出版日期:1999年9月14日

科学在太多地方名声不好。生态科学是造成这种坏名声的原因之一。由于私人经济利益与健全的生态理解发生冲突，这种地位的丧失在一定程度上是不可避免的。随着人类在区域和全球层面影响的规模继续扩大，这些冲突将会增加。维持生物多样性的目标与私人发展的目标之间的冲突，减少温室气体排放的政策与维持化石燃料工业的愿望之间的冲突，才刚刚开始。

但有些坏名声是活该的。作为生态学家，我们认为我们知道我们需要知道的一切，但事实上，我们缺乏手头问题的哲学、理论和经验基础。没有认识到我们知识的局限性，就产生了片面的理解，这种理解不够复杂，无法发挥作用。即使我们有足够的知识去交谈和建议行动，我们也是糟糕的沟通者，对人和政治一无所知。我们常常缺乏对复杂思想进行简单交流的才能。这就是为什么即使是“生态保护”这个词也会被我们最支持的一些读者和作者视为负面的。例如，在英国和澳大利亚等一些国家，这个短语意味着naïve政策和琐碎的科学。

人类对区域和地球的改造需要一门生态科学，它要认识到变化是不可避免的，变化可能是陡然的，不确定性和不可预测性在任何未来都是固有的，事件不是孤立地存在于当下或某个地方，而是在时间和空间的不同尺度上产生回响。作为生态学家，我们必须通过公众和其他学科的学者参与的方式来交流和探索这种理解。

我在1995年为《保护生态学》的创刊写了一篇社论，试图诊断出需要的科学类型(生态学的两种文化)．我认为，简化科学，即部件科学，是为大厦提供砖块的必要条件，而不是大厦的战略设计。适当的诊断和政策需要这样的战略设计，它必须从一门综合科学中产生。综合科学结合了研究和应用，是跨学科的，面临的现实是，我们所处理的系统的知识总是不完整的。它承认，意外是不可避免的，同行之间很少会达成一致意见——只有经过检验的论据越来越可信。不仅科学不完整，系统本身也是一个移动的目标，由于管理的影响和人类对地球影响规模的逐步扩大而不断演变。

然而，现在科学中最令人兴奋的是，这种整合科学正在积极发展。它的发展是多个学科之间的合作，其中心是对生态系统、进化、复杂适应系统和全球变化的关注。《生态学理论与实践的最新进展》专题中的论文强调了这些生态整合的新发展。第一篇论文、评注和结束语是探索有关人、经济和自然之间相互关联的系统的可持续性的理论前沿的杰出例子。另外五篇文章都是在詹姆斯·s·麦克唐纳基金会(James S. McDonnell Foundation)的一项竞赛中选出的优秀文章。我将先描述这些文章，并把主要论文和结束语的描述留给一个悬念重重的结论!

功能的种子来自于麦克唐奈基金会的一场了不起的竞赛James S. McDonnell百周年奖学金计划．该竞赛旨在鼓励那些在21世纪上半叶为知识的发展及其负责任的应用做出重大贡献的科学家。他们每人颁发了10个100万美元的奖学金——五个类别各有两个。其中一个类别的标题是“全球与复杂系统”，这里列出了该类别中排名前五的文章。为了衡量这些论文的综合性质，他们由一个包括来自生态学、经济学、物理学、地理学、大气和海洋科学、计算机科学和政治学的活跃科学家和学者组成的评审团进行评判。

比赛有两个重要的限制:申请者的年龄必须在40岁以下，他们必须提交一篇多学科和公众观众都能理解的文章。

那些论文非常重要。竞赛的目标是鼓励一流的科学和复杂思想的清晰交流，以促进与其他学科和公众的合作。因此，这些文章的目的是相似的保护生态定义为“视角”。这些不是有大量参考资料的评论，而是对个人研究或经验的描述，其中寻求基于深刻经验和某一领域最新进展的个人判断。目的不是总结一个领域，而是传达一个人的工作的兴奋和实质，它与未来科学、方法，或在某些情况下，政策的相关性。

其中四篇论文在此发表，第五篇将在稍后发表(Neelin，耦合系统在气候动力学)。他们是全球和复杂系统小组提交的最佳论文之一。任何人都有可能成为赢家。他们每一个都代表了对一些最好的理论和实践的一瞥，这些理论和实践现在正在为生态、全球和复杂系统科学提供信息。被选中的两篇论文:S. Ramsdorf的《变化的洋流:研究海洋在气候中的作用》和M. Pascual的《重要的尺度:解开生态系统的复杂性》，将由Joseph Henry Press出版社在2000年春天出版，这两篇论文包括所有五个类别的十篇获奖论文。

第一篇由马丁·谢弗发表，“在数学的镜像世界中寻找对自然的解释”．谢弗提出了一篇文章，抓住了魅力和美丽的自然和数学解释自然-所有没有一个单一的方程。生态科学是无可挑剔的——慢动态和快动态、多稳定状态、极简模拟模型和经验测试，所有这些都导致了湖泊恢复政策的奏效。它回顾了对实践和理论同样重要的贡献。检验的标准是，这些政策是否有效，因为理论是恰当的，解释也传达给了广泛的受众。这篇文章不仅传达了内容，也传达了科学和自然的神奇。

我是马丁·a·诺瓦克人类感染的数学生物学提出了一个明确和深刻的审查，抓住了在了解人类疾病的进化、生态学和免疫学方面已经取得的极为重要的进展。就我们的目的而言，有两个特征非常突出。首先，新疾病的出现正被证明是一个关键的全球变化问题。艾滋病就是一个例子。越来越多的证据表明，这种疾病是从黑猩猩宿主传染给人类的。这种情况在过去可能发生过很多次，但没有产生持久的后果。但是，土地利用的转变和人类社会的混乱导致了这种疾病毒性的演变，而人口流动导致了它的全球传播。在世界上生态退化和社会不稳定的地区，其他鲜为人知的疾病也有同样的可能性。其次，在理解上的巨大进步来自建模和实证研究之间的相互作用，从免疫系统的生态系统动力学到区域和全球尺度上的进化动力学。

在蒂莫西•Lynam全局复杂世界中局部复杂系统的自适应分析，大胆地将非洲赞比西河流域的社会、经济和生态的过去、现在和未来的分析和模型联系起来。这是将现有理论与新颖的数据收集方法结合起来的一个显著例子，既涉及传统科学，也涉及当地人的知识。它同样是一个完全明智和简约的建模的例子，它在适当的尺度上将复杂性削减到最小的关键关系集。他把这项工作放在该地区的历史和政策背景下，那里正在进行非凡的试验，有望将危机转化为人类和生态系统的可持续机遇。在其中一项实验中，他评论道:“几十年来，当地居民被视为环境掠夺者。突然间，他们的地位被提升为有爱心和负责任的自然资源管理者。”世界上一个地区的这类发现的教训需要转移到其他地区并加以适应。

格雷琴·c·戴里“为管理地球生命维持系统开发科学基础”直接解决了本文开头提出的问题。也就是说，当健全的科学基础是解决社会目前面临的环境问题的关键先决条件时，科学事业正在失去支持。人类对生物圈的改造在规模上是前所未有的，而且正在以不可持续的速度和方向发生，对人类的福祉构成严重威胁。她提出了一个一般性的概念框架——生态系统服务框架——为这一复杂领域的研究和应用提供了重点。由此产生了一种衡量生态系统变化的指标，这需要开发出衡量人类主导的土地支持生物多样性的能力的方法。最后，她总结了一场态度革命的必要性，以促进科学界、商界和政策界之间的沟通和互动。令人印象深刻的是，她正在为这一努力创造最有效的步骤，在这个过程中，她正在推动一门融合了生态学、经济学和社会科学的科学。

剩下的两篇论文和相关评论涵盖了连接经济学、生态学和社会科学的非常新的领域。结束语(杨森，m.a.和S. R.卡朋特)。湖泊弹性管理:多主体建模方法)在这里占有重要的地位，因为它展现了两个新的理论领域——文化理论和生态系统理论——的独特融合。它的重点是开发一个湖泊管理的集成模型，在该模型中，代理(资源管理人员)对湖泊状态的意外变化做出响应。作者的目标是使用社会决策的漫画，并探索当管理者的不同期望面对他们自己的管理产生的意外时的后果。模型和分析不是为了给出答案，而是为了引发相关的问题。与此目的一致，模型的演示版本可以从附录中下载，供读者自行探索。

在这篇介绍的最后，我保留了导语的描述，因为它的重要性，也因为它导致了对读者参与学习实验的特殊邀请。

本专题的主要论文(斯蒂芬R.卡朋特，威廉布鲁克和保罗汉森。生态系统管理简单模型中的生态和社会动力学)实际上并不是麦克唐奈竞赛的一部分。这不可能是因为作者“太老了”——超过40岁!尽管如此，这篇论文还是达到并超过了竞赛组织者对顶级的、综合的科学的清晰传播所设定的要求。

Carpenter, Brock和Hanson的论文有两个关键属性。首先，本文提出了第一套模型，它将适当的生态系统现实水平与经济优化和决策过程相结合。其次，这篇论文充分利用了只有在电子期刊中才有可能实现的功能——即读者能够下载一个模型，以便以他们选择的任何方式探索它的属性和用途。模型表示关键参与者的行为，要么通过模型模拟，要么通过控制任何一个或多个参与者的决策的个人或群体的明确干预。在后一种形式中，它变成了一种学习游戏，其中发现了那些关键参与者的限制和机会:利益相关者、科学或经济顾问、经理或决策者。当读者探索这些机会时，另一个特点是保护生态可以用来交流他们的发现，以建立一个共享理解的社区。在本引言的最后一部分，我将更多地描述模型及其使用，以邀请读者成为研究查询中的“虚拟”实验的一部分。

为了突出Carpenter、Brock和Hanson论文的新颖性、突出性和重要性，并围绕论文提出的问题展开讨论，我们征集了四篇评论，并在论文发表后立即发表。每本书都从不同的角度和经验出发:数学生态学家(西蒙·莱文)、资源和生态系统生态学家(兰斯·甘德森)、政治科学家(洛厄尔·普里查德和史蒂夫·桑德森)和经济学家(查尔斯·佩林斯)。

由Carpenter, Brock和Hanson撰写的第一篇论文代表了两位知名学者之间深度合作的结果——一位是生态系统生态学家(Carpenter)，另一位是经济学家(Brock)。本文提出了第一套可信和有用的模型，使生态、经济学和社会科学整合的重要性变得透明。

值得注意的是，这些模型的生态和经济组成部分如果单独运行与一起运行会产生截然不同的结果。因此，如果使用这些模型所建议的政策和行动仅仅局限于现有论点或生态学或经济学假设的最佳结果，那么它们就是病态的。Carpenter等人提出的模型被称为“适应性代理”、“探索性”或“反向循环”模型。他们的方法来自于设计能够代表自然-社会系统的最小元素集的努力。这个极小集似乎是:(1)a社会不同的参与者，每个人都对他们共同创造的世界做出独立的决定;(2)一个生态系统由至少三个部件组成的，以三种不同的速度运行，通过非线性相互作用连接起来;（3）机制用于评估、预测和集体行动。

模型套件的结构是为了便于理解。他们的目标不是提出确定的解决方案。因此，它们是帮助加深理解的发现的工具。这些模型及其使用也为生态学家和经济学家之间展开富有成效的对话提供了机会，而不是常见的肤浅或敌对的交流。

更熟悉的环境科学模型非常不同，更适合于更可预测的增量变化时期。这些模型被用于设计工程结构，估计库存规模和不确定性，预测最大可持续产量，计算最佳政策等等。在危机和更新阶段，在适应性变化的“循环”期间，需要一种非常不同的建模方法。生态系统、经济或社会的转型既带来危机，也带来机遇。在这种情况下，当务之急是了解复原力的限度和社会灵活性的可能性。这种理解可以通过本文中提出的模型所实现的那种协作建模活动来激发。这种建模的目标是协作发现，创造多种解释，并设想可选的未来。模型是在互动工作坊中共同发明的。模型是用于唤起集体学习的协作结构。

从使用这些探索性模型中得到的教训包括预期社会-自然系统的动力学将有多个未来，或吸引力领域。研究表明，了解慢变量是可持续发展的关键。在可能状态之间发生灾难性变化之前的一段时间内，即将发生的崩溃对建模工作的所有参与者都是显而易见的，但他们仍然允许系统成为一个等待发生的事故。崩溃是不可避免的。崩溃之后，创新和实验受到青睐。与会者发现自己在问，怎样才能以增强可持续性的方式刺激学习。这样的建模练习创造了理解、对未来的不同设想形式的选择和希望。

有充分的理由让《保护生态学》的读者成为使用这些模型的实验网络的一部分。我们邀请您这样做，并使用响应功能交流您的发现。读者的经验和兴趣的多样性可以促成一个互联网促进的协作学习项目。这些经验可以帮助实现下一阶段循环建模的优先级开发:

1. 得到真正的:现在是时候通过研讨会和个人实验将理论与实践联系起来，共同开发唤起模型、智能实验和协作学习，为当前处于循环中的系统解决实际环境问题。

2. 比较启发式:使用反向循环模型和对从动物行为和认知心理学中产生的决策方式的新理解，以探索为最优方法提供丰富而灵活的替代方案的学习方法。

3. 探索转换(panarchic)变化通过模型帮助人们解决诸如土地使用和社会-自然系统的共同进化等问题。

4. 力量:扩展我们对循环模型的应用，以帮助人们探索可持续变化的政治。

我们希望《保护生态学》的读者开始使用这些模型，并通过分享他们使用响应工具的经验，成为实现这四个目标过程的第一步的一部分。让我们看看我们能共同创造什么!

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^＊这篇文章的版权于2000年1月1日从美国生态协会转让给韧性联盟。