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阿科玛，K. K.， L. A.罗杰斯，J.托夫特，A.梅舍，K. H.怀亚特，S.阿尔伯里-史密斯，S. Moultrie, M. H. Ruckelshaus和J. Samhouri. 2019。将渔业管理纳入可持续发展规划。生态与社会24(2): 1。
https://doi.org/10.5751/ES-10630-240201
将渔业管理纳入可持续发展规划
摘要
近年来，特别是在渔业和海洋管理方面，对社会-生态耦合系统的科学理解有了很大的发展。然而，很少有研究测试在现实世界的规划过程中捕捉人与生态系统之间多种互动的方法的效用。我们开发了一套定量模型来估计加勒比棘龙虾的捕获量和收入(Panulirus argus)渔业与沿海生境范围和质量的关系。根据利益相关者的意见，我们迭代应用了这些模型，以评估伯利兹海岸综合管理和巴哈马可持续发展规划备选方案的渔业结果。我们发现，综合管理降低了多种沿海和海洋活动对苗圃栖息地的风险，并大幅增加了龙虾捕捞量和收入。在伯利兹，海洋运输和旅游开发等选址活动明确降低了苗圃和成鱼栖息地的风险，从而提高了龙虾渔业的收益。在巴哈马，对经济发展的战略投资侧重于更新现有的基础设施，如道路，而不是扩大发展的足迹，这使龙虾的捕鱼量增加了大约一半，与正常情况相比。我们的研究结果表明，将沿海栖息地的空间信息与关键渔业的动态联系起来的模型如何能够告知由于沿海管理而导致的渔获量和收入的预期变化。除了加强利益相关者对社会-生态关系的理解和突出区域发展决策的国家范围的结果外，模型结果使我们能够透明和有效地改进沿海计划，以实现伯利兹和巴哈马公民和政府的目标。这些案例说明，考虑到发展、保育生境、捕捞量和收入之间关系的模型如何能够提高渔业管理在国家发展决策中的重要性。介绍
全球人口正迅速接近100亿，对渔业等海洋资源的需求呈指数级增长(联合国粮食及农业组织2014年)。沿海地区不断增加的人类活动强度和多样性威胁着生态系统的长期可持续性(Halpern et al. 2008)以及生态系统为人们提供的生计、生计和娱乐享受。作为回应，近年来对承认“耦合社会-生态系统”的综合海洋管理的呼声越来越高(Liu et al. 2007, Ostrom 2009, Kohler et al. 2017, Levin and Poe 2017)。然而，渔业管理通常与发展规划分开进行，而捕捉海洋活动、生态系统和人类福祉之间相互作用的定量方法可能需要大量时间和资源。此外，过于复杂的模型可能难以在参与性过程中使用，而参与性过程是有效发展规划和自然资源管理的标志(Pomeroy和Douvere 2008, Torres和Hanley 2016, Christie等人2017)。要使综合海洋管理成为规范，海岸、海洋和渔业管理人员需要证明它在技术上和社会上是可行的，并且可以带来更好的结果。
渔业为人们提供了许多好处，包括生计、收入、娱乐和重要的文化价值，如地点感、身份和目的。然而，管理海产品的收获往往是一个单一的渔业部门或机构的责任。尽管渔业部门或机构可能有维持物种数量和渔民生计的任务，但它们往往对影响鱼类数量的因素缺乏管辖权，如发展压力和污染。渔业管理的筒仓性质在加勒比地区尤其成问题，那里的标志性和经济上重要的物种，包括龙虾(Panulirus argus)，海螺(Lobatus牡蛎)和礁鱼依赖脆弱的沿海栖息地产卵和养育(Harborne et al. 2006, Fanning et al. 2011)。这些栖息地还提供了渔业以外的好处，例如免受海平面上升和风暴危害的影响、旅游价值以及碳储存和封存(Mumby等人，2008年，Barbier等人，2011年，Arkema等人，2013年，Beck等人，2018年)。维持渔业和其他利益需要一个更广泛的生态系统视角，在生物物理和人类子系统之间的空间明确联系。
为了支持以生态系统为基础的渔业和海洋综合管理的呼吁，科学家们开发了各种方法，其中包括关于栖息地、重要经济物种和人类的信息。这些方法从连接物理组件、食物网和捕鱼船队的复杂模型(Fulton et al. 2014, Masi et al. 2017)到简单的框架，例如FishPath，旨在指导数据贫乏环境中的管理，但没有明确地对系统建模(Dowling et al. 2016, McDonald et al. 2017)。虽然管理者和利益相关者通常知道沿海生态系统，如红树林、海草和珊瑚，为海洋生物提供栖息地，但在决策中明确考虑它们需要了解特定行动对特定栖息地的影响，这些栖息地与被开发种群动态之间的联系，以及更广泛的管理目标的结果，例如，新的沿海公路建设将对鱼类栖息地产生多大影响，因此，捕捞和收入?中等复杂度的模型具有生物物理系统的简化表示，可以相对快速地制作，具有合理的数据需求，并用于与利益相关者一起为广泛的综合规划提供管理场景的战略评估(Plagányi等人，2014年，Collie等人，2016年)。
海洋和海岸可持续和综合管理的另一个关键是利益相关者的有效参与(Cook等人，2013年，Arkema等人，2015年，Clark等人，2016年一个)．纳入积极参与、获取当地知识和潜在解决方案、促进透明度并承认利益相关者参与决策的权利的流程更有可能得到关键行为体的支持，并实现多个管理目标(Reed 2008, Ostrom 2009, Gopnik等人2012,Basurto等人2016,Fujita等人2017)。社会-生态系统模型可以通过纳入利益相关者的观点来促进参与，特别是如果它们是透明的，并在政策过程的时间表内迭代应用。地图和信息图表可用于利益相关者明确表达知识和利益，增加选择结果的特异性，并澄清目标之间表面上的利益冲突(Ruckelshaus等人2015年，Kenter等人2016年，Arkema和Ruckelshaus 2017年)。熟练使用相对简单的模型有可能支持当地社区、决策者和科学家之间的知识合作生产，这是协作过程的重要元素，可以促进结果的公平性、规划的合法性和跨利益相关者的代理(Clark et al. 2016b，波斯纳等人。2016)。
我们介绍了两个案例研究，展示了如何在利益相关者参与的情况下构建沿海栖息地和渔业之间的联系模型，从而为渔业管理和发展规划提供信息和提高可能的结果。具体而言，我们强调如何管理加勒比棘龙虾(Panulirus argus)被纳入(1)伯利兹海岸区综合管理(ICZM)计划和(2)巴哈马可持续发展总体规划的设计。我们专注于刺龙虾，因为它是该地区最重要和价值最高的出口渔业之一。自20世纪90年代中期以来，由于过度捕捞和栖息地丧失，龙虾渔业的捕捞量也出现下降(Ehrhardt等人，2011年，Fujita等人，2019年)，整个加勒比和拉丁美洲的发展速度都在加快。在这两个国家，我们使用了由沿海栖息地变化情景联系起来的简单模型，以了解替代管理和发展决策如何影响渔业。在规划过程中，出现了两个主要的研究和管理问题:(1)在备选的未来管理场景下，龙虾的栖息地、捕捞量和收入如何变化?(2)在龙虾栖息地，渔获量和渔获量是如何随空间变化而变化的?我们在利益相关者互动参与和决策过程的背景下分享建模结果，以回答第三个问题:(3)我们的分析结果是如何具体用于每个国家的综合管理的?我们分享的成果虽然侧重于加勒比地区，但为世界各地其他国家如何通过将栖息地、渔业和多个沿海部门的管理联系起来的模式，提高渔业管理水平并更好地为发展规划提供信息提供了见解和例子。
方法
为了评估伯利兹海岸区管理和巴哈马发展规划备选方案的渔业结果，我们将量化建模和利益相关者参与结合起来。对于每个国家，我们首先描述了规划背景、利益相关者参与过程和管理场景。其次，我们提供了龙虾模型的概述。第三，我们描述了我们如何评估每种替代管理情景下龙虾栖息地的变化，最后，我们描述了我们如何估计每种情景下的登陆和出口价值(附录1中的图A1.1)。
伯利兹
伯利兹海岸包括数百公里的红树林、广阔的海草床、西半球最大的连续珊瑚礁和300多个珊瑚礁(图1a)。这些栖息地支持着河口和海洋物种的多样化组合，并为伯利兹人民提供了众多的利益，其中35%的人生活在沿海地区(伯利兹海岸带管理局和研究所2016年)。好处包括世界闻名的浮潜和潜水，每年吸引超过40万名过夜游客和100万名游轮乘客(伯利兹旅游局2017年)，自然保护免受洪水和侵蚀，以及支持沿海社区的丰富渔业(Cooper et al. 2009)。
刺龙虾渔业在伯利兹人的生计中发挥着重要作用，是该国最大的野生捕捞渔业。例如，2011年超过27.7万公斤(61.1万磅)的龙虾尾产生了近1700万伯利兹盾的收入(伯利兹渔业部，2012年)。尽管自20世纪90年代以来，龙虾的捕获量保持相对稳定，但自21世纪初以来，渔民的数量逐渐增加。根据法律，渔业合作社拥有龙虾出口的独家权利，使出口收入留在渔业社区(Huitric 2005年)。伯利兹渔业部收集生物数据，例如甲壳长度和尾重，以及单位努力渔获量数据，用于制定关于最小大小和重量的规定，限制渔具，禁止保留有浆果的雌性渔具，以及建立季节性和区域封闭。然而，渔业部门能力有限，难以执行这些规定(伯利兹渔业部，2012年)。近年来，伯利兹一直在推行各种创新渔业(Fujita等人，2017,2019)和综合管理方法(Arkema等人，2015)。
伯利兹海岸区综合管理
伯利兹的沿海和海洋生态系统正面临越来越大的压力，不仅来自渔业，还来自沿海地区的开发、水产养殖、海洋运输和其他活动(Arkema et al. 2014)。为指导在何处以及如何从事海洋和沿海活动，以实现保护和发展目标(伯利兹政府，2000年)，伯利兹政府开始设计该国第一个ICZM计划。2010年，海岸带管理局和研究所(CZMAI)与自然资本项目合作，将生态系统服务和利益相关者参与纳入计划设计(Arkema and Ruckelshaus 2017)。我们一起使用了几个生态系统服务模型来评估旅游、渔业和沿海保护目标，在九个规划区域划分人类活动的三种未来情景下(图1a，表1)。
我们开展了利益相关者参与过程，包括在6年内为9个沿海规划区域召开了50多次公众会议和海岸咨询委员会会议。在该过程的早期，CZMAI听取了利益相关者对伯利兹海岸带未来的看法，并使用参与式绘图方法收集有关当前和未来海岸带活动的当地知识(Arkema等人，2015年，Arkema和Ruckelshaus, 2017年，Verutes等人，2017年)。在随后的会议上，CZMAI和自然资本项目分享了由利益相关者建议的元素组成的分区方案的数字化版本。这三种情景在利益相关者和政府机构确定的八项活动的分布和强度上有所不同:渔业、水产养殖、沿海开发、石油和天然气勘探、疏浚、海洋运输、娱乐和农业径流(表1;Arkema等人2014,2015,Arkema和Ruckelshaus 2017, Verutes等人2017)。我们还分享了生态系统服务模式的成果，包括龙虾的捕捞量和收入，并收集了利益相关者的意见。
模型概述
为了估计栖息地的变化如何影响龙虾渔业的捕捞量和收入，我们开发了一个模型，该模型包含生活史、招募、迁徙、收获、死亡率和栖息地依赖性，并在国家和次区域尺度上估算捕捞量和出口价值(Arkema等人，2015年，Ward等人，2018年;种群模型是空间显式的，年龄结构采用Beverton-Holt产卵-招募关系。通过将招募或生存与栖息地可用性联系起来，该模型可用于评估栖息地的变化如何影响种群的生产力和由此产生的渔获量。完整的模型文档，包括输入和数据源，在我们的附录1和Arkema et al.(2015)的补充中。该模型也可作为InVEST生态系统服务模型套件的一部分下载(夏普等人，2018年)。
对于伯利兹，我们将龙虾种群建模为九个区域，年龄结构相关联的亚种群，其中年龄特定的生存受到栖息地可用性的影响。亚种群对应于伯利兹ICZM计划的九个规划区域(附录1中的图A1.2)。我们量化了2010年(当前情景)和未来三种情景的渔获量和收入，并使用1932年至2010年的渔获量和CPUE时间序列。拟合模型参数，包括收获率和种群招募参数(附录1中的表A1.2)。我们从该地区现有的研究中提取了其他模型参数，以确保模型最能代表伯利兹人口。对于这三种情况，参数化模型都运行到2025年。
我们在分析中包括苗圃和成虫栖息地(图1a)。红树林和海草被用作幼虫和幼体的育婴栖息地，珊瑚礁提供成虫栖息地(Butler and Herrnkind 2000)。随着龙虾在幼虫和幼年生命阶段(0-2岁)从红树林和海草迁移到珊瑚礁，它们进入成年生命阶段(3岁以上)，亚种群通过移民联系在一起;成虫存活取决于幼年和成年栖息地的可用性。假设幼虫在其延长的远洋期在所有地区混合，然后定居在托儿所栖息地，与所有地区的可用性成正比，即托儿所栖息地占12%的地区获得12%的新生(也参见Garavelli et al. 2018)。我们根据每个地区的红树林和海草(幼虫和幼虾)和珊瑚礁(成虾)的范围来确定每个年龄级龙虾的初始分布(详见附录1)。
估计龙虾栖息地的风险
苗圃和成虫栖息地的空间变异，以及未来情景下栖息地的变化，采用InVEST栖息地风险评估(HRA)模型(Dugan et al. 2011, Arkema et al. 2014, Wyatt et al. 2017, Sharp et al. 2018)进行建模。关于伯利兹HRA模型的风险评估和应用的全部细节可以在Arkema等人(2014)中找到。简而言之，该模型基于一种经典的风险评估方法，该方法结合了有关生境暴露于人类活动的信息以及这种暴露的特定生境后果。该模型的输出包括描绘栖息地退化累积风险的空间变异的地图，我们反过来用它来对龙虾功能性栖息地的减少进行定量估计。
在伯利兹，我们使用该模型来了解在当前和未来三种情景下，八种人类活动对珊瑚、红树林和海草栖息地的退化风险最大的地方(Arkema et al. 2014;使用来自实地调查和卫星图像的GIS数据确定了苗圃(红树林和海草)和成虫(珊瑚礁)栖息地的位置(见Arkema et al. 2014)。然后，将风险评估结果应用于评估珊瑚、红树林和海草的面积，这些区域的质量足以为龙虾渔业提供苗圃和成鱼栖息地。假定高风险生境已不再对刺龙虾具有功能，并将其排除在未来生境面积的计算之外;中等风险生境的功能被假定为50%，因此将其一半的面积用于将来的面积计算;低风险的栖息地被认为功能齐全(Arkema et al. 2015)。
我们使用这些粗略的假设有四个原因:(1)关于多种活动的影响与生态系统结构和功能之间关系的信息极其有限(Halpern et al. 2008);(2)简单透明;(三)该等机构以希望采用预防性管理方法为理由，得到CZMAI的支持;(4)红树林风险模型与红树林破碎化观测数据之间的比较表明，当前情景的中等和高风险地区与森林破碎化地区一致(Arkema等，2014年)。尽管风险类别和功能性栖息地面积之间的假设关系适用于我们在加勒比地区的工作，但它们是我们分析中的不确定性来源(Bryant等人，2018年，其中的参考文献)，而且在旨在询问人类活动的累积风险如何影响多刺龙虾等渔业栖息地的研究中，这一主题值得进一步研究(Arkema等人，2015年)。
捕获量和收入建模
渔获量计算为适用于特定年龄可收获生物量的开发率。为了将苗圃和成虫生境变化的影响从情景中分离出来，开发率保持不变。根据捕捞量，我们将收入计算为龙虾尾的出口价值，定义为出口龙虾尾的磅数和每磅出口龙虾尾的价格的乘积。渔业部门提供了有限的关于渔获量空间变化的信息(R. Carcamo和M. Canto，个人沟通,2013)。虽然该部门划定的捕鱼区域与ICZM规划区域不相对应，因此排除了定量比较，但我们定性地比较了经验最高渔获量的区域与模型最高渔获量的区域。
巴哈马群岛
巴哈马700多个岛屿的海洋和沿海生态系统(图1b)为各种动植物提供了栖息地，并为巴哈马人民带来了许多好处。数千英里的海滩、广阔的沙滩、屏障和珊瑚礁，以及世界上密度最高的蓝洞，是许多物种的家园，包括海龟、火烈鸟(Phoenicopterus红的)和珊瑚礁鱼类(Thurlow和Palmer 2007)，每年吸引超过600万游客(旅游部2016年)。一些商业、娱乐和自给自足的渔业支持巴哈马人民的生计，并为他们提供食物(Hargreaves-Allen 2010, Moultrie et al. 2016)。
龙虾渔业是巴哈马最有价值的渔业，2014年占总渔获量的55%以上，2010年至2015年占巴哈马渔业出口总额的90%，截至2016年为9000名渔民提供兼职和全职就业(FishStatJ;Moultrie et al. 2016)。巴哈马海洋资源部(DMR)负责监测和管理渔业，并于2012年确定种群没有被过度开发(Medley和Gittens, 2012年)。渔业和渔业管理局通过限制捕捞设备、限制捕捞规模、空间和时间封闭以及许可证要求来规范龙虾渔业。渔业面临的威胁包括国内外船只的非法、未报告和不受管制的捕捞，以及由于发展造成的苗圃栖息地退化。最近的研究表明，巴哈马西部的龙虾数量比它对更广泛的区域幼虫池的贡献要多;其种群数量可能不受产卵数量的限制，而是受招募潜力的限制，而招募潜力受到托儿所栖息地可用性的强烈影响(Kough et al. 2013)。由于龙虾对巴哈马经济和生计的重要性，捕捞和收入是该计划的目标之一安德罗斯岛可持续发展总体规划(巴哈马政府2017年)。
安德罗斯岛的可持续发展规划
安德罗斯岛是巴哈马群岛最大的岛屿，以其多样的生态系统和丰富的自然资源而闻名。2015年，总理办公室开始努力为安德罗斯岛制定25年可持续发展计划，作为国家发展规划进程“2040愿景”的一部分。该计划的目标是满足安卓人的发展需求，同时确保商业和体育渔业、以自然为基础的旅游活动、农业和淡水资源的可持续性。总理办公室、自然资本项目、巴哈马大学、SEV咨询集团和大自然保护协会在美洲开发银行的支持下，与岛上四个地区的andro人协商，制定了四种未来发展情景，并通过模拟生态系统服务对这些情景进行了比较(巴哈马政府，2017年)。
未来发展备选方案的设计涉及利益攸关方的广泛参与，以确保代表不同的观点和利益。我们通过公开会议、开放日、对家庭和企业的一对一访问，以及与当地政府官员和学校团体的有针对性的会议，接触到社区成员、民间社会以及渔业和旅游业等关键行业的代表。与伯利兹的过程类似，我们利用这些会议来了解围绕七个利益相关者确定的人类活动的关键管理问题，即开发、疏浚和采矿、渔业、林业、自然旅游、农业和水路货物和人员运输;另外两个驱动变化的因素，即入侵物种和海平面上升;以及保护区的指定和执行。我们利用从利益相关者那里获得的信息，以及一个照常经营(BAU)的情景，设计了三种未来的发展情景(表1)。与伯利兹一样，我们使用渔业模型比较了这些未来情景下龙虾渔业的捕捞量和收入，并完善了一个优选方案，为安德罗斯岛的发展计划提供信息。
模型概述
巴哈马使用的龙虾模型与伯利兹使用的模型相似，只是作了一些修改。与伯利兹一样，我们将该模型应用于巴哈马群岛的全国范围。从生物学上讲，全国范围内的龙虾是可行的，因为成年龙虾可以进行长距离迁徙，而幼虫则分散在巴哈马群岛和其他地方。国家方法还反映了安德罗斯岛托儿所栖息地的变化对龙虾渔业的影响程度。为了捕捉岛屿规模的管理决策对国家渔业的潜在影响，我们建立了13个区域的模型，包括安德罗斯(图1b;图A1.2在附录1)。在伯利兹，我们假设幼虫会分散在整个巴哈马群岛，并根据每个地区托儿所栖息地的比例定居。
与伯利兹不同，我们只关注巴哈马群岛的红树林和海草苗圃栖息地。我们将苗圃生境定义为距离海岸1公里以内的海草和250米以内的海岸红树林。我们假设红树林和海草栖息地的数量会影响种群的承载能力，因为定居和定居后栖息地的可用性已被证明是影响小龙虾招募潜力的最大因素(Herrnkind and Butler 1986, Butler and Herrnkind 1997)。在巴哈马，渔民们经常部署被称为casitas或condos的人工栖息地来聚集龙虾;据估计，在浅水滩上部署了超过100万个casitas (Callwood 2016)。由于casitas的普遍存在，我们假设成虫的栖息地是大陆架上200米深的任何区域，而不局限于珊瑚礁;因此，生存并不像伯利兹模型那样依赖于成年栖息地的可用性。假设2岁龙虾从苗圃迁移到成年栖息地，并均匀分布在连续的货架区域。
估计龙虾栖息地的风险
为了估算BAU和三种未来发展情景下苗圃栖息地的分布和丰度，我们使用了与在伯利兹使用的相同的风险评估方法(Arkema et al. 2014)。该方法使我们能够确定哪些人类活动对海草和红树林构成了最大的威胁，以及栖息地退化的风险在空间上如何变化。对于栖息地数据，我们使用了2005年3000万的陆地卫星海草和红树林数据，这些数据覆盖了整个巴哈马群岛。关于七种人类活动和其他变化驱动因素的空间数据(见安德罗斯岛的可持续发展规划)是从不同来源(附录1中的表A1.3)和通过利益相关者参与收集的。根据人类活动对栖息地造成的累积风险(如在伯利兹)，估算了不同发展情景下安德罗斯苗圃栖息地面积的变化(Arkema et al. 2015)。因为我们关注的是苗圃栖息地，没有像在伯利兹那样考虑成年栖息地的变化，所以我们使用苗圃栖息地的变化百分比来按比例调整R0，库存招募函数中与承载能力相关的参数(附录1表A1.1)。
估算渔获量和收入
巴哈马没有龙虾的时间序列数据，无论是渔业捕捞量还是调查CPUE，因此我们没有使用我们在伯利兹使用的模型拟合方法。相反，我们使用来自2012年全国龙虾种群评估的信息(Medley and Gittens 2012)来参数化我们模型中的种群招募函数(见附录1中的表A1.2)。我们假设收获死亡率恒定，以隔离托儿所栖息地变化的影响。为了估计龙虾捕捞的出口价值，我们使用了龙虾总捕捞量到达市场的估计比例，即尾部，以及每磅加工龙虾的价格(2014年海洋资源部门)。该模型已运行到平衡状态，并提供了不同情况下的渔获量和收入估计数，以及安德罗斯上的保育生境对全国渔业总产量的贡献估计数。由于缺乏最近的调查估计，该模型是根据小巴哈马和大巴哈马浅滩的历史抽样估计密度进行验证的(Smith和van Nierop 1986)。
结果
我们的重点是如何使用关于栖息地、鱼类和人类的模型和信息来为伯利兹和巴哈马群岛的综合管理提供信息。我们首先描述了在替代管理情景下龙虾栖息地、捕捞量和收入的结果。然后，我们探讨了管理方案的要素与龙虾捕捞和栖息地之间的关系，以解释这些信息在规划过程中是如何实际使用的。
伯利兹
我们估计，在当前情景(2010年)下，龙虾尾巴的年捕鱼量为236,000公斤(52万磅)，收入为1640万波兰兹卡托(图2)。这些值在该时期的捕捞量和收入的经验数据范围内(附录1;伯利兹农业和渔业部，2008年)。渔业的生产力依赖于近2000平方公里的苗圃和成虫栖息地，其中包括1500平方公里的海草和300多平方公里和100平方公里的红树林和珊瑚(图2)。
伯利兹龙虾栖息地的范围在不同的规划区域有很大的差异，中部地区的红树林和海草最丰富，其次是特尼菲环礁，南部北部地区(包括丹格里加)和南部地区(附录1中的图A1.3;图3)。将栖息地的空间差异纳入模型，使我们能够按规划区域分解渔获量和收入。中部地区(包括伯利兹市)的渔获量为9万公斤(20万磅)和近500万贝兹丹，是第二高产地区(南部地区)的两倍多。有限的经验信息表明，最高捕获量来自伯利兹市周围的区域，这增加了我们对这些估计的信心(附录1中的图A1.4)。
未来的登陆量和收入在ICZM情景中有很大差异，并作为龙虾苗圃和成年栖息地的功能。基于对2025年三种情景的栖息地风险评估结果(Arkema et al. 2014)，我们估计在保护和知情管理情景下，相对于当前情景，功能性珊瑚、红树林和海草栖息地的面积增加了20%。相比之下，在发展情景中，功能性红树林栖息地的面积将减少一半，珊瑚和海草的面积将减少到目前面积的10%(图2)。龙虾渔业的模拟捕捞量和收入与功能性栖息地的变化平行。与当前情景相比，在保护情景下，渔获量增加了50%，在发展情景下，渔获量下降了近100%。在这些情景中，捕捞量和收入的这些变化是由龙虾栖息地范围的变化引起的(图2)。
最终纳入伯利兹ICZM计划的方案是知情管理方案的一个版本。在这种情况下，我们估计到2025年的年捕捞量为31万公斤(68万磅)，比2010年增加了2100万BZD，比2010年增加了30%以上(图2)。知情管理情景源于对人类活动区域的多次迭代修订，由利益相关者的投入以及龙虾和其他生态系统服务模型的结果推动(图3和图4;Arkema et al. 2015)。在知情管理情景的第一次迭代中(2012年8月完成)，我们发现几个规划区域的龙虾捕捞量和收入急剧下降，功能栖息地面积也相应减少(图3)。值得注意的是，在第一次迭代情景下，占2010年龙虾捕捞量41%的中部地区的海草、红树林和珊瑚都出现了减少。
为了以透明和有效的方式提高捕捞量和收入，我们发现可以通过减少人类活动与珊瑚、红树林和海草之间的重叠来减少累积风险，并增加中部地区的功能性栖息地面积(图3和图4;2012年11月和2013年8月迭代)。例如，在2012年11月和2013年8月的版本中，我们集中在伯利兹市周围进行疏浚活动，以避免破坏其他地方的海草栖息地。2013年8月的迭代结果是功能性珊瑚、红树林和海草的面积增加了20%以上;模拟渔获量相应增加52.8万公斤(116.4万磅);与2012年8月的初始版本相比，收入增加了990万BZD(图3和图4)。2013年8月的场景是最终用于ICZM计划的版本。
巴哈马群岛
巴哈马群岛及其周围海域有超过2000平方公里的海草和700平方公里的红树林。安德罗斯及其周围的栖息地对龙虾尤其重要，分别占该国红树林和海草栖息地的37%和14%(图5)。考虑到其丰富的苗圃栖息地，以及龙虾招募规模扩大到苗圃栖息地的假设，我们的模型估计，安德罗斯苗圃栖息地每年可带来1450万美元的龙虾出口。这一贡献超过了巴哈马全年龙虾总产量的20%(图5和图6)。
在未来的管理情景中，安德罗斯苗圃栖息地的龙虾捕获量和收入有所不同。在保护和可持续繁荣两种情景下，渔获量和收入都增加了超过74万公斤(160万磅)和600万美元，与BAU情景相比增加了50%(图6)。相比之下，我们估计在集约化开发情景下，将损失超过92万公斤(200万磅)和近800万美元。在集约化发展情景下，人类活动的空间足迹和强度增加，增加了对苗圃栖息地的风险，从而导致渔获量和收入减少。在可持续繁荣情景下，密集程度较低而集中程度较高的发展活动对红树林和海草的风险较小，从而导致估计捕鱼量和收入增加(图6和图7)。
人类活动足迹和强度的变化也因规划区域而异。例如，在集约发展情景下，人类活动的数量和程度最高，不仅在现有人口最多的北部地区，而且在中部和南部地区。除了扩大沿海开发之外，集约化开发方案还假定了各种物种的非法外国捕捞，这通过不受管制的锚定、设备使用和其他捕捞做法，对海草栖息地造成了更大的累积风险。与BAU情景相比，密集开发情景下，人类活动的这些变化和对栖息地的累积风险导致了近100平方公里的红树林和300平方公里的海草栖息地的损失。相比之下，在可持续繁荣情景下，栖息地受到人类活动的影响几乎没有增加，对栖息地的累积风险略有减少，功能性保育栖息地略有增加，因为投资将用于改善管理战略和振兴道路等基础设施，而不会扩大其足迹。与伯利兹类似，可持续繁荣情景是利益相关者参与和建模结果多次迭代的结果。在其最终版本中，在相对于BAU的可持续繁荣情景中，预计将获得约20平方公里的红树林区域和近300平方公里的海草栖息地(图7)。
在岛屿尺度上托儿所栖息地的变化对全国范围内龙虾渔业的回报有影响。与BAU情景相比，安德罗斯的保护和可持续繁荣情景导致全国龙虾捕鱼量增加了约10%，而密集开发情景则导致减少了10%以上。这表明安德罗斯对国家龙虾生产力的贡献减少了60%(图6)。这些量化结果有助于说明安德罗斯的发展决策与国家收入之间的联系。可持续繁荣情景受到青睐，因为与保护情景相比，龙虾收入相当，同时还计划进行一些开发。因此，它成为了Andros可持续发展计划的支柱(巴哈马政府，2017年)。
讨论
模型在阐明和量化生态系统与人之间关系方面的重要性已得到充分研究(千年生态系统评估2005年，Kareiva等人，2011年，Liu等人，2015年，Pascual等人，2017年)，但很少有案例记录科学家、利益相关者和决策者如何使用这些模型的结果来协作地为决策过程提供信息(Arkema等人，2015年，波斯纳等人，2016年)。在人类活动、生态系统变化和人类福祉紧密交织的沿海系统中，将渔业管理与沿海开发相结合的情况非常罕见。这种疏忽既会破坏渔业管理目标，也会错失设计更有效、更有弹性的沿海发展的机会。沿海栖息地是渔业生产、生态旅游、风暴和海平面上升保护等生态系统利益流向人类的关键纽带，因此它们可以成为人类在近岸利用的净效应的有用整合器。我们提出了一种将技术模型与利益相关者深度参与相结合的方法，以展示替代发展方案如何通过对沿海栖息地的直接影响来间接影响关键渔业物种。
沿海栖息地的数量和质量已被证明会影响龙虾的数量(Butler和Herrnkind, 1997, Lipcius等，1997)。我们通过开发和应用将人类活动对龙虾栖息地的累积风险与捕捞量和收入变化联系起来的模型来推进这一认识。我们的研究结果表明，伯利兹和巴哈马未来发展情景之间的渔业生产力存在差异，以及对社会-生态系统的理解可以增强实现多个目标的决策的几种途径。向负责土地使用决策的当局展示鱼类栖息地的多重价值，使我们能够在传统渔业管理过程之外加强渔业管理目标的案例，从而将渔业栖息地纳入国家经济发展规划(伯利兹海岸区管理局和研究所2016年，巴哈马政府2017年)。
就伯利兹和巴哈马而言，模拟的渔业捕捞量和收入变化影响了利益攸关方对发展规划替代方案的不同看法。最后，优选的管理方案为渔业带来的回报比当前的和BAU的发展方案更大。相比之下，最密集的发展情景导致渔业收益比当前情景和BAU情景急剧下降(约一半)。量化栖息地在支持具有商业价值的渔业方面的作用，有助于引导规划者和利益相关者避免做出严重损害渔业的决策，转而做出维持或提高渔业生产力的决策(Nash et al. 2016)。此外，明确揭示沿海生境对渔业的贡献可以团结围绕渔业和其他发展目标的各种利益。在这些情况下，渔业的收益也导致了海岸灾害保护的改善和旅游业的收益。
我们强调了发展规划过程中的两种途径，通过这两种途径，综合建模有助于提高渔业管理的优先事项:(1)与利益相关者积极参与的情景迭代，以及(2)在国家范围内将区域发展决策的影响纳入背景。在伯利兹，迭代情景创建(途径1)告知风险活动的选址，如石油勘探和水产养殖，远离对龙虾渔业和其他利益影响最大的地区。每次情景迭代的建模结果导致的变化既反映了利益相关者对保护重要沿海栖息地的偏好，也反映了生态系统对支持渔业最重要的地方的信息。进行多个建模周期和利益相关者参与，可以共同产生关于哪些栖息地更优先的知识(Jasanoff 2004)。这种知识反过来又告诉我们，密集的活动可以从敏感的栖息地转移，例如中部地区的疏浚，而不能牺牲沿海发展等活动。例如，尽管这两个国家的保护方案提供了最大的栖息地保护和龙虾收入，但由于它们对发展的全面限制，它们从未获得广泛的支持。
在巴哈马，对该国价值最高的渔业的评估揭示了区域规模发展决策的国家影响(途径2)。这向中央政府和地方利益相关者强调了将当地栖息地的质量和数量作为保护共享经济资产的一种手段的重要性。了解安德罗斯当地栖息地对渔业国家总经济价值的贡献影响了决策制定，例如安德罗斯岛可持续发展总体规划，该组织认识到“整个巴哈马龙虾总产量的20%以上(近400万磅)可归功于安德鲁斯的苗圃栖息地，包括岛上和周围的湿地、红树林和海草”(巴哈马政府2017年:附录A, 10)。这一区域到国家的联系获得了总理办公室的额外支持，既支持该计划，也支持不仅考虑传统收入来源，还考虑跨规模和跨部门自然系统收益的发展规划方法。在巴哈马和伯利兹，在首选管理方案中保护栖息地也从基于自然的娱乐和海岸保护中获得收益(Arkema等人，2015年，伯利兹海岸区管理局和研究所，2016年，巴哈马政府，2017年)。
在许多方面，加勒比多刺龙虾证明了将一个系统的多个自然和人类组成部分联系起来的模型如何能够导致更好地实现多个目标的海岸管理决策。龙虾的栖息地依赖关系得到了很好的研究(Acosta和Butler 1997, Butler和Herrnkind 2000)，栖息地可用性也相对容易地使用卫星图像测量。此外，由于多刺龙虾在两国都具有商业价值，与其他鱼类和无脊椎动物相比，渔业的地位对决策者来说很重要，这些鱼类和无脊椎动物可能为当地社区提供重要的食物来源，但不一定支持供应链多个层面的行业。然而，重要的是，多刺龙虾并非孤例。例如，蓝蟹(Callinectes sapidus)及棕虾(Farfantepenaeus aztecus)是严重依赖苗圃和成虫栖息地的渔业，往往受到沿海开发的影响(zu Ermgassen et al. 2016)。鲱鱼(Clupea pallasii)美国和加拿大的东北太平洋海岸依赖潮下植被产卵，也受到沿海人为压力的影响(Levin et al. 2016)。我们的分析表明，即使在数据相对匮乏的情况下，也有可能利用随时可用并广泛适用于整个过程的栖息地数据来模拟渔业结果和改进决策。
尽管我们的建模方法在告知开发计划方面很实用，但它也有其局限性。在巴哈马，我们没有捕捞或调查数据的时间序列，因此无法直接从数据估计模型参数。在这两个系统中，我们都没有纳入栖息地质量和捕鱼压力之间的动态反馈。在幼虫偏好和存活方面，我们对红树林和海草一视同仁，尽管红树林和海草在偏好和存活方面存在分歧(Acosta和Butler 1997, Butler和Herrnkind 2000, brions - fourzan和Lozano-Alvarez 2001)。我们也缺乏红色大型藻类的数据，它们可能为刺龙虾的早期生命阶段提供了重要的栖息地(Herrnkind和Butler 1986)。此外，我们假设了一个封闭的种群，忽略了洋流在影响幼虫向不同栖息地招募的作用(Callwood 2010, Garavelli et al. 2018)。幼虫漂移模型表明，在加勒比地区，幼虫广泛扩散到国界以外，尽管一些地区存在局部持久性(Garavelli et al. 2018)。我们没有关于捕捞努力量的空间差异的信息;因此，我们没有将捕捞死亡率建模为一个空间显式过程。虽然我们探讨了模型对几个参数的敏感性，但我们没有进行彻底的不确定性分析(Bryant等人，2018年)。 As information from both fisheries management and coastal development outcomes emerges, opportunities to better reflect uncertainty will increase for strategy adaptation and evaluations.
总之，我们的分析展示了如何利用栖息地信息和栖息地-渔业联系知识来模拟管理情景对渔业捕捞量和收入的影响，从而改进ICZM和可持续发展规划。建模的关系可以突出渔业与其他发展目标之间的相互联系，以及目标中的协同增效或权衡在哪里发生，从而为决策者提供战略信息。伯利兹和巴哈马的案例提供了具体种类信息的例子，这些信息通过反复和联系的尺度，特别有力地将渔业管理优先事项纳入沿海发展的高级决策。人类世是一个环境快速变化和经济机遇的时代。随着世界各国寻求管理其自然资源以建设更加繁荣的社会，我们支持这样一种观点，即相对简单的生物物理模型可以通过向科学家、利益相关者和决策者说明影响生态系统、人类和渔业之间联系的决策如何影响渔业结果，从而有助于推进沿海发展规划。
致谢
我们感谢美洲开发银行、潮汐基金会、峰会基金会以及戈登和贝蒂·摩尔基金会的支持。我们感谢伯利兹海岸区管理局和研究所的工作人员，特别是夏特莱·克拉克-塞缪尔斯、萨米尔·罗萨多和玛丽扎·坎托，感谢巴哈马发展规划组总理办公室的工作人员，特别是尼古拉·维吉尔-罗尔和布雷特·拉什利，感谢他们对海岸进程的专业知识和远见卓识。此外，我们感谢提供数据、专业知识和当地知识的许多政府部门、非政府组织和个人，特别是Craig Dalgren、Lester Gittens、Ramon Carcamo、Michele Lemay、Steve Schill和John Knowles。
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