研究

使用结构化的决策与地主解决私人森林管理和parcelization:平衡多个目标,结合不确定性

• 文摘
• 介绍
  • 问题:parcelization和森林碎片
  • 方法:结构化的决策与林地所有者
  • 研究地点:梅肯,美国北卡罗莱纳
  • 研究声明
• 方法
  • 决定环境
  • 招聘地主
  • 车间与地主
• 结果
  • 决定网络的输入
  • 最优决策方案
  • 地主的评估
• 讨论
  • 目标
  • 决定网络
  • 长效磺胺效力和挑战
• 结论
• 对这篇文章
• 确认
• 文献引用

介绍

问题:parcelization和森林碎片

在1920年代,森林覆盖的数量在美国稳定经过许多年的下跌,但森林碎片一直持续自1900年代初(桑普森和DeCoster 2000,最好2002)。parcelization的速率和程度也增加了近几十年来(2002年DeCoster 1998,最好)。Parcelization分工的大束着一个所有者为多个,小包裹与多个所有者(2002年最佳,Ko和他2011)。由于parcelization,平均包裹大小增加和土地所有者的数量减少(Ko,肯德拉和船体2005,2011)。parcelization期间,森林经常分散(最好2002)。连续的森林碎片是分为离散的补丁。这些小补丁经常表现出更大的隔离,减少室内栖息地,和更少的生态系统服务(新郎et al . 1999年,最好2002)。Parcelization也可以改变当地经济(哈珀et al . 1990年)。较小的包裹可能不是经济可行的木材生产的规模经济(Mehmood和2001张),所以地区木材供应可能会降低(穿et al . 1999),土地所有者可能无法依赖于这种传统的收入来源,并进一步parcelization可能导致(Ko, 2011)。Parcelization也会导致进一步发展和先前被森林覆盖的土地转化为更激烈的土地使用,尤其是住宅区(Mehmood和2001张,最好2002年Gobster和Rickenbach 2004)。 Finally, parcelization is associated with changes in social dynamics (Rickenback and Gobster 2003). As the number and density of landowners increase, the community experiences more diverse objectives and values (Egan and Luloff 2000, Smith and Krannich 2000, Mehmood and Zhang 2001). As the community changes, residents may experience a loss of community identity and sense of place (Cumming and Norwood 2012).

管理parcelization,重要的是要理解主人的大森林属性决策和理解他们的决定背后的目标。如果想减少parcelization,方法防止大量赞美的属性完整的土地所有者的目标应该确认(最好2002)。先前的研究已经发现,地主可以考虑parcelization因为税的费用,因为他们可以赚钱当农村的城市化导致属性值增加时,或者当他们继承财产,但缺乏管理手段或利益(DeCoster 1998 Mehmood和2001张,最好2002)。财政和维护的角色parcelization文献中很明显。如果相关的目标能够达到,地主可能parcelize的可能性较小。因为许多现代林地所有者有不同的目标和parcelize可能面临越来越大的压力,地主和森林管理人员可能受益于森林管理决策的新方法(肯德拉和船体2005)。

我们建议结构化决策(SDM),这一过程可以增强私人森林可持续性的帮助地主识别决定选择最可能导致的结果满足目标与森林相关的可持续性。长效磺胺过程实现通过(1)确定土地所有者的多个目标和他们的相对重要性和(2)建模不同结果的概率后每个决策的选择。

方法:结构化的决策与林地所有者

长效磺胺是基于决策分析,用定量方法评估决策的选择(1992年基尼,这本1996年,格里高利et al . 2012年,康罗伊和彼得森2013)。于SDM方法是有益的因为它平衡多个目标约束和不确定性,它认识到明确区分价值的信息及技术信息,同时整合两个(Gregory 2002年基尼,威尔逊2007年麦克丹尼尔,康罗伊et al . 2008年)。在长效磺胺过程中,决策者的目标和价值都包含在分析,但并没有试图改变决策者的目标或价值观。决定通过一个过程,明确定义了目标、权重相互冲突的目标,和包含不确定性预计将产生理想的结果往往决定减少系统(康罗伊和彼得森2013)。

长效磺胺的主要组件是一个定义的决策问题,基于价值观、目标属性目标可衡量的,决定选择,可以帮助实现目标,一个或多个模型来描述决策的预期成果,和一个方法来评估每一个决策的程度预计实现目标(康罗伊et al . 2008年,欧文et al . 2011年)。开发这些组件通过一个迭代过程中利益相关者提供输入和主持人综合信息而试图保持价值中立(米勒等人。2010年,雷蒙德et al . 2010年,欧文et al . 2011年)。我们进行了一项长效磺胺项目集中在管理大型私人森林在梅肯,北卡罗莱纳,美国参与一系列的研讨会与林地所有者。

研究地点:梅肯,美国北卡罗莱纳

我们专注于林地所有者在梅肯,北卡罗莱纳,美国因为梅肯经历了高水平的住宅开发,有一个土地使用法规冲突的历史,和该地区是北美最具生物多样性的一个(1991年巴恩斯,Gragson和Bolstad 2006)。梅肯的增长伴随着amenity-driven发展整个阿巴拉契亚山脉南部地区。在1990年代,这个地区经历了人口增长18%(2005年波拉德)。

许多梅肯地主认为快速增长是有害的,但是没有协议关于适当的响应(Gragson Bolstad 2006年,赵等。2009年,Cumming和诺伍德2012)。有试图通过土地使用法规在梅肯在过去的30年里,但他们大多失败了(Cumming和诺伍德2012)。因此,许多土地利用决策是由个人的地主。梅肯在经历并不是唯一的对抗,最终停滞的土地利用决策,和这一现象归因于缺乏有效的公民表达自己观点的机会,考虑潜在的选项,并互相学习在尊重和生产环境(兰多2003年斯图尔特et al . 2004年,Cumming和诺伍德2012)。

研究声明

本研究的目的是为了说明长效磺胺如何协助地主土地使用决策。这是重要的展示一个社区,尝试土地利用监管低效,因为长效磺胺更广泛应用的历史决策,涉及多个利益相关者和公共资源。我们描述了SDM过程与地主和讨论使用SDM在这种背景下的优势和挑战。在梅肯,我们应用长效磺胺森林管理的问题在大包裹(30-ha财产22公顷的森林),和我们现在的森林管理选项,确定为最优和最不可取的。此外,我们认为地主长效磺胺的感知过程和潜在的土地托拉斯和土地利用规划师从长效磺胺中获益。

方法

决定环境

梅肯的长效磺胺项目的目的是为了解决一个问题“你能做什么来你的森林土地利用最大化的实现你的目标?“主人的大森林属性(至少20公顷的面积至少4公顷的森林)。在整个项目中,我们问土地所有者的个人观点,但是分析并不适用于一个特定的属性。相反,我们决定选择平均计算,大型森林产权在梅肯使用多个场景中地主的价值观。具体来说,我们建模结果30-ha房地产在750米海拔22公顷的森林,大约平均拥有的属性特征的研讨会参与者确定县记录和航拍照片。根据专家森林管理员(非营利性公司隶属于西卡罗莱纳大学,促进和实现可持续森林管理在南阿巴拉契亚山脉)在梅肯,平均,大型私人森林梅肯约60岁,和一个木材收获可以进行10 - 30年。我们为决策分析认为是30年的时间因为一个木材收获可能发生和土地所有权营业额可能30年后,特别是因为25%以上的梅肯的人口超过65岁(2013年美国人口普查局)。

招聘地主

通常当SDM是用于解决公共资源管理,利益相关者代表利益相关决定的全部被邀请参加。因此,我们寻求与多样化包括地主socio-demographic背景和属性特征,因为这些特征将与土地使用价值。此外,许多科学家进行了生态研究在梅肯Coweeta长期生态研究(lte)项目假设各个年代的地主和新居民有不同的土地使用价值和实践。

确定土地所有者的长效磺胺研讨会,我们采访了50大的所有者,森林属性(至少20公顷的面积至少4公顷的森林)在梅肯(机构审查委员会项目编号2012108313)。受访者被确定通过结合斯诺鲍和随机分层抽样(Bernard 2002)。二十地主SDM工作坊,表示有兴趣参与,因为这是一个可行的大小车间,所有被邀请。我们预定2系列的研讨会和10地主分配给每个系列,地主多样性一系列最大化(表1)。这两个系列是独立的,因为在一系列地主成分保持不变。每个系列由四个车间,车间都是由功率因数在会议室美国林务局Coweeta水文实验室的奥托,北卡罗莱纳。三车间在2012年的夏天,举行一个研讨会是在2013年的夏天,他们持续了约三个小时。

车间与地主

车间1:目标

第一次研讨会的目的是为地主来识别他们的土地利用目标(1992年基尼)。基于土地所有者的评论,我们构造了一个目标网络,一个图表区分根本和意味着目标(2000年mcdaniel)。基本目标表示主值本质上是重要的决策者,而意味着目标突出的路径实现基本目标(1992年基尼,这本1996)。我们确定了一些基本目标,由一阶和二阶基本目标。二阶基本目标描述的组件一阶基本目标是非常重要的一个地主。

车间2:属性,决定选择,和影响图

第二个研讨会的目标是识别属性的基本目标可衡量的、头脑风暴决定选择,并开始构建一个影响图。属性提供的尺度来衡量结果的程度决定满足基本目标(失败et al . 2007年,威尔逊2007年麦克丹尼尔,格雷戈里和长2009)。在没有自然规模(如公顷)为基本目标,土地所有者创建了一个规模通过一致同意的讨论与显式定义的水平(2005年基尼和格雷戈里,米勒et al . 2010年)。

确定决策过程的基本目标一开始促进识别选项(2000年mcdaniel)创造性的决定。地主决定决定选择通过一致同意讨论(米勒et al . 2010年)。

目标网络提供了框架的影响图(2006年Marcot et al . 2001年)。影响图包含的节点,它表示变量,连接选项决定的基本目标,和箭头,表示变量之间的因果关系。每个节点可以多个离散状态之一(Marcot et al . 2001年)。土地所有者讨论应该包含哪些节点和如何连接节点,这样影响图实际描述森林管理决策如何影响基本目标。影响图,后来贝叶斯决策网络,建于Netica 4.09 (Norsys软件公司,温哥华,不列颠哥伦比亚,加拿大)。

车间3:客观权重和属性的分数

第三车间的目标识别地主的客观权重和属性的分数。影响图提供了一个贝叶斯决策网络的结构,每个决策选择的模型,预测预期成果和评估如何预期成果满足基本目标(康罗伊et al . 2008年,米勒等人。2010年,欧文et al . 2011年)。在贝叶斯决策分析的决定选择网络,客观权重和属性需要分数。客观权重反映了目标的相对重要性地主,有更大的重量表明更大的重要性。分数反映出一个属性满足地主如果发生规模水平的属性。地主完成工作表来确定他们的目标权重,使用swing加权法,分配属性得分(这本1996;附件1和2)。

条件概率

第三和第四车间之间,我们确定了条件概率的决策网络,计算每个决策选择,期望效用值和比较期望效用值来确定决策建议。条件概率描述每一层的可能性在一个节点实现给定的状态影响节点(奥利弗·史密斯1990年,Marcot et al . 2001年)。我们在科学文献搜寻有关研究结果的概率能够获得。然而,我们发现导致这种形式的论文很少。因此,我们使用可用的科学文献开发对系统动力学假设,但我们依靠专家意见的概率(哈斯1991,2001,这本1996年,彼得森和埃文斯2003)。见附录3的讨论在长效磺胺使用专家意见。我们发送工作表33专家引出条件概率。这些专家包括教员格鲁吉亚(乔治亚大学),大学教师在其他机构隶属于Coweeta lte,研究生在佐治亚大学Coweeta进行研究,美国林务局员工Coweeta水文实验室,梅肯政府员工,员工小Tenneessee土地信托的,位于梅肯,从森林管理者和员工。当我们收到多个节点的概率专家,我们做了一个新节点影响的专家身份,自然节点。通过专家的身份节点,我们每个专家的加权概率同样,反映等于相信每个专家的贡献。 Landowners provided conditional probabilities related to heritage, a topic on which they were the best qualified experts, through consensus-based discussion. Through the use of probabilities, we incorporated environmental stochasticity and partial controllability in the predictions of outcomes following decisions (Williams et al. 1996, Conroy et al. 2008, Irwin et al. 2011).

效用值

效用函数将结果的概率和地主的满意结果,期望效用值表示的相对适应性决策的选择。期望效用值计算加权平均每个决策的客观权重,属性得分和条件概率(Peterson和埃文斯2003)。所有的客观权重和属性组合分数,生成场景的地主值,用来计算期望效用值。最优和最不理想的决策选项的设置选项与效用值被定义为决定在一个最高或最低效用值,分别。每个决定的频率选择了一组最优或最不理想的决策选项被记录。

(1)

我们计算了期望效用根据方程(1)W表明一阶基本目标体重,U表示一个二阶基本目标体重,年代代表一个属性得分。为每个G二阶基本目标(年代= 1,2,…,G在一阶基本目标()p= 1,2,…,F),我们得分加权属性可能结果(v= 1,2,…,H),这种结果的可能性(X_v)给定状态的影响节点(一个)。请注意,G可能取决于p和H可能取决于p和年代。

车间4:地主的评估

在第四个车间,我们提出了完整的决策网络,讨论了最优和最不理想的决策选择。我们还要求地主完成问卷调查解决他们的经验与长效磺胺项目(附件4)。一个问卷是分布在我们提交结果,后一个是分布式。

结果

决定网络的输入

少量的基本目标是确定的地主:最大化森林健康、安全、遗产保护、和净利润,但地主系列2包括最大化的审美享受。对这些基本目标,地主也定义二阶基本目标,描述组件的一阶基本目标,同时保持基本目标(图1)。

因为分数是基于客观权重和属性值,我们没有考虑反应从地主对还是错,但是他们必须是逻辑上一致;结果被认为是更好的需要一个更高属性得分。我们发现许多不一致的工作表用来引出客观权重和属性分数,所以我们消除这些反应和整理所有的逻辑一致的反应在所有地主。如果一个地主正确完成了工作表的所有组件,他们的反应被用来计算客观权重或属性的一组分数(附录5 - 6)。地主的一致反应不正确地完成整个工作表被用来计算一组分数意味着客观权重或意味着属性。因此,对于系列1有4场景的客观权重和属性分数,和系列2有24场景。预期效用的决定选择每个场景下进行比较。

地主确定11日决定选择:没有森林的修改,个人使用的森林(例如,收集柴火,构建和使用休闲步道),crown-thinning收获通过目前使用价值(PUV)计划,群体选择收获通过PUV计划,shelterwood收获通过PUV程序与剩余的树木,上面的每个保护地役权,和销售1公顷(约5%的森林)和个人使用剩余的森林(无花果。2和3)。细节保护地役权和PUV程序可以在附录7。

八位专家提供的条件概率(附录8)。平均而言,两位专家为每个节点提供了条件概率为遗产或审美目标以外,土地所有者提供了可能性。更多细节参见附录9和10决定网络。

最优决策方案

决定选择与最大或最小的实用价值取决于地主值的场景(附件11)。决策通常包括在最优决策选项的设置是皇冠稀释PUV项目,和一直最不理想的决策是卖1公顷和个人使用的森林有或没有保护地役权(表2)。

一些地主价值场景下,最优决策是没有修改的森林有或没有一个保护地役权,shelterwood收获PUV项目保护地役权,和销售1公顷。在一定的地主价值场景中,最不理想的决策在PUV shelterwood收获程序有或没有一个保护地役权和群体选择收获PUV项目保护地役权。

地主的评估

森林管理实践,决定网络表示最优往往不同于预期的地主。只有33%的土地所有者正确确定一个最优决策的选择,和53%的预期决策选项时的最优决策网络实际上认为他们是最不理想的决策选项(表3)。然而,许多地主(67%)目前使用的最佳实践根据决定网络(表3)。许多地主说他们会考虑其他比他们目前使用管理选项,和长效磺胺项目这个观点的影响。讨论后决定网络的结果,土地所有者的数量表明,一般来说,他们会重新考虑他们目前做什么来管理他们的森林增加了46%。(表3和图4)。

百分之八十五的土地所有者参与该项目,有个很好的体验,69%的人说他们理解大部分的材料在这个项目。所有的理解至少一半的材料。项目土地所有者发现的某些方面有益的包括“会议其他具有类似在森林保护的利益”,“小组讨论的管理实践和什么东西参与者个体价值,”“客观地评价我们的财产和价值观,“看决定网络增长,”和“鼓励做一些有益的。”

讨论

目标

地主的努力避免parcelization可以通过决策支持工具,包括各种因素地主决定管理或细分一个大型的、私人森林(最好2002)。净收益的重要性,遗产保护,地主已经显著的文学和美学是讨论梅肯地主(1997年桦树,DeCoster 1998年Mehmood和2001张,2002年最佳,Rickenback Gobster 2003年,肯德拉和船体2005)。

每一个梅肯地主举行不同的目标,和土地所有者之间几乎没有变化的目标。与许多科学家的工作假说Coweeta lte,地主和新居民似乎并没有多有不同的目标。这个意想不到的模式被其他研究人员还发现,同时开展生态研究在梅肯(美国埃文斯个人沟通)。

我们的研究结果是一致的长效磺胺背后的观念,利益相关者通常没有截然不同的目标;相反,他们可能分配属性客观权重和分数不同(基尼et al . 1990年,格雷戈里和基尼1994)。冲突可能出现在决策过程这一区别并不认可和利益攸关方觉得他们必须捍卫自己的目标。相反,构建模型,结合多个客观权重和attribute-score场景可以减少冲突,促进决策。

决定网络

我们决定网络产生合理的结果。是有道理的,皇冠稀释PUV项目的最优决策的选择,因为它会导致一个相对低水平的干扰,从木材收获土地所有者获得收入,房产税是减少。销售1公顷和个人使用的森林有或没有保护地役权是最不理想的决策因为尽管个人使用的森林造成干扰水平相对较低,没有经济回报。房地产将按市场价值,和建立一个保护地役权是昂贵的地主。尽管会有经济利益通过出售财产,它是有害的生态和文化遗产的目标。

结果决定网络的鲁棒性影响应如何解释结果和应用。在我们的项目中,地主的客观权重和属性的分数决定最优的影响;在一些地主价值场景,几乎没有各种决策选项的效用值之间的差异。我们没有找到一个最佳管理实践,私人森林。当决定选择有相似的效用值,一个最优决策不太明显,这表明效用值可能不健壮的客观权重,属性分数,或概率。这强调了需要调整决策网络个体土地所有者和他们的财产。

使用专家意见是一个惯例在长效磺胺应用程序时必须做出决定在当前最好的技术信息,但是不完整(附录3)。我们发现我们得到专家一致的条件概率模式显示在文献中(附件12)。条件概率的影响效用值可以通过不同权重分配给研究专家的意见。因为在我们决定网络有34992个组合(37 * 42因为有7节点3可能的组合的权重和专家2专家节点4权重的可能的组合)的专家权重可能是统一的一个节点或100%的一位专家在一个节点上,我们集中在决定网络系列1和地主价值场景1,,不做一个详尽的分析。当我们在专家的意见,不同的权重最高的顺序没有决定的选择改变。这牵涉到一个确定的目标的一个决定最大的实用价值,但决定网络不需要被视为权威。他们是决策支持工具,所以决策者可以确定最稳定的一些决策选项有很高的实用价值和参与额外的决策策略到达最后的决定。

长效磺胺效力和挑战

因为SDM可以有效整合多样化的目标和多个科学模型,并在此过程中减少非生产性冲突,它有潜力应用广泛的梅肯和其他地方的土地利用问题。对人口对土地使用的规定,值得注意的是,85%的地主有一个很好的经验在长效磺胺项目,54%的人表示,他们可能会决定网络为他们的财产。这些结果强调潜在的改善自然资源管理的方法,甚至在一些地区过去的监管努力是徒劳的。

对于这个项目,我们的目标是评估的潜在效用SDM帮助地主决定他们的自然资源在社区对监管。因此,我们举办包括多样化的土地所有者和分析一个假设的属性。这个过程允许我们测试长效磺胺的地主和最小化的外观是说明性的关于某人的财产。在实际应用程序中,一个地主的目标,决策选择和权重将决定网络中使用。

除了个别地主,保护和土地利用规划组织可以受益于使用SDM指导决策的操作或支持客户的决策。在一些情况下,它可能适合一群利益相关者参与一个长效磺胺的过程。SDM过程适用于当一群有多个利益相关者,如保护组织成员拥有一个共同的资源,比如保护组织的操作程序(Peterson和埃文斯2003年,米勒et al . 2010年)。

长效磺胺也可能是一种侵入县级土地利用或住宅开发决策。可能会有更大的成功在决策过程包括利益相关者中,明确了不同利益相关者价值,地址不确定,是透明的。如果县土地利用问题可以解决一个长效磺胺的过程,允许地主觉得代表和尊重,有效集成了价值和技术信息,并避免政治紧张,未来的决策可能会比过去更成功的尝试。

SDM,适用于这两个集团的一些好处和单独的应用程序包括(1)系统分析后,实现最优决策比最初支持不同的决策选项,(2)识别和减少决策的不确定性。第一个被认为在这个项目中受益:地主(40%)最初的预期个人使用最优决策,但长效磺胺分析表明皇冠稀疏PUV项目实际上是最佳的决定。第二个好处是因为不是所有的不确定性都有同等影响决策。最具影响力的模型组件可以被识别和额外的数据可以被收集来减少不确定性模型组件的关键。最后,长效磺胺与自适应资源管理。决定后,系统监控,决策结果与来自多个模型的预测结果相比,系统动力学不确定性降低,随后决定把这个新信息(康罗伊和彼得森2013)。

然而,有挑战与长效磺胺。可能会有语言上的不确定性和误解。在我们的项目中,69%的地主说他们理解大部分的材料。然而,有许多不一致的客观权重和属性工作表的分数报告。我们建议研究人员评估每个参与者的理解和贡献立即和整个项目的信息,但这可能是困难researcher-to-participant比率或时间限制。此外,获得条件概率决定网络可以挑战,鉴于结果往往呈现在科学文献和有限的可转让性的结果从先前的研究长效磺胺上下文决定。如果专家意见是最合适的条件概率,沟通与咨询专家也可能是一个挑战。科学家通常没有训练的区别和适当的角色价值信息和技术信息(没有et al . 2007年)。

结论

业主的大型私人森林通常有多个生态、经济和社会目标激励他们的土地使用决策。决策过程,比如SDM,帮助地主识别创造性决策选择和评估他们的目标和不确定性可以帮助防止parcelization和森林碎片。通过参与SDM,决策者可能受益通过反思他们的价值观,学习技术信息,确定决策选项最有可能达到他们的目标。因为长效磺胺是参与性,透明地包含了价值和技术信息,包括不确定性,这是一个有效的方法严格评估选择决策问题有争议的或不完整的数据。长效磺胺项目业主的大型森林包裹在梅肯,北卡罗莱纳发现皇冠稀疏PUV项目是最佳的森林管理的决定,和销售1公顷的森林或个人使用的森林有或没有保护地役权平均是最不理想的决定,大森林产权在梅肯。我们已经证明了SDM可以有效的在许多挑战性的决策环境中。

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