研究

稳健性还是弹性?在阿拉斯加城市渔业中管理生态学和工程学的交集

• 摘要
• 简介
• 方法
  • 社会组件
  • 想要的结果
  • 的相互作用
• 船溪社会生态系统分析
  • 界限清晰
  • 毕业的制裁
  • 解决冲突的机制
  • 最低限度地承认组织权利
  • 收益和成本的比例对等
  • 共同选择的安排
  • 监控
  • 机会
  • 创造收益和成本的比例对等
  • 发展集体选择协议
  • 增加用户和生物物理监测
• 讨论
• 对本文的回应
• 致谢
• 文献引用

介绍

每年夏天，居民和游客都会聚集在阿拉斯加安克雷奇市中心的一条小溪上享受独特的钓鱼体验。在工业场地、州铁路、环环相扣的公路系统和城市港口的包围下，船溪渔业似乎是一个矛盾的实体。对于成千上万的游客和居民来说，它的功能是在高度城市化的地方体验野生动物。

许多人没有意识到的是，他们的捕鱼经验是高度设计的渔业的产物，由孵化场储存，由复杂的制度安排网络维持。这种城市渔业面临的挑战并不是唯一的。太平洋西北下游日益增长的城市化已将野生鲑鱼推向灭绝的边缘(Netboy 1980, Nehlsen等人1991,Cone和Ridlington等人1996,Huntington等人1996，国家研究委员会1996,Gresh等人2000)。广泛的公众支持利用了数百万美元的恢复资金来防止鲑鱼种群的减少，但它们仍然在消失(Lee 1993, McGinnis 1994,1995)。虽然这种失败的原因很复杂，但可能的主要驱动因素之一是未能解决生物物理症状的潜在社会经济原因。许多研究探索了社会-生态系统中的管理(SESs;Ostrom 2009, Anderies和Janssen 2011, Bodin和Tengö 2012)。这些研究大多集中在确定使系统能够保持当前状态的弹性的生态和社会来源，或在系统面临不确定性和冲击时可能增加系统弹性的管理技术。虽然本研究的目标相似，但城市渔业SES的半工程特征是不同的。我们研究了较低的船溪渔业SES，因为它包含了生物系统和社会系统之间明确可识别的相互作用。

商业渔业也研究了SESs中各成分之间的复杂相互作用(McHugh 1975, Finlayson和McCay 1998, Acheson 2003, Augerot和Smith 2010)，但城市体育渔业很少受到关注。我们是第一个将稳健性理论应用于工程生物资源的研究。接受调查的渔业包括孵化场生产的支努干鲑鱼(雄鱼tshawytscha)及银鲑(雄鱼kisutch)，包括船溪最后1.45公里，从Knik Arm发电厂(KAPP)大坝延伸至库克湾(Cook Inlet)的河口。下船溪的潮差为11.3米，这给公共基础设施和河岸稳定工程的建设和维护带来了工程挑战。

船溪是安克雷奇1912年的原址，曾经为阿拉斯加的土著居民Dena’ina提供大量的鲑鱼。从历史上看，船溪支持所有五种太平洋鲑鱼物种的野生繁殖(支努干鲑鱼，银鲑，粉红鲑鱼[雄鱼gorbuscha]， chum [雄鱼大麻哈鱼]，和sockeye [雄鱼nerka])，以及多莉·瓦尔登(Salvelinus malma)、虹鳟鱼(斑鳟属gairdneri)和棘鱼(Gasterosteus aculeatus) (adfg 2007)。支努干鲑鱼和银鲑是溯河洄游的，它们的生命开始和结束都在淡水溪流中，成年后会迁移到海洋环境中，在那里长大。支奴干在淡水中生活2个月到2年，然后迁徙到海洋，在那里它们平均生活2到4年，然后回到它们的出生溪流。支努干喜欢大而深的溪流，是鲑鱼中最大的一种，成鱼超过18公斤。银鹤是一个较小的物种，平均体重3.6公斤，喜欢较小的溪流和有稳定砾石基质的支流。银鲑幼鱼在淡水中生长长达15个月，迁徙到海洋中2年，然后在3岁时在淡水中产卵(国家海洋渔业部:支奴干鲑鱼，http://www.nmfs.noaa.gov/pr/species/fish/chinooksalmon.htm；银大马哈鱼,http://www.nmfs.noaa.gov/pr/species/fish/cohosalmon.htm)．最初五种鲑鱼种群的洄游规模是未知的，但今天孵化场支持的洄游数量大大超过了历史数字(ADFG 2007)。

今天的下船溪渔业是一个半工程系统，坐落在荒野和混凝土的十字路口。Ship Creek在1966年首次储存了奇努克鲑鱼，1968年从Elmendorf孵化场(ADFG 2007)储存了银鲑。不断减少的野生鲑、粉红鲑鱼和多莉瓦尔登鲑鱼仍然在小溪里产卵，但它们的数量没有记录。在从KAPP大坝到河口的最后1.45公里内，允许进行鲑鱼运动捕鱼(ADFG 2007)。

2007年，安克雷奇市长马克·贝吉奇(Mark Begich)将振兴船溪列为他的政府(美国市长报2008)的首要任务之一。2013年，市长Dan Sullivan宣布他打算用一个新的总体规划重新设计Ship Creek (Ship Creek再开发:http://www.muni.org/Departments/Mayor/Pages/ShipCreek.aspx)．许多居民在船溪学习钓鱼。当地企业认识到SES的经济潜力，并有兴趣吸引更多的人来船溪。平均每年(1996-2005年)47000个垂钓者的努力日可以捕获8900条支努干鲑鱼和16500条银鲑(ADFG 2007年)。

尽管这种易于获取的渔业提供了巨大的社会经济效益，但它也施加了通常与公共池资源相关的外部成本(Ostrom 1990, Schlüter和Pahl-Wostl 2007)。虽然阿拉斯加渔猎部(ADFG)多年来增加了孵化鱼的释放，但没有制定任何条款来支持渔业的基础设施(Krupa和Valcic 2011)。公共基础设施如浴室、鱼类清洗站和垃圾桶的缺乏，以及非法入侵、非法捕鱼、垂钓者冲突和侵蚀的增加，在被称为战斗渔业的地方每年都会出现问题(阿拉斯加铁路公司1999年，安克雷奇水道委员会2007年)。

在过去的一个世纪里，船溪下游已经从一条季节性居住的、有大量野生鲑鱼的森林河流转变为一条水道化、筑坝、污染和孵化场林立的城市系统。因此，允许原始野生种群自我调节的过程不太可能解释其当前的动态。自1990年以来，阿拉斯加环境保护部门已将格伦公路大桥至库克湾河口的船溪列为303(d)受损水体，因为存在石油碳氢化合物、石油、油脂、粪便大肠菌群以及城市径流和工业泄漏造成的生物群落改变(阿拉斯加环境保护部门2004年)。2007年，疾病(大脑性粘液丸虫属)，迫使ADFG的埃尔门多夫孵化场限制向内陆系统引进孵化场鱼。为了防止因水的数量或质量变化而造成进一步的生产损失，该州获得资金建设了使用井水再利用系统的杰克·埃尔南德斯孵化场设施。

哪种方法能最好地帮助管理者描述城市社会经济体系内生物物理退化的社会经济原因?这种方法能否更好地实现用户和公共基础设施提供者确定的目标?我们提出健壮性框架(Anderies et al. 2004, Janssen and Anderies 2007, Janssen et al. 2007)和Ostrom’s(1990,2007)制度设计原则可以帮助分析与体育渔业管理相关的生物物理问题，并允许管理者更好地理解这个半工程的城市SES的组成部分之间的特征和相互作用。

SES研究中最常见的两个理论是弹性和稳健性。与生态恢复力视角(通常将人类活动视为生态系统的扰动)不同，稳健性文献将人们对扰动的反应所形成的制度反馈循环视为SES的一部分(Janssen和Anderies 2007)。健壮系统通常被描述为部分设计的系统，具有自组织和设计的组件(Anderies et al. 2003)。我们使用这个稳健性的定义，而不是将稳健性视为生态弹性的同义词(Levin和Lubchenco 2008)。鲁棒性明确地将系统的动态与性能度量联系起来(Anderies et al. 2013)。精心设计的制度安排旨在刺激和支持SES的特定表现，就像工程师设计系统以满足某些设计标准一样(Janssen和Anderies 2007)。我们采用了稳健性框架，而不是生态弹性理论，因为稳健性包含了这个SES的特定属性，它在其设计和自组织组件之间具有相对较弱的反馈。然而，大多数以前的稳健性评估都涉及到大坝和灌溉系统等系统物理组件的设计和管理，以管理水(Anderies等人，2004年，Janssen和Anderies等人，2007年，Janssen等人，2007年)，而生态动态的管理更多地依赖于弹性框架(例如，Walker等人，2004年，2006年，Anderies等人，2005年)。

当奥斯特罗姆(1990)从对管理共有自然资源的小规模、长期存在的机构的研究中推导出一套设计原则时，她最初并没有把它们与稳健性概念联系起来。这些原则是基于多年的田野调查和对公共资源池的案例研究，这些资源从简单和独立的系统到复杂和关联的系统，并在过去二十年中得到了很好的测试(de Moor et al. 2002, Kaijser 2002, Dietz et al. 2003)。Ostrom后来将健壮性的概念与她最初的公共池资源设计原则结合起来，指出如果SES满足许多(但可能不是全部)这些原则，那么它很可能是健壮的(Ostrom 1999,2002,2005, Ostrom et al. 2003)。

应用于SESs，鲁棒性被定义为“尽管其组成部分或其环境的行为波动，但仍能保持一些所需的系统特征”(Carlson和Doyle 2002)。受到特定类型和程度变化影响的SES可能会变得高度优化，以容忍这种变化的方式，使其在面对新的干扰时更加脆弱或敏感(Carlson和Doyle 2002, Anderies和Janssen 2011)。因此，稳健性强调与设计用于应对不确定性的系统相关的成本收益权衡(Anderies et al. 2004, Janssen and Anderies 2007)。可见的环境问题、社会冲突和经济波动都会产生挑战，但只要有适当的基础设施，就不会有单一的冲击会破坏一个强大的系统。鲁棒性方法的基本前提是，人类对环境条件的响应行为构成了反馈，而反馈系统已知具有固有的鲁棒性-脆弱性权衡(Carlson和Doyle 2002)。

由于城市孵化场渔业是部分设计的系统，包含工程(即孵化场鱼)和生物(即营养循环)组件，健壮性是这个特定案例研究的合适框架。社会经济体系的稳健性在很大程度上取决于其公共基础设施提供者应对经济、社会和生态变化的能力(Anderies et al. 2004)。当一种资源崩溃时，管理者有能力通过替代另一种有价值的商品来实现预期的结果。管理决策依赖于慢变量(如进化、长期存在的机构)和快变量(如污染事件、组织崩溃)之间的反馈(Carpenter and Gunderson 2001)。管理者能够基于缓慢的变量做出预测，但SESs的自组织属性会随着时间的推移导致不确定性增加(Levin 2000)。因此，在评估健壮性时，单独检查自组织和工程组件是很重要的。承认SESs的动态性质也很重要。对于管理像Ship Creek这样复杂的治理问题，没有最终的解决方案，因为相互作用的变量一直在变化。Ostrom(2007)超越万灵药的诊断方法认识到单一解决方案的局限性，并提出开发嵌套的概念地图将使管理者能够解决不确定性。

下游的船溪渔业有可能减轻其他野生鱼类资源的压力，同时为社区提供食物来源和娱乐机会。在探索了渔业的动态之后，我们提出了可以节省安克雷奇地区机构、企业和组织时间和金钱的健壮性机会。这种定性的案例研究分析可以作为美国和国外其他城市生态系统的管理者和用户的指南，包括太平洋西北地区。

方法

我们使用三个步骤来帮助管理者更好地解决生物物理退化的原因。首先，我们使用Anderies等人(2004)的框架来识别和描述相关的社会成分。然后，我们概述了由资源用户和公共基础设施提供商(pip)正式定义的当前和期望的结果。最后，我们讨论了这些系统内部和系统之间的相互作用。

社会组件

最直接影响渔业的社会组成部分是pip和资源使用者，它们在私人土地所有权和联邦和州管辖范围的复杂网络中相互作用。pip是通过提供鱼类生产或垃圾清除服务等服务，直接或间接支持渔业经营和维护的机构。这些机构包括ADFG、阿拉斯加环境保护部、阿拉斯加铁路公司、安克雷奇水道委员会、美国环境保护局(EPA)、安克雷奇市政府、国家海洋渔业局以及美国鱼类和野生动物管理局。资源使用者是指垂钓者，他们消耗捕获的鱼，并通过年费向公共基础设施提供者提供服务。

由于各机构在现有的、有时相互冲突的授权范围内工作，而垂钓者有不同的需求，因此仔细检查垂钓者和pip的正式期望结果是有益的。

想要的结果

尽管每个公共基础设施实体都在不同的任务声明下工作，但它们彼此之间以及与垂钓者之间都有共同的目标(表1)。因此，不需要解决通常与公共池资源相关的主要权衡，就可能获得广泛的理想结果。目标包括恢复鱼类和野生动物栖息地，改善水质，增加河流/河岸功能，钓鱼机会，减少侵蚀，安全通道，最大化收获，最小化维护，以及增加经济活动。

的相互作用

尽管有相互期望的结果，但许多pip目前并没有努力实现它们(表2)。通过检查pip、垂钓者、鲑鱼和规章制度之间的具体相互作用，我们可以使用Ostrom的设计原则(1990)和诊断方法(2007)来确定增加SES稳健性的机会(Anderies et al. 2004)。

船溪社会生态系统分析

使用Ostrom(1990)的设计原则，可以根据pip创建灵活而包容的管理结构的能力来评估SES的稳健性，该管理结构允许SES适应垂钓者数量、水流条件和开发压力的变化(表2)。

界限清晰

ADFG明确规定了鲑鱼渔业的边界为1.45公里长，从KAPP大坝下15米到库克湾的河口。任何从ADFG购买了运动钓鱼许可证并遵守钓鱼规定的人都有权在这条小溪钓鱼。

毕业的制裁

对较低的船溪渔业的分级制裁包括考虑到违规严重程度的体育鱼类违规的保释时间表。

解决冲突的机制

船溪垂钓者和官员可以接触阿拉斯加州骑警或阿拉斯加铁路公司来解决冲突。

最低限度地承认组织权利

组织的权利存在于这一制度中。如果用户想创建自己的机构，他们可以这样做，并要求参与管理决策的权利。

收益和成本的比例对等

这种SES的收益和成本之间存在不成比例的关系(Krupa和Valcic 2011)。维持这种渔业的费用目前没有计算在内，而其好处却经常被宣传。ADFG并没有通过限制渔业的总允许捕鱼量(TAC)来应对不断上升的成本。事实上，垂钓者的使用天数每年都在增加(ADFG 2014)。

共同选择的安排

资源用户和ADFG之间在Ship Creek上有有限的集体选择安排，但其他受影响的pip被排除在这一过程之外。

监控

尽管ADFG、阿拉斯加州骑警和阿拉斯加铁路公司都在监控船溪上的用户许可和行为，但在这个容易进入的渔业中，执法仍然是一个问题。美国地质调查局(USGS)目前在两个测量站监测船溪的水量。安克雷奇水道委员会、美国环保署和阿拉斯加环境保护部监测船溪的水质。由于缺乏对水质和数量的持续生物物理监测，恢复项目的生态(以及由此产生的社会和经济)成本和效益在很大程度上是未知的，因此是pip之间冲突的根源。

机会

通过评估公共pip和垂钓者之间关系的优势和劣势，这个SES未能满足Ostrom(1990) 7个设计原则中的3个。SES没有(1)收益和成本之间的比例对等，(2)集体选择协议，以及(3)充分的用户和生物物理监测(表2)。缺乏这些组成部分威胁着SES的稳健性。利益和成本之间的比例对等以及集体选择协议的需要通过规则的创建解决了搭便车和使用的可减法问题(Anderies et al. 2004)，但未能解决执行这些规则的问题。用户和生物物理监测在执行这些规则和提高SES稳健性方面发挥着至关重要的作用。如果同时加以解决，这三个机会可以提高社会经济系统的稳健性和资源的可持续性。

为了抓住这些机会，加强稳健性，安克雷奇市的流域和自然资源咨询委员会可以将pip聚集在一起，全面讨论稳健性问题，并具体解决机制的实施，以填补上述每一项空白。目前，该委员会是一个咨询小组，提供技术建议和指导，以帮助促进地方、州、联邦和私营部门的流域和自然资源管理的协调和合作。如果该工作队在市政结构内作为一个有权协调执行的委员会正式存在，它就可以在流域管理方面发挥更大的作用，并为多机构参与决策和执行创造更多机会。

创造收益和成本的比例对等

对灌溉系统的研究表明，拨款和供应是集体行动问题的两个主要来源(Tang 1992, Lee 1994)。拨款问题与时间无关，是有限资源的分配结构的结果(Ostrom 1990)。供应问题是时间相关的，是建立、修复或维护资源系统的责任分配结构以及拨款人福利的结果(Ostrom 1990)。Ship Creek存在拨款不当的问题，导致拨款无效，即拨款-拨款互动。孵化场鱼的高产量(供应)和相关的使用增加(挪用)正在这个社会经济系统内造成生态和社会问题，威胁到生产和使用的稳健性。建立收益和成本比例对等的第一步是ADFG解决拨款问题，要么减少TAC，直到有足够的公共基础设施到位，以防止现有基础设施和河流状况进一步恶化，要么让系统中的行为者选择减少TAC或增加基础设施。

由于资源系统责任分配方面的不公平和混乱，在这个系统内存在供应问题。ADFG目前受益于渔业提供的用户费用，但支付的基础设施成本很少(Krupa和Valcic 2011)。一个更公平的成本分担框架，如日本的一组灌溉者所建立的框架(Sarker和Itoh, 2001年)，将使各机构能够分担与未来TAC水平相关的项目成本。

发展集体选择协议

目前pip与用户之间存在通信缺口。这一差距可能导致基础设施建设与用户的需求不匹配。在pip和用户之间建立链接已被证明是健壮SESs的重要组成部分(Levine 1977, Moore 1989, Lam 1996)。尽管持久的公共池资源SESs的个体特征差异很大，但它们都有与公共基础设施提供商相关联的资源用户(Coward 1979, Siy 1982, Martin and Yoder 1983, Laitos 1986, Maass and Anderson 1986, Blomquist 1992)。

ADFG可以弥合pip和用户之间的现有差距。在每年的孵化场规划进程中纳入方案将有助于制定集体选择协议，确定在执行有关改进和维护工作方面的具体作用。

增加用户和生物物理监测

增加用户和生物物理监测将保护船溪下游基础设施的投资。定期巡逻将通过严格执行现有的ADFG捕鱼和阿拉斯加铁路公司的非法侵入规定来提高用户的安全。安克雷奇水道委员会和美国地质调查局目前监测水质和数量，但都面临资金短缺，导致监测工作中断。为了防止未来的监测空白，美国环保署和阿拉斯加环境保护部可以制定一项长期资助计划，以支持安克雷奇水道委员会的水监测工作和美国地质调查局在两个现有地点的水测量工作。pip还可以在未来的每个项目设计中包括一个监测组件。

由于该SES内夜间违规和非点源污染的发生，管理人员应该意识到监测和执法工作可能在经济上变得低效(Colby 1995, Berkes和Folke 1998, Heal 1998)。将用户教育和推广与监测和执法结合起来可能是一种更具成本效益的解决办法。

讨论

随着越来越多的生态系统遇到优化或恢复其功能的工程，稳健性理论可以帮助导航复杂的反馈并指导管理实践。城市系统具有巨大的社会、经济和生态价值，在不确定的条件下也可以维持，但这也需要pip之间的范式转变。

下船溪既不是人造的，也不是野生的。它是城市环境中生物物理成分与工程资源相互作用的独特组合。当前SES面临的挑战是pip在其管理工作中未能解决这两个组成部分的结果。

由于渔业的高度工程化的基础设施，健壮性框架可以很好地分析较低的Ship Creek SES。甚至连鲑鱼的生物学都是经过设计的，从某种意义上说，鲑鱼的生产主要是由孵化场的经济和政策驱动的。鲑鱼产量尚未受到SESs大多数生态维度特征的生物反馈的强烈影响。

管理城市、工程、战斗渔业的挑战是真实存在的，但并非不可克服。城市管理者可以在稳健性框架内使用设计原则(Ostrom 1990,2007)来区分工程系统的社会经济和生态组成部分，并利用这一知识更有效地维护工程系统。未来对其他城市工程SESs中交互pip和资源用户之间的相似性以及该SES满足设计标准的能力的研究将进一步深入了解促进稳健性的治理安排。

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