以下是引用这篇文章的既定格式:
Winkler, K. J, K. Benessaiah, J. Botzas-Coluni, E. T. H. Crockett, M. A. Crowley, M. Dade, D. E. L. Hanna, J. Garrah, J. T. Rieb, E. M. Bennett. 2022。Panarchy对生态系统服务研究的启示:系统动力学在服务提供中的作用。生态与社会27(2):43。摘要
Panarchy说明了社会-生态系统的动态性质,以及它们的嵌套和通过时间和空间的相互联系。尽管生态系统服务的研究取得了很大进展,但整合社会-生态系统各组成部分的动态相互作用的研究却很少。我们探讨了泛社会理论,特别是它对变化和系统动力学的详细思考,如何帮助ES研究更好地将变化动力学捕捉到其基本假设中。为此,我们概述了Panarchy理论的四个主要结论:多重状态,适应周期,适应周期的变化,以及可持续性的变化和持久性。我们说明了如何将这些方面纳入ES研究,并提出了该领域的建议。介绍
世界的变化比人类所见证的任何时候都要更快,更根本(Steffen et al. 2011, 2015)。尽管地球上许多人的福祉已经改善(Raudsepp-Hearne et al. 2010一个,联合国2015年),这种改善是以我们的自然系统为代价的:栖息地减少、生物多样性丧失、气候变化、富营养化加剧和水系统污染。beplay竞技由于人类系统和自然系统在多尺度运行的社会生态系统(SES)中紧密相连,社会系统的变化影响自然系统,自然系统的变化影响社会系统。这种SES是复杂的自适应系统,在多个尺度上相互依赖并相互作用(Bouamrane et al. 2016)。
在他们的开创性著作中,甘德森和霍林(2002一个)引入Panarchy这个术语,以反映社会经济系统的适应性和进化性质,并强调它们在时间和空间上的嵌套性和相互联系。作者强调,在社会经济系统中,物质和信息是多方向流动的。因此,Panarchy的概念有助于理解SES的变化,这是复杂和动态的,通常不仅以系统组件的交互作用为特征,而且以这些交互作用中的变化为特征,而不是单一一致的流方向。
生态系统服务(ES)是大自然为人类福祉做出贡献的各种方式(MEA, 2005年)。生态系统服务研究的发展,部分是为了记录和理解环境变化对生态系统功能和人类福祉的影响,以及人类行为对环境的影响(Carpenter et al. 2009)。它不仅通过科学论文,而且通过诸如千年生态系统评估(2005年)和生物多样性和生态系统服务政府间科学政策平台(IPBES 2019年)等国际努力,成功地使人们注意到生态系统的相互关联性质。尽管这项工作一开始关注的是生态系统变化对生态系统功能和人类福祉的影响,但最近的论文则侧重于社会系统和生态系统之间的双向反馈,展示了人类的决策和行动如何影响生态系统(Raymond et al. 2013, Reyers et al. 2013, Mace 2014)。
尽管在过去几十年里,社会地位研究取得了巨大进展,但这项工作很少调查社会地位随时间和空间的变化(Rau等人,2018年,Winkler等人,2021年一个).20年前,《千年生态系统评估》的领导者发现,当时可用的理论和模型只很差地将生态系统和社会系统之间的反馈纳入其中,因此往往未能预测到变化的阈值、基本系统变化和政权转移(Carpenter et al. 2009)。从那时起,许多概述ES科学研究前沿的出版物多次呼吁更多地考虑不确定性(Nicholson等人,2009)、时间和空间动力学(Bennett等人,2015)和非线性(Koch等人,2009,Bennett 2017)。最近,《IPBES全球评估》的作者得出结论,生物多样性和ES正在减少,需要进行变革性变革,呼吁研究更多关注变化的驱动因素(Díaz等人,2019年)。目前,由于缺乏将变化整合到ES研究中,ES研究向决策者提供如何有效治理不断变化的世界的信息的能力有限(Abson和Termansen 2011, Reyers等人2013,Pascual等人2017,Rau等人2018,2020,Stritih等人2019)。
我们探讨了泛政治理论,特别是它对变化和系统动力学的详细思考,如何帮助ES研究更好地捕捉变化的动力学。我们通过概述本书的四个主要结论来做到这一点Panarchy(Holling and Gunderson 2002一个),这与社会经济体系的动态变化有关。我们遵循结论在Panarchy书中提出的顺序,并讨论如何将这些结论整合到ES研究中。我们承认,在ES的背景下,已经研究了与变化和动态系统相关的一些方面,如权衡(Raudsepp-Hearne等,2010年)b)和ES的空间相互作用(Schröter et al. 2018)。然而,Rau等人(2020)在对近300篇ES研究论文的综述中发现,只有2%涉及时间动力学。最后,我们提供了实用的建议,以帮助ES研究者在他们的研究中合并和解释变化,允许他们产生关于复杂SES中ES动态的更细微的发现。
多个稳定状态在许多系统中是常见的
在区域生态系统、一些经济系统和一些政治系统中,许多非常不同的稳定域之间的突变是合理的。(Holling等,2002一个: 395)
这一结论强调了社会生态系统可以存在于多种稳定状态。每个状态的特点是生态和社会组成部分的特定组合,预计在没有扰动的情况下将持续存在。例如,浅湖可以以清澈或浑浊的形式存在(Scheffer et al. 1993, Hilt et al. 2017;状态之间的变化可以是渐进的,也可以是突然的和戏剧性的(Scheffer et al. 2001, Scheffer and Carpenter 2003)。突变可能涉及引爆点或其他非线性动力学。一旦系统转移到一个新的状态,回到以前的状态可能并不总是可能的(Walker and Salt 2006, Bohensky et al. 2015)。一个系统转换到另一种状态的确切临界点是很难预测的(Biggs等,2012)。
这一概括性结论表明,ES研究者应该记住,一个生态系统可能不会保持在同一状态,这可能会改变ES评估中的ES供需关系(表1)。一个生态系统的不同状态可能会提供截然不同的ES组合,通常被称为ES束(Raudsepp-Hearne et al. 2010)b).例如,一个湖泊从低营养状态到富营养状态的变化可能会对多种ES产生重要影响,如鱼类(Willemsen 1980)、饮用水(Palmstrom et al. 1988)或娱乐(Keeler et al. 2015)。迄今为止,ES研究没有解决状态变化的影响ES包,还是个人ES ES包的供应将会改变并行或在不同的方向状态变化(表1)。提供ES包通过时间研究表明每个ES在任何给定的包可以变化不同于其他ES的包,因为不同的司机影响其条款(雷纳德et al . 2015年,布劳恩et al . 2018年)。有多种研究评估了同时发生在相关位置的ES束(例如,Raudsepp-Hearne et al. 2010 a or b?, Su et al. 2012, Hamann et al. 2015, Qiu et al. 2021),可以为我们提供生态系统不同稳定状态的指示。然而,没有分析束的不同性能是否与系统的不同状态或其他影响(例如,不同的阶段,不同的驱动集)相关联。30多年来,关于生态空间取代时间的文献一直对这种方法表示关注(Pickett 1989, Damgaard 2019)。
迄今为止,绝大多数生态系统研究都使用了生态系统的静态快照来评估生态系统的供应或需求(例如,Burkhard等人在2010年开发的矩阵方法)。很少有研究检查ES的时间变化(短期和长期),这可能对研究结果有重要影响。Tomscha和Gergl(2016)表明,与时间序列相比,只评估一个时间点可能会导致误导性的结果,因为缺少参考数据。那些考虑了时间的人发现了ES变化的有趣结果。例如,Laursen et al.(2021)发现,在冬季,水鸟和娱乐活动的时空重叠要小于夏季。Vierikko和Yli-Pelkonen(2019)研究了湖泊提供的休闲ES供需的季节性,发现需求变化时供给保持不变。他们还强调,社会文化价值随着季节的变化而变化。Renard等人(2015)研究了1971年至2006年加拿大蒙特雷吉地区的9个ES的变化,发现它们都随着时间的推移发生了显著变化。然而,虽然有一些关于ES的时间变化的研究,但研究的重点一般不是多重稳定状态,而是扰动后ES的恢复(Sutherland et al. 2016),而不是生态系统不同稳定状态下ES供需可能发生的变化。
当ES研究考虑到生态系统动态时,它通常以可预测和线性趋势的形式出现(Rau等人,2018年)。然而,这个Panarchy的结论提醒我们,假设ES供给和需求的当前状态是系统的永久属性是不合适的,因此,我们不能在管理和治理决策中假设ES的长期稳定生产。这一结论在……的情况下可能尤其正确”强迫政权”(Rist et al. 2014, Angeler et al. 2020)。当人们人为地将系统保持在一种状态以提供特定的ES时,就会发生强制制度。例如,农业系统经常被强制进入一种特定的状态,通过添加化肥、杀虫剂和除草剂等几种干预措施使作物产量最大化(框1)。这种强制会降低系统的恢复力,增加对持续人力投入的需求,或增加系统进入另一种不太理想的状态的机会。对于这种强制对ES的影响,以及强制在什么时候增加了转向另一种不太理想的ES状态的可能性,还需要进行更多的研究。(表1)。
框1。玻利维亚的Altiplano景观
由于玻利维亚Altiplano地区的恶劣气候,藜麦仍然是唯一可靠生长在那里的农产品(Jacobsen 2011年)。传统上,藜麦的生产以两年为一个周期,在这个周期中,Altiplano的景观在多个提供不同生态系统服务的州(ES)之间过渡。在第一年,土地不播种,这样雨水就会积累在土壤中,为作物提供水分储备。在这种状态下,系统提供诸如侵蚀调节、土壤肥力和虫害调节等ES。第二年种植藜麦,这涉及到土地清理、耕作、播种、施肥、收获和清洁(Jacobsen 2011, Winkel et al. 2016)。在这种状态下,该系统的主要ES是藜麦,以及调节ES如侵蚀控制。
近几十年来,全球和当地的驱动因素对Altiplano地区藜麦系统的运作施加了压力。全球对藜麦的需求不断增长,导致许多农民减少土地的未播种时间,以增加藜麦产量(Jacobsen 2011)。此外,移民工人的涌入使藜麦生产得以加强,但也导致了土地利用改革,迫使该系统进行重组(Winkel等,2016年)。这延长了开采阶段的时间,但也加剧了环境退化,如果管理制度不发生变化,可能会导致生态系统的最终崩溃(Jacobsen 2011)。
Altiplano地区的藜麦生产系统在不同的空间层次上提供了不同的生态系统。例如,藜麦是由单株植物生产的,尽管文化认同主要在景观层面上起作用。许多决策,如休耕期的长短,发生在农场一级,但这些决策引发了各种规模的变化,影响非目标ES,包括土壤肥力、侵蚀调节和藜麦供应。因此,对一种ES(藜麦)的全球需求对当地生态系统及其提供的其他服务(如侵蚀控制、土壤肥力)产生了负面影响,最终影响到整个Altiplano生态系统。
确定Altiplano系统中不同层次的适应周期阶段以及这些适应周期如何相互作用,有助于确定如何实施或改变管理实践,以防止系统崩溃和对Altiplano景观系统至关重要的ES的损失。
北美西部的野火
适应性周期的一个著名例子是美国西部的野火(Higgins and Duane 2008, Allen and Holling 2010, Littell 2018)。采伐期是早期演替种的生长时期。在保存阶段,生物量积累的时间较长,由于燃料负荷的增加和干旱,极易发生火灾。这种生物量不仅包括木材,还包括埋在树木周围土壤中的松果。在释放阶段,由于森林地面和树冠层生长的植被相互依赖,连接程度很高,这使系统脆弱到崩溃,并抵抗新物种和外部干预(Higgins和Duane 2008)。同时,通过积累(例如森林中的生物量),变化的潜力正在增加。这种脆弱性和潜在变化的结合意味着任何扰动都可能将系统转移到一个不同的状态。森林火灾或虫害/疾病可以在释放阶段触发。在保存阶段,储存在额外燃料负载和干旱中的能量被释放出来。在重组阶段,系统重构生态系统或人们用管理行动应对事件(Littell 2018)。 The seeds of the cones in the soil allow new pine trees to grow back (Johnstone et al. 2016). This process describes the natural adaptive cycle in which naturally occurring fires happen in first-generation forests with multi-aged stands: the fire clears out the ecosystem and starts a new cycle.
该周期还说明了适应周期的四个阶段的不同速度。长时间以来,黑松将含有种子的松果掉落在周围的土壤中,形成种子银行,作为森林的记忆(Johnstone et al. 2016)。在很短的时间内,火灾可以烧毁整个森林,完全改变系统的组成,融化晚熟球果,释放种子。以种子库形式存在的生态系统记忆使火灾恢复的短期阶段进入新的开发阶段。这种生态系统的可持续性依赖于短期变化和干扰,随着时间的推移,这些变化和干扰会影响黑松景观的长期持久记忆。
如果人类改变了生态系统,例如,通过木材提取或定居点的扩大,生态系统的参数就会转移到另一种状态。当大火穿过生态系统时,生态系统会受到人类的严重影响。某些类型的森林管理将树木从系统中砍伐和移除,导致新一代的均匀树龄林分。没有规定的/文化燃烧或其他消防管理,这种再生会导致燃料负荷在人类住区附近密集堆积。缺乏积极的森林管理的一个原因是,人们居住的地方离森林地区太近,因此没有进行规定的/文化焚烧或其他预防性管理。当火灾发展为极端或严重的火灾并接近人类住区时,就会导致崩溃的情况。在重组阶段,人类系统可以通过新的火灾管理和预防技术重新启动,但在释放阶段,社会和生态资本的损失可能已经非常高,使恢复困难。土著管理制度使用小规模火灾来防止大规模火灾的发生(Russell-Smith et al. 2013),这表明人类管理可以与自然适应周期相一致。
淡水湖泊
浅湖可以以清澈或浑浊的形式存在(Scheffer et al. 1993, Hilt et al. 2017),是生态系统可以以多种状态存在的经典例子。水下植被的存在是决定湖泊状态的一个关键变量。通过抑制藻类生长和颗粒沉降,植被提高了水的透明度,导致更大的可能性是清澈的水状态。因此,沉水植被通常是清澈浅湖的特征。像风暴这样的扰动可以使一个没有水下植被的湖泊变成浑浊的状态。此外,在高营养水平(临界点),藻类的生长不能再被植被抑制,湖泊变成浑浊的状态。在这种状态下,由于光照的限制,水下植被无法再生长。营养水平(临界点)必须大幅降低,才能使湖水恢复到清澈的状态。许多研究集中在稳定不同状态的因素上。例如,Rip等人(2006)研究了荷兰一个自然保护区的两个浅湖状态下鸟类的作用,在那里外部磷负荷降低,发现光是比附近放牧的鸟类更重要的因素。 However, very few studies look at the consequences for habitat, ES supply, and demand in and provided by these different states of an ecosystem (Hilt et al. 2017).
适应性周期是动态变化的基本单位
聚集资源并定期重组以创造创新机会的适应性周期是理解从细胞到生态系统到社会到文化等复杂系统的基本单元。(Holling等,2002一个: 398)
第二个Panarchy结论强调,适应周期是Panarchy的一个关键元素,它描述了社会-生态系统的变化,通过四个阶段的序列:开发(r),保护(K),释放(omega)和重组(alpha)(图1)。三个属性决定了一个系统如何通过适应周期的不同阶段:(1)潜力的积累(即资源,如生物量、社会关系或经济资本),(2)系统的连通性程度(即系统可以对外部变化施加影响的数量),以及(3)系统的弹性(即系统对意外或不可预测的冲击的脆弱性的度量;Holling和Gunderson 2002b).这三个特性和四个阶段之间的相互作用创造了系统的动态变化。
在适应周期的每个阶段都有不同的变化过程。开发阶段(r)的特点是控制变量之间的低连通性和相对较低的资源水平(例如生物量、人力资本)。低连通性导致系统内组件之间相对较弱的相互作用,导致系统行为更多地受到外部力量而非内生力量的控制。在从开发阶段到保护阶段(K)的缓慢进展中,系统组成部分的连通性增加,资源积累。增加的连接性意味着系统行为越来越多地由内部系统组件之间的交互驱动,而不是由外部的可变性驱动。其他三个过程,从保护到发布(omega),发布到重组(alpha),重组到开发,都更快。在保护阶段(K)中积累的资源会在释放阶段(omega)中突然释放出来,例如,火灾、害虫或经济危机。重组阶段(alpha)的低连通性和相对较高的潜力增加了系统在进入新的开发阶段(r)时以新配置发展的可能性。北美森林火灾随时间推移例证了这些阶段(框1)。
到目前为止,大多数ES研究还没有直接涉及到在适应周期的各个阶段,供求关系可能会发生怎样的变化(表1)。如果以不同的数量提供和需求ES,在一定程度上取决于潜力的积累、系统的连通性和弹性之间的相互作用,那么适应周期的四个阶段可能会影响ES的提供和需求。有理由怀疑,在较慢的开发和保护阶段,与快速的释放和重组阶段相比,ES的供应和需求可能表现不同。例如,在森林火灾期间,尽管高温有助于松果释放它们的种子,但木材不再供应(框1)。我们推测,在不同的阶段,人类对某些基本ES(如食物)的需求保持相对稳定,而供应则不同。应特别注意如何确保在变更阶段(发布和重组阶段)保持基本的环境影响系统的问题。基础存量(例如自然和人力资本)可能是该系统所处阶段的潜在指标。通过自然资源管理,ES的供应可能是稳定的,但会耗尽生态系统,从而威胁到未来供应的潜力。因此,系统可能正从保存阶段的边缘进入释放阶段(Isbell等人,2015年)。
增加对ES的理解的一个关键步骤是开发测量方法,帮助评估系统目前处于适应周期的哪个阶段,以及这如何影响ES的供需。这就要求ES研究考虑在一个具有不同阶段的系统中可能存在的更复杂和动态的相互作用。尽管在第一个Panarchy结论中,系统的状态是起作用的(例如,清澈vs.浑浊的湖),处于适应周期不同阶段的系统更有可能看到ES供需的变化(例如,在野火之后;框1)。随着对适应周期不同阶段的ES供应和提供的更多理解,我们还可以了解不同阶段的ES包,以及是否以及如何在所有阶段提供必要的ES服务(表1)。
随着时间的推移,从映射到监视ES可以帮助识别系统所处的阶段,并允许缓冲和准备潜在变化的自适应管理策略。例如,对磷的一个多世纪的监测不仅使磷管理人员改变了他们的工作方式,而且还显示了磷水平降低的影响(MacDonald和Bennett 2009)。监测ES还可以让我们了解ES是否在自然状态和强制状态下的适应周期过程中发挥作用(表1)。Lautenbach等人(2012)分析了1993年至2009年期间全球授粉效益的数据,并确定了粮食生产授粉服务与其他土地利用之间可能造成粮食生产系统混乱的冲突的早期预警迹象。人为和非人为的扰动可以影响ES的供给和需求,这反过来又可以影响适应周期的过程。森林管理可能会移除下层植被和森林地面植被,以及火灾后重组阶段所必需的球果(框1)。
并非所有的适应周期都是一样的,有些是不适应的
在不同的系统中存在着适应周期的变体。这些包括没有内部存储的物理系统,受外部脉冲强烈影响的生态系统,以及具有远见和适应方法来稳定变异性的人类系统。有些人不适应环境,引发贫困和僵化的陷阱。(Holling等,2002一个: 401)
在这一结论中,Holling等人(2002一个)指出了适应周期的四种变化,它们的复杂程度不同。第一种是物理系统,在西方科学看来,它们没有能力创造,也无意以特定的方式改变一个系统:(1)只要在相同的条件下发生,化学反应每次都以相同的方式进行;(2)在生物系统中,个体不控制或预测环境的变化,但已经进化出被动适应环境变化的方法,例如在半干旱的热带稀树草原上,在雨季开花;(3)生命系统的组成部分能够适应和创造新的反应,以应对不断变化的条件。系统的这些组成部分积极地影响系统本身。海狸、鸟类和造礁珊瑚都是影响生态系统过程的例子。(4)具有代理成分的人类系统,如远见和意图(即,人有目标),它们创造和控制变化。在这种情况下,人类通过自我组织,对预期的或想象的变化产生新的反应,并通过他们的行动和决定积极调整适应周期,作为系统变化的驱动力。例如,农民可以通过他们的管理行动来延长作物的生长季节(例如,迫使系统停留在开发阶段;箱1)。
这一结论指出了ES研究的价值,即调查不同类型的变化驱动因素,并考虑这些驱动因素改变系统本身的潜力。虽然人类驱动因素(第四种变化)在社会生态系统中经常被考虑,但其他因素也作为ES供应和人类福祉的驱动因素。从适应性循环的第一和第二种变化(物理系统和不受控制的系统)中产生的驱动因素对人类来说似乎是可控的。例如,为了农业开发,人类改变了土壤成分。尽管人们在很长一段时间内都感觉控制着这些司机,Panarchy认为我们可能低估了这些非人类司机的力量。例如,森林火灾可以极大地改变ES供应(Pausas和Keeley 2019)。第三种变化(有意图的生命系统)甚至最终会破坏人类的利益。北美太平洋海岸的海獭数量直接影响到当地社区的碳封存和食物供应(贝类)(Levine et al. 2017, Thierry et al. 2021)。根据人类的喜好和需求,海獭的活动可以与人类对食物和经济发展的需求相竞争。因此,在ES评估中考虑一系列不同的潜在变化驱动因素是很重要的。
不同类型的驱动因素反映在ES框架中,如IPBES框架,该框架认识到三种类型的驱动因素:自然、以人为中心的资产和制度(即,规则、规章;Díaz et al. 2015)。不同驱动程序的组合形成了提供ES的上下文。因此,驱动因素的变化会对ES产生影响。因此,仅评估ES供应是不够的。对于更好地理解与ES相关的变化,不同潜在变化驱动因素的指标非常重要(表1)。
人可能是环境系统变化的主要间接和直接驱动因素。ES文献越来越多地承认这一点,不仅关注ES的评估,还关注ES的管理和治理(Sattler等人,2018年,Winkler等人,2021年b).管理和治理已多次被确定为ES条款变化的主要驱动因素(例如,Renard等人2015年,Garrah等人2019年)。然而,关于系统状态变化的管理和治理的作用,或者通过适应性周期和基本ES的稳定提供的过程,仍然存在问题(表1)。前进的一个方法是实施具有(意外)变化可能性的适应性和预测性管理和治理,并将其作为其思想的基石(Guston 2014, Boyd等人2015)。
第三个Panarchy的结论也强调了不适应周期,这是维持一个系统在不希望的状态的条件(Carpenter和Brock 2008)。这一定义突出了该概念的规范性维度,因为可能在大多数不适应周期中,存在从当前周期中受益的实体。某些驱动程序(在这种情况下也称为陷阱)强大到足以使系统处于不适应周期。驱动因素可以是人类(如贫困)或非人类(如返乡或入侵物种)。处于不适应周期中的系统缺乏进入另一个周期的特性。因此,系统的特性强化了系统在非适应周期中的作用。
我们将生态系统供给环境下的不适应系统定义为生态系统供给发生负面变化的情况,这些变化既与公平获取生态系统有关,也与维持生态系统供给有关。没有天敌的入侵物种在生态系统中传播,可能导致系统稳定状态的转变。这些物种可以被理解为增强不适应循环的驱动因素。另一个例子是造成的伤害”注销,”将低收入的非裔美国人社区命名为”投资风险高”由美国联邦房主贷款公司(HOLC)在20世纪30年代实施(Nardone等人,2020年)。“红线”引发了城市发展的不适应周期。今天,在20世纪早期被认为是高或低投资风险的社区之间,存在着极端的社会服务和服务的供应差异。在被研究的94%的美国城市中,历史上有红线的社区夏季温度异常明显更高,城市热岛效应增加,城市绿化潜力降低(Hoffman等,2020年)。因此,ES管理和治理就像不适应周期的陷阱。因此,重要的是继续研究与ES相关的环境正义、权力和公平等问题(例如,Daw等人,2011年,Jenerette等人,2011年,Laterra等人,2018年),以识别不适应系统并找到克服它们的策略(表1)。
可持续性既需要改变,也需要坚持
可持续性是由一套嵌套的适应周期之间的关系来维持的,这些适应周期被安排为一个空间和时间的动态层次结构——Panarchy。(Holling等,2002一个: 402)
这一结论表明,可持续性是通过空间和时间尺度的相互作用来维持的。在Panarchy一书中,可持续性被定义为”创建、测试和维护适应能力的能力”(Holling等,2002b: 76)。这一结论和可持续性的定义不同于更常见的定义(如布伦特兰定义),因为它强调交互作用和变化对于维持任何稳定状态(或转移到另一个更希望的状态)的重要性,而不是维持某种平衡。在Panarchy的更高层次上的适应周期以及缓慢变化的变量维持系统的记忆以保持适应能力。较低水平的循环和更快变化的变量允许创新和扰动后的快速恢复。这些嵌套的自适应周期共同维持了SES内的可持续性。
这个结论中提出的可持续性的概念意味着我们不能假设有能力将一个系统保持在恒定的稳定状态。因此,我们不能以确定一组条件为目标,在中期和长期内不发生变化地提供特定的(期望的)ES量。当承认不断的变化时,对ES研究有两个启示。生态系统服务研究人员需要能够理解ES和SES的方式,通过促进多样性和创新,允许小规模的变化,同时保留那些为成功重组阶段提供记忆的系统部分,以保存关键的和不可替代的自然资本和文化机构。
这在为ES的交付管理生态系统时提出了一个根本性的挑战。生态系统服务需求是相对固定的,因为人们需要食物或清洁的水等特定的ES,人们珍惜地域感等文化ES。这意味着系统通常被管理以确保特定ES的稳定和可预测的供应,这可能会创建一个强制系统(Rist et al. 2014)。然而,正如第四个结论所述,系统是变化的,而随着变化的发生,ES的提供也可能发生变化,这就为依赖持续的ES供应的相对静态的人类系统带来了问题。管理中的多样性和创新可以作为对变化的条件做出反应的途径(表1)。例如,在管理系统中寻找促进多样性和创新的方法可能有助于在允许系统变化的同时保持适当的ES供应水平。生态系统的传统用途往往比今天的同质化管理更能适应当地条件,因此可能在系统变化期间提供更广泛的潜在途径,以提供所需的ES,或为人类系统适应所提供的ES的变化提供途径(Barthel et al. 2010)。需要进行研究,以便更好地了解哪些传统和地方方法是有用的,可以转移到其他情况下,以及是否可能以合乎道德和负责任的方式在各地传播知识和传统。
在ES研究中,相对较少关注人们对ES的潜在价值随时间的变化。其他与环境相关的研究发现,随着时间的推移,人们的态度会发生变化,例如,对风能的态度(Eltham et al. 2008)和人为气候变化(Milfont et al. 2017)。beplay竞技然而,这些工作大多是在发达的西方国家进行的,在其他地方或文化中可能会有不同的结果,如从事自给农业的社区或与土地和水有数百年联系的土著文化。同样,我们也应该考虑到与ES(如地点感)相关的缓慢变量会如何阻止系统克服不适应周期(表1),这意味着可以设计有利于适应或转变的过程。例如,强烈的地点依恋被认为是阻碍人们适应或改变意愿的一个因素,尽管即将到来的气候条件将不适合持续的农业生产(Marshall et al. 2016)。也许可以利用这些知识来开发技术,以克服缓慢变量的挑战,甚至找到从缺点中取长莱短的过程(Lyon 2014, Masterson et al. 2017)。
尽管内存在可持续性中起着重要作用,但关于SES中哪些组件提供了提供ES的内存的知识仍然很少。社会生态记忆将物理(生态)质量与社会质量(例如,一个地方的意义)联系起来,并对ES产生影响(Raymond et al. 2018)。在Panarchy思想的传统中,记忆是通过缓慢的变量和更大范围内的适应周期来创建和维护的。尺度既可以指时间尺度,也可以指空间尺度。自然资本、生物多样性和人类知识等储备可能是为ES供应保存记忆的组成部分。然而,我们认为,如果某些ES是较慢的变量,例如侵蚀规则或位置感,那么它们本身可能能够提供内存。系统组件和服务的变化速度的嵌套性为不同的适应周期提供了内存。
前进方向和结论
《Panarchy》一书的四个结论提供了关于如何探索和参与ES动态的建议,并可能帮助ES研究者在ES研究的关键知识缺口和问题上工作(表1)。适应性周期意味着在ES研究中对更多动态方法的强烈需求。将范围从ES扩大到描述社会-生态环境的其他变量,将有助于确定研究系统所处的适应周期阶段。此外,认真对待适应周期意味着ES的管理和治理必须为变化做好准备,而不是专注于稳定可能被胁迫或不适应的系统。如果ES研究的目标不仅是评估ES供应的潜力,而且是评估ES的已实现供应并学习如何可持续地管理ES供应(Abson et al. 2014),那么不承认人类活动中的规范性目标及其对ES的影响将是短视的。最后,我们需要注意不同规模的相互作用(例如,本地到国际、短期到长期),因为它们相互影响,并在社会经济系统中增加了额外的复杂性。
对ES的有效监测可以为科学家跟踪时间趋势、揭示空间模式以及了解多个相互作用的变量如何影响SES中ES的供需提供关键信息(Tallis等人,2012年)。IPBES和GEOBON等国际组织旨在确定和监测基本的ES变量,以建立收集ES数据的共同方法。这些大型的、国际协调的努力是必要的,因为否则将具有挑战性地获得跨多个地点的可比数据(Geijzendorffer和Roche 2013)。尽管如此,Panarchy建议除了收集ES的数据外,科学家还应该收集描述系统环境的变量信息。这些额外的变量可能有助于识别驱动ES供需的不同系统的原因模式。有了关于ES、ES驱动程序和SES的信息,研究人员不仅可以将ES作为一个快照进行评估,而且还可以获得开始理解驱动程序和识别变化模式的信息。
开始理解ES研究中的动态效应的另一种方法是通过重复现有研究或实施长期监测来获得长期的社会生态数据。生态系统服务研究人员可以检查过去20年产生的大量文献(Costanza et al. 2017),并开始在相同的地点用相同的方法重复实证研究,这将使研究人员能够更详细地确定ES的供应、流量或需求的变化。此外,遥感可以帮助理解时间变化(Braun等人,2018年)。长期生态研究(LTER)网站可以在具体案例研究中为如何在长时间内开展研究提供灵感(Mirtl等人,2018年)。然而,如何评估社会生态变化与纯生态变化的具体问题需要更多的学术思考。了解导致以前变化的因素可能会给科学家提供重要的知识,以预测不同的管理场景如何影响未来ES的交付。
最后,情景,包括定量的和定性的,帮助研究人员和决策者考虑潜在的未来变化。在各种研究活动中,这两种类型的场景都被用于从局部(例如,Hashimoto等人,2019)到全球级别(chapin - kramer等人,2019)思考ES的未来。尽管存在各种基于场景的建模工具,但它们与政策制定的相关性并不总是明确的(Rosa等人,2020年)。一些基于场景的量化ES模型整合了本地知识,但随后产生了未来的静态视图(例如,Koo等人,2018年)。千年生态系统评估提出了设想;然而,他们没有探索社会生态反馈和动态互动。目前,IPBES的一个工作组正在开发考虑动态交互和反馈的新场景(Rosa et al. 2017)。这样的场景可以说明未来ES将面临不可预测的条件,并指出需要拥抱变化(Pereira等人,2021年)。
我们知道世界在变化,但变化的具体后果似乎常常让我们感到惊讶。Panarchy强调了将系统视为动态的,在不同尺度的自适应周期中,组件以非线性方式相互作用的重要性,并为ES研究者提供了新的机会,为SES决策提供有意义的见解。生态系统服务研究应考虑动态的相互作用、缓慢和快速的变化,以及管理和治理的后果,以提高SED和ES长期、可持续提供的韧性。
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作者感谢玛丽安Falardeau-Côté、林米和彼得·莫里森,感谢他们对Panarchy理论和这篇手稿的讨论所作的贡献。所有作者都是麦吉尔大学自然资源科学系贝内特实验室2019/20学年的成员。此外,作者希望强调2019年5月韧性联盟研讨会的重要性,该研讨会点燃了作者对Panarchy理论和生态系统服务研究的兴趣。作者感谢两位匿名审稿人的深思熟虑的评论,这有助于改进手稿。
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表1
表1.基于上述四个全局性结论,生态系统服务研究存在的潜在研究问题。
多个稳定状态在许多系统中是常见的 | 在生态系统的不同稳定状态下,哪些ES是供给和需求的? ES包是如何随时间变化的?同一捆绑包中的ES可以独立变化,还是整个捆绑包一起出现和消失?在一个bundle中所有ES的转移时间是相同的吗? 在不同稳定状态之间伴随的ES变化背后的机制是什么? 为了提供特定的ES,一个系统可以被强制保持多长时间?强制过程中丧失的ES对整个系统的弹性有什么影响吗? |
适应性周期是动态变化的基本单位 | 在适应周期的不同阶段,ES的供给和需求是如何变化的? 我们能从所提供的ES捆绑包以及随时间的变化中学习吗?我们处于适应周期的哪个阶段,或者获得关于系统及其ES在未来可能发生变化的线索?这对SES的管理意味着什么? 在适应周期的每个阶段,哪些ES对人们是必不可少的? ES供给和需求(以及它们的相互作用)在适应周期的进展中起作用吗? |
并不是所有的适应周期都是一样的;有些是适应不良 | 哪些ES是由适应周期的哪个变化提供的? 关于自然资本和ES供应的潜力,人类的意图如何与其他生物的意图发生冲突? 管理和治理如何确保在发布和重组阶段提供ES ? 在不适应系统中,ES管理在创造陷阱中扮演什么角色? 哪些变量应该被监控以涵盖ES变化的驱动因素并描述系统的环境? |
可持续性既需要改变,也需要坚持 | 我们如何促进ES供应管理和管治的多元化? ES如何成为SES记忆的一部分? 记忆和反抗在ES的供给和需求中扮演什么角色? 文化生态系统服务会在多大程度上阻碍系统克服不适应周期? |