合成

土著资源管理中的经济学:优化生态系统服务以实现资源丰富，以夏威夷人为例

• 摘要
• 简介
  • 重新构建ecomimicry
  • 夏威夷社会生态系统中的经济学和相关伦理
• 融入夏威夷社会生态系统的经济形式
  • 结构替换
  • 栖息地工程
  • 栖息地的增加
  • 栖息地的增强
  • 对继任管理的干扰
  • 营养工程
  • 营养管理和繁殖力管理
• 结论与未来研究
• 对本文的回应
• 数据可用性声明
• 致谢
• 文献引用

介绍

基于生态系统的管理是一种长期的综合管理方法，认识到人类是环境的必要组成部分，并对环境产生重大影响。它体现了从无效的传统管理模式的根本转变，这些管理模式通常是短期的、反动的、受管辖限制的、认为人类独立于自然，并认为人类的存在与保护目标不相容(McLeod和Leslie 2009)。然而，基于生态系统的管理并不是一个全新的视角。自古以来，土著人民一直在全面管理人在自然系统(Berkes 2018)，在此被称为社会-生态系统(Berkes和Folke 1998)。了解这些系统的动态和系统级管理的各种方法的结果对于解决可持续性问题至关重要。

可以从生态系统服务的角度来看待地方和全球的可持续性问题，生态系统服务是生态系统提供的无数利益，它们共同构成了人类社会、文明和人类本身的基础(Díaz等人，2018)。生态系统服务通过促进身体、精神和心理健康，在大家庭和社区范围内支持人类福祉(Pascua等人，2017年)。这一观点在人类世尤其相关，人类对自然资源的需求不断扩大，在多个维度上造成了各种环境和社会问题(例如，Rockström等人，2009年，Lewis和Maslin 2015年，Sterling等人，2017年)。生态系统服务在社会-生态系统中是相互的，包括人类社会向自然提供的服务(Comberti et al. 2015)。在这里，我们假设人类管理策略和相关行为是可以维持、增加或减少生态系统服务的“驱动力”(Nelson et al. 2006)，而不是将所谓的“人类影响”定性为对生态系统和生态过程的结构和功能固有的负面影响。我们的前提是，人类对社会-生态系统的管理有可能在多个方向上推动广泛的生态系统服务。

重新构建ecomimicry

虽然将生态系统的功能组件和过程纳入人造系统的概念以前已经明确提出，但这些处理方法在设计原则的应用中受到了限制。例如，“生态工程”描述了为了人类和自然的共同利益而有目的地设计生态系统(Mitsch 2012);最近，“生态模仿”被用来指现代模仿自然或受自然启发的技术或其他建筑系统的设计(Yeang 2013, Blok 2017)。在这些术语中，我们主张扩大生态学的概念，以包括人类管理的系统，例如基于社会-生态系统的多方面生态系统资源管理，其中包括嵌入式农业生态学形式。它是人类在给定景观的机会和限制的背景下作为生态系统工程师所采用的方法。

值得注意的是，以经济为中心的管理实践已经被土著人民延续了千年。土著社会将自然的功能纳入社会-生态系统的结构(Winter等人，2018年b)，其外观是一个“文化景观”，将人类和自然整合到一个单一的系统中(Molnar and Berkes 2018)。例如，东南亚的水稻-鱼类系统(Berkes 2018)和热带农林复合系统(Ticktin et al. 2018)。这些系统基于对单个生态系统的整体和集体理解，在粮食生产和基础生态系统功能之间进行平衡。

在某些形式的生态工程中，多样性不一定是先决条件，相反，经济学的成功依赖于生物多样性。这一前提是因为生物多样性是生物文化多样性或人类与自然之间各种联系的基础(Winter and McClatchey 2008, Winter et al. 2018)b,Chang等，2019一个)．在概念上将自己视为自然一部分的土著文化管理的系统中，生物文化多样性通过保持应对变化的灵活性和选择，对于培养社会-生态系统的恢复力至关重要(Chan et al. 2016, Winter et al. 2018b)．夏威夷文化就是一个例子，它在资源管理方法中展示了许多长期存在的机制，模拟生态系统过程。这些机制用于稳定、扩大或以其他方式修改本地尺度的栖息地，以推动基本资源的丰富度和可靠可用性的增加(Kealiikanakaoleohaililani et al. 2018, Gould et al. 2019)。20世纪见证了与夏威夷社会生态系统相关的经济和哲学等土著管理战略的重大转变。同时向集中式治理的转变导致资源之间连通性的增值下降(Winter等人，2018年一个)，以及机构管辖权的竖井强化了这一趋势。这一转变导致现代森林栖息地减少到仅为原始范围的34% (Jacobi et al. 2017)，并使夏威夷140万居民的粮食进口增加到80% - 90% (Loke and Leung 2013)。同时，入侵物种的扩散、城市化的加剧、资源开采的商业化以及沿海开发和洪水控制的政策都增加了整个景观的环境变化和物种损失的速度(Ziegler 2002)。

回归经济学作为保护和可持续发展的全球解决方案

夏威夷人面临着许多复杂的问题，如栖息地退化和丧失，灭绝和濒危物种的数量不断增加，农业和渔业对食物的需求不断增加，自然资源的过度开发，以及不断扩大的城市足迹和相关的污染问题。面对这些挑战，我们提供了一个关于如何在夏威夷社会生态系统中实施生态学作为景观尺度生物文化资源管理的方法的广泛概要，以及如何振兴各种形式的生态学以解决人类世全球范围内的保护和可持续性问题。在这方面，我们的目标是综合土著资源管理的一些方面，这些方面推动了生态系统服务产出的增加，同时保持整个系统的稳定并最大限度地减少生态系统的损害。因此，本文探讨的概念可以为在地球上最偏远的群岛上恢复社会生态系统的健康和功能的努力提供信息。我们还创建了一个框架，在这个框架内，本土科学和传统科学可以合作，为地方和全球政策提供信息，以实现更可持续的未来。虽然我们关注的是夏威夷社会生态系统中各种形式的经济种植的过去发展和后续管理，但重要的是要注意到，夏威夷土著的许多传统和习惯做法今天仍然存在(McGregor 2007)，其他做法正在夏威夷文化的持续复兴中重新焕发活力(例如，Chang等人，2019年一个,Gon and Winter 2019)。

夏威夷社会生态系统中的经济学和相关伦理

夏威夷资源管理系统

夏威夷岛多样的生态和气候带促成了大量的管理制度(Handy等人1972年，Winter和Lucas 2017年)，这为研究不同的景观如何塑造管理实践提供了独特的机会。这种影响在对moku系统，资源管理系统，开发用于管理夏威夷社会生态系统的前接触时代(Winter等人，2018年一个)．的moku系统是景观尺度生态学的一个例子，因为它是一个系统，创建了以生态为基础的区域的土地划分，以及水平(例如，沿降雨梯度)和垂直(例如，沿山脊线)运行的边界，以创建一个将森林和水景整合到文化景观中的马赛克。Moku(社会-生态区域)边界与生态区域保持一致，以促进在栖息地尺度上有效管理重要物种的连通性和种群动态(图1;Winter等，2018一个)．最近对陆地生物和珊瑚礁生物的遗传结构和种群连通性的研究支持这一观点moku作为管理人口动态最合适的空间尺度(Cowie和Holland 2008, Selkoe等人2016,Coleman 2019)。

每一个moku被细分为几个ahupuaʻ一(生态社区)。的ahupuaʻ一是资源管理和治理的关键单位，其边界通常从山脉延伸到海洋(Gonschor和Beamer 2014)。Ahupuaʻ一居民只能依靠其社会生态群落范围内的资源来生活。在一个物种的范围内存活和繁衍几代人之间的区别ahupuaʻ一取决于维持所有栖息地的完整性，它们是生态系统服务的来源。社会生态群落内的所有栖息地都需要维护和管理，以优化社会生态群落居民可获得的广泛的生态系统服务。当地规模经济的特定形式被整合到ahupuaʻ一将设计作为一种手段来最大化关键的生态系统服务，如粮食生产、淡水可用性、木材和非木材森林产品以及生物多样性(Handy等人，1972年，Minton和Nā Maka o ka Āina 1992)。虽然栖息地的比例ahupuaʻ一可能已经通过各种形式的生态建设的实施(例如，森林覆盖的比例下降，湿地覆盖的比例增加)，没有栖息地类型被完全破坏ahupuaʻ一因为这将导致人类社区急需的生态系统服务的减少。这些栖息地的维护是通过指定的社会生态区来实现的moku因此，栖息地和原生多样性的连通性可以得到相应的管理(图1)。同时，社会文化机构培养了一套哲学、伦理和相关价值观，这些价值观需要将这些原生资源管理系统整合在一起。

社会文化机构在资源管理系统中的作用

在夏威夷的社会生态系统中，各种栖息地类型的物理管理的认知方法被整合为社会文化机构的中心哲学，从而导致了恢复力和粮食安全(Winter等人，2018年b)．例如，森林提供了夏威夷文化和社会的大部分物质资源(Abbott 1992)，而广泛的雨育农林系统提供了额外的食物来源(Lincoln等人，2018年，Kurashima等人，2019年，Quintus等人，2019年)。溪流是淡水的重要来源，因此是健康的社会生态系统的基础。此外，它们提供了食物系统的重要组成部分(例如，贝类和鳍类;玛丽和玛丽，2003年b,Winter等，2018一个)．夏威夷的浅海栖息地有300种本地海洋生物，其中包括脊椎动物、无脊椎动物和大型藻类(Maly and Maly 2003年)b)．这种生物文化多样性，以及旨在管理种群动态和物种连通性的复杂法规体系，促进了粮食系统的抵御力，增强了粮食安全(Winter等人，2018年一个)．这些系统中生物文化多样性的感知价值通过社会文化机构得到了提高和维护。

生物文化多样性可以在景观尺度上量化。具有高生物文化价值的文化景观可以被认为是土著人民的“重要文化栖息地”，因为它们促进了代际人与自然关系的存在和延续(Winter et al. 2020)，在这里被称为“生物文化传统”。这些生物文化传统促进了对生物多样性的社会文化投资，从而提供了一个反馈循环(Sterling et al. 2017, Berkes 2018)。这种反馈循环成功的关键是存在适当的社会文化制度，为人类成为生态系统产品的保护者而不是剥削者提供结构和哲学基础(Ostrom 1990, Colding et al. 2003, Kurashima et al. 2018)。在这个意义上，经济作为生物文化资源管理系统的系统的地方规模实施是由这些相同的社会文化机构塑造的(Berkes 2018)。

夏威夷社会生态系统中的社会文化机构接受了一种普遍的哲学，即海洋的健康受到陆地健康的影响，反之亦然，以及一种只拿走一天所需的东西，而把更多留给明天的伦理(Pukui et al. 1972, Pukui 1983)。社会文化机构还通过法律和宗教规范和强制资源开采(Handy等人1972年，Winter等人2018年一个)．这种整体哲学将连系和相互依存(例如森林和珊瑚礁之间以及资源使用者之间)的概念置于社区意识的最前沿，并影响了社区的发展以及可持续地支持社区所需的生态农业系统。

农业生态学系统

在景观尺度上，生态农业是基于生态原则的可持续农业的科学和实践(Gliessman 2014, Young 2017)。我们认为，生态农业是一种关注可持续资源生产(例如，食物、木材和非木材森林产品)的生态学方法，这种方法在景观尺度上运作，在夏威夷，它被嵌入到生态环境中moku系统。在这里，我们研究了农业生态学如何使用夏威夷社会生态系统中管理的一般栖息地类型。这种方法的部分成功在于，在功能和结构多样性方面替代了占据类似生态位的物种，以增加景观的生物文化多样性，同时保持生态系统的结构和功能，这是一种基于冗余的弹性策略(Van Looy等人，2019年)。我们将探讨这一概念，以及在稳定生境类型(如森林、溪流和珊瑚礁)和过渡生境类型(如湿地和河口)中如何管理扰动和生态演替，以在局部尺度上增加物种丰富度和总体丰度。夏威夷社会-生态系统设计管理干扰机制，以尽量减少不确定性和增加弹性的方式增加食物丰度、生物文化多样性和其他生态系统服务。对moku而且ahupuaʻ一特别是，《比例尺》提供了一些例子，说明如何利用这种生态学方法将问题(例如，陆地沉积物和养分径流)转化为同一流域内其他问题(例如，作物对表土和养分的需求)的缓解解决方案。在夏威夷社会生态系统中，作物生产的农业生态有三种主要形式:密集湿地田、密集雨养田和其他广泛雨养系统(Lincoln和Vitousek 2017, Winter等，2018b,Kurashima et al. 2019)。

两个相对稳定的栖息地之间的交汇处是夏威夷农业生态学的一个焦点。这些区域通常与相应的边缘效应相关，从而创造额外的环境生态位，促进生物多样性的增加(Attrill和Rundle 2002, Brownstein et al. 2015)。扰动是这种汇合带的一个关键方面，农业生态系统利用了这一事实。正如Connell(1978)的中间干扰假说所预测的那样，专于这些短暂受干扰栖息地的植物和动物的存在进一步提高了生物多样性。这些环境中的物种在进化上被选择在干扰制度的背景下茁壮成长(Van Looy et al. 2019)，例如，本地水鸟在洪水事件后重新筑巢的能力，以及本地莎草在沉积物转移时重新出现的能力。

这种边缘对社会-生态系统的恢复力至关重要(Turner et al. 2003)。夏威夷社会生态系统的一个例子是河岸和邻近的湿地系统，这是一个关键的汇合区，或交错带，在lotic(流动的水)和陆地栖息地之间。这些地区经常受到洪水事件的干扰，对河流和河岸景观都有影响，产生了不断变化的扰动斑块马赛克(Nakamura et al. 2000)，并将富含营养的沉积物扩散到景观上(Junk et al. 1989)。边缘栖息地的另一个例子是淡水和盐水混合的河口系统，相对于周围地区，这里往往营养丰富，产量高。下面，我们将探讨在夏威夷社会生态系统中如何管理和使用干扰，以增加这些边缘环境中的粮食产量和其他生态系统服务。

各种形式的农业生态模板由波利尼西亚航海家运输到夏威夷群岛，但环境多样性、本地物种多样性和农业潜力的区域差异导致了设计的独特适应，这些设计在当地景观及其过程的机会和限制范围内运行(Lincoln和Vitousek 2017, Lincoln等人2018)。应用于雨养农业的生态定义种植制度(Lincoln and Ladefoged 2014, Lincoln et al. 2014)、种植区域的时间移动(Lee et al. 2006, Kagawa-Viviani et al. 2018)以及农林复合形式和功能的变化(Lincoln 2020)都体现了这种定制设计应用，农林复合形式和功能最大限度地提高了营养和资源流动，以提高粮食产量，同时提供生物文化传统和其他生态系统服务。下面将探讨这种定制设计的示例。这些农业生态学方法为达到可持续资源充裕的状态铺平了道路(ʻā艾娜momona,字面意思是“肥沃的土地”)，通过在系统中生产比没有人为干预更丰富的关键资源物种(例如，本地贝类、鱼类和水禽)。这就是夏威夷社会生态系统的遗产(Winter等人，2018年一个,Chang等，2019一个)．

除了提供食物外，生态农业基础设施还能累计造福环境和人类社区(Baulcomb et al. 2015)。通过实践和与生物文化景观的互动，伦理得到加强。在许多情况下，夏威夷社区共同设计和建造景观规模的经济项目，提供生态系统服务，如沉积物和营养保留，以保护下游系统(例如，近岸珊瑚礁)。这种基础设施的建设也加强了社会融合(Scheffler and Lockwood 2014)。建造、修复和维护基础设施所需的体力劳动建立了强大的社会网络，因为它们促进了责任的共同价值观(kuleana)和照顾(mā喇嘛)这些风景。这种价值观和社会网络与文化生态系统服务有着内在的联系(Pascua等人，2017年，Gould等人，2019年)。这些共同的价值观也通过上述社会文化制度而根深蒂固。

经济的形式融入了夏威夷的社会生态系统

夏威夷社会生态系统获得可持续资源丰富能力的一个关键方面(ʻā艾娜momona;Gon et al. 2018, Kurashima et al. 2019)一直是各种经济形式的发展和整合。在一个典型的夏威夷社会-生态系统中，高产区域已经稳定下来，并得到扩展，以促进无机营养物质转化为有机碳形式或供人类消费的食物(图2中的概念模型)。对这些区域的精心管理提高了人类从生态系统服务中获得的利益，例如丰富的多种资源物种，包括纳入食物系统的物种。

在土著资源管理系统(包括夏威夷社会生态系统)中实践的生态学方法有共同的线索。在陆地环境中，系统往往经过生态工程，在景观尺度上创造异质环境，以最大限度地提高栖息地的多样性，这通过生态演代管理推动了局部尺度上物种丰富度的增加(Berkes 2018, Winter et al. 2018一个)．在水生环境中，系统往往被设计成利用陆源营养物质和阳光来促进食物网基础的初级生产力，并反过来支持在更高营养水平上增加目标物种的丰度(Hiatt 1947b,DHM Inc. et al. 1990, Kikiloi 2003)。夏威夷社会生态系统中所采用的特定形式的生态学研究如下(表1)。为了讨论的目的，将它们进行了分类;然而，这些类别不应被认为是相互排斥的。

结构替换

土著社区通过增加物种丰富度和丰度来管理景观，以增加特定地区的生物文化价值(例如，Burnett et al. 2019)。“结构替代”是实现这一效果的一种方式。这种生态学的应用发生在物种层面，即一个具有某种结构生态位的物种被另一个填补了类似结构生态位的物种所取代，同时保持系统的功能(例如，用另一个中冠层物种取代一个中冠层物种)。它是一种生态学的形式，用于诱导向理想物种组合的转变，以最大化目标生态系统服务，包括粮食生产和景观的生物文化价值。结构替代维持一般的栖息地类型，但改变物种组合，有意地增加特定的生态系统服务，而不破坏其他物种(例如，将一种森林类型的物种组合转移到另一种，以增加文化产品，同时保持森林栖息地)。在夏威夷社会生态系统的背景下，结构替代形式的经济主义在两种特定的栖息地类型中尤其普遍:森林和湿地。

人类抵达夏威夷之后，通过增加森林和湿地的栖息地，将前人类生态系统转变为夏威夷社会生态系统(Lincoln和Vitousek 2017, Gon等人2018,Winter等人2018a、bKurashima et al. 2019)。然而，通过采用经济主义，夏威夷的管理系统能够在增强当地社区所期望的特征的过程中保留当地生态系统的大多数关键功能和相关的生物多样性。森林结构替代的一个例子是综合农林实践，它创造了物种组合，将作为波利尼西亚生物文化工具包的一部分带来的物种与非常有用的本地物种混合在一起(Lincoln and Ladefoged 2014, Winter and Lucas 2017)。在夏威夷岛的科纳地区(Kona)，我们可以看到森林中两种不同形式的结构替代，该地区应用了记录良好的农业生态区(Kelly 1983)。在ʻāpaʻ在热带雨林中，原生冠层保持不变，亚冠层发生变化。在这里，这个系统适应了非常贫瘠的土壤;通过维持已建立的森林冠层和与之相关的营养物质的上升、保留和循环，下层植被物种可以茁壮成长。在kauluʻulu(面包果树林)带出现在火山斜坡的中部地带(Lincoln and Ladefoged 2014)，结构替代几乎完全将原生的中部森林转变为一种新型农林复合系统。这里，一片混杂，开阔的林冠以ʻulu(面包果,或面包果altilis)和其他波利尼西亚引进的高生物文化价值的树木一起建立起来。这片新森林的冠层中部被各种其他波利尼西亚引入的植物所占据，这些植物可以在部分阴影中茁壮成长，并允许一些阳光穿透到森林地面，供各种作物物种使用。一些本地植物被保留下来用于医学和其他生物文化传统。与其他太平洋岛屿农业生态系统一样，这些新型森林系统通常模仿原生森林的多层结构，其中冠层由一到两个物种主导，偶尔增加，亚冠层更加多样化，覆盖相对密集，密集的地被物种往往出现在单型斑块中(Ticktin et al. 2018)。这种方法最大限度地利用了养分、阳光和水。在低地地区建立这种新型森林，确保了最靠近人类居住地的森林提供更多的产量，如粮食、木材和非木材森林产品，同时保持关键的生态系统服务，如洪水和侵蚀控制(Quintus等人，2019年)。湿地结构替代的一个例子是湿地农业生态，它在增加粮食产量的同时保持了湿地的结构和功能。不可食用的湿地莎草被kalo(芋头,或芋耐)，以填补系统内相同的结构位;它的种植为本地水鸟、鱼类和无脊椎动物维持了湿地栖息地，这些动物也是食物来源。

夏威夷资源管理系统所包含的社会-生态区域(即夏威夷资源管理系统)moku系统)创建了某些区域，这些区域被指定为适合各种形式的经济，而其他区域则被指定为不适合任何经济实践(例如，wao akua,“神圣森林”地区)。这种方法确保了增强的物种组合不会完全取代本地物种组合，而本地物种组合本身提供了所需的生态系统服务(Winter和Lucas 2017, Winter et al. 2018一个;图1)。

栖息地工程

栖息地工程将栖息地从原来的有限、破碎和波动的空间范围，转变为有利于理想物种组合的空间扩展和连续状态。在夏威夷的社会生态系统中，栖息地工程有多种形式，包括但不限于陆地环境中的湿地生态农业，将冲积平原上的森林转变为湿地农业生态系统。

湿地生态农业是一种经济形式，存在于整个太平洋和东南亚(Berkes 2018)。它适应了波利尼西亚的芋头种植，然后被运输到夏威夷的社会生态系统并进一步适应。它涉及到与泥沙系统相邻的陆地区域的景观工程，包括河岸区、湿地和冲积平原。通过一个由灌溉沟渠和梯田池塘组成的系统，水从溪流中分流出来，扩散到整个景观中。湿地生态农业的最终目的是为特定的物种组合提供栖息地，重点围绕着栽培kalo其中包括本地水禽、鱼类、无脊椎动物和其他植物(图2B和3;Handy et al. 1972)，所有这些都是重要的食物来源。这一工程扩大了它们的栖息地，并推动了它们种群的增加(即物种丰富;Winter等，2018a、b)．古生态学资料表明，一些特有的鸟类(如水鸟)ʻ翅ʻ齿龈,或山鸡;还有猫头鹰pueo,或火烈鸟三明治)并没有出现在化石记录中，直到夏威夷社会生态系统的发展增加了它们的栖息地面积，从而增加了它们的种群规模(Burney et al. 2001, Burney and Kikuchi 2006)。文化上重要的植物，如用于编织和缆绳的本地莎草，也在这些湿地栖息地茁壮成长(Abbott 1992)。

这一工程模拟了人类出现前的湿地，并利用了相关的生态系统服务:捕获沉积物并减缓与风暴事件相关的水，处理来自陆地的营养物质，并促进地下水补给的增加(Maltby和Acreman 2011)。湿地池塘田的这种拼合设计通过有效地创建沉积物保留盆地来实现这些目标，这在防洪中发挥了重要作用，并有助于在景观中保留被侵蚀的表土和浸出的养分，这在风暴事件中尤其有价值(Koshiba et al. 2013, Bremer et al. 2018)。因此，沉积物进入邻近的沿海水域和窒息珊瑚礁栖息地(图2B和图3)减少了。这种设计还通过减缓水从流域流出的速度来支持地下水补给，这在热带高岛系统中可能是极端的，并扩大了水流流过的表面积。正如Nakamura等人(2000)所描述的，湿地农业生态系统还通过创建一个移动的扰动斑块马赛克来模拟生态系统过程，包括未淹没的休耕斑块(图3)。这种策略的一个例子可以在与夏威夷谚语有关的故事中看到moku考艾岛的科纳岛“Mānā， i ka pu ' e kalo ho ' one ' ene ' e a ka wai。”这个短语翻译为“Mānā，堆积的芋头在水中移动”(Pukui 1983)，并记录了农业生态学的早期创新kalo种植在筏子里以应对波动的水位。因此，这种农业生态设计利用了自然干扰机制(如洪水)的优势，从而提高了生态系统服务供应和人类社区在面对风暴事件时依赖这些服务的恢复力。

湿地农业生态系统被认为是夏威夷一些社会生态系统的关键组成部分，因为它们塑造了复杂的社会文化系统，并影响了景观尺度上的生物文化资源管理(Winter等，2018年b)．与世界各地的其他生态农业生产方法一样(Altieri 1999,2004, Jarvis et al. 2008)，传统的kalo农田不是单一栽培，而是构成了复杂的农业生态系统，能够维持高水平的粮食生产以及种内和种间的生物多样性(Winter 2012, Winter等，2018b)．Kalo是天然莎草的结构性替代品，其种植为天然湿地动物(如水鸟、鱼类和无脊椎动物)提供了栖息地，其中许多也是食物资源。因此，这种经济形式稳定和扩大了从湿地栖息地为复杂碳水化合物的种植提供的生态系统服务，同时扩大了作为重要资源的本地物种的栖息地。随后，它增加了粮食丰富性和粮食安全，同时保留了水和沉积物。然而，与其他形式的集约化农业一样，需要进行适当的管理，以避免下游和河口营养负荷的有害增加(Bremer et al. 2018)。这种潜在的生态系统损害实际上为设计和开发其他形式的生态环境作为下游缓解措施创造了机会(例如，水产养殖池塘，见融入夏威夷社会生态系统的经济学形式:营养工程)．

栖息地的增加

栖息地扩大是在不完全改变栖息地形式或功能的情况下，改变栖息地的小气候模式的地形改变的应用。一个例子是在一个地区排列和/或堆砌原生石头，以创造岩石特征，提高周围的生产力。在夏威夷的社会生态系统中，在更边缘的栖息地，大规模的农业生态系统是围绕着加强种植ʻ通海小河(红薯，或番薯甘薯)在雨养系统中(Kirch et al. 2005, Kagawa and Vitousek 2012)。生境增强在这些系统中得到了广泛应用。具体地说，微地形特征，如岩石土丘和线性堤防(kuaiwi)都建在这片土地上。在某些情况下，栖息地的扩张是普遍的，并且相对均匀，例如在背风的Kohala农业系统中，广泛的护堤覆盖了大约60平方公里(图4;Ladefoged等人。2011,2018)。在那里，栖息地的增加似乎是对大规模天气模式的反应。在背风的科哈拉，持续的信风在夏威夷和毛伊岛之间的海峡被放大，导致极端风极大地提高了蒸散量(Kagawa-Viviani et al. 2018)，但也有很高的雾和水分。微地形装置对风产生了扰动，产生了迎风和背风雾沉积的微小岛屿效应，既将水带入系统，又在系统内重新分配水(Lincoln et al. 2017, Marshall et al. 2017)。这些墙的水文效应导致了更可靠的粮食生产，增强了系统的恢复力(Kagawa和Vitousek 2012)。此外，墙壁似乎被用作模仿岩石露头的岩屑覆盖物，这自然地提高了土壤肥力(Ladefoged et al. 2010)。另外，在moku在毛伊岛考普岛，更具体的栖息地增加发生在微生境(Kirch et al. 2004,2005,2009,2013)。栖息地的增加似乎是对一系列因素的反应，利用一系列景观改变来影响土壤、水和养分在系统中的运动。几个微型站点的水文实例表明，细粒灰充当中等不透水含水层，但被一层厚的高度多孔煤渣覆盖。煤渣阻止了水从灰层的毛细血管上升，大多数现代植物的根很少能穿透粗糙干燥的煤渣，到达埋在地下的细灰层中丰富的水。古代夏威夷园丁利用这些特征，通过突破煤渣层并在创造的洼地内种植来扩大栖息地(Kirch et al. 2005)。有证据表明，这些生态学的应用促进了人类人口向干旱地区的扩张，而不是在以种植为中心设计的社会生态系统中kalo(Lincoln et al. 2017,2018)。

在水生系统中增加栖息地的一个例子是建造鱼屋(imu或摘要)在浅水近岸地区(Maly和Maly 2003b,Kahaulelio和Pukui 2006)，这增加了近岸环境的结构复杂性，基本上等同于海岸线上的微型人工珊瑚礁。夏威夷近岸栖息地的特点是海浪能量高，相对于整个太平洋的其他地点，栖息地的复杂性低(Bird et al. 2013, Franklin et al. 2013)。因此，确实存在的高度粗糙的栖息地复杂性(由大面积珊瑚礁造成)是珊瑚礁生物多样性和丰度的重要驱动因素(Friedlander和Parrish 1998, Rodgers et al. 2010)。Imu /摘要因此，建造过程模仿了结构复杂的珊瑚礁，为隐蔽物种创造栖息地，为幼鱼创造安全区栖息地(Madin等人，2019年)，所有这些都是健康的生态系统功能所必需的。鱼屋通常建造在低潮标志和珊瑚礁之间，特别是在沙质或布满卵石的地区，那里的海浪活动降低了结构的复杂性(Maly和Maly 2003年)b)．这些结构可以根据需要与周围的网一起拆卸和重建，以捕捉在建造的栖息地定居的鱼类。这些鱼屋相对较小，是大约1平方米大小的空心岩石堆砌而成，产量远不如水产养殖技术，但它们曾经分布在海岸线上，可以支撑这些结构。这种生态繁殖的做法导致暗礁鱼(特别是幼鱼)的安全区栖息地的累积增加，推动了它们在海岸线上的种群数量的增加。一些鱼被捕捞并被人类食用，而另一些鱼则定居在珊瑚礁上，并有助于维持繁殖的成年礁鱼的强大种群。这种方法主要促进了未成熟的食草动物的收获，主要是为老年人保留，他们不再有喂养一大家庭的责任，他们的身体能力有限，随着年龄的增长，饮食需求减少。这种做法有助于老年人保持独立的能力，并确保人口中的关键人口有确定的食物来源。社会文化系统内的规范和期望指导更年轻、更强壮的渔民在珊瑚礁或公海进行捕鱼活动(Maly和Maly, 2003年)b)．这种预期也可能限制了幼鱼的广泛捕捞，确保许多幼鱼能够进入繁殖群体，这最终导致了附近珊瑚礁上这些物种的更丰富。

栖息地的增强

生境改善是对原生生境的物理操作，以提高其生产力。夏威夷社会生态系统的一个关键栖息地是溪流。当海洋波涛汹涌，不适合捕鱼时，或者当婚礼或葬礼等社会文化活动需要为一大群人提供食物时，溪流尤其重要(Kimura and Mahuiki 1975, Maly and Maly 2003)一个)．这种对河流资源的间歇性依赖是缓解珊瑚礁等其他系统捕捞压力的另一种机制。这种冗余为粮食系统提供了弹性。

溪流生境改善涉及两个过程:管理河岸走廊中的冠层树木，以最大限度地增加照射到溪流的阳光水平，推动水中初级生产力的提高;并通过实践来保持河流健康的完整性。在人类居住之前(以及在今天无人管理的地区)，通常狭窄而陡峭的溪流被溪流两侧的树木覆盖。然而，在夏威夷的管理系统中，所有溪边的树冠树木都被清除了，以最大限度地减少碎片掉落，并最大限度地增加进入溪流的阳光量，同时保留其他木本植被，以保持河岸地区的稳定。这种做法不仅提高了该栖息地对人类互动的适宜性，而且还提高了河流的初级生产力，这些河流的生产力以前受到森林冠层的限制(Vitousek et al. 2010)。此外，流速、河道和水池都设法维持适宜的温度和氧供本地脊椎动物和无脊椎动物茁壮成长，特别是在湿地农业生态系统内(Maly和Maly 2003年)一个)．与节约用水有关的无数复杂的规章制度(例如，kapu而且kānā围)是在夏威夷社会生态系统中发展起来的，并有助于在接触前时代实现这些目标(Kamakau et al. 1964, Handy et al. 1972, Kamakau et al. 1976, Maly and Maly 2003b)．

这些规则中的关键是严格禁止在任何水源(如泉水、溪流和灌溉渠)内或周围排便，这是基于这样一种理解，即通过水运输的人类粪便会对生态系统造成损害。这一规定意味着人类废物管理系统的主要方法是通过干式(无冲水)坑式厕所(lua)，并要求它们必须放置在远离淡水来源的地方。另一个关键限制是禁止为湿地农业生态目的从溪流中分流50%的水(Nakuina 2007, Sproat 2015)。还有一项广泛的任务是确保系统中的任何地方(如泉水、溪流和灌溉沟渠)都没有阻碍水流的堵塞。社会文化机构加强了哲学和宗教理想，有助于确保社区遵守旨在保护淡水资源完整性的规章制度(Kurashima et al. 2018)。这些理想，以及迅速和严厉的惩罚的威胁，最大限度地减少了对不合规个人采取执法行动的必要性(Sproat 2015)。

对继任管理的干扰

演替管理的诱导干扰创造了一种可控的干扰机制，在局部环境中同时利用多个演替阶段的产物。扰动、边缘效应和演替导致了生态系统服务和生物文化产品的多样性(Turner et al. 2003)。这些概念在夏威夷农业生态系统的管理中得到了利用。此外，这些策略的应用似乎已经直接适应了该地区的生态潜力，以维持伴随扰动和演替制度而提高的生产力。

关于继位管理的诱导干扰，有文献记载的最好的例子是一种被称为轮作耕作的系统pākukui方法，这是在实践moku夏威夷岛的Hāmākua语(Lincoln 2020)。一个新奇的森林kukui（粉砂moluccanus)是一种快速生长的树种，主要是为了积累营养物质。在这个moku,转移(即，倾斜)农业的实践中，树木被砍伐，堆肥和种植kalo。这个词pākukui字面意思是“kukui情节”，但隐喻的意思是“流浪汉”，指的是流浪，而不是久坐不动的性质kalo通过森林进行栽培(Pukui和Elbert 1986)。虽然轮作在许多传统农业系统中很常见，但是什么导致了轮作pākukui特别引人注目的是，这种做法的空间范围与驱动土壤肥力的潜在因素密切相关(Lincoln 2020)，这是应用经济学的一个例子。在未接触人类的夏威夷人身上，这种转移耕作的做法似乎只占据了一个有限的中等土壤肥力的生态位。较肥沃的地区被开发用于更密集地种植一年生和多年生作物，而肥力较低的地区则用于发展永久性的新型农林(即上文所述的结构替代)。智能设计和景观层面的策略转变表明有意和知情的应用与环境机会和限制相关的经济学。

连续管理的另一个例子是创建景观马赛克，如高度照料的森林斑块，以增加景观尺度上累积的生态系统服务。将森林融入马赛克景观是土著社会-生态系统中常见的一种经济形式(Robson和Berkes 2011, Berkes 2018)，在波利尼西亚各地都有记录，包括夏威夷人(Lincoln和Vitousek 2017, Quintus等人2019)。这种方法模仿演替和其他生态过程，以创造异质性，并推动森林可以提供的生态系统服务的增加(Robbins等人，2015年，Ticktin等人，2018年)。夏威夷岛在更广阔的农业景观中提供了原始森林斑块的例子。这种镶嵌在森林栖息地内产生了边缘效应，从而为原始生长斑块周围的农业生态系统带来了无数的生态效益，包括提供阴凉、营养物质的提升、微生境和野生动物栖息地，所有这些都提高了生产力，同时保持了比森林或农业单独提供的更大的景观级生物多样性。

营养工程

营养工程是管理食物网的系统工程。我们以Sanders等人(2014)的工作为基础，将营养工程描述为一种生态学形式，专注于食物链的节点和环节，以影响食物网的结构和动态。在这个意义上，我们使用术语“食物链反应”来描述增加低营养成分丰度的过程，以推动目标物种在高营养水平的丰度增加。

在夏威夷的社会生态系统中，营养工程专注于水生初级生产的微型和大型藻类，这是一个基础的生态系统服务。不仅大型藻类(利比亚)是土著食物饮食的重要组成部分(Abbott 1996, Winter等人，2018一个)，但藻类生产总体上是近岸环境中食物网生产力的基础(Barnes and Hughes 1999)。这种方法通过水产养殖池塘(即鱼塘或池塘)应用于夏威夷的社会生态系统loko我ʻ)，以提高低地和沿海地区水生环境的初级生产力，从而提高营养物质的转移效率。

有水产养殖池塘的土地被认为是可持续丰富的地方(ʻā艾娜momona;Kamakau 1976)，因为通过工程养殖池塘的藻类生产推动了鱼类生物量(即鱼类种群)丰富度的增加。工程养殖池塘分为四个主要类别，它们被整合到夏威夷淡水和微咸水栖息地的社会生态系统中(Summers 1964, Handy等人1972,Kamakau 1976, Kikuchi 1976, Maly和Maly 2003b;这些池塘创造的环境有利于以微藻(例如，浮游植物，包括硅藻)、大型藻类和无脊椎动物为食的鱼类(Hiatt 1947a、b)．这种营养工程的应用模拟了生态系统过程，利用了当地的生物多样性、时空可变性以及夏威夷湿地和沿海景观的独特地貌。这一工程提高了这些关键资源物种的生产力。特别是一类水产养殖的设计(loko kuapā;表2，图2C，图2E底部)是基于河口的高产性质及其作为幼鱼和无脊椎动物保育区的生态功能。考虑到太平洋其他地方缺乏微咸水养殖池塘，这些池塘可以被认为是夏威夷发展的新的经济创新。

就其物理和生物地球化学功能而言，夏威夷水产养殖池塘通过利用流经流域的营养物质以及可利用的阳光和管理水的非生物特征(下面将讨论)，基本上推动了人类出现前水生食物网基础上初级生产力的增长。这些系统被设计成大型的半封闭的生态系统，可以捕获营养水并控制其停留时间，以促进底栖藻类和浮游植物的有益繁殖。硅藻生产尤其重要(Hiatt 1947b)，并通过最大化这些“盛衰”分类群的时间丰度和最小化不确定性来实现(Gross 2012)。因此，通过营养工程，这些技术在概念上模拟了自然开花条件(例如，海洋涡流;Brown et al. 2008, Rii et al. 2008)创建了“浮游植物孵化器”(图2C，图2E底部)，诱导食物链反应，导致草食性鱼类和无脊椎食鱼鱼类的数量增加。一些例子包括ʻamaʻama(条纹鲻鱼，或Mugil领)通过消耗增加的微藻和大藻产量，而增加莫伊(太平洋threadfin，或Eleutheronema tetradactylum)通过消费增加的二级消费者(例如，微型和大型无脊椎动物;图2;Hiatt 1947a、bAdolf et al. 2019)。这种食物链反应最终支持了比非管理系统中可能出现的更高的鱼类储量(Costa-Pierce 2008)。

在沿海水产养殖系统中，水闸与每日潮汐通量一起使用，以管理池塘中水的盐度、温度、溶解氧、冲洗速度和停留时间(McCoy等人，2017年，Möhlenkamp等人，2019年)。从概念上讲，在有围墙的池塘设计中加入水闸，故意放置在有利于该地区水流的方向，是保持所需鱼类最大产量的关键。适当的管理允许海水的流入，重新输入低营养的水和所需浮游植物组合(较小的真核生物和蓝藻以及硅藻)的种子种群，以维持食物链反应，导致鱼类资源增加。这种精心安排的演替模式防止了有机物生产的泛滥和有机产品的非耦合再矿化(例如，养分循环)，这可能导致微生物循环发育不良。水闸控制也允许野生招募pua(幼鱼)进入池塘，作为维持食物链反应所需的物种组合的种子种群。

在水产养殖池塘范围内维持有益藻华所需的营养物质来自两个来源:海底地下水排放(SGD)和湿地农业生态系统的径流。在夏威夷，SGD自然从玄武岩的溶解中获得高水平的无机氮和其他微量营养素。沿海岸线普遍存在的地下水泉和渗漏有助于水生环境中的初级生产(Doty和Oguri 1956, Duarte等人2010,Amato等人2016,Gove等人2016)。一些研究人员假设珊瑚碎片嵌在kuapā(池塘壁)，或者沙丘本身聚氨酯ʻuone类池塘，可能调节溶解无机碳浓度和相关的pH值。从概念上讲，集中在鱼池中的无机营养物质可以使硅藻快速繁殖，这有助于通过鱼池食物网以碳形式有效地转移能量，从而最大限度地提高营养转移效率。这种效率可能已经开始了食物链反应，导致了丰富的高级营养生物。

养殖池塘不仅促进了生态系统服务的增加，还减轻了与集约化农业相关的生态系统损害。湿地生态农业等集约农业可以使水体的营养物质含量超过基线水平(Bremer等人，2018年)，而且还会影响SGD的化学性质(Welch等人，2019年)。如果没有汇来缓解富营养化，农业径流会导致附近沿海水域有害的浮游植物和大型藻类大量繁殖，从而对生态系统造成损害;在最坏的情况下，这种水华会造成缺氧条件，导致鱼类死亡(Smith等人，2002年，Dailer等人，2012年，McCoy等人，2017年)。相反，整个湿地系统和流域末端的水产养殖基础设施通过减缓营养物从集约化农业流入池塘以促进鱼类养殖，提供了一种生态系统服务。沿海池塘中冲过水闸的水流(在潮汐退去时)的脉动模式，阻止了营养物质的升高和浮游植物的大量繁殖，使其无法压倒珊瑚礁，成为生态系统的危害。相反，脉冲冲淤管理的水华作为一种生态系统服务，在鱼塘外提供可用的浮游生物(例如，浮游动物和其他次要消费者)，并有助于建立健康珊瑚礁食物网的营养基础。通过这种方式，夏威夷水产养殖基础设施的设计旨在模拟和利用陆海相互作用之间的重要交换，同时增加鱼类资源，保护近岸珊瑚礁免受生态系统损害。这个基础设施是专门设计的，目的是增加系统中目标鱼类的丰度。最近对夏威夷时代近岸珊瑚礁的健康和生产力的研究(Kittinger et al. 2011, Bahr et al. 2015)支持这一功能是有效的。

营养管理和繁殖力管理

营养管理是在工程基础设施之外对食物网进行操作，以增加关键资源物种的丰度。它建立在对营养生态学的理解之上，营养生态学管理陆地的营养输送，以操纵水生初级生产力，并推动近岸海洋环境中鱼类生物量的增加(即自下而上的控制)。在鱼塘中，营养管理传统上强调草食性鱼类的生产力，通过加强营养输送来增加微藻和巨藻的生长(Hiatt 1947一个)．此外，对草食性鱼类的捕食也因集中扑杀和食用鱼肉而减少。由于营养级之间的能量转移通常是低效的，草食性鱼类保持更大的生物量，比鱼食性鱼类更丰富(Lindeman 1942, Hiatt 1947b)．依靠食草动物和食物网中其他较低营养级别的成分，为从水生环境中保持持续丰富的食物来源提供了更有效和可持续的策略。

有五类主要的收割限制(kapu)在moku管理物种丰度的种群动态系统(Winter等，2018一个)．一类与繁殖力管理相关，旨在最大限度地提高关键资源物种的繁殖产量。为了提高繁殖力，在产卵季节对关键资源鱼类进行了限制(Colding和Folke 2001, Friedlander等，2002,Poepoe等，2003)。关于各种物种产卵的季节和时间以及它们如何与其他物种的物候学相关的知识被编码在谚语中(Pukui 1983)。一个包含营养管理和繁殖管理的谚语的例子可以在夏威夷Kona Hema(南科纳)的谚语中看到，" hānai a ai "，大致翻译过来就是“喂鱼，你可以吃”(Maly and Maly 2003b,Winter等，2018一个,Chang等，2019b)．这句谚语指的是每年的捕鱼限制ʻōpelu（Decapterus macarellus)，这与鱼类喂养的做法相对应，在产卵季节使用在陆地上培育的过量碳水化合物来源来提高繁殖力。作为这种做法的一部分，有一个具体的限制，禁止用肉来喂鱼，因为它会吸引正在喂食的鱼的捕食者(Maly和Maly 2003年b)．与此同时，对主要低营养级资源鱼类(例如，ʻōpelu)在产卵季节，它们的食物来源从珊瑚礁转向远洋捕食物种(例如，鲔,或Katsuwonus pelamis)．营养管理和繁殖力管理的耦合方法可能最初推动了物种丰度的增加，然后维持了珊瑚礁及其周围关键资源物种的丰度(Kittinger et al. 2011)。这种做法也确保了鱼类蛋白质的多样化来源。除此之外，一个复杂的法规体系(kapu)旨在管理种群动态和物种连通性，以确保各种资源物种的强健和健康种群。这些规则旨在确保珊瑚礁在整个季节和后代中仍然是几种类型的食物资源物种的来源(Winter等人，2018年一个)．

结论与未来研究

这一贡献将各种学科的探索汇集到夏威夷社会-生态系统的设计、结构和功能中，在生态镜头下分析它们，并将它们置于适应性生态系统管理战略(称为经济学派)的保护伞概念之下。这种概念化提供了一个机会来审查土著资源管理系统的生态基础。这些管理系统有助于维持多样性，以及生态系统的功能和服务。它们可以最小化资源可用性的不确定性，同时保持系统的弹性。在这一过程中，出现了新的术语，以分类普遍存在于土著资源管理系统，特别是夏威夷社会生态系统中的常见经济形式。这些术语的实际应用比这里所探讨的有限示例更广泛。

生态经济学的概念为人类的存在和行为对自然和生态过程具有固有的破坏性这一前提提供了另一种叙述。事实上，人类利用经济学来确保资源的可持续利用已经有很长的历史了。与特定地方有着最悠久历史和关系的土著社区及其原生生物多样性为研究这种方法提供了理想的环境。夏威夷资源管理系统的天才之处在于，尽管在接触之前，栖息地的相对比例发生了改变(例如，系统中湿地与森林的比例增加)，但没有证据表明任何栖息地被消除或破坏。然而，有充分的证据表明，在景观上使用各种经济模式，推动了物种丰富度和丰度的增加，这反过来又可持续地支持了繁荣的人类人口。

基于我们的综合，生态学在夏威夷社会生态系统中被用于管理水、营养物质、沉积物和生物多样性，以实现和维持资源丰富的可持续稳定状态(ʻā艾娜momona)．这个系统是有弹性的，因为它建立在对扰动的管理之上。在这种背景下，我们认为有一个基本公式可以成功地将经济形式融入社会生态系统的设计和管理:(1)确定一组关键资源物种及其在栖息地和营养方面的需求(生物或非生物资源)，(2)将这些需求整合到社会-生态系统的结构中，(3)用整个系统另一部分的副产品或未充分利用的组成部分来滋养这些资源物种，(4)在这些物种的繁殖期为它们提供保护，并调节收获以最大限度地提高它们的繁殖力，(5)通过加强管理伦理的社会文化机构和组织加强文化规范，以最大限度地减少过度捕捞的风险。

这一公式可以推动资源物种丰度的增加，并使社会-生态系统能够利用和增加关键的生态系统服务，作为其核心功能的一部分。尽管存在许多细微差别，但这种概念化的一般方法为来自不同学科背景和世界观的人们提供了一些共同语言，以便就人类世的可持续性解决方案进行对话。将这些概念纳入社区、城市和资源管理政策的设计中，可以通过管理项目和可持续行为促进人类参与并与他们的地方建立联系的机会。夏威夷的社会生态系统是如何实现这种方法的例子，它们提供了一个透镜，我们可以研究如何将生态学纳入社会生态系统的设计和管理，以优化关键栖息地的生产力。在为夏威夷社会生态系统设计的方法中，特定的栖息地通常通过保持灵活性和开放的选择来管理食物丰富和恢复力。这种双重目的的方法创造了具有风暴弹性的系统，利用与集约农业相关的营养径流，使无脊椎动物、鱼类和水禽的丰度高于没有直接人类管理的情况。因此，经济学提供了粮食安全，同时减轻了集约化农业不可避免的产出。这种方法还有助于推动关键生态系统服务的质量和数量的累计净增加，包括物种丰富度和丰度、饮用水、含水层补给、沉积物保留、营养和生物文化多样性，以及家庭和社区的健康和福祉。这就是持续富足的基础(ʻā艾娜momona)在夏威夷社会生态系统内。

在理解经济主义如何导致可持续富足的过程中，我们可以将“人类是问题”的叙述转变为一种范式，而不是将特定的行为视为问题，并将人类的美德视为解决方案。然而，我们仍然无法对长期成功的关键有一个详细的了解。需要对本文所探讨的概念的细微差别进行研究，以阐明各种形式的生态在夏威夷社会生态系统的基本层面上是如何发挥作用的。研究领域包括但不限于:异质景观设计、农业生态学、栖息地工程、栖息地增强、栖息地增强、结构替代、可控扰动和演替、营养工程、营养管理和繁殖力管理。

还需要评估环境健康和生态系统服务的指标，以及在大家庭和社区范围内衡量人类健康和福祉的指标。以政策为导向的应用研究可以帮助揭示这些生物文化系统如何恢复并适应夏威夷人目前存在的条件，特别是在全球气候危机、入侵物种、城市化以及占主导地位的经济和治理体系的背景下。这种研究应包括文化在恢复夏威夷社会生态系统健康和功能方面的作用，在两个社区(ahupuaʻ一)及区域(moku)，以展示在21世纪恢复该系统的整体价值。最后，随着人类世的发展，对循环经济的研究可以将本文研究的概念纳入资本主义背景下更可持续的经济模型的开发中。

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