增长、公共卫生及资源可持续管理等社会挑战提供科学基础，这些问题与社会组织、经济发展、环境变化紧密交织，快速城市化更加剧了城域协调发展的需求。由于社会、经济、自然子系统虽结构、功能与发展轨迹不同，却存在相互依存关系，1984 年马世骏与王如松提出跨学科整合框架 —— 社会 - 经济 - 自然复合生态系统（SENCE）理论，用于分析人 - 自然系统中的物质、能量、信息流及效益、风险与机遇的动态作用。中国科学院后续依托系统生态学重点实验室（1986 年成立）、城市与区域生态国家重点实验室（2006 年成立，2025 年重组为区域与城市生态国家重点实验室），近四十年来推动该理论与可持续发展深度结合，实现从概念框架到政策实践的落地。SENCE 理论还与 “人地关系地域系统”“人类 - 环境系统” 等国际框架相互补充，围绕系统动态、治理等核心主题展开研究，并与 “未来地球”“联合国可持续发展目标” 等全球举措衔接，为复杂系统思维转化为可持续解决方案提供结构化灵活框架。在中国，SENCE 理论在概念层面支撑 “格局 - 过程 - 服务 - 可持续性（PPSS）” 范式形成，方法层面构建生态安全格局分析等多尺度平台，实践层面为生态功能区划、黄土高原生态修复、北京城市生态观测及海南 “生态省” 等创新模式提供支撑。值此中国科学院生态环境研究中心成立 50 周年、SENCE 理论提出 41 周年之际，该文献旨在总结其理论与应用的历史贡献，并明确未来研究方向。

图1.社会-经济-自然复合生态系统（SENCE）理论及其应用框架（改编自Wang等，2011）

2. 社会 - 经济 - 自然复合生态系统（SENCE）理论

2.1 概念起源与发展

SENCE 理论的概念源于将经典生态系统生态学从生物物理系统拓展至纳入人类社会的整体范畴：坦斯利（1935 年）提出的生态系统概念虽为理解孤立系统中生物 - 非生物相互作用奠定基础，却难以应对人类主导系统的高强度物质代谢与社会经济动态；奥德姆（1997 年）将人类社会纳入生态分析，强调整体性与系统方法；马世骏与王如松（1984 年）在此基础上正式提出 SENCE 框架，将人类社会界定为受人类能动性驱动、依托自然生命支持系统、由生态与社会经济过程共同调控的人工生态系统。其核心要义在于，地球现存生态系统均受人类活动影响，需将社会 - 生态系统作为整体分析，尤其关注子系统整合方式，强调经济活动、文化实践与制度安排嵌入生态过程，超越以生物群落为中心的模型，认可社会与自然系统的协同演化。

2.2 结构与功能属性

结构上，SENCE 由三大相互关联的子系统构成：一是自然子系统，包含矿物、生物、水、能源、土壤等关键环境组分；二是经济子系统，涵盖生产、消费、流通、减排、运输、调控功能；三是社会子系统，包括技术网络、制度、文化价值。三者通过资源与废弃物流动、生态缓冲机制及社会网络互动，形成连接生物物理过程与人类发展的整合复杂整体。功能上，SENCE 以生产、消费、供给、同化、调控、缓冲为核心过程，驱动物质循环、能量转化、信息积累、货币交换、人口迁移五大基础流动，共同决定系统的控制论行为与整体动态。为分析这种复杂性，SENCE 采用组合建模方法，整合机理模型（识别关键因素与反馈回路）、规划模型（模拟发展路径与政策情景）、调控模型（设计可持续性技术、制度与文化创新），在简化复杂性的同时保留系统关键互动与完整性。

2.3 调控原则与治理意义

SENCE 的系统调控遵循基于生态与社会经济系统长期观测的原则，包括开发与适应、竞争与共生、反馈调控、补偿机制、多样性 - 主导性关系、风险最小化，这些原则被归纳为变异、适应、反馈、整合四大核心动态，以平衡系统稳定性与韧性，其发展轨迹常遵循由内部能力与外部承载力塑造的 S 型曲线。“情境模型” 通过整合要素、形态、层级、数量、生物活力、生态位、发展潜力、功能秩序、控制论完整性九大系统指标，实现可持续性与发展潜力的定量评估，耦合结构、功能与过程维度，使生态分析与实践干预策略对齐。最终，SENCE 旨在协调循环经济、社会公平与生态安全三大可持续发展支柱，作为整合性自适应框架，为复杂社会 - 生态系统中的人 - 自然互动协调与适应性治理提供实用工具包。

图2.基于社会-经济-自然复合生态系统（SENCE）理论的格局-过程-服务-可持续性（PPSS）研究范式（改编自Fu等，2025）

3. SENCE 对学科发展与科学决策的贡献

3.1 推动新型研究范式：格局 - 过程 - 服务 - 可持续性（PPSS）

以中国生态脆弱区黄土高原为关键试验场，SENCE 框架支撑 PPSS 范式的应用与完善。针对退耕还林还草等大规模生态修复工程引发的土地利用变化，傅伯杰等（2021, 2022）提出 PPSS 框架，系统分析景观变化对生态系统服务与可持续性结果的级联效应。该范式强调格局与过程的双向作用，如黄土高原不同土地利用类型（林地、草地、坡耕地）的土壤湿度差异，为生态水文动态与植被 - 大气相互作用提供关键洞见；同时通过量化 “源景观” 与 “汇景观” 贡献，建立景观格局 - 生态过程耦合理论，成功应用于城市景观评估与风险评价。生态系统服务是 PPSS 框架中自然系统与人类福祉的桥梁，研究表明 “草 - 成熟林 - 草” 等混合土地利用较单一植被减少 42% 土壤侵蚀，为优化 “林 - 草 - 耕地” 配置以提升保水固土能力提供依据。2000-2015 年，黄土高原土壤侵蚀与黄河输沙量显著下降，碳固存提升与产水量减少的权衡凸显整合管理需求，SAORES 模型等工具为区域可持续规划提供支撑。相关成果 “黄土丘陵沟壑区土地利用与土壤侵蚀”“黄土高原生态系统过程与服务” 分别获 2005 年、2021 年国家自然科学奖二等奖。

3.2 开拓新研究领域：生态系统服务与生态安全

受 SENCE 框架深刻影响的生态系统服务研究，为中国生态安全政策提供理论与方法基础。2000 年代初，基于 SENCE 开发的评估方法与模型被纳入国家标准，首次全国生态系统评估（CEA）显示 2000-2010 年碳固存、土壤保持等关键服务提升，其中粮食生产增长 38%、碳固存增长 23%，占国土面积 37% 的山地提供 56%-83% 的全国生态系统服务，凸显空间异质性与生态重要性。通过生物多样性与生态系统服务空间分析，识别出 “极重要”“重要” 生态服务区（分别占国土 34.4%、19.4%），二者共提供超 80% 的土壤保持、水源涵养等关键服务，为覆盖 53.8% 国土的生态安全格局构建提供科学依据，并融入全国空间规划、土地政策与保护策略。关键政策应用包括生态功能保护区建设、生态保护红线划定（覆盖约 35.8% 国土，保障超 60% 关键生态服务）、基于生态意义与生物多样性标准的国家公园体系规划，相关成果被纳入《全国国土空间规划纲要（2021-2035）》等政策文件，“全国生态功能区划” 获 2012 年国家科学技术进步奖二等奖。此外，基于 SENCE 创新的生态系统生产总值（GEP）核算，将生态系统对人类的贡献转化为经济货币价值，获联合国（2021 年）提名用于生态系统核算，作为 GDP 的补充指标支撑绿色发展评价与生态文明建设，已在多区域试点，推动自然资本纳入决策过程。

图3.基于社会-经济-自然复合生态系统（SENCE）理论的生态系统服务与生态安全新研究领域

3.3 确立新学科：城市生态学

城市是 SENCE 的典型形态，融合气候、水、土壤、生物等自然组分与基础设施、经济、文化等人类主导维度，通过能量、物质、信息、服务的持续代谢流动相互关联。SENCE 理论长期指导中国城市生态学研究，王如松（1986 年）在《高效和谐：城市生态调控原则与方法》中，首次基于 SENCE 框架阐述城市生态学核心原则，将城市视为受人类活动与自然过程共同塑造的整合社会 - 生态系统，推动城市生态研究发展。2001 年建立的北京城市生态系统研究站（BUERS）是中国生态系统研究网络首个城市站，作为长期城市生态监测与跨学科研究平台，为城市规划、设计与决策提供科学依据。该站围绕社会 - 生态空间异质性与生态过程的关联展开研究，联合城市规划师与决策者解析城市景观动态，及其对空气污染、城市热岛效应、城市生物多样性的影响；同时通过门头沟生态修复、污染场地风险评估、北京生态规划等示范项目，将研究成果转化为实用管理策略，并提供数据支撑、生态评估与公众参与服务，获 “国家优秀科普教育基地” 认定。SENCE 框架下的城市生态学发展，为城市可持续规划与管理提供科学基础，推动城市可持续性的理论与实践进步。

图4.基于社会-经济-自然复合生态系统（SENCE）理论的城市生态学研究框架

3.4 实践可持续发展新模式

SENCE 理论推动多尺度创新可持续发展模式的开发与落地（图 5），典型案例包括：1987 年大丰生态县，通过生态农业、链式网络产业、可再生能源、生态旅游整合生态保护与经济发展，实现生态与经济双提升，获 “国家可持续发展示范区” 称号；1999 年扬州生态市，聚焦水生态、污染治理、栖息地修复与循环经济，通过生态规划提升城市景观连通性与文化 - 生态融合度，获 2006 年联合国人居奖、2023 年联合国环境规划署 “城市修复典范城市”；1990 年代中期海南生态省，在省级尺度优化生态资产与生态经济整合，保持顶尖环境质量的同时实现经济快速增长，成为全国可持续发展典范；2019 年丽水生态产品价值实现试点，通过 GEP 核算、产权创新、市场工具与政策支持，开发生态服务 monetization 机制，显著提升生态价值向经济价值的转化效率，树立全国生态产品估值标准。截至 2024 年，19 个省、110 个市、360 个县采用生态命名框架，10 个生态产品价值实现试点推进，“SENCE 理论与可持续发展模式应用” 获 2007 年国家科学技术进步奖二等奖。此外，在快速城市化地区生态风险评估与可持续发展领域，通过分析排放过程、时空动态与污染物驱动因素，构建整合环境信息系统与风险图谱，支撑产业结构调整与环境优先级设定；开发多尺度污染源识别、新型污染物通量量化、多介质迁移机制解析等方法，为区域生态风险评估框架奠定基础，助力《斯德哥尔摩公约》实施与风险管理优化；治理层面建立涵盖土壤 - 水 - 粮食 - 健康 - 环境系统的 SDG 多利益相关方协调机制，后续拓展为 SDG 示范区与资源管理、生态改善系统方案。在 SENCE 框架下，SDG 被重构为 “基本需求”“目标”“治理” 三大维度，强调科学治理在平衡资源约束与发展愿景中的作用，提出 “分类 - 协调 - 协作” 框架以适配国家能力差异、指导 SDG 短期与长期实施，通过动态网络分析揭示 SDG 互动的时空演变规律；建立省级 SDG 指标体系，捕捉协同与权衡的非线性关联及时空差异，研究强调 SDG12 与其他目标的整合以平衡需求与目标、揭示食物 - 能源 - 水关联的跨部门联系，指出非线性动态主导系统变化，需通过自适应策略协调不同阶段的 SDG 关联。

图5.基于社会-经济-自然复合生态系统（SENCE）理论的可持续发展模式

4. 研究展望

展望未来，SENCE 理论需进一步深化以应对全球可持续发展紧迫挑战。自提出以来，SENCE 始终强调社会、经济、自然子系统的相互依存性 —— 三者虽有独特结构、功能与发展规律，却相互制约，未来研究需持续完善理论框架，从静态描述转向动态分析子系统间的反馈、权衡与协同，强化理论对可持续发展复杂互动的解释力。方法层面，推进 SENCE 模拟技术发展是关键方向：SENCE 的复杂性要求能捕捉跨尺度互动与非线性反馈的精密建模方法，未来需整合地理大数据、社会过程空间化、生态 - 经济耦合模型，借助大数据与人工智能量化中国城市 SENCE 动态（已证实其对缓解人类福祉差异的作用）；如 “全球贸易分析项目（GTAP）” 与 “生态系统服务与权衡综合评估（InVEST）” 模型的整合，已验证评估自然投资的生态与经济效益的可行性，这类模拟技术对探索未来情景、测试政策干预、为多尺度决策提供可靠支撑至关重要。实践层面，决策支持是未来数十年 SENCE 最重要的应用领域：从黄土高原生态修复到黄河流域综合治理，现代挑战的复杂性要求连接科学与政策的工具，未来研究需重点开发反映复杂生态系统整体性的指标与决策框架，从单目标政策分析转向多目标、多属性分析，助力决策者同时兼顾生态完整性、经济效率与社会公平等可持续发展核心目标。此外，SENCE 理论有望为中国生态文明建设与全球可持续治理提供支撑，在 “山水林田湖草沙” 一体化保护修复、“绿水青山就是金山银山” 实践、智慧韧性城市建设等领域落地应用；通过理论创新与应用示范，SENCE 将为中国国家战略提供科技支撑，同时为全球生态治理贡献中国方案。随着生态理论持续为粮食安全、能源转型、人口变化、自然资源管理等人类重大挑战提供科学基础，SENCE 理论将在可持续发展的科学与实践中持续发挥核心作用。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.jes.2025.09.064

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