研究，一部分的特别功能人类与自然耦合系统的反馈研究

将易火森林景观作为人类和自然系统的耦合研究

• 摘要
• 简介
• 适应挑战与机遇
  • 异质性和系统复杂性:世界的碰撞
  • 在复杂的学习环境中反馈
  • 外部驱动程序
  • 社交网络的潜在作用
• 火灾易发景观案例研究
  • 生态和社会景观的异质性
  • 反馈和演员学习
  • 外部驱动程序
  • 促进适应和恢复力的因素
  • 转向基于代理的模型
  • 与利益相关者和研究成果的互动
• 结论
• 对本文的回应
• 致谢
• 文献引用

介绍

易火景观中的人-自然耦合系统(CHANS)或社会-生态系统的特征是依赖火的自然系统与附近农村和城市人类社区之间的复杂相互作用，在这些系统中，野火被视为不受欢迎的。易火景观在全球范围内广泛存在，并产生了许多有价值的生态系统服务，包括木材纤维、燃料、娱乐、碳排放监管和生物多样性(Noss et al. 2006, Bowman et al. 2009)。在世界上许多地方，这类景观往往被不完全地描述为“荒野-城市界面”(WUI)，这是一种介于无人居住的适合火灾的景观和人口密集的地区之间的狭窄过渡地带，后者增加了因野火而失去家园和生命的风险水平。然而，火灾易发景观的生态和社会经济动态的空间范围不仅限于WUI，还包括WUI嵌入的整个野生土地(Pyne 2008)。

火灾易发景观表现出了许多CHANS的基本特征(Liu et al. 2007)。其中最重要的是复杂性和反馈，它们可能在时间和空间上滞后，以及可能产生意想不到的后果或意外的政策(例如，20世纪的野火抑制政策的效果;Chapin et al. 2003)。复杂性可以用不同的方式定义;我们将其定义为综合复杂性，即各种子系统的集合，它们的相互作用导致多重平衡、不可预测性和偶发效应(Manson 2001, Pickett et al. 2005)。社会生态反馈是与CHANS相关的生态系统服务的复杂性和可持续性的特别重要的驱动因素。例如，旨在降低短期风险的行动(如灭火)可能产生正反馈，导致高严重程度野火损失的长期风险升高。这和其他对火灾易发生态系统的不适应反应催化了不稳定(积极)反馈(Pyne 2010, Lindenmayer等人2011,Perry等人2012)。然而，在制度的调节下，学习和适应可以产生稳定的反馈(例如，Lambin et al. 2001)。易发火灾景观也是一种自然灾害系统，其中风险和风险管理的概念在CHANS文献中得到了很少的关注(McCaffery 2004，但参见Turner et al. 2003)。

在这里，我们开发了一个概念框架，以理解和研究火灾易发景观作为CHANS，并以俄勒冈州中部和中南部的景观为例说明它。尽管通过全球范围和历史研究(Bowman等人，2011年，O 'Connor等人，2011年)，我们已经概述了易火生态系统社会生态维度的概念框架，但我们还不知道使用包含社会子系统的稳健处理的CHANS方法对当代易火景观的特征描述。这种概念模型是识别信息空白和建立模拟模型以探索景观尺度系统行为的重要第一步。将植被动态、管理活动、气候和火灾行为联系起来的景观模型已经被开发出来(O’connor et al. 2011)，但考虑到人类决策和景观对人类系统的反馈的更完整的概念和模拟模型并不常见(但参见Millington et al. 2008)。我们的第一个目标是通过CHANS的镜头确定人类在易火景观中适应的一些主要挑战。我们的第二个目标是利用俄勒冈州的景观来识别必须在这些社会生态系统的概念和模拟模型的发展中被描述的组成部分和相互作用。

适应挑战与机遇

与CHANS相关的知识和理论正在迅速发展，但CHANS建模的实践还远远不够成熟(Liu et al. 2007)。理论的核心元素植根于复杂性的概念，这些概念挑战了稳定性和可预测性的传统概念，而这些传统概念是过去生态、经济和社会理论的基础(Scoones 1999, Manson 2001)。相反，复杂性理论基于多重平衡、不可预测性和偶然性的假设，这些想法与后现代世界的概念相吻合，但在现实世界的政策和管理环境中应用是具有挑战性的。生态科学与社会科学的整合是发展成熟的生态生态系统科学的核心;然而，整合往往缺乏(Jacobson和Duff 1998, Scoones 1999)。我们试图采取一种平衡的观点，这需要更多的社会科学关注，而不是典型的火灾景观研究。

发展更全面的易火生态系统模型的主要原因之一是提高社会生态的恢复力和适应策略。历史表明，消防政策会导致意外和不适应行为(例如，灭火效果)。我们认为，通过整合生态和社会科学，更好地了解火灾易发景观，将减少意外发生的可能性，提高对系统行为和相互作用的理解，并导致更有效的政策和实践。

接下来，我们将概述适应气候变化所面临的三个主要挑战，以及这些社会生态系统核心的更好的政策。这些挑战并不全面，但确实对应于所有chan的三个共同特征:异质性、反馈和规模效应(Pickett et al. 2005, Liu et al. 2007)。它们还与其他CHANS概念密切相关，包括带阈值的非线性动力学、时滞、弹性和意外。然后，我们讨论了社会景观，即机构和人的异质互动网络，如何促进适应性政策和行为。

异质性和系统复杂性:世界的碰撞

在理解和促进易火景观的适应方面的第一个主要挑战来自于一个依赖于生物量和当地动植物种群的偶发性破坏和再增长的自然系统和一个偏好于结构稳定性、社会经济动态的可预测性和人类生命保护的人类系统的并置。尽管这种挑战对于任何容易遭受洪水或地震等自然灾害的chan来说都是普遍的，但容易发生火灾的景观有一些独特的特征。例如，尽管人类活动可能影响许多气候或地质灾害的影响，但就易发火灾的景观而言，植被管理、野火扑灭和火灾点燃等人类活动可能对灾害本身的频率和严重程度产生直接和间接影响(O 'Connor et al. 2011)。易火景观的一个基本特征，即它们的野性，既有助于它们容易发生野火，也是它们对人类强烈吸引力的一部分，因为人类居住在其中，可能会将自己置于危险之中。自然和人类子系统的并置导致了与这些景观管理相关的不同的人类目标、行为和政策的显著复杂性。

在火灾易发景观的荒地部分，维持物种和生态系统的努力建立在维持火灾制度和过程的基础上(Spies等，2012)。许多植物、动物和生态过程(例如，场地生产力和营养循环)依赖于特定的火灾状况，其特征是火灾的严重程度、规模、时间和地点。然而，火灾易发地的荒野部分往往无法摆脱人类的影响。人类活动对易火生态系统产生了多种影响(McWethy et al. 2013)。例如，放牧和抑制野火使20世纪的许多火灾易发景观排除了火灾，改变了依赖火灾的过程和物种的演变路径和栖息地(Keane et al. 2002, Hessburg and Agee 2003, Marlon et al. 2012)。由于燃料的积累和气候的变化，过去的野火抑制活动现在可能导致某些植被类型的火灾面积和强度的增加(Miller等，2009年)。然而，这种反馈并不是在所有森林类型中都起作用(Schoennagel et al. 2004)，这使得我们了解社会-生态相互作用如何在不同地区和景观之间发生变化变得很重要。我们确实知道，在美国西部(Westerling等人，2006年)和澳大利亚东南部(Lindenmayer等人，2012年)等地区，火灾正在再次增加，并带来了各种生态后果，包括关键栖息地的丧失(例如，大型古树和茂密的古老森林，可以支持濒危物种，如北方斑点猫头鹰[思occidentalis caurina])和水质恶化。野火还恢复了依赖火的野生动物群落，创造了栖息地多样性(基恩和卡拉，2010年)。媒体使用“灾难性”等术语来描述野火可能会影响社会对火灾后果的看法，尽管大多数野火都有可取和不可取的生态影响(Keane et al. 2008)。在其他生产力更高的生态系统中，火灾不太频繁，气候限制比燃料限制更大，灭火活动和燃料处理可能对火灾行为没有太大影响(Littel et al. 2009, McWethy et al. 2013)。

对于试图管理植被、火灾和风险以实现多重目标的土地管理机构来说，野火的可变和时间滞后影响是一个主要挑战。在人类方面，野火的作用和观点可能是截然不同的。人类社会的稳定和持续增长往往是一种理想的条件。破坏财产和有价值的自然资源的干扰一般不被认为是促进稳定和可持续社会生态系统的积极因素。然而，尽管自然灾害可能对物质资本产生负面影响，但它们可以在国家范围内积极影响人力资本和整体经济生产力(Skidmore和Toya, 2002年)。人类社区对干扰事件的发生或潜在的反应与人类系统的恢复力和脆弱性的概念有关。

尽管弹性被定义为自然群落或生态系统维持、恢复或适应干扰的能力或能力，但这些概念在自然系统和人类系统中的运作方式是不同的(Adger 2000)。通常，生态学家将自然系统的恢复力视为本地物种、群落、生态系统过程和干扰机制在某些理想范围(不一定是历史范围)内的维持。向非本地物种转移的自然系统或在干扰机制中经历重大变化的自然系统通常不被认为具有生态弹性。一般来说，生态系统通过群落变化和自然选择具有很强的适应能力，但自然过程可能比人类系统慢，可能跟不上快速变化的条件(Folke 2006)。

正如生态学家认为，恢复力取决于生态条件和过程的多样性，社会科学家假定，知识、技能和制度的多样性可以帮助人类社区从环境变化中恢复并适应环境变化(Adger 2000, 2003, Janssen et al. 2006)。此外，社会组织的整合特征，如规范和网络的存在，使人们能够学习、储存知识和经验，并从事创造性的、灵活的决策和解决问题的能力，对社会应对问题和从干扰中恢复的能力很重要(Adger 2000, Pelling and High 2005)。例如，在WUI中，使用防火结构和野火损失后的重建可以反映适应能力。在更广泛的层面上，社区或人口变化可以被视为人类社区适应新的经济和社会环境时的复原力的衡量标准。城市人口和娱乐人士迁入以资源提取为基础的经济和社区的地区，可以被视为人类社区如何适应新的经济现实以及经济多样化如何在变化面前维持人类社区的一个例子。然而，新的社区如何与森林联系在一起，以及从以商品为基础的森林经济向以娱乐为基础的经济或其他经济的转变，是否会导致或多或少可持续的火灾易发景观，这些问题仍然存在(Abrams et al. 2012)。

在复杂的学习环境中反馈

理解、建模和发展易火景观适应性行为的第二个主要挑战是自然系统和人类系统之间的反馈。人类活动对火灾行为的一级影响，包括燃料处理、放牧和灭火，相对众所周知(Hessburg和Agee 2003, Agee和Skinner 2005)。不太为人所知的是，包括机构和土地所有者在内的人类决策者如何应对自然系统的持续变化，包括火灾危险(如高燃料负荷)、火灾发生、火灾影响(获得或损失)和防火影响。从概念上讲，环境中的个人和实体做出的决策反映了他们从特定行动中获得的回报(或效用)的价值。例如，在一个社区内，对野火经历的反应可能相当不同，并影响后续的缓解决策(McGee等，2009年，Eriksen和Prior 2011年)。生活在自己土地上的森林所有者比不在自己土地上的森林所有者更有可能减少有害燃料的使用(Fischer 2011)。采伐木材的个人或公司可以从木材销售中获得收入奖励(例如，Joshi和Arano 2009)。相反，拥有一片森林的业主，因为其舒适的价值，可以获得一个诱人的风景奖励，因为不砍伐木材或减少火灾危险(例如，Nelson et al. 2005)。对于政府实体，具体奖励的价值(例如，木材收获的收入，避免火灾对私有财产的破坏)可在立法者和行政人员制定的政策中加以规定。对于私营公司，奖励的价值可能由董事会或公司所有者规定; individual landowners determine their own values placed on rewards. Complexity is created as variability in experience and completed actions yields secondary responses in the landscape and creates other feedbacks. Those feedbacks, along with uncertainties related to both outcomes and other decision-making factors, can lead to surprises or cumulative effects that are hard to see until some threshold is crossed.

对于火灾多发地区的任何特定地点来说，破坏性的野火通常都是罕见事件。例如，在许多容易发生火灾的森林景观中，高严重程度的野火可能平均每20-100年才在某一地点发生一次。在这样的环境中生活或娱乐的大多数人永远不会亲身经历火灾事件的损失或威胁，一般每年的点概率≤0.05。因此，对于人们可能采取的减少野火风险的大多数行动，如修改建筑材料或植物燃料，可能没有机会了解具体行动的效果。因此，“只有当野火真的发生时，减少燃料的安全效益才会实现，因此奖励很少，失误很少受到惩罚”(Daniel 2008:115)。在野火风险文献中，这一问题通常被称为“野火缓解悖论”(Steelman和Burke 2007年)，由于人类行为和自然反应之间的时间滞后，这一问题更加严重。另一个问题是，燃料处理行动和灭火并不总是减少火灾行为。人类行为的有效性还取决于森林类型、处理后的时间和天气(Schoennagel et al. 2004)。

如果社会和生态系统的空间和时间尺度不一致，学习将是困难的(Cumming et al. 2006)。与其他农村地区类似，美国西部火灾多发地区的人类系统正经历着人口和社会经济的变化。这些潜在的变化导致了生活和新居民的混合景观。在火灾易发地区的混合居住权意味着每个居民将有不同的机会观察和学习火灾经验。Berkes(2007)报告说，在自然灾害系统中，社会记忆至少可以延长20年，但如果干扰间隔较长，如果人们的周转时间较短，那么学习就会很困难。事实上，在一个地区居住较长的时间会提高居民对野火及其对人类和自然社区潜在影响的意识(例如，Gordon等人，2010年，Kyle等人，2010年)，而不在场的所有者比居住在其土地上或附近的所有者更不可能减少有害燃料(Fischer 2011年)。火灾易发景观中不同的保留区模式可以追溯到不同类型的人类社区。资源开采社区(那些依赖木材生产、放牧或农业的社区)可能主要由在当地拥有终身居住权的居民组成。经历便利迁移的社区可能会有更多样化的短期和长期居住居民组合，可能由那些在当地居住时间相对较短的人主导(Winkler et al. 2007)，他们在那里是为了隐私，可能不太愿意在危险燃料减少项目上与邻居合作(Fischer和Charnley 2012)。

即使很清楚人类行为如何影响资源条件或反馈如何改变个人脆弱性，居民仍然可能做出可能被资源管理人员和应急人员认为不可取的决定。这种行为可能是由于对潜在不利结果的完全无知，但它也可能是由于居民对行动的预期收益和成本进行合理权衡的结果。例如，清除植被以减少对野火的脆弱性可能会产生与燃料处理相关的成本，以及由于筛选植被而降低的美观和隐私损失，这可能被土地所有者认为超过了降低野火脆弱性的任何预期收益(例如，Nelson等人，2004年，2005年，Brenkert-Smith等人，2006年)。在某些情况下，居民可能认为，对植被进行处理对降低野火易损性没有任何好处(例如，Winter和Fried 2000, Brenkert-Smith等，2006)。在一些地方，房主保险政策可能会帮助居民权衡这种权衡，例如，如果一项政策要求房主采取某些野火风险缓解行动。或者，在没有任何关于缓解行动的要求的情况下，只要他们的保单涵盖野火损失，房主可能会感到相当安全。

外部驱动程序

第三个挑战是处理焦点景观之外的生物物理和社会经济驱动因素的影响。例如，气候和天气对火灾状况和火灾行为有很强的影响(Littell等人，2010年)。在许多生态系统中，气候变化将通过延长火灾beplay竞技季节而增加火灾频率，尽管气候变化的影响是可变的和不确定的(Westerling et al. 2006, Littell et al. 2010)。消防经理可能能够在特定的天气条件下控制野火，特别是在已经进行燃料处理或燃料自然有限的情况下，但当条件变得难以预测或更加极端时，野火可能无法控制，并可能超过地形和燃料处理的影响(Thompson和Spies 2009, Moritz等人2012)。

在火灾易发地区，影响人类行为的外部动态社会经济因素和过程也在发挥作用。许多这样的景观是资源土地的混合，支持各种传统农村土地用途和新的住宅发展。这种安排可能对生态条件以及人与自然系统之间的相互作用产生影响，因为外部驱动因素改变了对传统农村生产的需求。例如，森林和农产品的需求受到国家和国际市场的强烈影响(例如，Dmitri等人，2005年，Ince等人，2011年)。此外，关于可再生电力和生物能源的新技术和新出现的稀缺可以为森林和农业土地所有者提供新的机会(White et al. 2013)，并可能有助于增加一些恢复处理的可行性(例如，White 2010)。最后，木材和农业部门面临的许多生产费用(例如燃料和设备费用)和管制要求主要是由中心系统以外的因素决定的。

外部的人口变化和经济增长可以与内部的社会经济和生态条件相互作用，也可以从根本上改变易火景观内的土地使用方式。例如，住宅开发需求取决于人口增长、收入变化、住房偏好和每户人口数量(White et al. 2009)。除了增加火灾易发地区的居民数量外，住房需求的增加还可以显著推高农村土地的价格(Alig和White 2007)，这可以作为一个强大的激励因素，促使剩余的农村土地所有者将更多的森林和农业用地转变为住房。

最后，国家和州关于火灾、木材生产、恢复活动、发展、保险等方面的政策也对管理者和土地所有者能做什么、如何衡量成功以及学习和改变的过程产生强烈影响。例如，在20世纪和21世纪，国家范围内的野火抑制政策增加了许多森林的火灾危险，在前欧美火灾制度下，这些森林的燃料负荷相对较低。此外，美国的国家政策强调在WUI及其周边地区进行燃料处理，这可能会从野火易发的荒地景观恢复中获取资源，并给生活在火灾易发森林中的业主一种虚假的安全感(Pyne 2010)。

社交网络的潜在作用

机构和社会网络可以通过增加社会记忆和促进沟通和行动来应对限制学习、适应能力和意外后果的条件，以提高适应能力和恢复力。社区弹性包含了社会概念，包括知识、价值观、社会网络、人-地关系和其他，具有代理和自组织倾向(Berkes和Ross 2013)。尽管(或正因为)在易火景观中开发适应性社会生态系统的困难挑战，管理者和利益相关者已经开发出工具和方法来减少易火景观的价值损失。这些包括促进野火意识和保护的政策、项目和机构，并为减少火灾危险、扑灭野火和恢复提供资源。当然，联邦土地管理机构将大部分预算用于扑灭野火，并在较小程度上用于减少燃料和恢复。联邦机构还向州机构提供资金，用于扑灭野火和减少燃料。联邦和州机构通过国家消防计划的社区援助赠款计划、美国农业部的森林管理计划和环境质量激励计划等项目向土地所有者和WUI的社区提供技术和财政援助(Steelman等，2004年)。

提高恢复力和适应能力需要的不仅仅是提供信息和资源，以实现对土地和野火的管理。促进沟通、解决问题和集体行动的社会网络和正式和非正式机构对促进复原力和适应能力也很重要(Adger 2000, 2003, Pelling and High 2005, Janssen et al. 2006)。不同的多标量利益相关者网络一起工作，重新定义问题，并形成相互接受的解决方案，可能有助于适应。这样的网络可以促进恢复森林状况的机制，从而减少发生罕见的破坏性野火的可能性。它们还能够在许多生态过程的范围内协调跨社会和政治边界的管理战略。

一些政策、项目和机构通过建立促进学习、信任发展和管理行动协调的网络来解决复原力和适应能力问题。例如，《国家野火协调管理战略》让利益攸关方参与跨行政边界的野火管理协调。协同森林景观恢复计划为地方协作团体提供资金，在选定的国家林地上规划有科学依据、经济可行的减少燃料和生态恢复活动。的健康森林恢复法要求接受燃料减少基金的社区制定社区野火保护计划。该计划建立了一个过程，将居民、业主、地方、州和联邦机构召集起来，制定解决WUI中危险燃料问题的策略(Steelman和Burke 2007年，Everett和Fuller 2011年)。制定社区野火保护计划和其他社区野火计划的过程(例如，通过加利福尼亚州的消防安全委员会)带来了许多与减少燃料相关的好处，包括加强社会网络和建设社区能力(Jakes et al. 2007, Everett and Fuller 2011, Steelman and McCaffrey 2013)。最值得注意的是，消防学习网络是将公共机构、部落和市政府聚集在一起的区域组织，计划和协调跨所有权的减少燃料和森林恢复活动(Butler和Goldstein 2010年)。

易发火灾景观案例研究

CHANS概念的理论和应用将通过实例的发展和跨系统综合而取得进展(Liu et al. 2007, Alberti et al. 2011)。为了达到这一目标，必须首先确定特定景观的关键组成部分和相互作用。我们用一个来自俄勒冈州中南部的研究(森林人火项目)的例子来说明集合复杂性、异质性、反馈和外部驱动因素的概念。我们用这个例子来说明如何将CHANS概念应用于开发概念模型和模拟模型，以提高易火景观的适应性。

生态和社会景观的异质性

景观的特点是山地地形的生态异质性和陡峭的环境梯度，从凉爽、潮湿的亚高山森林到潮湿、干燥的针叶林和松林混交林到半干旱的杜松林地(图1)。这些森林类型具有不同的前欧美火灾制度(Agee 1993)和不同的防火程度的影响。

森林所有权模式也是异质性的，但以联邦土地为主(图2)。土地所有权目标从提供荒野体验、生产木材到住宅宅基地不等(表1)。这种混杂和对比的生态和社会经济景观增加了一种所有权上的管理行动和野火行为影响其他所有权上的生态系统和人类价值的可能性。例如，源于荒野景观的野火烧毁了海拔较低的老猫头鹰栖息地，并蔓延到私人土地(Spies等人，2006年;图3)。

历史上的土地利用活动给植被和火灾制度留下了深刻的印记。从19世纪80年代中期开始的欧美活动包括放牧、伐木和筑路，以及对美洲土著文化的破坏和退化(Brogan 1940, Robbins 1997)。美洲土著文化的衰落也减少了火灾，尽管在这个地区闪电引起的自然火灾很常见。尽管欧洲人的定居增加了一些地区的火灾，但在1880年后，火灾的数量和频率大幅下降(Hessburg和Agee 2003年)。对现有的老松树和混合针叶树斑块的研究表明，耐阴的下层树木(如大冷杉)的密度[冷杉属茅和道格拉斯-枞树[Pseudotsuga menziesii在某些情况下)增加了几倍，大的，古老的，不耐阴的松树的数量减少了70%部分切割的结果(Merschel et al. 2014)。森林密度和同质性的增加增加了发生大规模高严重火灾的可能性，从而降低了森林从火灾中恢复的能力。

反馈和演员学习

在这种环境下了解火灾对林地所有者、WUI的业主、联邦管理人员和公众都是一项挑战。例如，在截至2011年的五年期间，根据燃烧严重程度监测趋势(MTBS:http://www.mtbs.gov/index.html)．在另一项研究中，我们研究区域的私营非工业林地所有者中有更大比例(33%)报告称，他们的土地近年来经历过火灾(Fischer 2011)。这些分析之间的差异可能是由于被调查的业主考虑了两者在MTBS数据中，计划和计划外的火灾或未能检测到小火灾(在我们的研究区域约小于8公顷)。无论如何，由于火灾经历的频率较低，相对较少的人直接知道任何燃料处理或Firewise活动如何实现减少野火损失的目标。尽管亲身经历过火灾的人很少，但更大的百分比(在40% [未发表的数据]和66% [Fischer 2011])的非工业林地所有者报告说，他们已经采取了间伐活动以减少燃料装载。做出这一决定的基础可能是对该地区火灾的了解，以及对风险进行沟通的机构。

不同的火灾结果以及土地所有者和利益相关者不同的价值观也给学习带来了困难。例如，最近火灾的生态后果可能是好的，坏的，或中性的，这取决于人们的价值观;它们不是绝对的(Spies et al. 2012)。被许多人认为是好的结果包括:减少地表和下层植被的燃料，减少未来发生高强度火灾的可能性，以及燃烧成高强度和低强度火灾的细粒马赛克，为各种物种创造栖息地，包括早期演替植物、昆虫和动物，如麋鹿(Cervus黄花roosevelti;图3 c, D)。相反，不良后果往往与高度严重的火灾有关，通常包括房屋的损失，如1990年本德附近的Awbrey Hall火灾，烧毁了22所房屋;或重要野生动物栖息地的损失，如2003年的B & B火灾(图3B)，烧毁了受威胁的北方斑点猫头鹰的11个栖息地(美国农业部林局，2005年)。

外部驱动程序

这一景观的主要外部驱动因素包括住房增长、不断变化的木材市场、人口变化和气候变化(图4)。在Deschutes县，该研究区域增长最快的县，在2000年至2008年间，房地产总价值增长了两倍多，就在房地产市场崩溃之前(2009年beplay竞技俄勒冈中部经济发展)。同期，交付的中型黄松原木的名义价格下降了25%(俄勒冈州林业局，2012年)。德舒特县的Bend和Sisters城市经历了快速的增长和发展，主要是基于房地产和娱乐，这是内部和外部驱动的功能。湖景和克拉马斯瀑布等其他社区的人口增长较为有限，仍然依靠森林相关部门来支撑经济。在克拉马斯县和莱克县研究区域的南部，林业部门贡献了25%的经济基础(俄勒冈森林资源研究所，2012年)。如果以生物量为基础的经济或以恢复为基础的森林管理扩大，未来的趋势可能会沿着这两条不同的道路继续发展(以舒适设施为中心vs.资源生产)。或者，如果以娱乐为基础的经济在南部扩张，它们可能会趋同研究区域。气候是另一个外部驱动因素，预计将增加该地区野火的频率(Littell等人，2010年)，并增加松甲虫等昆虫的爆发次数，这对燃料条件和潜在的火灾行为有不同的影响(Hicke等人，2012年)。

促进适应和恢复力的因素

研究区域似乎有很多关注不同规模森林和火灾管理问题的机构、社会网络和景观合作机构(表2)。例如，湖景管理小组促进了环保人士、林业行业和联邦管理人员之间的互动，以降低野火风险，恢复森林结构和组成，并向当地工厂提供木材。这些机构和其他机构是一个庞大的、松散量化的社会网络的一部分，影响着土地管理和景观变化。目前尚不清楚，当目标可能出现冲突时，它们是如何相互作用并影响景观结果的，比如保护房屋免受野火的影响，以及促进野火作为改善生态系统功能的自然过程。社会网络可能在解释土地所有者进行植被管理的倾向方面发挥作用。初步研究结果支持了燃料处理努力与与环保和消防组织的联系之间存在积极关系的概念(Fischer等人，2014年)。

风险管理是另一种适应战略，通过评估、缓解行动和扑灭野火活动，减少森林因野火而造成的结构损失以及经济和生态价值。俄勒冈州中央消防管理处负责协调项目区域内的许多活动。在州一级，俄勒冈州荒野防火计划主要负责预防野火，包括私人和州立林地的风险评估和野火抑制。土地所有者和负责火灾风险管理的机构的这种混合，产生了一组对火灾经常跨越行政和生态边界的景观具有不同视角的复杂参与者。我们的社会网络分析表明，防火网络和森林恢复网络的结构是完全不同的，这两个网络之间的联系相对较少(P. Fischer，未发表的数据)．制定交叉所有权和机构风险管理战略的问题在整个美国西部的荒地上反复出现，联邦授权修订的国家统一荒地火灾管理战略正在部分解决这一问题火焰法（2009年《联邦土地援助、管理和增强法》;内政部、环境及相关机构拨款法案，2010年，第5篇)．风险评估和可视化工具，如Envision，将需要促进这些协同工作在景观尺度。

转向基于代理的模型

模拟模型越来越多地被用于进一步了解社会-生态系统和支持决策过程。现在，我们概述了正在为系统构建的基于代理的模型的设计和元素。我们还没有得到模型的结果，但是我们已经在设计和构建阶段学到了很多东西，这包括开发一个概念模型(图4)，收集经验信息，并进行组件研究以参数化主模型。基于代理的模拟在这种情况下特别有吸引力，因为它们的直观结构基于代理和原始系统中的活动元素之间的类比(Klügl 2008)。我们的仿真模型基于基于代理的Envision框架，该框架是为开发和分析空间显式景观变化模拟而设计的(Bolte等人，2007年)。

Envision使用了一种“可插拔”的架构，允许将跨生态、经济或社会文化维度的其他类型的模型合并到一起。Envision提供了一个预先定义的架构，包括参与者、空间明确的景观表示、决策规则、自主变化过程、景观生产模型和景观反馈。在《远景》中，与土地管理决策相关的人类行为通过行动者、景观生产和决策的三方互动来表征(图4)。

参与者是土地管理者(表1)，他们通过对自己拥有管理权的特定区域的管理做出决定来改变景观。每个参与者对决策过程中所代表的景观持有不同的信念和价值观。参与者对特定景观产品(如木材生产、生物多样性和美学)的重视程度不同。此外，他们在不同的社会网络中传播，这些社会网络有可能影响他们的信仰、价值观和景观目标，以及对野火风险的知识和认知(Fischer et al. 2012)。景观是一组基于税收地块和初始植被结构和组成的空间单元(多边形)。这些单位的面积约为1-8公顷，平均约为3公顷。

“自主”过程是景观变化子模型，与人类决策一起运行。我们的子模型包括房屋扩张、植被演替和野火的发生和严重程度。植被演替的实施，即在不同的管理和干扰体制下植被组成和结构的变化，遵循基于当地联邦生态学家专家意见的状态-过渡方法。对潜在野火行为特征(如蔓延速度或火焰长度)的模拟基于使用最小传播时间方法的FlamMap模型(Finney 2006)。房屋扩张和相关的WUI增长、植被演替和野火模型是硬耦合的，在每个模拟步骤中动态交换数据。beplay竞技在我们的模型中，气候变化是一个外部驱动因素，通过在火灾模块中输入不同的天气流并改变火灾行为来进行评估。

景观生产模型使用度量来量化特定类型的系统生产(例如，木材生产或生物多样性)，并提供可以反馈给参与者决策规则选择和决策的信息(图4)。描述有价值系统产品的紧急稀缺性或火灾风险是Envision的一个重要方面。系统生产中的这种稀缺性(例如，生物多样性下降或家庭火灾风险增加)是可能影响行动者决策或社会网络行为的一个因素。Envision允许研究人员定义哪些系统产品对所研究的系统是重要的。

基于代理的模型使用各种方法来模拟人类决策(An 2012)。我们的模型实现了两种不同的参与者决策方法。在以目标为基础的方法中，行为者试图在其控制的范围内实现大规模生产或处理区域的行动目标(例如，木材收获)。通过根据预先定义的限制或偏好选择景观单元进行处理，以达到目标。限制规定了在景观中哪些特定的行为是不允许的(例如，在荒野地区不允许机械收割)。偏好用于识别具有治疗首选特征的空间单元(例如，位于与其他治疗单元接近的位置)。以目标为基础的方法所使用的目标、约束条件和偏好是通过与土地所有者的面谈和对规划文件的审查来确定的。在效用最大化方法中，管理行为的统计模型是建立在对土地所有者管理行为的调查基础上的。回归模型可以预测土地所有者的管理行动(例如，减少或减少房屋及其地块的可燃性)，作为景观、人口、社会经济和社会网络变量的函数。

这两种不同的建模参与者决策的方法是兼容的，但有不同的优点和缺点。效用最大化是微观经济学的一个基本理论，我们的效用最大化方法是基于经验数据、假设检验和揭示的行为，但可能无法捕捉到在不断变化的景观条件下潜在的未来行为关系。以目标为基础的方法主要基于行为者群体的一般知识，当描述行为者行为的实际数据有限或当行为者数量相当少(如联邦土地所有者)时，这是一种有用的替代方法。然而，基于目标的方法(包括约束和偏好)更加抽象，较少基于社会经济理论，依赖专家判断而不是经过检验的假设。在这两种情况下，决策规则和结果的校准和验证都很困难，需要使用多种方法(Heckbert等人，2010年)，我们采用了其中几种方法(例如，调查、访谈和历史数据)。为了缓解验证问题，我们将完成与利益相关者的外联工作，以衡量我们的结果的有效性;我们还将通过灵敏度分析评估模型输出的灵敏度。

我们也在研究如何将社交网络整合到Envision模型和参与者决策中。这一目标尤其具有挑战性，我们开始描述该区域网络的结构和组成(表2)，然后构建一个理论网络模型，该模型将作为Envision内部模拟子模型的模板(Fischer et al. 2012)。

与利益相关者和研究成果的互动

在我们的项目中，反馈和学习分为几个层次。如前所述，第一个是在Envision模型中。当我们使用模型与利益相关者交互并从他们那里了解他们的价值体系和决策时，第二个机会就出现了。最后，当该模型被用于协作环境时，反馈的收集和学习也随之产生，以促进关于在这一容易发生火灾的景观中提高适应性和复原力的对话。因此，我们的研究既是研究-管理-公众合作的研究，也是景观可视化工具在森林规划和管理中的应用(Castella 2009, Hulse et al. 2009)，也是对社会-生态系统行为的科学探索。在后者的使用中，我们已经与不同的利益相关者团体会面，以帮助我们理解他们所关心的社会生态问题，并确定我们可以在Envision中表示的可能场景。已查明的关切问题包括:(1)生物质经济补贴燃料处理和恢复的潜力，(2)制定和实施战略，创造更有韧性的森林，以应对火灾和气候变化，(3)磨坊能力对进行森林管理活动的能力的影响，(4)政府政策(例如，恢复的数量，强调燃料处理在WUI与野生土地)对景观结果和生态系统服务的影响。beplay竞技这些问题将被用来开发和探索替代期货。我们期望我们的概念和模拟模型将有助于从许多可能的相互作用中识别出最重要的相互作用，从而提高对这些系统的结构和行为的理解，不仅在研究中，而且在利益相关者的思想中，他们需要概念和工具来帮助他们可视化他们的个人和集体行为如何跨空间和时间尺度影响生态和社会结果。 Ultimately, this could lead to improved polices and management practices that take into account ecological and social landscapes (http://fpf.forestry.oregonstate.edu/home)．

结论

CHANS的视角揭示了在易火景观中发展适应性社会生态系统的挑战和机遇。主要挑战包括野火行为和影响的异质性、人类行为和价值观、野火影响的时空滞后、景观对人类的弱反馈以及外部驱动因素。由于缺乏火灾和各种火灾影响的个人经验，火灾易发景观的复杂性会给个人创造一个困难的学习环境。其中许多挑战是所有自然灾害环境所共有的。由生态系统和人类系统之间的异质性和变量反馈引起的综合复杂性可能导致不适应行为和消防政策的意外后果。促进交流和学习的社交网络和景观可视化工具可能有助于促进更具适应性的行为和政策。

我们对俄勒冈州易发火灾景观的概念模型包含了系统社会维度的稳健表征，并确定了连接生态和社会子系统的关键反馈。该模型被用来提高我们对这个社会-生态系统结构的理解，并设计一个基于代理的模型，可以用来检查交互作用和可选场景。理想情况下，理解和建模这种chan将使管理者和决策者能够制定更有效的策略，在易发火灾的景观中实现适应性社会生态系统。

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