研究，一部分的特别功能远程耦合:全球可持续发展的新前沿

自然灾害对保护区的复杂影响通过改变遥耦合

• 摘要
• 简介
• 卧龙是遥耦合系统的一部分
• 地震
• 地震前后的电视联播
  • 流
  • 代理
  • 原因
  • 影响
• 结论
• 对本文的回应
• 致谢
• 文献引用

介绍

随着全球化的继续，保护区通过远程联系(环境和社会经济的跨距离互动)，如基于自然的旅游、农产品贸易和城乡劳动力迁移，越来越多地与外界联系在一起(Liu et al. 2015)一个，b)．这一趋势深刻改变了保护区人与自然的相互作用，并产生了复杂的社会经济和生态效应(Kramer et al. 2009)。远程联营通过提供材料、资金和信息，已成为维持许多保护区结构和功能的必要条件。例如，在许多保护区，以自然为基础的旅游已被广泛推广，作为一种重要机制，以缓解贫困，并阻止当地家庭从事威胁当地生态系统功能的传统生计活动(如农业和木材采伐)(Liu et al. 2012)。

不幸的是，全球许多保护区位于地震和飓风等自然灾害频繁的地区，这可能会极大地改变远程连接(例如，突然中断旅游业)，并带来连锁的环境和社会影响(Dilley 2005, Hyndman和Hyndman 2014)。由于全球环境变化和自然灾害风险地区的人为干扰增加，预计未来自然灾害的数量和规模将增加(Dudley and Stolton 2010, Field 2012)。因此，了解自然灾害可能如何改变构成保护区和遥远地方(如城市)之间关键联系的远程连接是很重要的。

以往评估自然灾害影响的研究主要分别关注个体远程耦合，同时独立处理社会经济效应(Blaikie等人2014,Yang等人2015,Wei等人2016)或生态效应(Garwood等人1979,Zheng等人2012,Zhang等人2014)。尽管这些不同的研究重点对自然灾害的影响产生了有益的见解，但还需要进行更全面的研究，将自然灾害影响的各个方面纳入对模式、过程、同时发生的社会经济和环境相互作用以及对世界各地治理和政策的影响的系统评估中。对于保护区的管理，特别是那些遭受自然灾害的保护区，需要系统地了解当地系统与外部世界之间的相互作用动态，以及这些相互作用对当地人类福祉和环境的影响(McShane和Wells 2004, Liu et al. 2015)b)．这些知识可以帮助更好地管理保护区经济发展和生物多样性保护之间的关系(Dudley and Stolton 2010，联合国2016)。

遥耦合框架(Liu et al. 2013)为整合自然灾害影响的不同研究提供了一个很有前途的工具，以获得对保护区相互关联的生态和社会经济影响的全面理解。在遥耦合框架中，每个地方都被视为一个耦合的人与自然系统(CHANS)，即人与自然成分相互作用的集成系统(Liu et al. 2007)。不同的chan与物质、信息和能量的流动相联系。根据流向的不同，系统可分为发送系统、接收系统或溢出系统。在每一个这样的chan中，都有加强或削弱遥耦的原因、促进遥耦的代理以及由遥耦产生的影响。Liu等人在2013年更详细地讨论了遥耦合框架的特征以及它与其他框架的不同之处。该框架迅速得到普及，并已成功应用于一系列重要问题，如生态系统服务项目的支付(Liu and Yang 2013)，生态系统服务流量(Liu et al. 2016)一个)、国际土地交易(Liu et al. 2014)、能源贸易(Fang et al. 2016)、城市水可持续性(Deines et al. 2016, Yang et al. 2016)、物种迁移(Hulina et al. 2017)、物种入侵(Liu et al. 2013)、保护(Carter et al. 2014, Gasparri et al. 2016, Wang and Liu 2017, Yang et al. 2018)、渔业(Carlson et al. 2017)、沙子贸易(Torres et al. 2017)、食品和林产品贸易(Liu et al. 2013, Liu 2014)。

自然灾害可以通过解散、中断或创建远程连接来影响本地chan。例如，由于自然灾害和基础设施的损失(例如，连接保护区和外界的道路被毁;Liu et al. 2013)。另一方面，可能会出现一些新的资金流动，例如来自政府的灾后重建投资。这些反过来又会影响保护区内的社会经济和生态条件(图1)。自然灾害对多重遥耦合的影响也与当地chan的恢复力密切相关(Liu et al. 2013)。在自然灾害发生后，保护或加强某些现有的远程联结可以增强适应性(Holling 1973, Folke等人2010,Liu等人2013)，而新的远程联结的产生与CHANS的可转换性有关(Walker等人2004)。因此，应用遥耦合框架可以使研究人员更清楚地理解生态系统和人类系统动力学以及它们之间的相互作用，例如，适应周期和panarchy (Folke 2006)。这项研究的主要目标不仅是了解系统如何直接受到灾难的影响，而且还了解远程连接的变化如何产生级联效应。为了实现这一目标，我们应用遥耦合框架系统地分析了受自然灾害影响的多个遥耦合过程中涉及的流的动态、原因、结果和agent。 We used the 2008 Wenchuan earthquake that struck Wolong Nature Reserve (China) as an example, and analyzed the complex and lasting effects of the earthquake on the local CHANS in Wolong arising from changes to multiple telecouplings. In addition to applying the telecoupling framework to understand both the socioeconomic and ecological effects of the earthquake, we discuss implications for the governance of protected areas such as Wolong Nature Reserve and propose specific policy recommendations there and beyond.

卧龙作为遥耦合系统的一部分

卧龙自然保护区(102°51′40″-103°25′5″E, 30°45′36″-31°19′25″N)始建于1963年，是最早保护大熊猫(Ailuropoda melanoleuca)在中国。保护区在1975年扩大到现在的2000平方公里(Liu et al. 2001)，并拥有100多只野生大熊猫(Liu et al. 1999，四川省林业厅2015)。它位于全球生物多样性热点地区(Myers et al. 2000, Liu et al. 2003一个)，有超过2200种动物和昆虫以及4000种植物(Tan et al. 1995)。该保护区位于龙门山断裂带内的构造活跃区(Zhang et al. 2014)。卧龙有卧龙乡和Genda乡两个镇，人口近1400户，总人口5000人。大多数居民是农民(Liu et al. 2016)b)．保护区和当地社区由卧龙管理局管理，该管理局向中国国家林业局和四川省林业厅报告。

1999年，政府投资约1亿元(1540万美元)，一条连接保护区与世界其他地方的省道(303号)建成(卧龙自然保护区2008;图2)。随着道路状况的改善，卧龙成为与该地区的大城市(如四川省会成都)、中国其他地区和世界各地紧密相连的遥耦合系统的一部分(Liu et al. 2015)一个)．货物、信息和人员的流动因此迅速增长(卧龙自然保护区2008年)。在20世纪80年代，偷猎野生动物仍然很严重，非法砍伐木材是一个紧迫的问题(卧龙自然保护区2008年)。为了遏制保护区内森林的非法利用，卧龙管理局实施了一系列保护政策，如禁止伐木和限制薪柴收集(卧龙自然保护区2008年)。政府还努力支持有新的收入机会的当地家庭，例如种植季节性经济作物(如卷心菜)、饲养牲畜、运输、道路建设和维护、参加生态旅游(如出售纪念品或在旅馆或餐馆找临时工作);他等人。2008)。

地震

2008年5月12日，灾难性的汶川大地震(8.0级，中国自20世纪50年代以来最严重的一次)袭击了中国西南部(Zhang et al. 2014)。卧龙位于受地震严重影响的地区(Wang et al. 2008;它引发了无数的山体滑坡和泥石流。地震还造成当地39名村民死亡，卧龙自然保护区5名工作人员死亡，道路、旅游设施、住宅、学校和医院等基础设施普遍受损(Wang et al. 2008)。它还摧毁了保护区12%的耕地(Yang 2013)。在2016年10月之前，省道(303号)由于地震后频繁发生的洪水、滑坡和泥石流的反复破坏，特别是在夏秋季节，路况太差，无法重新通车。地震不仅造成了广泛的社会经济损失，还造成了严重的生态破坏，约有5200公顷的森林被毁，占保护区森林总面积的6.5% (Zhang et al. 2011)。

地震前后的远程联轴器

我们比较了地震前后连接卧龙和世界其他地区的主要远程连接所涉及的五个主要框架组件。本研究中的相关数据来自密歇根州立大学系统集成和可持续性中心进行的长期社会经济调查(An et al. 2001, Hull et al. 2011, Chen et al. 2012, Liu et al. 2012, Yang et al. 2013)。具体而言，关于劳动力迁移、旅游游客和旅游收入的数据是通过对当地家庭、保护区官员、当地企业代表和游客的半结构化访谈和结构化调查问卷收集的(详细的访谈和调查方法见Chen et al. 2012, Liu et al. 2012, 2015)一个, 2016年c)．年收入和相关的当地家庭经济数据(如家庭平均收入、多种生计的年收入以及每年的牲畜存栏量和销售额)来自卧龙管理局进行的人口普查(卧龙自然保护区2008年，Liu et al. 2016年)b)．

流

卧龙和城市系统之间的主要流动包括人员、物资、资本和信息的流动，这些已经在其他地方描述过(Liu et al. 2015)一个)．我们重点关注地震改变的主要远程联营项目，这些项目对家庭收入结构产生了影响，包括劳动力迁移、旅游、农产品和牲畜贸易以及政府的基础设施投资。

卧龙外来务工人口的家庭比例在1998年至2004年逐渐增加，然后在2006年和2007年下降，这是由于保护区内旅游发展道路建设带来了更多的收入机会(Chen et al. 2012)。2008年之后，更多的当地人到成都等附近的大城市在餐馆或工厂找临时工作。2014年和2015年，近50%的受访家庭成员在保护区以外的城市工作(图3a)。卧龙地区的改造工程引起了劳动力流动的波动。例如，2011年，一些当地人从重建项目中找到了工作机会，这导致了当地人劳动力迁移的比例下降(图3a)。

自然旅游在地震前涉及了大量的人流，即游客数量从1996年的2万人增加到2006年的近20万人，增长了10倍(Liu et al. 2012)。在此期间，当地的旅游业收入也有所增加(图3b)。这些游客来自中国各地(超过60%的受访游客)和世界其他地区(不到40%;Liu等。2015一个，b)．卧龙旅游业的发展也从外部吸引了许多投资者(Liu et al. 2016 .)c)．例如，地震前最大的酒店/餐厅投资者是中国东部山东省的一家企业(距离卧龙1700公里)，该企业已经投资了600万美元，并计划投资更多(~ 4850万美元)，以开发卧龙风景区和宣传生态旅游(卧龙自然保护区2008,He et al. 2008)。地震及其对旅游和交通设施的破坏导致当地旅游业的崩溃，并消除了当地人的这一收入来源(图3b)。

农产品(如白菜等经济作物)主要销往成都市场，自90年代末以来一直是卧龙稳定而重要的收入来源，但地震后这一收入来源明显减少。具体来说，与地震前(2003-2007年)相比，地震后(2008-2015年)农业产品在家庭总收入中的平均份额下降了25%。

畜牧业现在是卧龙的主要产业(Hull et al. 2014)。2008年，羊、牦牛和马等牲畜的销售有所增加，这可能是因为震后恢复对现金的需求日益增长(图3c)。由于2008年售出了大量牲畜，2009年牲畜总数和售出数量有所下降(图3d)。然而，畜牧业对卧龙与城外之间季节性受损的道路的依赖程度较低，因为牲畜可以长期饲养。这使它成为地震后交通条件较差时更安全的投资。从2010年到2014年，保护区的牲畜数量普遍增加，出售给保护区以外地区的牲畜数量也有所增加(图3c和3d)。自2012年以来，牲畜数量已增加到高于地震前的水平，而2015年由于正常贸易，牲畜数量几乎没有减少(图3d)。

地震发生后，政府对基础设施的投资大幅增加。例如，香港特别行政区拨款近5亿美元，重建卧龙自然保护区的道路、学校、医院和保育设施(https://www.info.gov.hk/gia/general/201610/28/P2016102800781.htm)．由于这种不断增长的资本流动，当地家庭的建筑和交通收入在2009年之后显著增加(图3c)。

代理

地震深刻地影响了卧龙与世界其他地区的遥耦合相关因子的类型、数量和功能。在地震前后，当地居民都是地震的主要代理人。他们的活动、收入、人口和对环境保护的态度的变化可以直接或间接地影响本地耦合和远程耦合(Liu et al. 2003b, 2013)。地震后，更多的家庭参与了劳动力迁移，当地人饲养了更多的牲畜(图3a和3d)，而经济作物的产量下降了。由于上述道路和旅游基础设施的破坏，游客和投资者是地震后几乎完全消失的两大重要代理群体(卧龙管理局，个人沟通)．

地震发生后，从国家到地方，中国各级政府部门积极参与卧龙灾后重建工作。这些努力包括从陡峭地区向平坦地区迁移家庭(图2)，恢复公共设施(如学校和医院、水电站、公共电信系统)，以及恢复生态系统(如大熊猫栖息地恢复项目)。这些工程已于2011年5月基本完成(http://www.chinanews.com/df/2011/05-09/3026718.shtml)．与此同时，为了促进社会经济复苏，卧龙管理局提供现金奖励，鼓励畜牧业生产。政府还积极参与规划重建旅游产业(四川省林业科学研究院2014年)。

原因

卧龙与世界其他地区(如城市)远距离联系的原因是相互关联的，可以大致分为经济、政治、文化和生态领域(Liu et al. 2015)一个)．就经济事业而言，当地人民对经济发展的渴望是几乎所有远程联播背后的重要原因。农产品销售、旅游和劳动力流动都有可能增加当地家庭的收入，从而吸引许多当地家庭参与其中。地震前，外部投资者的投资也促进了卧龙旅游企业的发展。来自政府的支持也是形成一些远程联接的重要决定因素，可以被称为政治原因。例如，卧龙作为大熊猫的旗舰保护区，具有特殊的政治地位(如国内外许多政要都到卧龙看大熊猫)，得到了中央政府的大力支持。在文化事业方面，大量的媒体报道和科学研究帮助卧龙吸引了广泛的国内和国际关注。这使得卧龙成为一个受欢迎的旅游目的地，也帮助它获得了更多的政府支持。卧龙的生态特征，如多山的风景，凉爽的夏季天气，以及包括大熊猫在内的丰富的野生动物，也是吸引研究人员和游客来到保护区的原因。

地震造成的广泛的基础设施破坏和通往卧龙的主要道路的持续恶劣状况显著改变了远程连接和相关原因。地震后旅游业停滞不前。由于道路受损，主要的经济作物卷心菜很难出售。另一方面，世界其他许多地区政府的财政支持和公众的捐款促进了灾后重建，为当地家庭创造了许多就业机会。然而，在重建过程中，约24%的耕地被用于建设住宅和新的中国大熊猫保护与研究中心(Yang 2013)。这也是卧龙减产的一个重要原因。由于地震，经济作物和旅游业的收入减少，可能促使当地家庭寻求其他生计，如饲养更多的牲畜和劳动力流动。与此同时，为了刺激经济复苏，当地政府出台了鼓励畜牧生产的激励措施。这与其他收入机会的丧失相互作用，导致地震后牲畜产量更快增长。

影响

自然灾害通过变化遥耦合对保护区的影响是复杂的。我们主要关注保护区内对社会经济和生态条件的显著影响。

上述主要流向、动因和原因的变化导致了一系列的社会经济效应，其中很多可以从家庭收入的动态中看出。地震前，与城市联系的增加对当地经济增长有显著贡献。家庭总收入从1983年的90万人民币(50万美元)增加到2007年的2610万人民币(340万美元)(卧龙自然保护区2008年)。收入结构还表明，由于远程联营，例如旅游、旅游和经济作物贸易的增加，保护区经历了从以维生为基础的农业经济向地震前更加多样化的经济的重大转变(He et al. 2008, Liu et al. 2012)。

由于地震的直接破坏，2008年当地居民的家庭总收入平均下降到1316万元。这主要是由于农作物生产的中断和旅游业的崩溃(图4、5)。地震前，主要收入来源是农产品的销售，地震后农产品收入的平均占比(2008 - 2015年13%)明显低于地震前(2003 - 2007年38%);图3 c)。地震前，旅游业吸引了越来越多当地农民的参与。在2007年的217个随机调查家庭中，约76.5%的家庭直接或间接从旅游中获得收入(Liu et al. 2012)。2008年之后，由于地震，这一收入来源不再可用(图3b)。

灾后重建工作、劳动力迁移和牲畜销售收入的增长(图4)帮助卧龙的家庭总收入从2009年开始恢复。例如，由于基础设施的重建，地震后(2008-2015年)建筑和交通收入的平均份额比地震前(2003-2007年)增加了9%。此外，基础设施的重建也有可能提高卧龙对未来可能发生的灾害的抵御能力，因为政府建造的基础设施能够更好地应对地震。地震后，畜牧业收入的平均比例增加了9%。劳动力流动收入的平均比例也有所增加，地震后(2008-2015年)比地震前(1998-2007年)增加了17%。

尽管之前的研究表明，地震对大熊猫的直接影响可以忽略不计(Zhang et al. 2011)，但通过改变远程连接对卧龙的间接生态影响是显著的(图5)。一方面，灾后重建项目直接和间接地促进了生态恢复。例如，2010 - 2011年的植被恢复有助于野生大熊猫的保护(Zhang et al. 2014)。此外，通过重建，大多数当地居民从靠近天然森林的地区搬迁到河流和主要道路沿线的平坦地区(图2)。这种搬迁可以减少人为干扰(例如，收集木柴)对熊猫栖息地的影响(He et al. 2009, Viña et al. 2011)。劳动力迁移的增加可能会产生类似的积极生态效应。此前在卧龙的一项研究表明，劳动力迁移可以减少当地人的活动(如采柴)对大熊猫栖息地的干扰，因为留在卧龙的劳动力较少(Chen et al. 2012)。

另一方面，震后远程联产的变化也带来了负面的生态效应(图5)。例如，作为一种替代性收入来源，当地家庭在震后饲养了更多的牲畜(图3d)。但是卧龙的草场相当有限。许多牲畜已经开始在森林中放牧，研究表明，牲畜严重破坏了竹子资源和熊猫栖息地(Hull et al. 2014, Zhang et al. 2017)。这是因为大熊猫和其他受到威胁的野生动物采取直接回避策略。由于牲畜占据了研究区域唯一的永久水源，冬季的水资源竞争对大熊猫来说是有压力的(Zhang et al. 2017)。某些远程耦合变化的生态效应可能是双重的(图5)。例如，以自然为基础的旅游有帮助森林恢复的潜力，而旅游业增加的道路交通可能导致道路两侧熊猫种群的进一步隔离(图5;Liu等，2012,2016c)．因此，旅游业的停滞或成功会对保护区产生复杂的生态影响。

结论

通过评估毁灭性自然灾害引发的远耦合的流动、动因和原因的动态，我们展示了一种评估自然灾害对保护区复杂的社会经济和生态影响的综合方法。我们的研究发现，地震引起的遥耦合之间的动态相互作用显著影响了人类福祉和生物多样性保护。作为几大远程连接(如旅游、农产品贸易)的载体，连接保护区与外界的道路在远程连接的动态和相互作用中起着至关重要的作用。截至2016年10月，卧龙和最近的大城市成都之间的道路(包括许多可以减少滑坡对道路影响的隧道)已经修复。在这种新形势下，卧龙与外界的互动将再次发生变化，流量也将发生变化。未来还需要进一步研究遥耦合的新动力学及其相互作用。

在毁灭性的自然灾害(例如地震和火山爆发)之后，不仅必须考虑恢复人类福祉，而且必须考虑保护生物多样性，否则可能发生意想不到的生态破坏。在我们的研究中，政府在之前的主要生计(例如，以自然为基础的旅游业和农业生产)因道路受损而受阻时，以现金奖励政策鼓励牲畜放牧。我们的研究结果表明，虽然地震没有严重影响大熊猫栖息地，但畜牧业的扩张严重退化了大熊猫栖息地(Hull et al. 2014, Zhang et al. 2017)。我们建议当地政府实施政策，控制保护区牲畜的数量和活动范围，禁止牲畜(如牦牛和绵羊)进入大熊猫核心栖息地。由于道路修复，旅游业也开始恢复和发展(https://www.info.gov.hk/gia/general/201610/28/P2016102800781.htm)．发展自然旅游应该是有前途的替代方案之一，以抵消畜牧业禁令对当地生计的负面影响，并帮助实现卧龙人类福利和生物多样性保护之间的双赢局面(Liu et al. 2016 .)b，c)．

我们的研究表明，遥耦合框架提供了一种有效的工具，不仅可以系统分析卧龙自然保护区当地chan的相互作用，还可以系统分析它们与外界的关系(Liu et al. 2013, 2015)bLiu 2014)通过多重遥耦。在我们的案例中，我们关注卧龙本身，它既是旅游和基础设施投资的接收系统，也是农产品和牲畜贸易和劳动力流动的发送系统。准确监测保护区与其他系统之间相互作用的动态特征对实施有效的保护和发展政策至关重要。通过帮助检测由自然灾害引起的遥耦合的流量、动因和原因的关键变化，以及评估社会经济和环境影响，遥耦合框架在这方面是有效的。这些知识可以帮助决策者提出有效的解决方案，最大限度地提高人类福祉和世界各地保护区的生物多样性。例如，2005年袭击美国墨西哥湾沿岸的卡特里娜飓风改变了受灾地区的相关远程连接。卡特里娜飓风造成的破坏导致了国家野生动物保护区的关闭，以及红头鸭等一些迁徙物种的繁殖地的丧失(Sheikh 2006;https://www.fws.gov/news/ShowNews.cfm?ref=us-fish-and-wildlife-service-conducting-initial-damage-assessments-to-wildl&_ID=3645)．通过改变远程耦合(例如，改变接收或溢出系统)来分析飓风对物种迁移的影响，可能会带来更好的保护策略(Liu等，2016b， Hulina et al. 2017)。

作为一个新兴的框架，应用遥耦合框架来研究自然灾害后系统的动力学仍然存在着挑战。例如，在我们的研究中，由于数据的限制，我们没有广泛量化地震前后多重遥耦的相互作用。此外，由于缺乏相关数据，我们的研究主要集中在局部保护区，没有考虑远程耦合对其他系统(如城市)的影响。未来的研究应将重点放在其他系统上，例如，作为农产品和农村劳动力迁移接收系统的城市，像其他旅游目的地一样的潜在溢出系统。为了促进遥耦合框架的进一步理论发展和可行性应用，我们建议进行更多的实证研究，量化相互作用，并在框架下将一个大型研究系统分解为多个部分(Liu 2017)。例如，在一项研究中，研究人员可以专注于遥耦合系统的单个系统(发送、接收或溢出)，甚至是单个组件(例如，流)，然后研究其他系统或其他组件，或者将其留给其他研究人员。在同一遥耦合框架下，这些多重研究的结果可以被整合起来，以全面理解遥耦合系统，并为可持续性研究和管理提供更有效的建议。

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