研究，部分进行了专题介绍管理欧洲海洋的系统科学

在东北大西洋实现良好环境状况的挑战

• 摘要
• 简介
• 方法
  • 软系统方法
• 结果
  • 概念模型
  • 模型产生的问题
  • 概念模型测试
• 讨论
  • 生态系统的变异性
  • 累积效应
  • 生态系统恢复力
  • 相互矛盾的政策
• 结论
• 对本文的回应
• 致谢
• 文献引用

介绍

全球海洋正面临许多威胁，特别是由人类活动造成的威胁(2005年千年生态系统评估)。环境变化最终是由人类驱动的，驱动因素可能包括对海产品或能源需求的增加。这些驱动力导致了资源使用增加等压力，这反过来可能导致生态系统的变化(Cooper 2013)。为此，《海洋战略框架指令》(MSFD;欧盟(EU)成员国目前正在实施《欧洲议会和欧盟理事会2008》，要求他们在人类活动管理中应用生态系统方法，目标是到2020年实现欧洲区域海洋的良好环境状态(GEnS)。GEnS被定义为"具有生态多样性和活力的海洋以及清洁、健康和富有生产力的海洋的海洋的环境状况"(欧洲议会和欧洲联盟理事会，2008年:第1章，第3条[5])。

不断增长的人口、对海洋生态系统服务的人均需求的增加、有限的陆地空间以及对海上能源的追求，导致了多个相互竞争的驱动因素，进而增加了东北大西洋专属经济区(NEA)的压力。几个世纪以来，NEA一直被社会所利用，特别是在运输、食品和其他自然资源方面;虽然这影响了整个大北海，但在半封闭的大陆架海，即大北方海和凯尔特海，情况尤其如此。在上个世纪，人类的压力大大增加，但对环境不利影响的担忧并不新鲜。例如，关于北海过度捕捞的警告是在19世纪后期(Gulland 1958)，随着鳕鱼数量的下降(Gadus morhua)在20世纪90年代在整个北大西洋的20个种群中看到(Myers et al. 1996)。

海洋活动的数量和范围的增加以及对生态系统服务的需求改变了许多环境变量的状况。例子包括污染物排放的影响，例如碳氢化合物(例如Mendelssohn et al. 2012);生物群落的变化，如捕鱼引起的变化(Thrush和Dayton, 2002年);引进非本地物种，例如拉帕纳海螺(Rapana venosa)，可能通过航运(Kerckhof et al. 2006);以及海洋垃圾或微塑料(Cole et al. 2011)，它们会通过导致进食能力下降甚至死亡来影响一系列物种。这些相互竞争的多重驱动因素和压力造成了复杂性，使海洋环境的治理成为一项艰巨而复杂的任务。

NEA地区拥有完善的环境治理结构(van Leeuwen et al. 2012)。1992年OSPAR公约(http://www.ospar.org)，由包括冰岛、挪威和瑞士等非欧盟国家在内的15个政府支持，涵盖了可能影响NEA的倾倒和陆地废物来源以及人类活动。欧洲区域咨询委员会与北海咨询委员会(http://www.nsrac.org)是NEA领域的重要委员会。此外，国际海洋勘探理事会是1902年成立的一个政府间机构，主要目的是鼓励对北大西洋生物资源的研究，并作为一个数据储存库。尽管有制度框架和全面的知识库，但很明显，通过参考NEA中MSFD规定的11个描述符来定义和实现gen将具有挑战性(Ounanian et al. 2012, Bertram and Rehdanz 2013)。

本研究的目的是分析社会生态因素的复杂性，以确定可能更广泛地影响NEA中MSFD描述符GEnS成就的常见关键问题。在本文中，我们“缩小”以检查更广泛的社会-生态系统，并提出了一个使用软系统方法开发的概念模型，以突出影响并可能继续影响NEA生态系统状态的社会和生态现象的复杂性。

方法

我们进行了这项研究，作为欧盟fp7资助项目KnowSeas的一部分(详情请参阅本专题中的Mee et al. 2015)。作为上述项目的一部分，在NEA地区进行了三个案例研究(图1):研究拖网渔业、气候变化和冷水珊瑚之间的相互作用beplay竞技Lophelia pertusa（Lophelia珊瑚礁);海洋可再生能源开发(海上风电场)生态系统服务研究以及研究北海沿岸跨界营养物质的影响(跨界营养物质)。这三个案例研究为建立一个概念模型提供了基础，以确定可能影响该地区MSFD描述符总体标准的实现的问题。驾驶员-压力-状态-福利-响应(DPSWR)框架(Cooper 2013)，源自原始的驾驶员-压力-状态-影响-响应(DPSIR)框架，但将影响替换为(人类福利的变化)，被用作构建所调查案例研究的方法(表1)，11个MSFD GEnS描述词中有9个被认为受到所描述活动的影响(D1-D7, D10, D11;图2)。

在每个案例研究中都应用了一些“硬”模型和统计方法。然而，由于我们的目标是考察更广泛的社会生态系统，这个系统充其量只能被描述为混乱和高度复杂，因此需要一种方法，使我们能够采用案例研究的专业知识，以一种新的方式使用它，并获得新的视角。基于这些原因，我们选择了软系统方法。

软系统方法

软系统方法论是一种解决现实世界问题的系统方法(Checkland和Poulter 2006)。它将“系统”的概念视为一个构念，而不是一个具体的实体。当人们对问题的构成或数百个相互关联的问题缺乏一致意见时，这种方法尤其有用。在这种情况下，可能会有许多不同的观点、价值观和信念，关于情况的哪些方面是最重要的，以及如何解决它们。此外，仅仅改变情况的一个方面可能会对其他方面产生连锁反应。软系统方法的目的是发展对有问题情况的各个方面的全面理解，并能够围绕系统的感知划定不同的边界。作为这一过程的一部分而开发的模型不应该代表现实世界，而是允许我们构建对现实世界的思考。

2012年11月，在比利时布鲁日举行的KnowSeas项目年度项目会议上举行了专家研讨会，在会议上，软系统方法被用于探索在NEA中实现GEnS所涉及的复杂性。17名参与者是从KnowSeas项目期间参与NEA案例研究的人员中挑选出来的。根据Checkland和Poulter(2006)描述的方法，以及在国家教育协会实施MSFD的背景下，参与者合作采取了以下步骤:

1. 根据案例研究过程中所获得的经验，描述所感知到的现实世界的问题情况。
2. 基于组合的世界观创建一个有目的的概念模型。
3. 用模型来质疑真实情况。
4. 定义改善情况所需的行动。

这允许全面检查在试图确定是否以及如何实现GEnS时需要考虑的广泛变化的空间和时间尺度的压力、国家变化、福利效应和监管反应。

结果

研讨会参与者讨论了现实世界的问题情况。他们将其定义为在NEA中实现GEnS的困难，因为社会经济需求和控制的复杂安排、利益分配机制、政策碎片化和不同的管理空间规模。

概念模型

为了将NEA系统的政治、社会、经济和生态要素联系起来，我们基于DPSWR框架开发了一个概念模型(Cooper 2013)。该模型确定了在特定NEA案例研究背景下影响预期结果的社会、经济和生态因素的复杂性(图3)。

图3中的模型旨在显示欧盟成员国或联系国内社会系统的选定特征与国家负责的海洋生态系统之间的因果关系。该模型的核心是生态系统状态与人类福利之间的关系。生态系统通过市场或公共供应提供服务，通过满足人类福祉需求来造福人类福祉。与此同时，使用这些服务对海洋生态系统造成压力，可能改变其状态，从而对服务和福利产生影响。根据DPSWR框架，这会导致社会反应，要么作用于这些压力的社会驱动因素，要么作用于驱动因素和压力之间的耦合。继埃利奥特(2011)之后，相关的压力，即那些易受成员国管理的压力，被称为内源性压力，而外源性压力，如由气候变化引起的压力，如果有的话，只能通过全球集体行动来管理。beplay竞技

社会反应通常会带来政治和经济成本。在没有跨国协议的情况下，各国的应对措施将有所不同，因为每个国家的治理体系都将受到具体国家考虑的推动。其后果可能是将与使用海洋生态系统服务有关的外部性转移到其他成员国或欧盟以外的国家。MSFD对外显示了模型社会-生态系统的主要要素，通过成员国对欧盟其他国家的条约义务提供指导。这些义务包括监测、报告和管理与其他国家商定的目标。但是，根据辅助性原则，即社会问题应在与其解决方案相一致的最直接(或地方)一级处理，每个国家都以自己的方式执行该指令。

模型产生的问题

概念模型的发展和相关的讨论提出了四个问题，这些问题可能使MSFD在NEA地区的实施复杂化。大部分出现在模型的压力和状态部分。具体如下:

1. 生态系统的变异性。虽然DPSWR框架主要涉及人为的国家变化，但在实践中，这可能很难从即使没有相关压力也会发生的变化中分离出来。由此看来，在生态系统状态空间中，被标记为“状态”的东西也许更好地被看作是一个吸引子(Holling 1973)。在任何情况下，生态系统指标可能因人为压力以外的原因而随时间而改变，这种可变性对设定目标具有影响。在模型中，自然系统可变性在压力框中由“不可管理的驱动因素”和“外生(不可管理的)压力”表示。
2. 累积的影响。人类社会的变化需要时间来实现，与此同时，由于遗留和未来的影响，尽管对司机进行了监管，但压力可能会增加。过去的行为可能在海洋生态系统内部或上游产生了一个压力库(O’higgins et al. 2014)，例如富磷的陆地集水区或富磷的海洋沉积物(Puttonen et al. 2014)。量化累积效应和后续影响是一项艰巨的管理挑战(Van der Wal等人，2006年，Stelzenmüller等人，2010年，Crowe等人，2012年，O 'Mahony等人，2014年)，并被认为是一个与环境管理和评估有关的全欧洲问题。在压力-状态耦合阶段，通过“内生(可管理的)压力”与潜在的额外外生压力的某种组合，在模型中表示累积效应。
3. 生态系统的弹性。弹性是一种新兴的生态系统属性，它可以抵抗压力，使系统适应压力，或在压力放松时带来恢复(Folke et al. 2004)。Tett et al.(2013)认为GEnS可以等同于高弹性。目前的生态学理论认为，对生态系统组织的破坏(Mageau et al. 1995)会降低恢复力，导致制度转移，这通常被定义为向一个新的吸引力盆地的移动。一个有弹性的生态系统可能对不断增加的压力几乎没有反应;因此，常规指标在检测国家变化方面可能没有什么帮助，直到为时已晚。Scheffer等人(2009)认为，增加的可变性可能提供政权转移的预先警告。弹性在状态框中表示，可以影响压力-状态耦合。
4. 相互冲突的政策目标。许多政策影响海洋地区(Kannen 2014)。甚至具体的海洋法律文书，如MSFD和最近欧盟通过的《海洋空间规划指令》，在其论证中也采取了不同的观点。同样，旨在支持欧洲海洋和海事部门可持续增长的欧盟蓝色增长战略，也有可能与MSFD的目标发生冲突，MSFD的总体目标是促进可持续利用。这表明社会在人类利用海洋地区方面的目标存在冲突，并解释了为什么在许多情况下，决策包括在生态系统产品和服务的使用与保护之间作出妥协。冲突发生在几个治理级别上。在成员国内部，该模型通过公共话语、人类福利、社会经济需求以及生态系统国家和服务的目标和指标等方框进行描述。在欧盟层面，它被描述为成员国在MSFD和其他欧盟指令下的条约义务之间的冲突。

概念模型测试

然后对这四个关键问题与现实世界的案例研究进行了测试。结果表明，政策冲突问题在整个案例研究中普遍存在;然而，并不是每个案例研究中都存在概念模型确定的每个问题(表2)。

在海上风电场案例研究中确定了三个关键问题。累积效应可能通过压力发生;例如，某些鱼类可能会受到电磁变化和碰撞风险的综合影响。与海上风电场安装相关的生态系统恢复力仍然是一个未知数。因此，与会者认为，这一问题应作为一个关键问题列入本案例研究。在政策冲突方面，海上可再生能源的驱动因素，例如能源需求和供应安全，与减少人类活动对环境影响的愿望是一致的。

会议确定了两个关键问题Lophelia珊瑚礁案例研究。就累积效应而言，Lophelia珊瑚礁可能会受到海底拖网捕捞和海洋酸化等双重压力的影响。相互冲突的政策也被认为是影响Lophelia．一些国家制定了确保渔业继续存在的政策;然而，MSFD旨在保护生物多样性，这正是渔业可能阻止的事情。

所有四个关键问题都可以在跨界营养物质案例研究中确定。与富营养化相关的变率发生在一定的空间和时间尺度上，包括温度升高的潜在趋势，这也可能影响恢复力。富营养化的一个明显累积效应是，多种河流负荷和其他养分输入，如大气沉积，都会导致北海的养分浓度。最后，虽然MSFD旨在通过降低营养物浓度来缓解富营养化，但其他立法，如Natura 2000 (http://ec.europa.eu/environment/nature/natura2000/)旨在维持或增加某些鸟类或鱼类的数量。然而，养分浓度可能导致生产力降低，从而导致直接或间接依赖这种生产力的鱼类或鸟类数量减少。

讨论

本研究的关键发现是使MSFD实施复杂化的四个常见关键问题:生态系统的可变性、累积效应、生态系统恢复力和政策冲突，尽管在所有案例研究中都没有发现这些问题。然而，更清楚地了解这些问题可能会导致在解决持续的生态系统恶化方面取得进展。应该记住，这项研究是基于一个概念模型，而模型必然表现出对现实的强烈抽象。软系统方法论和通过这一过程创建概念模型只是对有问题情况的“探究过程”(Checkland和Poulter 2006)。此外，本研究的主要方法是专家研讨会，专家知识总是存在局限性。

生态系统的变异性

所有自然系统在空间和时间上都表现出一定程度的可变性，这可能会给设定现实的GEnS目标带来挑战(Kenny et al. 2009, Blenckner et al. 2015)。如果总目标是实现生态系统产品和服务的可持续开发，就必须考虑到生态系统的自然变化。变异性在一定的空间和时间尺度上发生。其中包括全球变暖导致的温度升高的潜在趋势，自19世纪中期以来，全球变暖对NEA的生物系统产生了主要影响(Edwards et al. 2013)。这是覆盖在整个盆地交替变暖和变冷期，频率约为60年，被称为大西洋多年代际振荡。即使温度的微小变化也会对春季浮游植物繁殖的开始、浮游动物的相对丰度以及商业鱼类的丰度和分布产生重大影响(Edwards et al. 2013, Nye et al. 2014)。因此，这些变化影响了生物多样性(D1)、非本地物种(D2)、商业鱼类和贝类(D3)、食物网(D4)、富营养化(D5)和海底完整性(D6)的描述符。此外，温暖的海水会允许有害细菌和病毒的传播(例如，弧菌sp.， Reilly等人，2013年)，并导致有毒藻类大量繁殖(鱼类和贝类中的D9污染物)。降水的波动可导致养分负荷的显著变化，从而影响富营养化状况(de Vries等，1998年)。

自然生态系统的可变性不是通过改变决策、管理系统或治理就能轻易解决的问题。然而，在这些进程中，这是一个肯定应该铭记在心的问题。

累积效应

来自一个或多个海上或陆上活动的反复压力可能对生态系统产生累积效应。虽然累积效应可以很容易地概念化，但建立因果关系和估计影响的大小则要困难得多(ICES 2013)，并且对于决策者如何将其最小化的指导有限(Cooper 2004)。

累积效应可能以多种方式发生。空间重叠可能意味着一个压力的“足迹”与相邻相似压力的“足迹”重叠，例如，建造多个风力涡轮机，在增加的空间范围内，海鸟的分布或繁殖成功可能存在非线性响应或临界点(Busch et al. 2013)。多个来源可能导致累积效应，例如来自多个驱动因素的压力作用于一个或多个特征，例如，多条河流向沿海地区输入营养物质，导致富营养化。最后，当两个或两个以上的压力影响一个特征时，可能会发现附加/协同效应:例如，海洋酸化和渔业压力Lophelia珊瑚礁(Tittensor et al. 2010)。

目前，以部门为基础的立法允许采用控制措施，以修改特定活动的影响。不幸的是，这可能需要分摊每个部门/活动对环境国家描述表的影响，并认识到其中一些将以土地为基础，例如，在欧盟共同农业政策的影响下，作为营养来源的农业生产及其对D5的影响。一些GEnS描述符可能具有多个且定义不明确的驱动因素和压力，例如陆基废物管理、沿海旅游和航运对海洋垃圾的影响(D10)。

生态系统恢复力

在许多情况下，在评估人类活动对海洋系统恢复力的影响方面存在重大问题。一个特别的例子是海上风电场，这是一个最近开发的，仍在发展中的部门，不存在长期时间序列监测数据，在评估对生态系统结构和过程的影响方面存在高度的不确定性。在某些情况下，例如富营养化，北海生态系统的不同组成部分在恢复力方面表现出不同的反应。富营养化沿海地区浮游植物繁盛的时间具有弹性(Wiltshire et al. 2008)，但冬季温度等气候因素起着主导作用(例如，van Beusekom et al. 2009)。此外，夏季浮游植物生物量的减少对氮负荷的减少支持了浮游植物群落对养分扰动的恢复力。无论如何，应该指出的是，与古生物学、考古学、历史和生态记录推断的早期系统国家相比，包括北海在内的现代沿海生态系统严重退化(Lotze et al. 2005,2006)。

适应性管理认识到社会所依赖的自然资源总是在变化的;因此，人类必须灵活地应对这些新情况。这可能是应对由人类活动引起的生态恢复力变化所导致的持续变化的环境的关键方法。预防原则，即如果一项行动或政策在没有科学共识证明该行动或政策无害的情况下，有可能对公众或环境造成损害，意味着证明该行动或政策无害的责任落在采取行动的人身上。由于认识到科学的不确定性和有限的理解往往是决策的重要特征，特别是在与环境管理有关的决策中，预防和适应性管理得到了发展。然而，这些原则与不同决策者的价值观密切相关，这意味着在执行这些原则时增加特异性是很重要的。例如，将采用何种后续措施来监测何种剩余的不确定性(Benedickson et al. 2005)?

相互矛盾的政策

这三个个案研究都涉及海洋环境内或附近的人类活动，提供了政策冲突的明确例子。NEA区域内的国家赞同欧洲蓝色增长议程，这是一项支持海洋和海事部门可持续增长的长期战略，包括水产养殖、海洋旅游、渔业、海洋生物技术、海底采矿和海洋能源。然而，就MSFD而言，有规定要求生物多样性得以维持(D1)，生境(冷水珊瑚为例)的质量和数量，以及物种的分布与当时的地理、地理和气候条件相符。还要求商业开发的鱼类和贝类种群是健康的(D3)，冷水珊瑚通过提供例如苗圃来帮助实现这一标准。试图通过关闭渔业或碳氢化合物勘探或开发区域来保护物种，可能意味着其他海洋工业无法在某些海洋区域运作。另一方面，在不保护这些物种的情况下促进海洋生长可能会损害它们。在许多情况下，应对措施是在开发过程中尽量减少有害影响。在实施的相对早期阶段，这可能足以遵守MSFD，但在未来可能会带来挑战，特别是当累积效应变得更加明显，与生态系统恢复力有关的问题得到更好的理解时。

经济部门和政策部门之间的政策冲突必须通过制定和商定政治优先事项来解决。虽然体制和管理进程是在国家一级发展起来的，但一项重大挑战是需要跨国合作机制，不仅在能源或渔业等具体部门，而且在海洋空间规划和整个海洋环境管理方面也是如此。这需要超越欧盟层面的指令，反映不同欧洲海洋区域的具体需求，涉及区域海洋公约，并可以提供合作和信息交换的关键机制，以及如何处理跨国组成部分的愿景(Kannen 2014)。关于这一愿景的第一个例子是《波罗的海2030年海洋空间规划波罗的海计划愿景》(Gee 2013)。

结论

实现全球海洋环境目标需要在涉及公共和私营部门各种利益攸关方的广泛政策范围内认识和谈判权衡利弊。这些政策包括专门针对管理海洋活动的政策，针对陆地活动的政策，以及与能源安全、环境保护、粮食安全以及实现减少CO的国际目标有关的总体政策₂排放。政策冲突是不可避免的，因此必须提供机制，促进对话，讨论优先事项，探讨管理和政策，并鼓励知情决策。

需要在生态系统服务的可持续利用和生态系统管理办法的范围内看待生态系统的目标。几个压力的潜在累积效应可能带来重大的不确定性，特别是在选择适当的管理措施方面。此外，还有社会无法控制的内生压力和系统内的可变性，例如气候变化，无法在几十年的时间尺度上控制。beplay竞技这种压力可能会影响到MSFD的几个描述符，需要认识到这一点，以确保GEnS目标的实现。此外，尽管目前缺乏相关知识，但必须提出有关受影响生态系统对特定压力的恢复力的问题。

几十年来，北海的管理一直是科学研究的主题，其他区域海域也是如此。在这项研究中确定的四个关键问题很可能也适用于在其他区域海实施MSFD，在欧洲以外的海洋环境管理中确实应予以考虑。要实现良好的管理并达到GEnS需要多学科评估。软系统方法提供了一种机制，可以将多学科信息结合在一起，从不同的角度看待问题。我们已经在实施MSFD和实现GEnS的背景下测试了软系统方法的应用，主要使用了科学界的成员。今后的工作应重复这一进程，同时让政策界和其他行为者参与这一进程，利用他们的投入来丰富模式工作，并找到支持执行的可行途径。

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