文章信息：Xutong Wu, Yongping Wei, Bojie Fu, Shuai Wang, Yan Zhao, Emilio F. Moran. (2020). Evolution and effects of the social-ecological system over a millennium in China’s Loess Plateau. Science Advances 6, eabc0276. https://doi.org/10.1126/sciadv.abc0276.

阅读笔记：蔡茂

阅读时间：2020年10月10日

选题背景：

1.社会生态系统（SES）：提供一个综合框架使人们更好地理解人与自然系统之间的相互作用但识别以交织的社会生态动力学为基础的政权转移仍然是科学挑战。SES越过系统阈值的临界动力学通常由多个变量（过程）之间的相互作用来确定。因此，这些方法可能无法捕获某些关键的制度转变。此外，通过相互处理，SES可以在系统边界之外产生溢出效应。因此，SES中的政权转移也可能影响远程系统的可持续性。但是，当前的政权转移研究主要集中在局部效应，而溢出效应被忽略。

研究框架：

建立了一个了解黄土高原中SES演变的框架。社会子系统组成部分指标为人口，生态子系统组成部分指标为森林覆盖率、耕地面积。三个指标的相互作用代表了社会发展（人口增长）与其对粮食供应和可持续环境的需求之间的关系。

为反映SES的复杂性，选择可能影响社会生态互动的政治，气候和社会经济驱动因素。气候驱动因素包括温度异常，历史时期的典型降水指数，1949年后记录的降水以及极端干旱和洪水事件。社会经济驱动因素包括农业技术和管理水平（由每公顷谷物产量反映），战争频率以及黄土高原上农牧业边界的变化。在公开发表的文献的基础上，还对政策重点和税收政策改革等政策举措进行了定性分析。

为分析不同制度下社会生态互动所产生的影响，选择反映本地和溢出效应的几个指标。黄土高原中的粮食生产以反映当地的粮食安全。黄河的泥沙负荷和自然径流，反映黄土高原中水土流失和水产条件及其对下游系统的影响。黄河三角洲的面积变化以及较低黄河的自然破坏为黄土高原对下游系统的溢出效应。

研究结论：

1.系统构成之间的交互作用确定演化阶段：根据系统构成之间相互作用的变化，在过去的1000年中，确定了黄土高原中SES的五个演化阶段：I（1100至1750s）-耕种的快速扩张，II（1750s至1950s）-耕种的缓慢发展，III（1950s至1970s）-提高产量的景观工程，IV（1980年代至1990年代）-从种植到生态保护的过渡和V（2000年代至今）-环境恢复。

2.社会生态互动变化的驱动力：中国古代（第一和第二阶段）粮食需求的增加主要通过增加耕地面积来实现。18世纪高产作物带来的农业生产力的提高和灌溉系统的改进，使得有可能用相对稳定的耕地面积养活增加的人口。第三阶段粮食安全仍然是首要任务。第四阶段由于农业生产方式转向提高生产率和收入，人口与耕地面积负相关，与森林覆盖率正相关。第五阶段维护生态安全和可持续发展，退耕还林和荒地造林同时发生，人口与森林覆盖率之间正相关性显著增强，但耕地和森林覆盖率之间关系不显著。

3.社会生态互动在不同阶段的影响：第一阶段，第二阶段和第三阶段的初期，政府只追求解决当地粮食需求，而忽视了环境的重要性。第三阶段和第四阶段，景观工程，包括梯田，止水坝和水库建设，显着促进了黄河三角洲沉积物负荷的减少以及随后黄河三角洲三角洲扩张的减缓。第五阶段，重点已从粮食安全转向环境保护。

图 黄土高原社会生态系统演化分析框架

图 过去1000年系统组成部分指标变化

图 黄土高原社会生态系统要素间关系变化及演化阶段

图 社会生态互动变化驱动力

图 黄土高原社会生态系统不同演化阶段中社会生态互动效应

原文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abc0276