研究，是特别节目的一部分欧洲海洋管理系统科学

管理欧洲海洋的过去和未来挑战

• 摘要
• 简介
• 过去非线性的例子
  • 黑海的富营养化和渔业
  • 1990年以后HELCOM和波罗的海跨国结构的变化
• 未来的趋势和可能的途径
  • 未来的气候变化beplay竞技
  • 集约化利用能源
• 为未来做准备的工具
  • 在计划和管理中处理非线性和不确定性
  • 场景、学习和弹性
• 在欧洲海域建立更具弹性的社会-生态系统
• 对本文的回应
• 致谢
• 文献引用

介绍

在过去的几十年中，由于多种人为因素的影响，如过度捕捞、富营养化、栖息地破碎化等，海洋环境发生了大规模的变化。通常，生态系统对这些多重压力的反应是非线性的，这可能会导致生态系统的意外行为(deYoung等人2008年)和生态系统范围内的突然变化，即制度变化(Francis等人1998年，Lees等人2006年，Beaugrand等人2008年，Kirby等人2009年，Alheit和Bakun 2010年)。毫无疑问，在未来，由于气候引起的变化(与其他人类和自然过程协同作用)加速影响生态系统动态，对生态系统服务的提供产生重大影响，海洋系统的压力可能会增加(Philippart等人，2011)。为了防止未来制度的变化导致生态系统服务的中断，人们提出了一种基于生态系统的适应性管理(EBM)框架(Folke et al. 2004)。对于欧洲海洋，《海洋战略框架指令》(MSFD)旨在实施这种方法。MSFD要求成员国在2020年前实现其海洋水域的“良好环境状态”(GES)。根据第3条第5款，海洋生态系统指的是"提供生态多样化和动态的海洋和海洋的环境状况，这些海洋和海洋在其固有条件内是清洁、健康和富有生产力的，并且海洋环境的利用处于可持续的水平，从而保障今世后代使用和活动的潜力"。良好的环境状况是在生态系统方法的基础上使用适应性管理来实现的(第3条第5段)。Farmer等人(2012)将生态系统方法定义为资源规划和管理，它将土地、空气、水和所有生物(包括人、他们的活动和机构)之间的联系结合起来。当前环境辩论的核心是在利用自然资本促进经济和社会发展的短期利益和维持海洋社会-生态系统(SES)的长期利益之间进行权衡。

从这个角度来看，重要的是要有可用的信息来警告管理者潜在的生态制度变化。一种方法是开发早期预警指标，这些指标被提出用于提供有关近期机制转变风险的信息(Scheffer et al. 2009)。这种有趣的方法已经在许多生态系统中进行了测试，但需要监测数据的高时间或空间分辨率，这一先决条件在海洋生态系统中很少实现(Lindegren et al. 2012)。实证医学的另一种方法可能是建立一种高恢复力，以防止突变和整个生态系统的制度转变。需要注意的是，由于生态反馈强化了退化状态，当前不良生态系统状态的恢复力可能很高(Scheffer et al. 2001)。在这种情况下，管理层需要引导系统朝着打破这些反馈的方向，以实现良好的环境状态(Nyström et al. 2012)。高弹性系统的另一个优势是变化不剧烈，因此未来的状态可能更容易预测，这对受益于更可预测的鱼类资源的渔业尤其重要(Stenseth和Rouyer 2008)。

在这里，我们将提供一些资料，说明如何利用欧洲海洋社会- -生态系统的现有经验来为今后的管理提供信息和建议。我们将首先提供一些在欧洲海洋中观察到的社会-生态例子。然后，我们讨论了未来的挑战，包括可能影响海洋生态系统和基于生态系统的管理的潜在非线性响应。最后，我们提出了一些可以帮助指导未来海洋生态系统管理的方法。

过去非线性的例子

文献中报道了几个非线性系统变化的例子(Hare and Mantua 2000, Heymans et al. 2007, deYoung 2008, Kenny et al. 2009)。在这里，我们讨论两个过去的例子，它们对今天和未来都有影响。一个例子是黑海由于人类互动而导致的生态系统变化。第二个例子集中在HELCOM制度设置中的非线性变化，说明了由于政治变化而导致的生态系统管理结构变化的相关性。

黑海的富营养化和渔业

在黑海的底栖和远洋系统中都描述了恢复力的损失和非线性生态系统的响应。Mee等人(2005)用一个简单的概念模型说明了黑海底生物系统对富营养化的非线性响应。最初的原始环境由底栖植物为主的底栖生物系统组成，具有高的养分同化潜力、藻类的净产氧能力和双壳动物的高过滤能力。生态系统越过了一个临界阈值(阈值1)，在这个阈值上，藻类床被增加的浮游植物所遮蔽，藻类床崩溃。该系统转变为双壳生物主导的底栖环境。双贝类群落能够应对过度的食物供应和缓冲富营养化，直到大量的水华和碎屑产生大量的氧气需求，导致大面积缺氧的海底。在这种缺氧的条件下，贻贝关闭并可能最终死亡，它们的过滤能力丧失(阈值2)，导致底栖生物系统崩溃。退化状态的特点是底栖生物(生活在地下或在沉积物中挖洞的物种)大量发展，同时伴有底栖生物(甲壳类和软体动物)的显著减少。系统可能会表现出迟滞性，即内部反馈的变化会稳定一种状态，因此需要额外的努力来将生态系统恢复到其预先改变的状态(Scheffer et al. 2001)，甚至当人类压力被消除时(Mee et al. 2005)，特别是当可用的生态位被入侵物种占据时，就需要付出不可逆性。

黑海的远洋生态系统经历了重大的制度变迁，首先是由于对顶级捕食者和中等营养级的过度捕捞，造成了全系统的营养级联(Daskalov et al. 2007)。20世纪70年代对远洋捕食者的过度捕捞和20世纪90年代对浮游食性鱼类的过度捕捞导致了制度的转变，并导致了浮游动物、水母和浮游植物的丰度，以及表面氧和磷酸盐浓度的变化。Llope等人(2011)认为，顶级捕食者的消失是恢复力丧失的一个关键因素，这不可避免地导致食物网的重组。历史上，渔业驱动的营养级联首先从更高的营养层次干扰系统的结构，然后已经被干扰的食物网因富营养化进一步退化。模拟结果表明，包括可行的顶级捕食者在内的更复杂的生态系统可以更有效地处理生产率的提高(Llope等，2011)。因此，通过重建顶级捕食者种群来重建食物网结构，可以提高系统平衡气候或富营养化引起的波动的能力。

有趣的是，黑海生态系统的初步恢复，即西北大陆架缺氧“死区”的减少，是由于前苏联和华沙条约组织的中央计划经济国家的社会和经济体系崩溃造成的。经济和政治的崩溃导致了社会制度(包括出生率和预期寿命)的不受欢迎的步骤变化，同时也影响了农民获得肥料的能力，或维持庞大的以前国有的集约动物养殖单位。这减少了黑海的营养负荷，然而，并没有完全恢复，部分原因是渔业压力(主要来自土耳其，不受社会政治危机的影响)仍然存在。如果不彻底改组区域社会制度(通过有效的协定)，认识到联合渔业管理和海洋保护区的必要性，就不可能进一步改善生态。但是，与波罗的海等地相比，黑海地区可以处理这些问题的跨国治理结构很薄弱。虽然成立了新的机构，特别是黑海委员会，并得到了欧洲联盟(欧盟)和联合国(联合国)的支持，但由于成员国之间的政治问题，这些机构在行动和政治影响方面受到了限制。事实上，在没有采取足够措施限制营养投入的情况下推动农业发展可能会使系统恢复到崩溃的恢复状态(Mee 2006, Langmead et al. 2009)。

1990年以后HELCOM和波罗的海跨国结构的变化

波罗的海海洋环境保护委员会(赫尔辛基委员会，HELCOM)自1974年成立以来，为波罗的海国家之间的政府间合作提供了一个平台。HELCOM是《赫尔辛基公约》的理事机构。1974年公约的缔约方是丹麦、芬兰、德意志民主共和国、德意志联邦共和国、波兰人民共和国、瑞典和苏维埃社会主义共和国联盟。

自成立以来，HELCOM一直以其卓越的制度稳定性而备受赞誉。改变是逐渐发生的，新的想法在原有的结构上分层(瓦尔曼2013)。但是，由于铁幕的倒塌、德国的统一和苏联的解体所造成的地缘政治格局的迅速变化，《赫尔辛基公约》需要加以修订。1992年，丹麦、爱沙尼亚、欧洲共同体(EC)、芬兰、德国、拉脱维亚、立陶宛、波兰、俄罗斯和瑞典签署了一项新的公约(Fitzmaurice 1993, Poutanen 1996)。

由于新国家和新的国家边界的形成，需要修订《赫尔辛基公约》，这也为修订旧公约的一些缺陷提供了机会。例如，在1992年之前，内水和国家领海不属于HELCOM的一部分。然而，在处理陆基污染和富营养化时，源头是内水和河流沿岸。因此，1992年新的《公约》的一项突破是包括所有内水。这一变化使新公约第一次解决了陆地污染问题，并引入了新的范式和原则，如术语“生态系统”(基于生态系统的管理随后与奥斯陆-巴黎公约一起定义，OSPAR, 2003年)，污染者付费原则，以及使用“最佳环境实践”和“最佳可用技术”。

在行动方面，1992年《公约》为《联合全面环境行动方案》铺平了道路。在修订《公约》的同一次部长级会议上签署了这一计划，并着手控制所谓的“热点”污染。热点地区被确定为市政设施和工业工厂、农业地区等的点源污染。不断对热点名单进行审查和修订，最终目标是到2012年完成消除所有热点(2012年6月消除了162个热点中的108个;Berbalk 1996，赫尔辛基委员会2013)。

未来的趋势和可能的途径

在上一节中，我们研究了过去的环境和制度变化，说明这两个系统都经历了突然的变化。然而，在一个动态的世界中，新的挑战在系统的整体中不断出现，即相互关联的系统要素在持续的生长、积累、重组和更新的适应性周期中发生变化(Gunderson和Holling 2002)，并有望影响海洋生态系统和生态系统管理。目前欧洲区域海洋至少面临着两项主要的管理挑战，以下两节将详细讨论这些挑战。

未来的气候变化beplay竞技

气候和气候变化的年际变化影响着海洋生态系统，例如，极地物种范围的扩大，由于beplay竞技对新条件的生理不耐受而导致的本地物种组成的变化(例如，从海洋物种到盐度下降的咸水或淡水物种的转移)，以及非本地物种的到来，在大量海洋生态系统中观察到(Beaugrand et al. 2002, Drinkwater 2002, Daskalov et al. 2007, Drinkwater et al. 2010)。然而，气候条件和海洋环境的更具体的变化通常在很大程度上取决于海洋的位置和一般特征(Philippart等，2011)。例如，在欧洲，北部和封闭海域的升温幅度主要高于南部或开放海域(Belkin 2009)。

未来的气候预测表明，海洋表面温度将从1摄氏度上升到4摄氏度(在某些极端情况下，甚至上升到7摄氏度)，并伴有较大的空间变化(概述见Philippart等人2011年)。除了温度引起的变化外，像波罗的海这样的半封闭海域的盐度对物种的分布也很重要。Meier等人(2012年)预测，到2100年，盐度和深水氧浓度将显著降低，这可能导致海洋物种向咸水甚至淡水物种转变，对鳕鱼等具有重要商业价值的鱼类的丰度产生负面影响(Niiranen等人2013年)。此外，在地中海和黑海，特有物种可能会消失，相关生态位很可能会被来自邻近水域的物种填补(Philippart et al. 2011)。龛位的占据往往是非线性的，正如蜂巢水母的大量到来所说明的那样，Mnemiopsis leidyi或是入侵藻类的扩散，杉叶蕨藻这两起事件都发生在20世纪90年代初。beplay竞技气候变化可能会突然让这种入侵变得可行;比如太平洋牡蛎Crassostrea牡蛎它们在北欧被培养，因为它们认为海水太冷，无法繁殖。这一假设因气候变化而失效，物种正在瓦登海和其他地区传播，从根本上改变了beplay竞技那里的生态系统(Diederich et al. 2004)。

集约化利用能源

还可以通过越来越多的政策和经济鼓励措施观察到海洋地区人类活动的数量和强度增加的显著趋势。例如，欧盟委员会最近发布了关于海洋空间规划(MSP)和海岸管理(COM 2013)的指令提案。COM明确列出了《海洋战略计划》中要承认的一些海洋用途，并强调海洋地区对经济增长的贡献:即促进海洋运输、发展可再生能源以及渔业和水产养殖部门的增长。

可再生能源是影响海洋系统的最重要的驱动因素之一，尤其是在北海(Kannen 2014)，以及苏格兰西海岸。

向可再生能源的发展在一定程度上是对全球气候变化的一种回应(Wiser etal . 2011)，从而证明了气候变化与其社会适应之beplay竞技间的相互联系。尽管大规模的海上碳捕获和储存(CCS)开发、潮汐、波浪和渗透能源生产仍处于试点项目阶段，但海上风电场部门已经成为能源政治的重要组成部分，一些站点已经开始运营。在所有北海国家，都有海上风力发电场的安装计划。例如，目前计划的最大开发项目是在英国的Dogger Bank地区，到2020年，该地区的规模将达到9 GW;在德国，到2030年，预计容量将达到20-25 GW，覆盖面积估计为2000-4000平方公里的海域(Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (BMU)， 2002)。这些数字表明，在未来20年里，大量的海洋空间可以变成风力发电场。海上风力发电场的建设对航运、渔业和鸟类的影响尤其大。这是很重要的，因为“北海拥有世界上最繁忙的航运通道，海上运输继续增加”(OSPAR 2010: 154)。在渔业方面，Berkenhagen等人(2010)得出结论，德国北海超过50%的鳎目鱼捕获量来自计划建造风力发电场的地区。在这两种情况下，空间规划和经济权衡分析可能会提供解决办法，但只有在考虑到长期和短期成本和效益的情况下。海上风电场的生态影响，尤其是对海洋哺乳动物和鸟类的影响，也与大量风电场的累积效应有关(Busch et al. 2013)，甚至与风电场和船舶的联合效应有关(Garthe和Mendel 2010)，但人们对其了解甚少。 As these examples show, the cumulative and interacting effect of drivers might significantly increase the risk for nonlinear and unexpected system changes in the future. In addition, the social structure of the local society might affect the social impact that marine renewable energy will have on the area (Alexander et al. 2013).

为未来做准备的工具

在下一节中，我们将讨论不同的方法和工具，可以帮助预测或避免海洋生态系统中的非线性变化和意外。特别是，我们将详细阐述有利益相关者参与的适应性海洋规划，以及情景规划作为一种探索性工具。

在计划和管理中处理非线性和不确定性

在适应性管理方法的背景下(Mee 2005, Mee et al. 2008)，现在被纳入MSFD，一个处理不确定性和非线性的实际方法是确保决策过程中的学习、灵活性和网络。这不仅包括跨部门的信息交流和合作，也包括跨规模的信息交流和合作。

使用集约和新用途出现的例子，如上文讨论的海洋可再生能源开发，不仅显示了单个活动产生非线性意外影响的风险领域，还显示了许多活动日益复杂的模式的累积影响(另见Kannen et al. 2010, Kannen 2014)。这种风险可能源于国家甚至次国家级别的许多个人决定。这就是斯瓦尼等人(2012)所说的“小决定的暴政”。

区域性海洋公约是促进跨国合作和规划的一个途径，是朝着在大生态系统一级制订更连贯的政策的一个步骤。但是，诸如东北大西洋的OSPAR和波罗的海的HELCOM等公约都集中在公认的环境问题上。它们往往缺乏为社会服务的多种功能的海洋处理机制，这些功能被不同的行为者和社会团体以及不同国家之间感知不同(Kannen 2014)。van Tatenhove(2013)建议沿着几个构建模块为欧洲海洋发展更综合的治理安排，认识到目前欧洲海事政策的碎片化和有时相互冲突的拼凑(特别是MSFD、MSP和沿海区域管理(CZM)指令和综合海事政策)。这种“制度建设”并不一定意味着新的组织，而是改变现有的安排和制度设置本身在很多情况下是一个非线性的过程，HELCOM的例子表明了这一点。瓦登海三方合作(TWSC, Fischer 2011年分析)是一个机构成功经历持续演变的积极例子。该分析还揭示了TWSC中合作的一些成功因素(Kannen et al. 2012):

• 共同的利益;
• 一个有长期工作人员的有形的协调办公室，以产生信任并提供组织支持;
• 有限的集团规模(就TWSC而言，是三个成员国);
• 在法律上不具约束力的合作，以支持灵活的解决方案，即各方可在每一情况下决定是否以共同方式加入;
• 使用非正式结构，以获得对新问题的更大灵活性和开放性;
• 行动者之间的主题和空间认同，两者都与一定程度的情感认同相联系，并推动朝着共同目标的合作。

有了这些经验，适应性管理首先处理沟通过程，不仅告知，而且使和刺激行动者之间的协作学习，包括科学和非科学(例如，本地知识)信息，以及相关社会群体的不同问题框架(Kannen 2014)。适应性管理的学习也依赖于信息库的持续改进和演变，包括监测生态系统状态的变化和社会经济变化，以了解社会-生态相互作用中潜在变化的发展。它也依赖于设定现实目标的能力。科学家与利益相关者的对话应该以一种管理预期的方式进行，特别是在北海南部这样已经经历了难以逆转的变化的系统中(Gilbert et al. 2014)。

上述方法在很大程度上依赖所有行动者和利益攸关方参与交流和学习过程。许多作者(例如，Garcia和Cochrane 2005, Walker等人2002,Pomeroy和Douvere 2008, Carollo和Reed 2010)认为增加利益相关者参与自然资源管理是固有的需要，并已被证明可以提高决策的质量(例如，Brody 2003, Koontz和Johnson 2004)。

一般而言，决策者必须向直接或间接受其决定影响的其他行动者证明其决定的合理性和解释其决定的原因。然而，有了计划，许多决定实际上是不可逆转的;在5年任期后，建立风电场的巨额投资不太可能逆转!另一方面，塞浦路斯附近的埃拉托斯特尼海底山(Eratosthenes海山)被列为海洋保护区(Hoyt 2011)的意图在2013年该国发生金融危机后被搁置，并意识到该地区石油和天然气储量的特许权可能会带来一些经济上的缓解。这种承诺上的不对称会破坏弹性，并使适应性管理的愿望具有挑战性。

国际海洋探索理事会(ICES)(2012年)讨论了在沿海和海洋环境规划和决策中确保问责制的若干质量保证问题。在这份报告中，规划过程由多个步骤组成，每个步骤都需要决策、同行评审、咨询、沟通和验证。质量保证要素包括数据和科学建议的可用性、利益相关者的观点和建议的投入以及政策的制定。结构化的质量保证概念提供了某种程度的保证，保证结果计划将在监管机构、利益相关者和公众中具有较高的可接受性。从管理措施的有效性和可行性的角度来看，需要采取充分的强制措施，以确保计划是可执行的，同时保证透明度和可追溯性。

场景、学习和弹性

目前的规划和建模很大一部分是基于世界处于平衡状态的概念，主要由线性或可预测的因果关系控制。探索人类社会和经济驱动因素对海洋系统的潜在后果特别困难，但可以应用情景分析，范围从对某些发展的影响评估到为政治家和决策者提供一个评估潜在未来发展的决策支持系统(例如，世界可持续发展工商理事会(WBCSD) 1997, Raskin等人1998，政府间气候变化专门委员会(IPCC) 2000, Rotmans等人2001，beplay竞技Shell 2002，千年生态系统评估2003,Meier et al. 2012)。

一些案例已经被用于分析德国北海沿岸海上风能不同发展路径的条件(Kannen et al. 2009)，或被三方瓦登海论坛(瓦登海论坛2006)用于在广泛的政府和非政府利益相关者之间制定共同愿景和联合活动目标。因此，一般情况下，情景方法可以帮助开发沿海和海洋地区的长期愿景，并有助于以共识为导向的管理(Glaeser et al. 2005)。

在欧洲区域海洋尺度上，Langmead等人(2009)应用情景模拟了黑海流域16国社会和经济驱动因素变化的潜在环境后果。(模拟了五种不同的社会政治情景，其中大多数都预测了海洋营养物质负荷的增加和“死区”的回归，除非采取明确的行动来遏制它们并纠正当前的过度捕捞。KnowSeas网站最近使用的数据表明，黑海西北大陆架再次出现缺氧区域，这证明了该方法的有效性。

另一个来自北海的例子(Heymans et al. 2011)表明了未来专注于渔业盈利最大化与未来追求更“有弹性”的生态系统，拥有更多长寿物种之间可能的权衡。研究发现，要实现这些设想，需要一种完全不同的舰队结构，这将对生态系统的整体冗余产生重大影响。该研究进一步揭示，通过增加捕捞努力，补贴对渔业的盈利能力和基础支持生态系统产生了负面影响。因此，取消捕鱼补贴可能是一项可行的管理战略，可以提高整个系统的复原力和渔业的盈利能力。

在欧洲海域建立更具弹性的社会-生态系统

我们的大部分讨论都集中在MSFD在欧洲海域向通用电气发展中所扮演的角色。然而，这项立法虽然具有创新性，但主要是对环境压力对个别生态系统组成部分的不利影响作出反应，是被动的而不是主动的。此外，海洋系统的使用是欧盟综合海洋政策的领域(共同渔业政策;以及成员国在其领海和专属经济区(EEZ)内提出的各种倡议。一些政策声明试图纠正这种不平衡。例如，关于欧洲共同体委员会(CEC) 2009年改革的绿皮书宣称:“生态可持续性是欧洲渔业未来的基本前提。”但是，在很大程度上，经济发展是与其环境影响相矛盾的，而不是象生态系统方法所暗示的那样，从一开始就设法同时优化经济和环境潜力。我们之前概述的关于过去变化和未来挑战的经验表明，应采取更积极和更具包容性的规划和管理方法，我们讨论的工具为朝这个方向迈进提供了机制。走向一个完全综合的方法可以让SES的弹性被认真对待，作为一个支持决策的因素。像场景开发和建模这样的工具将在规划中发挥更大的作用，正如Holling(1978)最初提出适应性管理概念时所建议的那样。 Assessment of the capacity of the system to deliver ecosystem services without exceeding thresholds should be a critical component in planning (see Cormier et al. 2013 for implementing a structured risk-based approach in this direction), as should assessment of the sociopolitical system for governing and complying with agreed policies. A combination of risk analysis with a forward-looking scenario approach might help to identify the risks of ecosystem changes, such as discussed for the Black Sea, early on and frame societal changes in order to inform decision-making structures, which follow adaptive and learning-based approaches as outlined before. However, as discussed before and shown for the Baltic, this also depends on the institutional system and its constituents. Here, we face the reality that, with political attention directed toward economic growth as a remedy for the current financial crisis, social–ecological system resilience is difficult to prioritize. The financial crisis and global recession may have started a vicious circle in which further degradation of ecosystem services due to accelerated short-term exploitation may lead to an even worse global crisis and depletion of resources. On the other hand, development of regional cooperation mechanisms might help determine appropriate reaction and identify solutions at regional sea scales, as the example of HELCOM illustrates. In particular, this might be necessary for renewable energies from the sea (wind, wave, tidal) and related implications on marine systems. One example of cooperation in this context is the BaltSeaPlan Vision 2030 for Baltic Sea MSP (Gee et al. 2011). The need to agree on basic principles for enhancing the resilience of ecosystem services has also become part of the climate change narrative, particularly because of the trade-offs between ecosystem services at different scales (Biggs et al. 2012). Furthermore, the mix of ecosystem services society considers will change in the future with changing societal values and preferences. Such thinking has yet to become a significant and explicit part of the debate on how best to manage marine systems. Consideration of the role of democracy, human rights, and capacity building to enhance the socioeconomic resilience of a country could also play a part in the development of a regional and global vision for optimizing socioeconomic development within resilient ecological systems in Europe and beyond.

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