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Tenza, A.， I. P�rez, J. Mart�nez- fern�ndez，和A. Gim�nez。2017.理解一个长期生存的社会-生态系统的衰退和恢复力的丧失:来自系统动力学的见解。生态与社会22(2): 15。
https://doi.org/10.5751/ES-09176-220215
理解一个长期生存的社会-生态系统的衰退和恢复力的丧失:来自系统动力学的见解
摘要
社会生态系统崩溃是人类历史上的一个常见过程。自然资源的枯竭，人力资本的稀缺，或两者兼而有之，是走向崩溃的常见途径。我们使用系统动力学方法来更好地理解小规模、长寿命SESs的具体问题。我们提出了一个定性(或概念性)模型，使用系统动力学方法的概念化过程来研究墨西哥绿洲的动态，该绿洲在最近几十年经历了急剧的衰退过渡。我们使用深度访谈、参与者观察、专家意见和官方统计数据集来定义所研究系统的边界和因果循环图的结构。我们描述了历史趋势，显示了主要系统变量(观测数据)的参考模式，并根据系统结构分析了预期的系统行为。我们确定了改变系统结构的主要驱动因素，以及结构变化，以及这些变化对SES的动态、弹性和脆弱性的影响。我们发现，这一SES走向崩溃的趋势是由外生因素(附近山谷现代农业的发展和社会政治迁移)触发的，并由内生结构维持。这些结构性变化削弱了这个经济体的韧性。其中一个变化导致了SES的长期不适应，这增加了它对频繁的系统扰动(飓风和干旱)的脆弱性。 The conceptual model developed provides an in-depth qualitative description of the system, with an important amount of qualitative and quantitative information, to establish the structural hypothesis of the observed behavior. Using this qualitative model, the next research steps are to develop a quantitative model to test the qualitative theories, and to explore future scenarios of system resilience for decision-making processes to improve local conditions and restore the well-functioning of the system.介绍
文明、社会和文化在人类历史上经历了盛衰周期(Turchin和Nefedov 2009)。自然资源枯竭，人力资本稀缺，或两者兼而有之，是/是走向崩溃的常见途径(Motesharrei等人，2014)。这与通过适应周期(Holling 1987,2001, Abel et al. 2006, Walker et al. 2006)对复杂适应系统和弹性范式的洞察是一致的，其中社会-生态系统(SESs)的崩溃通常伴随着(社会、人类、自然、物理和/或金融)资本的损失和弹性的丧失。根据历史的社会变化，导致SESs崩溃的最著名的驱动因素是人口增长、技术变革、资源退化、灾难、贸易、战争以及社会内部和社会之间的竞争(Cocks 2003)。广义而言，生态压力(自然资源的使用)和经济分层(社会财富分配)被认为是导致完全崩溃的共同因素(Motesharrei et al. 2014)。其中一些驱动因素可能属于系统本身(作为内生因素)，例如人口变化、财富分配或自然资源的使用。然而，其他因素仍在系统之外(作为外生因素)，与影响内部动态的更高尺度的变化有关(例如，社会经济变化、自然灾害、技术变革)。为了更好地解决SESs的具体问题，并理解其在适应性、恢复力和脆弱性方面的变化，需要更好地理解更高尺度上的变化与SESs结构和动态变化之间的关系(Young et al. 2006)。
虽然已经成功开发了一些通用理论模型来理解导致崩溃的SESs动力学(Brander和Taylor 1998年，Anderies 2000年，Motesharrei等人2014年)，但针对SESs的具体案例研究却很少受到关注。这些案例研究大多依赖于自适应周期理论(Baral et al. 2010, Urgenson et al. 2010, Vang Rasmussen and Reenberg 2012)。尽管这种方法对于识别系统行为的变化是有用的，但自适应周期是不可预测的，理论阶段不一定是连续的，也不能解释特定情况下的因果关系，因为它们相对抽象(Abel et al. 2006)。系统动力学方法可能是一种有用的替代方法，因为它关注系统有问题行为的结构原因，深入到因果关系和反馈关系(Roberts等人1983年，Vennix 1996年，Sterman 2000年，Jørgensen和Bendoricchio 2001年)。了解特定问题的结构性原因可以有效地支持有关管理替代方案的决策过程，以促进SESs的良好运作和保护(Costanza和Ruth 1998)，特别是如果我们希望摆脱经常失败的灵丹妙药(Ostrom et al. 2007)。
系统动力学方法已广泛应用于税的研究,集中在不同的主题,如可持续性(Saysel et al . 2002年,Lacitignola et al . 2007年,汤姆林森等。2011年,李等人。2012年,Martinez-Fernandez et al . 2013年,Vidal-Legaz et al . 2013年,Banos-Gonzalez et al . 2015年,2016年),水管理(Xiao-Qing et al . 2012年,桑格牛和Mungatana 2016),土地利用的变化(Dale et al . 1993年,达菲等。2001年,埃文斯等人。2001年,Portela随处2001Marín等人，2012,Baur和Rinder 2015)，以及资源管理和社会实践对野生动物的影响(Musacchio和Grant 2002, Bueno和Basurto 2009, Pérez等人，2012)。然而，目前还没有针对小规模、长寿命SESs下降原因的研究。
这些小规模、长寿的SESs中有许多是依赖家庭农业的当地社区。家庭农场管理着全球约70-80%的农业用地，生产着全球80%以上的粮食(粮农组织2014年)。因此，这些系统不仅在自然资源的可持续利用方面发挥着关键作用，而且在粮食安全方面也发挥着关键作用。保存长寿的SESs有助于保持制度多样性，这意味着通过适应生态和社会经济背景，社会系统有丰富的解决方案。如果我们考虑到许多小规模SESs的集合可能比少数规模较大的民族国家更好地解决全球范围内的环境问题，那么这是一个关键点(Janssen et al. 2007)。
我们使用系统动力学方法研究了导致一个小规模、长期存在的ses从良好功能到衰退的戏剧性转变的结构原因——墨西哥下加利福尼亚南部(BCS)的Comondú绿洲。Comondú的绿洲是BCS最大的绿洲之一。我们提出了该SES的概念模型。系统动态建模的初始步骤是一个迭代的过程，需要最多的时间和精力。就其本身而言，它是系统动力学的一个有用的定性分支(Wolstenholme 1990, Coyle 2000)。然而，更重要的是，它被认为是定量建模的必要步骤，因为它允许建模者的概念和与所观察到的行为相关的系统假设结构的可视化(j·rgensen和Bendoricchio 2001)。
我们使用深入访谈、参与者观察、专家意见和官方统计数据集来构建一个概念模型，以更好地理解对系统结构和行为进行危险修改的原因和影响以及内生或外生因素。为此，我们定性地分析了这个SES的结构(变量、关系和反馈)。我们及时定位了从运转良好到衰退的过渡点。我们还确定了与结构变化相关的行为变化的主要驱动因素(这些驱动因素是内生的、外生的，还是两者都有?)最后，我们探讨了系统变更及其对系统恢复力和脆弱性的影响。为了对系统进行定量表征，我们尽可能纳入了来自统计数据集和深度访谈的定量数据(定量建模所需的参数和数据，以及未来模型评估所需的观测数据)。我们发现，外生驱动因素引发了我们所研究的SES的下降，但内生结构也使系统保持在这种不希望的状态。恢复力降低，结构变化使SES更容易受到历史上频繁的干扰(如飓风)。系统动力学方法的概念化过程对系统结构和导致系统动力学走向衰退的主要原因提供了深刻的定性理解。它使我们能够收集未来建模步骤所需的定性和定量数据。 In addition, it has contributed to building a strong confidence relationship with local actors, which could support possible future participatory processes. This is a first step to formalizing a quantitative computational model that could support decision-making processes for improving local conditions and restoring the system’s well-functioning.
方法
研究区域:Comondú绿洲
在墨西哥南下加利福尼亚，在明显的隔离和干旱条件下，绿洲是最重要的长期小规模SESs，特别是当我们考虑到该地区的生物多样性、历史和文化时(Arriaga和Rodríguez-Estrella 1997, Cariño等人，2013,Cariño和Ortega 2014)。17世纪末耶稣会士来到这里后，自然湿地变成了文化景观，类似于摩洛哥北部和西班牙的景观。土著文化和西地中海文化结合在一起形成了一个以节俭、自给自足和全面利用生物多样性为特征的社会(Cariño 2001)。在BCS的所有绿洲，传统的灌溉农业都得到了成功的实践，沿海地区的渔业和山区的畜牧业也得到了补充。
Comondú的绿洲是BCS最大、生态保存最好的绿洲之一。自2008年以来，它一直是拉姆萨尔保护区的一个遗址，目前正在形成拉吉甘塔山脉和瓜达卢佩生物圈保护区的一部分。它位于Sierra de La Giganta山脉，距离市所在地Ciudad Constitución 130公里(图1)，与附近的其他村庄或城镇(如Loreto)联系很差。研究区域包括107,000公顷(图2)，其中包括80公顷的灌溉土地，70,000公顷的公共土地，以及37,000公顷的私人土地;最后两大块区域是牧场。大多数居民居住在San José de Comondú和San Miguel de Comondú社区，这两个社区都位于一个16公里长、50-500米宽的峡谷中，那里也有灌溉土地(图2)。剩余的居民住在牧场上，他们的房子建在附近的临时池塘和溪流周围。
该地区属于索诺兰沙漠。降雨主要分布在两个时期。有一段时间正好是太平洋的飓风季节(从5月中旬到11月底)，降水量占全年的70%。另一个时期，通常被称为“equipatas”，发生在11月至1月之间，占全年降雨量的21%。这一地区经常发生飓风和干旱等极端天气事件。年平均降雨量为175毫米，温度在10º到36ºC之间波动，平均23ºC (Tenza et al. 2013)。
系统动力学方法、定性数据和定性模型
系统动力学通过关注复杂系统的结构和动力学，使我们能够从综合的角度分析世界问题。这种复杂性的来源是系统组件、反馈和材料或信息延迟之间的非线性关系。Jay W. Forrester在20世纪50年代发展了系统动力学，并将这种方法应用于工业问题(Forrester 1955,1961)。他在分析工业商业周期方面的成功将系统动力学的应用扩展到其他领域，如城市问题(Forrester 1969)和全球问题(Meadows et al. 1972,1974, Forrester 1973)。系统动态建模已被证明对研究SESs等复杂系统特别有用(Roberts等人1983,Costanza和Ruth 1998, Martínez-Fernández等人2000,Pérez等人2012,Banos-Gonzalez等人2015,Turner等人2016)。
建立管理模型是系统动力学方法的应用之一(Vennix 1996)。它评估替代管理方案，支持决策过程，以解决具体问题，并源于对系统结构的深刻理解。建立管理模型是一个迭代的、持续学习系统的过程，主要分为三个阶段:(1)概念化和定性建模，(2)定量建模，(3)探索未来场景。尽管该过程具有数学特性，但人们也认识到，建模者可以获得的大多数信息都是定性的(Forrester 1992, Luna-Reyes and Andersen 2003)。正如Forrester(1992)所指出的那样，从心理信息到书面信息，以及从书面信息到数字信息，可获得的信息(在许多数量级上)都在下降。尽管它可以在定量建模、模型评估或替代管理方案的探索中发挥作用，但概念化阶段使用的定性信息最多(Forrester和Senge 1980年，Randers 1980年，Richardson和Pugh 1981年，Wolstenholme 1990年，Coyle 2000年，Sterman 2000年，Luna-Reyes和Andersen 2003年)。我们关注这第一阶段，这是至关重要的，因为它提供了对系统功能的深刻定性理解(Vennix 1996, Downing et al. 2014)，使我们能够可视化系统的假设结构，并为构建定量动态仿真模型奠定基础(Jørgensen和Bendoricchio 2001)。
定性模型是将所研究的问题概念化的结果。我们指定“问题”而不是系统，因为它有助于在时间和空间上划分研究，并有助于确定构成模型一部分的元素。考虑到实际系统的复杂性，对其进行界定是很困难的。确定有问题的行为是确定变量和相关关系的关键问题(Vennix 1996)。从经验知识和观察数据中感知到的问题行为是参考模式。模型行为和参考模式之间的一致性是增强对开发模型信任的因素之一(Vennix 1996, Solecki和Oliveri 2004, Happe 2005, Bert等人2011,Martínez-Fernández等人2013)。
定性模型通常由因果循环图表示，其中包括与问题行为相关的主要系统变量，这些变量之间的箭头连接，以及这些相互作用的符号(即，积极或消极)。当一个变量值的增加会带来另一个变量值的增加时(即两个变量都朝着同一个方向变化)，这种关系就是正的。相反，当一个变量值的增加导致另一个变量值的减少(即变量在相反的方向变化)时，关系是负的。反馈循环是由两个或两个以上的变量组成的，它们是因果关系的封闭链。通过将反馈中涉及的关系的符号相乘，我们确定了整个循环符号。正反馈循环表示强化过程(增加或减少)，并且不趋向于平衡。这些循环将沿着其势头的方向继续下去，直到一个外部因素介入并打破这个循环。当它们有有利的结果(如增长)时，它们被称为“良性循环”，但当它们有有害的结果(如发展陷阱)时，它们被称为“恶性循环”。相反，负反馈循环代表了倾向于稳定动态的自我调节过程。影响系统动态但不受系统动态影响的变量是外部变量或强迫函数(例如，气候和社会经济因素，如降雨、市场价格)。
定性模型代表了关于系统结构和行为的假设(即，对“什么结构负责观察到的行为?”的响应)。它们使我们能够分析系统的结构变化。在这些变化中，我们发现(1)不同相互作用的相对权重发生了变化，(2)关系或循环的符号或方向发生了变化，以及(3)相互作用的添加或删除。
概念化过程与参考模式构建
概念化阶段是一个迭代过程，主要有五个信息来源:(i)科学文献，(ii)专家意见，(iii)地方和传统生态知识，(iv)政府数据，和(v)实地调查。这一过程如图3所示。
2009年，我们回顾了关于下加利福尼亚绿洲的现有科学文献，但关于Comondú绿洲的具体信息很少。2009年，我们第一次来到绿洲，与当地居民进行了非正式采访。随后，我们举办了一个研讨会，从RIDISOS网络(附录1)(西班牙语首字母缩写，意为“南下加利福尼亚绿洲整体和可持续发展的跨学科网络”)收集了科学研究人员的专家意见，初步确定了主要问题。在对这些信息进行处理后，我们在2010年建立了第一个叙事形式的概念模型，这意味着我们对绿洲的历史和系统主要项目(社会人口因素、经济和生产活动以及影响系统的主要外部因素)的行为进行了描述。这个叙事模型伴随着第一个广泛的因果循环图。更正、建议和注释由RIDISOS成员远程添加，以就系统的问题行为、系统边界及其元素(变量、关系和关系的符号)达成共识。一旦确定了主要变量，我们就开始实地考察，以提高我们对系统的认识，并获得历史数据序列来构建参考模式。
在2010-2012年期间，我们住了四次，时间从15天到4个月不等。气候、人口和市场价格的数据集来自墨西哥不同的政府机构。然而，案例研究的规模较小，妨碍了关于生产活动的数据收集(例如，生产中的农田、产量)。为了获得家庭类型的信息，我们在5周内进行了参与性观察，对43名受访者进行了52次深入访谈(表1)。访谈对象采用滚雪球抽样法;24%为女性，受访者平均年龄为49岁。访谈的主题主要有:一段时间以来的生活状况、牧场主制度的问题和特点、有和没有中介的畜产品销售、灌溉系统的问题和特点、近几十年来离开绿洲的移民的生活故事(附录2)。所有的访谈都被记录下来，通过观察得到的受访者的经历和印象都被记录在笔记本日记中。参与者观察和访谈这两种方法都是公认的社会研究技术，在概念化过程中特别有用(Luna-Reyes和Andersen 2003)。访谈是使用更广泛的方法，但如果时间和资源允许，参与观察是最完整的社会学数据形式(Becker and Geer 1957)。参与性观察是观察者(研究者)参与被研究对象日常生活的方法。这种方法可以让观察者更深刻地理解被研究对象之间的关系; to unearth personal motivations, interests, and conflicts; to detect the personal distortions of reality; and to raise awareness and sensitivity about many problems that would be overlooked in interviews. In addition, it reduces the error associated with the interpretation of the words used by interviewees (Becker and Geer 1957).
我们做了一份土地使用清单，以描述灌溉土地的动态特征。这让我们了解了生产区域和果园的状态。以同样的方式，我们在卫星图像的支持下(谷歌Earth, DigitalGlobe)统计和定位了被占用和废弃的牧场数量。通过对关键信息提供者的访谈，收集土地使用的历史数据(如废弃年份、作物、使用者)以及牧场占用和废弃的动态。
深度访谈和参与式观察对于改进和丰富初始概念模型至关重要。从访谈中获得的定性和定量信息被用于构建参考模型(特别是与经济和生产活动相关的变量)，并定义下一步定量建模所需的参数(见附录3中的定量数据摘要)。主要使用官方统计数据集和土地利用库存结果来构建主要模型变量的参考模型。绿洲主要农畜产品的区域市场价格由现行价格转换为不变价格，以避免通货膨胀的影响。在研究期间，我们对BCS的一套农畜产品采用了以1975年为基准年的Fisher价格指数。本文给出的结果显示了经过两个改进周期后的最终概念模型。
结果
由于概念化过程的周期性，方法和结果是相互关联的。因此，定义系统边界、研究历史数据、建立参考模型和因果环图构成了方法和结果的一部分。其中一项任务的改进会导致其他任务的改变和改进。但是，为了便于表示，我们首先定义了系统边界，并将SES结构以因果环图的形式表示出来，并根据系统结构分析了系统的反馈环来解释预期的系统行为。我们描述了历史趋势，并显示了主要系统变量(观测数据)的参考模式。最后，我们确定了改变系统结构的主要驱动因素，以及结构变化，以及这些变化对Comondú绿洲SES的动态、恢复力和脆弱性的影响。
系统边界和潜在的社会-生态系统结构
Comondú的绿洲从运转良好到衰落。人口动态是最能反映这一趋势的系统变量(图4)。为了分析原因和影响，我们选择了与问题行为相关的现实:人口减少过程(图5)。从1900年到1940年，趋势转向增长。然而，从那时起，这一趋势开始走向衰落。理想情况下，时间界限应该在这个转折点的前几年开始。由于这些年来的数据稀缺，我们的时间范围从1940年开始。空间边界包括当地社区的面积(San José和Comondú的San Miguel)，以及用于其生产活动的面积(灌溉土地上的农业和牧场上的牲畜)。我们确定了主要的人口动态变量，在这种情况下，主要依赖于当地就业、服务和基础设施的可用性。同样，这些因素也取决于绿洲的生产活动和经济。三个主要的强迫功能(或外部条件)影响系统动态:市场价格、降雨和飓风。定性模型显示了系统变量与种群动态效应之间的关系(图6)。
我们在系统结构中确定了9个反馈回路(表2)，其中7个为正反馈回路，2个为负反馈回路。人口与服务和基础设施之间存在着直接的正反馈循环，这与人力资本维持这些服务有关。服务和基础设施包括公共服务(教育、卫生、安全、交通、通信)和私人服务(当地商店、专业技能、社区工程)、物理基础设施(灌溉渠、大坝、城市家具)和社会基础设施(地方机构)。每一项生产活动(农业和畜牧业)都被纳入了导致经济增长的良性循环。生产的灌溉土地越多，占用的牧场越多，产量(农业生产和牲畜生产)和盈利能力(农业的盈利能力和牲畜的盈利能力)就越高，这就促使灌溉土地的数量和牧场的数量增加。这种增长趋势还得到了每个生产活动两个额外的正反馈循环的支持。一个与当地就业机会有关，另一个与服务和基础设施有关。随着灌溉土地(用于生产的公顷)和牧场数量的增加，当地的就业机会也增加了，这导致了人口的增加。随着人口的增加，需要增加灌溉土地的数量和生产牧场的数量也在增加，这带来了农业生产和畜牧业生产的增加。因此，净产值上升，导致对当地服务和基础设施的投资增加，从而吸引了更多的人口。 As before, population growth led to an increase in the amount of irrigated land and the number of ranches in production.
有两个负反馈循环，都与环境约束有关。随着用于生产的灌溉土地数量的增加，肥沃土壤的可用性下降。随着肥沃土壤的减少，增加生产灌溉土地数量的能力下降。同样，随着畜牧业实践(畜牧业生产)的增加，支持放牧的牧场的可用性和质量(牧场的可用性)下降。
市场价格会影响农畜产品的盈利能力。降雨改变了牧场的承载能力，即在不破坏自然资源的情况下养活牲畜所需的面积。承载力随着降雨量的减少而下降。因此，干旱期导致牲畜产量(牛和山羊)急剧下降。飓风,另一个极端天气事件也通过增加牲畜死亡率影响牲畜生产。
虽然某些变量和生态过程，如水文地质动力学、与土地利用相关的生物多样性、火灾和飓风对灌溉土地的影响以及土壤盐渍化在真实系统中很重要，但它们没有包括在我们的模型中。我们排除了这些变量，因为它们与研究期间的种群减少过程没有直接或间接的关系。
根据这一结构，我们预计人口和经济活动的增长将持续到它们的环境约束出现为止。因此，将出现人口过剩的基础移民流。这一预期行为与1900-1940年期间的真实系统动力学一致，当时人口达到了研究期间的峰值。然而，必须发生一些变化才能扭转动态，使其达到观察到的下降。对Comondú绿洲内外历史趋势的分析为我们提供了答案。
主要系统变量的历史趋势和参考模式
我们将研究阶段分为四个阶段，以便更容易识别变化和可能的驱动因素:
黄金时代(1900-1940)
Comondú绿洲的传统生计以灌溉农业为基础，辅以牧场。全部用于灌溉的土地被用于生产(80公顷)。我们确定了92个果园，涉及75个生产者，平均面积为1公顷(0.3-2.4公顷)。牧场集中在周围的私人土地上(37000公顷)。我们估计最初在20处私人地产中有38处牧场，平均面积为1840公顷(52-4900公顷)。灌溉土地依赖于从几个泉水中流出的地下水，而牧场则依赖于降雨供应。在历史时期，即使在干旱时期，灌溉土地上的可用水也没有改变。最大流量为72.66升/秒(详见Wurl et al. 2013, Gámez et al. 2014关于水流和质量的更多信息)。主要农产品是枣椰树、甘蔗、葡萄、无花果、橄榄、其他果树、谷物和蔬菜(参见de Granade and Nabhan 2013年关于农业生物多样性的更多信息)。我们估计平均农业产量约为2.7吨/公顷。 Livestock activity was based mainly on cattle. Traditionally and locally processed products included wine and sweets derived from sugar cane. Two local institutions for irrigation management ensured irrigation system functioning, including water distribution, infrastructure maintenance, monitoring tasks, and penalties for violations. In order to overcome difficulties from erratic rainfall, ranchers adopted some strategies: rotating grazing, selling surplus animals, and importing hay.
Comondú的绿洲在BCS的经济和发展中发挥了核心作用。它是Comondú的自治市所在地。绿洲有许多商店，专业技能(裁缝、铁匠、木工)，并提供良好的公共服务(学校、医疗诊所、邮局、电报)，大部分商品都在当地消费和生产，而剩余的商品则出口到同一州的城市中心和墨西哥的其他地区，如Mazatlán和瓜达拉哈拉。这一阶段的特点是绿洲人口、经济和生产都在增长，自给自足的程度很高。尽管当时社会更加不平等，有近1000名居民，但只有20个家庭拥有大部分的生产土地。
传统生计的衰落(1940-1960)
在20世纪40年代末，墨西哥担心殖民BCS的领土，以避免来自美国的可能入侵(Romero 1983, Urciaga 2008)。第一次尝试是在1941年，农业殖民地被命名为“María Auxiliadora”，4年后失败了。这一农业殖民进程也得到了墨西哥总统曼努埃尔·阿维拉·卡马乔(Manuel Avila Camacho)在1940-1946年期间实施的政策的支持。他作出了各种承诺，帮助墨西哥走上与美国一致的经济增长道路。其中一项承诺是一项农业研究计划，在世界范围内被称为“绿色革命”(Perfecto et al. 2009)。自1949年以来，在地下水开采的支持下，实现了强大而成功的农业现代化(图7)。Comondú的市政所在地被转移到圣多明各的新农业山谷，最初被命名为“El Crucero”，1971年后被命名为“Ciudad Constitución”。
在Comondú的绿洲中，灌溉土地上的农业逐渐被放弃(图7)。绿洲从向Santo Domingo山谷销售产品转变为购买Santo Domingo山谷生产的产品。市政当局的新首都和该州的小城市就像两极一样，吸引了Comondú的居民，他们寻求教育和职业机会，以及新的生活方式。
新希望(1960-1980)
绿洲的传统农业在规模和生产条件上继续下降，并且难以进入遥远的市场。当地的灌溉管理机构倒闭了。
新的跨半岛高速公路是半岛上最重要的公路，它绕过绿洲，使其相对孤立。沿海地区的旅游业是由联邦政府资助和发展的。Comondú基本上被边缘化了。公共和私人服务都下降了(图8):例如，学校、邮局和电报等公共服务，以及当地商店、专业技能、社区工作和地方机构等私人服务。
畜牧业活动成为绿洲的主要经济活动，从牛开始，然后是山羊，20世纪50年代之后，在附近的绿洲成功地饲养山羊后，引入了山羊。山羊放牧成功的关键之一是在10月和1月出售小山羊所获得的利润(我们估计每年每只成年山羊出生一只小山羊)，以及在丰水年从10月到5月每两周生产奶酪的利润，在干旱年从10月到3月。我们估计，湿润年份每只山羊奶酪产量约为21公斤，干旱年份每只山羊奶酪产量约为11公斤。山羊产品通过中间商在墨西哥其他地区销售，如蒙特雷、新埃沃León和锡那罗亚。1968年，创建了“联合岛Comondú”，为无地者提供了7万公顷的公共土地(登记了60名“联合岛成员”名单)。这是在旱地共同池资源中管理牧场和临时水源的一个新的地方机构。
在20世纪70年代到80年代之间，牧场达到了产量的顶峰，饲养了1万多只山羊和最多的家庭(约100个)生活在牧场上(图9)。每个牧场主平均可以饲养133只山羊和100头牛。象群的规模越大，所需的劳力就越多。
这一阶段的特点是减轻经济负担和更加公平地分配资源。有近500名居民，大约80个家庭拥有生产性土地(60个公共土地所有者，20个私人土地所有者)。
不确定的时代(1980-2010)
如图10所示，飓风和干旱是该系统历史上频繁出现的扰动。没有明显的证据表明这些事件的频率和强度随着时间的推移发生了变化。然而，在这一阶段，社会弱化的后果比以往任何时候都更加明显。此外，对牲畜活动的依赖破坏了系统动态的稳定 再一次。尽管有前面提到的策略(轮牧、出售剩余动物和进口干草)，但干旱导致一年损失高达62%的山羊和40%的牛。干旱也吸引了大型食肉动物:郊狼、美洲狮和山猫。在一年内，一个牧场主可能会因为捕食者失去20%的山羊和10%的奶牛。疾病也更加普遍。2001年、2006年和2009年的三次飓风严重影响了牲畜生产，并导致山羊和牛的进一步损失。飓风吉梅纳是最猛烈的，牧场主声称损失了2-67%的山羊。
从1986年到2010年，由于飓风和干旱对牲畜的毁灭性影响，超过50个家庭放弃了他们的牧场并移居国外(图9)。这与墨西哥经济的困难时期相吻合，因为墨西哥比索在国际上贬值，这被称为“龙舌兰危机”，它影响了商品价格。
从绿洲主要产品的区域市场价格来看，自20世纪50年代中期以来，畜牧业产品相对于农产品的盈利能力有所提高。然而，畜牧产品的价格波动最大(图11)。
2010年，当我们进行大部分实地调查时，只有30%的灌溉土地被用于生产(24公顷)，牲畜数量因缺乏雨水而持续下降。我们估计只有51个牧场被占领。自1980年以来，运河和地块中植物残骸的堆积导致绿洲发生了三次重大野火。飓风“吉梅纳”(Jimena)导致果园被淹，产量和一些土壤流失。我们能够在12%的果园土壤中证实盐结皮的存在。这一阶段的特点是社会不稳定、不稳定、社会恶化和适应能力减弱。
图12总结了历史时期较高尺度上最相关和最严重的社会经济和社会政治变化。区域一级的变化严重影响了地方一级的动态，但其中一些变化是对发生在更高一级的决策和进程的反应。BCS的农业发展与殖民领土的必要性有关，也与绿色革命有关，绿色革命是第二次世界大战后的一个全球性进程。这个时间轴方案有助于显示尺度之间的相互联系。
社会生态变化及其对恢复力的影响
如图6所示，该系统底层结构以正反馈回路为主。它们的趋势可以通过特定的生长限制来减缓:在这种情况下，肥沃的土壤和牧场的可用性。然而，实际系统行为不仅表明增长放缓，而且显示出相反的下降趋势。只有外部条件或强迫函数的作用才能以这种方式改变系统行为。在因果循环图中，我们整合了研究期间BCS的主要社会经济和社会政治变化(图13)。
农业的盈利能力受到外部竞争的影响，这种竞争由外部农业的发展和社会政治的迁移所决定。社会政治迁移代表了市政所在地的变化，跨岛高速公路造成的边缘化，以及公共投资向BCS其他城市中心的偏离。对外农业的发展代表着国家农业谷地现代技术农业的发展。这导致绿洲的传统生产转向区域和国家市场，而区域和国家市场有利于新的出口导向的生产。
服务也受到社会政治迁移的影响，因为这意味着对绿洲的公共投资减少。“合议岛Comondú”的设立意味着提供了7万公顷的公共土地;这加强了牲畜活动的增加。
我们确定了系统中的两种结构变化:(1)正反馈循环从良性循环到恶性循环的方向变化，以及(2)一些变量和相互作用的相对权重的变化。
外部农业的发展和社会政治迁移逆转了与绿洲农业活动和服务相关的正反馈循环的方向。盈利能力下降导致灌溉土地减少，从而减少了当地的就业机会和绿洲的经济(净产值)。公共投资的减少导致了一些公共服务的消失和公共基础设施的恶化。基础移民流动得到加强。人口减少的过程削弱了地方机构，直到它们崩溃，并导致社会脱节。
随着农业的衰落，常住人口增加了其牧场活动的相对比重，首先是牛，在附近的绿洲取得成功后，是山羊。这种生产活动相对重要性的变化因公共土地的交付而得到加强，这被称为联合岛Comondú的创建。
畜牧业通过增加经济(净产值)和当地就业机会，缓解了绿洲的经济状况。然而，牛，尤其是山羊，很容易受到极端天气事件的影响，比如干旱(依赖于降雨)和飓风，这些都是SES生命周期中相对频繁的干扰。干旱期降低了牧场的承载能力，增加了牲畜的死亡率。干旱也降低了牛的盈利能力，因为需要进口干草和其他食物补充剂。飓风为该系统提供了水源，但也显著增加了牲畜的死亡率。这意味着绿洲的主要经济活动经历了明显的波动，并蔓延到系统的其他部分，经济和当地就业出现了振荡。这些都是对人口不利的条件。不确定性和不稳定性是促使人们移居其他条件更好的地方的因素。
关于社会经济系统恢复力的变化，在第一阶段(“黄金时代”)，当系统以传统农业为基础时，它对飓风和干旱等频繁干扰具有恢复力。但是，该制度没有准备好应对以一系列政治和经济变化为代表的较大规模的缓慢持续的变化。这导致了传统农业的衰落和移民的增加，两者都削弱了社会经济体系。该系统通过增加牲畜的活动作用来适应新的条件。然而，这种变化导致了不适应，因为SES变得容易受到频繁的干扰、飓风和干旱的影响。人口减少的过程仍在继续，目前该系统无法对新的干扰作出反应，适应这些干扰的能力受到严重限制。
在Comondú绿洲的SES中，外生驱动因素是导致系统动力学崩溃的内生变化的原因。种群减少过程(内生驱动因素)是较高尺度上缓慢、持续变化的结果，但也是该SES恶化和下降的原因。
讨论和有根据的推测
我们使用系统动力学方法的概念化过程，提出了一个下降的小规模、长寿命SES的定性模型。我们的建模方法对于假设该SES的结构、识别触发崩溃动态的主要驱动因素、深化因果关系和反馈关系非常有用，这是其他定性方法(例如，自适应周期)所不能很好执行的(Abel et al. 2006)。正如其他作者所强调的概念化过程的重要性(Forrester 1992, Jørgensen和Bendoricchio 2001, Luna-Reyes和Andersen 2003)，这一建模步骤使我们能够收集丰富的定性和定量信息，使我们能够推进未来的建模步骤:定量建模(包括模型评估)，以及对未来管理场景的探索。此外，我们的方法方法，特别是参与性观察，有助于与当地行为体建立强有力的信任关系，这可以支持未来可能的参与性进程。
我们定性地分析了Comondú的绿洲结构和动态，这是一个小规模的、长寿命的SES，其行为从良好的功能转变为衰退。通过分析系统的底层结构，可以发现系统应该一直增长，直到达到其环境极限，然后以相对稳定的动态继续发展。然而，观察到的历史趋势和数据表明系统动力学发生了质的变化。只有外部驱动因素，即更高规模的变化，才能扭转从增长到减少的趋势。分析了这些变化对绿洲系统结构的影响，表明外源农业的实施和BCS的社会-政治迁移导致了严重的绿洲人口减少过程。同样，这一过程也将整个系统拖入崩溃的趋势，使正反馈循环从增长转向减少。这一SES崩溃的趋势是由外生因素引发的，但也由内生结构维持。由于这些结构性变化，香港社会经济体系的弹性受到了影响。其中一个变化是增加了畜牧业活动在绿洲经济中的相对比重。这可以被视为对新的外部条件的适应，但它恶化了系统的恢复力，增加了其对极端天气事件的脆弱性。 This situation is especially important because extreme weather events (i.e., hurricanes and droughts) might become more frequent due to climate change.
尽管定性模型很有用(Downing等人2014年，Barber等人2015年，Martone等人2017年)，但我们意识到它们的局限性;因此，我们提出的结果应该谨慎阅读。我们的定性模型不包括存量和流量，从所讨论的因果环图推导出的动态结果可能会给我们误导性的结论(Vennix 1996)。因此，定性模型只构成了一个关于系统结构的假设。建立定量的动态仿真模型是验证假设的必要步骤。在任何情况下，我们的结果不仅符合崩溃理论，即人力资本的下降可能导致SESs崩溃(Motesharrei et al. 2014)，而且符合适应周期理论，即崩溃之前会出现资本损失和弹性损失(Holling 1981,2001, Walker et al. 2006)。尽管在我们的案例研究中，崩溃的主要驱动因素是外生的，但我们认为Comondú绿洲SES的资源分配，特别是土地分配的不公平是一个脆弱性原因，在面对新的外部条件时，它作为一个驱动因素，增加了移民流动(Motesharrei et al. 2014)。然而，由于研究期间缺乏详细的土地所有制数据，阻碍了对土地所有制随时间变化的量化。
SESs的定性研究表明，较高尺度上缓慢、持续的变化(社会经济条件或技术的变化)的影响可能导致社会经济体系相对平稳的过渡，而不像自上而下的干预(强加的制度安排变化)会阻碍社会经济体系的适应(Janssen et al. 2007)。我们的研究表明，在更高尺度上由缓慢、持续的变化所驱动的转变可能导致长期的SES不适应，并可能增加SES对系统频繁扰动的脆弱性。
人口减少进程破坏了SESs及其地方机构的传统生活方式，因为更年轻、更健康、受教育程度更高的人经常从社区迁移(Reichert 1981, Stasiak 1992, Binford 2003, Collantes 2007)。当鼓励农村发展的内生方法时，这种选择性迁移涉及小规模SESs所需的人力和社会资本的损失(Stockdale 2004)。这是一个关键点，因为农村发展对于振兴和维持这些长期生存的SESs是必要的，但它们需要人力和社会资本来实现这一点。
在Comondú绿洲的SES中，根据人口减少问题的根源，生活条件和生活质量(当地就业、服务、经济增长和稳定)的改善似乎可以说服移民家庭返回，或者可以吸引被不同生活方式所吸引的新的年轻人。在世界范围内，农村小规模、寿命长的SESs的再人口流动(Buller和Hoggart 1994, Boyle和Halfacree 1998, Camarero et al. 2009)可能受到全球金融危机的推动或加强。将区域政策重新定位到BCS的绿洲(例如，支持经济多样化，支持增加当地产品的价值，支持开发新的有机市场渠道，改善公共服务的提供)，以及加强和重组这些绿洲的地方社区(社会网络，地方机构)可以改变目前的趋势。然而，我们必须确定和收集具体的政策措施和管理方案(由当地参与者建议)，然后将它们集成到动态模拟模型中，以评估哪种措施组合更有效地减少人口减少过程，甚至扭转它，以及其他可能的管理目标。通过这种方式，动态仿真模型将转化为一个有用的工具，更有效地指导决策过程和资源的使用(Martínez-Fernández 2000, Pérez等，2012,Vidal 2013, Banos-González等，2016)。
本研究的结果和管理模型的发展可以作为BCS的其他绿洲或类似SESs的方法基础，但在每种情况下，都需要对模型进行修改，使其适应特定问题和当地条件(Jørgensen和Bendoricchio 2001)。
对小规模、长寿命SESs的研究可以帮助解决它们的具体问题，以保持它们的功能和理想状态。长期保护它们可以促进我们的社会与环境的关系方式的转变，以可持续的方式协调自然资源的使用与生物多样性保护和粮食安全。与全球化的工业社会相比，持久的SESs是更可持续的生活模式的例子。他们促进生物多样性，并拥有一套知识和实践，使他们能够应对干扰并在不使用农用化学品的情况下维持产量(Altieri 2009)。他们并不完美，他们正在经历许多变化。然而，我们可以把它们看作是一种新的全球变化的“种子”。拉丁美洲和非洲的数百个经验表明，如何通过创新和生态原则来丰富这些SESs的传统生态知识，以提高生产率和劳动力和当地资源的有效利用(Altieri 1999,2009)。当地社区、非政府组织、学术界、政府和一般公民(作为消费者)之间的协作与合作是鼓励这一转变的必要条件。当地经验的成功及其复制可能在全球范围内产生影响。
结论
我们建议使用系统动力学方法和构建管理模型作为解决SESs具体问题的全面而有用的工具，并评估解决这些问题的替代管理选项，避免万灵药。我们提出了第一步，概念化过程，它提供了关于所研究的系统的大量信息，允许可视化与所观察到的行为相关的系统的假设结构(深入到因果关系和反馈关系)，并为定量建模奠定了基础。我们对Comondú绿洲(BCS，墨西哥)的研究，一个小规模的，长寿的SES，在最近几十年经历了从良好运行到衰退的巨大转变，同意崩溃理论和适应周期，并确定资本和恢复力的减少是崩溃趋势的迹象。缓慢而持续的变化(外部农业的发展和BCS的社会政治迁移)导致了绿洲严重的人口减少过程。这一过程将整个体系拖向衰落。这种倾向是由外生因素引发的，但由内生结构维持。在我们的案例研究中，缓慢、持续的变化的影响导致了长期的SES不适应，这增加了系统对频繁干扰(飓风和干旱)的脆弱性。我们提出的概念模型有局限性，因为它不包括存量和流量。定量建模是测试它的必要步骤。我们希望利用整个研究的结果来分析系统行为，评估替代管理方案的效果，并支持改善当地条件和恢复系统良好运作的决策过程。
致谢
我们感谢安娜·路易莎·卡斯蒂略、文迪·多姆恩圭斯和豪尔赫·诺列加在实地的支持。Pedro Segura负责监督经济数据。CIBNOR的Aurora Breceda在CIBNOR进行研究期间提供了支持。我们感谢Comond居民的热情欢迎和参与这项研究，RIDISOS所有成员的合作，以及墨西哥几个政府机构(INEGI, CONAGUA, SAGARPA, RAN, SEDESOL)提供的官方数据集的支持。A.T.获得了巴伦西亚大学博士奖学金(BFPI/2009/085)， AECID海外奖学金(2010-2011)，以及CIBNOR研究驻留补助金(2014-2016)，由墨西哥对外关系秘书处和桑坦德银行资助。该研究项目由国家科学技术委员会资助(CONACYT资助CB-2008-01/98484)。本文的编写得到了SEMARNAT-CONACYT-2014-01(项目249464)的支持。
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