合成

把“E”放在SES中:在奥斯特罗姆的社会-生态系统框架中打开生态学的包装

• 摘要
• 简介
• 黄木湖流域森林动态研究
  • 背景
  • 将SES框架应用于YLW
• 揭开生态的面纱
  • 省略变量
  • 生态相互作用
• 结论与启示
• 对本文的回应
• 致谢
• 文献引用

介绍

近年来，解决环境问题的专业化趋势有所减弱，甚至出现逆转，反映出越来越多的证据表明，社会和生态系统是密不可分的。认识到这些联系及其所包含的分析复杂性，已故诺贝尔奖得主Elinor Ostrom引入了社会-生态系统(SES)框架作为复杂SESs研究的跨学科诊断工具(Ostrom 2007)一个)．基于几十年对共同财产治理的研究，社会经济体系框架认为，社会生态成果，如资源系统的可持续性，是该系统的不同社会和生态组成部分之间复杂相互作用的功能(Ostrom, 2007年)一个, 2009)。SES框架提出，资源系统、资源单位、行动者和治理系统的特征在一个行动情境中相互作用，以产生观察到的社会生态结果(McGinnis和Ostrom 2014;然而，尽管SES框架的两个主要介绍(Ostrom 2007一个， 2009)总共被引用超过1700次，很少有研究人员实际操作了实证研究的框架，甚至更少的人考虑了生态属性和过程的影响(Epstein et al. 2013)。

我们认为，在SES框架中生态考虑的普遍缺失源于持续缺乏有意义的跨学科对话和词汇。Epstein等人(2013)提出将生态规则(Ecological Rules)作为与社会、经济和政治系统以及相关生态系统同等重要的顶层子系统，用于SES框架中所代表的资源、行为者和治理之间的相互作用(图1)。我们在Epstein等人(2013)的工作基础上，展示了动态生态过程如何可以有意义地纳入SESs研究。我们采用两种方法:首先，我们描述一个说明性的案例在印第安纳州中南部的森林管理研究中，尽管社会过程和治理机构稳定，但与森林演替有关的动态生态过程正在将森林的物种组成转变为一种不那么多样化的、可以说不那么有生态价值的状态。这一案例研究是缺乏明确的生态原则合并导致对观察结果不完全理解的SES类型的一个例子。其次，我们建议在SES框架中加入一些之前被忽略的变量，以增强其诊断能力和基于规则的生态推理能力。建议的变量旨在刺激SES研究人员就生态理论和变量正式纳入SES框架进行讨论。

考虑到社会和生态过程对SES结果都很重要，生态学在SES框架中的普遍缺失和自然科学家的相关兴趣的缺乏是不幸的。生态学家可以争辩说，他们有其他的框架和建模工具，对理解一个系统或生态过程的生态学更有用。尽管许多生态学和地质学的学者宣称一个以人类对陆地、空气、海洋甚至全球气候的影响为特征的新时代(“人类世”;例如，Steffen et al. 2011, Gowdy and Krall 2013)，许多模型无一例外地忽视了潜在的驱动因素和对环境问题的潜在政策响应。社会科学家也制造了类似的困境，因为他们呼吁更多的整合和跨学科研究，而往往没有注意到基本生态学(Holling 2000, Redman et al. 2004)。奥斯特罗姆本人(2009)通过将行为情境——制度中介选择的一般博弈论模型——置于其跨学科框架的中心，进一步加剧了这一问题。这意味着SESs中的所有结果都可以用社会过程和人类决策的集合来理解，而生态过程只有在它们呈现出与信息收集和处理相关的集体行动问题时才重要。然而，生态过程确实很重要，尽管社会过程的结果相似，但生态过程可以产生实质上不同的结果。例如，Genkai-Cato和Carpenter(2005年)论证了人为(即社会驱动的)磷输入对湖泊营养状态的影响如何取决于湖泊的大小、深度和温度以及水生植物的存在，因为所有这些都影响动态的生物生产和磷循环过程。鉴于生态和社会对SESs的可持续性都很重要，我们需要一种系统的方法来评估生态和社会过程及其相互作用的影响。

我们建立在近十年已发表的，即同行评议和白皮书，以及未发表的，即工作组，关于SES框架的研究和开发的基础上。我们认为，SES框架仍然是一个有前途的工具，可以从更明确的生态理论、模型和概念的合并中受益。印第安纳州中南部森林动态的个案研究清楚地说明了社会和生态过程是如何共同导致森林物种组成的持续变化的。这种转变是由森林动态演替过程驱动的，这一过程基于有利于灭火和被动保护的集体选择，即排除了管理者对森林景观的主动管理的保护。我们试图缩小SES框架的语言与生态学家使用的语言之间的差距，为此我们提出了框架的第三层生态变量的初步清单，以展示如何整合重要的生态概念。通过修订框架，社会科学和自然科学之间的鸿沟可能得到更大的综合。

黄木湖流域森林动态

SES框架源于几十年对共同资源的研究，森林生态系统的研究做出了重要贡献(例如，Gibson等人，2005年，Chhatre和Agrawal, 2009年)。国际林业资源和机构(IFRI)的研究项目具有特别的影响力，因为它试图了解社会、体制和生物物理因素如何相互作用影响森林成果(http://sitemaker.umich.edu/ifri/home)．国际森林研究所最近的研究发现，当地对森林资源的参与、自治和所有权增加了更可持续的使用模式的可能性，即使可持续、持久的资源管理系统得以实现的使用模式(例如，Chhatre和Agrawal 2009, Persha等人2011)。这一观察结果补充了先前的研究，即发现可持续性的可能性与当地的监测和制裁(例如，Gibson等人，2005年，Chhatre和Agrawal 2008年，Coleman 2009年)和安全保留期(例如，Pagdee等人，2006年)共变。虽然这些因素可以为森林管理和政策提供信息，但尚不清楚它们是否独立于基本的生态环境之外，或者体制的影响是否依赖于选择和生态之间的相互作用，以支持可持续开发森林资源。尽管前者似乎不太可能，但许多共同资源池和SES文献都隐含地假设，生态学在观察到的森林共同资源结果中起着有限的作用。对位于印第安纳州中南部的国际森林研究所(IFRI)培训基地黄木湖流域(YLW)的一个案例研究，揭示了人类决策与生态之间在涉及森林物种组成变化时的相互作用，从而说明了这种假设可能存在的问题。

背景

依莲园位于温带的北方阔叶林地区。它的特点是无冰岩溶地貌，在频繁的陡坡中有相对狭窄的丘陵和峡谷(homya et al. 1985)。YLW占地约4410英亩(1785公顷)，其中大部分(3500英亩(1416公顷)为公有，由印第安纳州自然资源部林业司作为黄伍德州立森林的一部分进行管理。黄伍德湖是一个小水库，位于分水岭的南端。元莱湾其余部分包括位于区内中部及北部的55幅私人土地(元莱湾pg2006)。

2008年IFRI研究人员访问的结果详细描述了该森林的生态状况(Arnold et al. 2008)。白栎木(Quercus阿尔巴)和糖枫(宏碁蔗糖)在林冠层(胸径大于10厘米)的较大树木中占主导地位，而美洲山毛榉(水青冈属grandifolia)、栗子栎(Quercus prinus)和郁金香杨树(鹅掌楸tulipifera)．优势度根据Husch et al.(2003)的理论，用每个物种的重要性值表示。然而，橡树却不在林下最具优势的树苗(胸径2.5-10厘米)之列，其中包括美洲山毛榉、红枫(宏碁石)、糖枫、黄樟(黄樟albidum)和郁金香杨树。纯物种丰度与重要值相似，糖枫的树干密度是第二密度树种的三倍多，美洲山毛榉的树苗密度是其他树苗的两倍多。这表明，YLW森林目前正在经历森林演替的动态过程，随着时间的推移，橡树在森林中的相对优势地位正在下降，成熟的白栎和栗树被枫树和山毛榉树的混合物所取代(Arnold et al. 2008)。

长期以来，人们对元山林区的最佳使用和管理做法存在分歧，因此成立了元山林区规划小组，该小组由当地利益相关方团体、个别土地所有者和当地自然资源部的森林管理者组成。虽然大部分地区被用于娱乐，但利益相关者的分歧集中在对小片林地的潜在伐木。历史上，印第安纳州的森林主要是早期演替物种，如橡树(Quercus)和山胡桃木(Carya)，但森林目前正在向后期演替的山毛榉过渡(水青冈属)和枫木(宏碁；Homoya等人1985年，Pierce等人2006年，Arnold等人2008年)。自然资源部的森林管理人员担心YLW的橡树和山核桃树的减少，它们对硬木工业和野生动物的支柱生产者很有价值。因此，为了满足流域未来所需的森林条件，他们定期规定森林管理活动，包括木材采伐，在森林中创造光照开口，这有利于喜爱阳光的橡树和山核桃树的生长(YLWPG 2006, Arnold等人2008,IDNR 2008)。然而，当地的土地所有者和其他利益集团只是更喜欢原始森林，而不管森林的物种组成，并反对任何和所有的伐木活动(YLWPG 2006, Arnold et al. 2008)。这些紧张关系最终导致了以政治僵局和不作为为特征的森林管理战略，尽管如此，这反映了大多数人的反采伐倾向。

将SES框架应用于YLW

经Epstein等人(2013)修改的SES框架有助于分析复杂SESs(如YLW)的结果，方法是将案例的大量丰富细节概念化，以一组通用的组件、属性和过程。一般来说，社会经济系统的一个或多个组成部分，如参与者或参与者组、一种资源或一组资源在一个或多个社会、生态或社会-生态过程中相互作用，其结果取决于这些组成部分的属性和控制它们相互作用的过程。了解YLW森林的物种组成在很大程度上可以参考一种社会和一种生态过程。

在YLW中起作用的社会过程可以理解为一个行动情境，由三个具有不同权利、责任和喜好的行为者组成。YLW由一名森林经理管理，他必须就森林使用的决定与利益攸关方协商;森林经理然后向国家林务员报告决策并得到批准。在行动的情况下，森林管理者面临着一个选择，是收割部分YLW还是保护。鉴于YLW是黄伍德州立森林的一部分，目前对该森林进行完全采伐或全部砍伐都不是可行的选择。因此，两个主要选择是有限的收获或完全保护。利益相关者可以根据他们的偏好来定义:(1)林农和伐木利益相关者，他们倾向于采伐森林的一部分;(2)娱乐用户和当地土地所有者，他们倾向于保护森林的“自然状态”。如果我们假设森林管理者发现通过对称聚集(即一人一票)来最大化快乐的利益相关者的数量是有用的，那么可以将收割或保护的选择建模为表达的偏好的相对分布的函数。考虑到娱乐使用者和土地所有者的数量大大超过了采伐者的数量，例如，每年超过5000名露营者加上无数的日间使用者，而参与木材采伐的只有少数个人和组织(Arnold et al. 2008)，我们可以预测，正如Arnold et al.(2008)观察到的那样，集体选择过程将倾向于保护。在SES框架的语言中(表1)，选择保护所有森林资源，即不采伐(I1)，可以理解为每个利益相关者群体中相关行为者的数量(A1)，他们从经济(RU4)和规范(A6)因素得出的各自偏好，以及对称的集体选择聚合规则。 These components and attributes can be used to provide a sufficient account regarding current species compositions in YLW forest, given the absence of major disturbance events in its recent history. They do not, however, provide a sufficient account or explanation as to why the species composition of the forest is changing from oak-hickory to beech-maple despite the stability of social processes.

通过考察森林演替的动态过程，可以了解YLW森林中起作用的生态过程。如前所述，由于影响树种萌发、生长和生存的生态机制，YLW森林目前正从橡树山核桃林向山毛榉枫树林过渡。首先，YLW位于中央硬木区，这施加了生物地理限制，限制了物种池只有那些能够在温带气候下生存的物种。其次，不同竞争能力的物种之间的竞争驱动了在没有人类积极管理的情况下，林苑森林演替过程的发生。橡树是一种中度不耐阴影的物种，对光线的最低要求相对较高(艾布拉姆斯2003年)。随着橡树和其他早期演替物种的生长并逐渐形成森林冠层，森林地面的光照有效性下降，有利于耐阴山毛榉和枫树的生长，它们开始主导YLW森林。最后，如果不考虑北美温带地区火灾动力学的重要影响，对YLW生态的全面描述是不完整的。印第安人历史上曾在北美大陆中部和东部的大部分森林中管理过火灾，导致物种组成以耐火、适应干扰、不耐树荫的白栎物种为主(Pierce et al. 2006)。从殖民时期到现在，灭火成为了主要的管理模式，在相对未受干扰的、未砍伐的森林中，下层树木的再生变得不那么常见，开始了向不受干扰的枫树和山毛榉林的持续和大规模过渡(Abrams 2003)。

Epstein等人(2013年)采用的SES框架语言可以用相当小的一组有影响力的属性和过程来描述森林过渡。第一，森林的地理位置(RS9;(见表1)是一个重要的背景属性，它决定了在该地区的潜在温度、降水和土壤营养状况下，能够在森林中成功发芽、生长和繁殖的物种集合。其次，两个重要的属性，即林地的光照有效性(通常可以用系统生产力(RS5)来表征)，以及耐阴山毛榉和枫与耐阴橡树和山核桃之间的动态竞争相互作用(RU3)，导致了正在进行的森林过渡。尽管生态学家对森林演替进行了很好的研究，但Ostrom (2007一个， 2009)无法解释这个动态的生态过程;在描述森林系统的生态时，我们必须应用额外的生态学知识，从原始变量RS5(生产力)和RU3(竞争相互作用)推断森林演替过程。我们可以调用变量RS7(系统动力学的可预测性)的生态学解释来帮助解释系统结果。

Epstein等人(2013)在YLW中加入了生态规则，并明确认识到动态生态过程至少与公共理论通常关联的社会过程一样相关，从而改进了SES框架的应用。在YLW森林中，物种组成的持续变化是由与自然选择(ER3)相关的规则驱动的，这是一种生物过程，有利于在有限资源(RS5)存在的情况下更好地生存(RU3)的物种(RS5)，在这里是光可用性。因此，目前动态的生态选择过程可以而且应该被视为正在进行的森林演替的近端驱动因素，尽管如此，禁止在YLW森林内进行所有采伐的选择使这种演替成为可能。

到目前为止，我们已经证明了在SES框架中生态的缺失(Ostrom 2007)一个， 2009)可能导致对影响社会生态结果的过程和属性的不完全和不充分的诊断。通过采用Epstein等人(2013)提出的变化，我们可以更好地描述和解释SESs的结果。然而，上述应用可能与自然科学(尤其是生态学)的分析方法和术语相去甚远。我们从SES框架中使用的变量(RU3, RS4, RS9)与我们所指出的驱动森林动态的生态原则没有明确的联系;非生态学家可能无法使用SES框架解释YLW动态。然而，可以进一步加强生态系统框架，以捕捉生态概念和过程，并激发对跨学科对话和发展的兴趣。

揭开生态的面纱

SES框架建立在这样一个假设之上:当学者们配备了允许跨多种方法(Poteete et al. 2010)和跨多个系统(Ostrom and Cox 2010)进行系统比较的工具时，知识会迅速进步。作为社会经济系统框架核心的博弈论模型(Ostrom 2005)可以通过关键变量的规范来操作，以推进社会经济系统的社会研究。然而，在大多数SES框架的应用中，生态模型只有在它们不存在时才值得注意。这种遗漏是不幸的，正如YLW森林的例子所表明的那样，在人们做出的决定(即社会过程)和观察到的生态社会经济地位结果之间留下了相当大的差距。如果没有与SES功能相关的生态变量的更完整的规范和动态生态过程的识别，病例的诊断和跨方法的知识积累就会受到抑制。

生态过程的明确说明打开了探索演绎模式的大门。例如，基于规则的推理可以让学者在个别案例中识别促进或限制替代环境政策有效性的生态属性(Cox 2011)。例如，关于臭氧和大量消耗臭氧物质之间相互作用的科学知识使我们能够制定政策，迅速淘汰破坏性最大的物质，同时允许更逐步地淘汰破坏性较小的物质(Benedick 1998年，Parson 2003年)。此外，基于规则的推理提供了一种系统的方式，将形式模型和基于代理的模型中的见解和知识与实验和其他实证研究联系起来，从而促进知识的积累。事实上，实验方法的最新进展已经开始引起人们对生态动力学变化在操作规则选择中所起作用的关注(Janssen 2010)。我们建议在SES框架中加入一些之前被忽略的变量，以增强其诊断能力和基于规则的生态推理能力。

省略变量

虽然我们可以使用现有的SES框架属性解释在YLW观察到的结果的一个版本，但我们不能完全理解使用现有框架影响结果的生态动力学。通过添加影响生态过程的相关生态属性，可以得到更好的解释。在YLW的背景下，最值得注意的是当地生态系统历史的影响，它为我们今天观察到的过程和结果设置了舞台或初始条件。在资源系统核心子系统RS10(生态系统历史)中增加一个属性，可用于增强框架的灵活性和诊断能力，并为行动者变量提供一个生态类似物，现在可以具体说明历史使用模式的社会维度(A3;了解资源系统的相关地质和扰动状态也可用于将其结果或部分结果与历史原因联系起来。例如，历史火灾动力学解释了为什么YLW森林最近才开始从橡树山核桃林过渡到山毛榉枫林，这是它预期的高潮状态。

为了进一步推进跨学科和多方法诊断研究框架，我们打开了资源系统(RS)和资源单元(RU)的核心子系统，并展示了生态概念如何在这些子系统中集成(表2)。表2中列出的第三层变量是通过作者之间的讨论、与生态专家的非正式咨询以及对生态教科书和课程大纲中的主题指数的分散调查确定的。我们的目的不是推导出一个可能相关的生态变量的详尽列表，而是提供一个列表，可以作为SES研究人员在框架中包含特定生态变量的讨论的起点。虽然篇幅限制无法解释表2中的每一个第三层变量，但框1提供了我们使用当前生态理论作为生态理论如何指导第三层变量选择的例子的四个第三层变量的理由。总的来说，将生态属性明确地纳入SES框架将使社会和自然科学家更容易操作该框架，即定义和测量，以进行研究。

显然，表2所示的任何单个生态属性都不能孤立地完全理解，只有通过变量的相互作用，我们才能深入了解SES内部的因果关系。的确，动态交互作用的研究构成了生态学的基础，SES框架的核心子系统(表1)也强调了社会情境中交互作用的重要性。如果不包括和考虑这些属性变量之间的相互作用，那么在确定导致社会经济地位结果的全部变量方面，社会经济地位框架充其量是不完整的，在最坏的情况下，可能导致政策规定未能考虑到支持或破坏追求可持续性的生态过程。

生态相互作用

在我们的YLW案例中，应用了一个明确包含动态生态过程的修正的SES框架，使我们能够同时认识到社会和生态过程的关联性质，并理清影响收割决策和物种动态的因素。图2通过一个修正的SES框架讲述了YLW森林的故事，该框架承认结果的社会和生态共同生产。图中包含了连续的社会行动情况和生态交互作用，以及影响这些过程的系统属性。尽管对许多森林生态学家来说，森林物种组成变化的原因是直接的，与自然演替过程有关，但该案例表明，在一个单一的分析框架中结合社会和生态过程并考虑到替代战略和政策可能产生的社会-生态结果的方法是潜在有用的。

结论和意义

框架、理论和模型使学者能够组织调查、解释现象、做出预测和检验假设(Schlager 2007)。最初构建的生态系统框架在理解社会-生态结果和人类-环境问题方面的能力有限，因为它将生态模型和理论排除在对社会现象或结果的社会生产的研究之外。

我们以YLW森林中相对简单的人工辅助森林演替为例，说明了一个在缺乏生态理论或在SES框架中明确纳入生态变量的情况下难以理解的动态系统。在YLW森林中，目前从以橡树为主的森林到以枫树为主的森林的转变只能通过选择保护来解释。然而，如果我们回到过去，进行同样的分析，我们会得出这样一个结论:橡树和其他不耐阴的物种的优势也可以用保护的选择来解释。选择保护，即通过排除主动管理和木材采伐来保护森林，意味着自然发生的森林演替驱动物种组成动态，而这种动态随时间而变化。生态变量和理论代表了缺失的一环，可以解释为什么选择保护，即不采伐和抑制火灾，首先产生了一个由不耐阴物种组成的森林，然后逐渐过渡到以耐阴物种为特征的森林。YLW的故事是一个社会和生态共同生产的故事，如果两者缺一不可，它将从根本上是不完整的。幸运的是，正如这个案例所证明的那样，SES框架是能够容纳生态的。然而，在为可持续性科学提供跨学科基础之前，还有许多工作要做。

对学者和实践者来说，一个有意义地整合生态思想的适应的SES框架具有几个重要的意义。这些影响是有限制的，因为它们使本已复杂的系统更加复杂，但也有促进作用，因为它们打开了一扇门，让更广泛的潜在杠杆在相互关联的系统中实现可持续发展。像YLW的护林员这样的资源管理者面临着各种各样的生态系统，以及有着不同信仰和偏好的利益相关者。SES框架可以帮助这些资源管理者描述可选期货(Ostrom 2008)，并分解假定的差异，以阐明潜在的基础协议。

最后，SES框架是一项正在进行中的工作，它的大胆在于对跨学科的需要，而不是该框架目前的跨学科诊断能力。我们的目的是为生态更大程度地融入框架提供一个基础。我们希望其他受过高级生态学训练的学者能够通过合作和竞争(Ostrom 1990)，帮助扩展和使用SES框架，使其可以被多个学科所认可。共有所有权可能代价高昂、困难重重，有时甚至自相矛盾;但如果该框架的设计者向我们展示了一件事，那就是在这些情况下，对不可避免的失败的假设还远远不能确定(Ostrom 1990)。

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