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Ishtiaque, A.， N. Sangwan和D. Yu. 2017。部分工程社会-生态系统的强健而脆弱的本质:孟加拉国沿海地区的一个案例研究。生态和社会22(3): 5。
https://doi.org/10.5751/ES-09186-220305
部分工程社会-生态系统的强健而脆弱的本质:孟加拉国沿海地区的一个案例研究
摘要
现代社会-生态系统在一定程度上被设计用来增强人类福利对可预见时间范围内环境波动的稳健性(或减少方差)。然而，最近的研究表明，在这种增强短期稳健性的努力中，通常存在着微妙的权衡。在短时间尺度上管理方差很可能与在长时间尺度上隐藏脆弱性的积累有关。本文以孟加拉国沿海一个容易发生洪水的社会-生态系统(SES)为例，研究了这种稳健-脆弱权衡的一些表现方式。在过去的几十年里，通过建设大型防洪设施(圩田)和引入商业虾养殖来增强粮食生产对水文变化的稳健性，这一SES得到了广泛的修改。我们对SES长期变化的案例研究分析表明，虽然修改有助于在短时间尺度内保持稳定，但由此产生的变化也引发了不可预见的问题，如基础设施维护问题、土地退化和下沉，以及暴露于市场波动。因此，在本文中，我们通过举例说明工程沿海环境中这一现象的典型案例，有助于更好地理解稳健-脆弱性权衡的概念。介绍
部分工程沿海环境和用于出口的半集约水产养殖的出现，重新配置了孟加拉国西南部(SWBD)的社会生态系统(SES)。几个世纪以来，当地人在恒河-雅鲁藏布江三角洲这个变化很大、人口稀少的环境中生产食物，在潮汐泛滥的平原上进行小规模农业和水产养殖。在这些泛滥平原上，大片地势较低的土地每天都会被自然淹没两次。然而，在20世纪60年代和70年代，该地区见证了海岸堤防(圩田)的建设，旨在控制多变的环境。圩田是一片被防洪堤坝或堤防围起来的泛滥平原(图1B和C)。自建成以来，圩田通过控制洪水的正常范围，有助于减少人类福利对环境波动的差异。因此，作物集约化种植和商业虾养殖(CSF)成为可能(Saari和Rahman 2003, Ahmed et al. 2008)。
圩田带来的稳定性极大地改变了SES运行的环境。由于人口和经济活动的增加，以及维护更大规模基础设施的需要，河漫滩形成了更为复杂的人-环境相互作用。SES也通过CSF与更大的外部系统更加紧密地联系在一起，即为全球市场生产当地的海洋资源(Islam 2006)。近年来，随着全球化进程的加快，圩区与城市之间的人员和货物流动日益加剧。这种社会、基础设施和水文过程之间的动态相互作用，使该系统成为研究工程SESs在沿海环境背景下的稳健性的最有趣的案例之一。这让我们提出了以下问题:从长期来看，这些变化如何影响了SES的稳健性?通过圩田和CSF对SES方差的管理是否在较长时间尺度上放大了脆弱性?如果是这样，这些脆弱性是如何随着时间发展的?为了解决这些问题，我们对西南地区的沿海经济系统进行了长期的案例分析。
我们使用鲁棒性的系统视角来理解方差管理的影响。鲁棒性是一个起源于工程的概念，与系统输出对一组定义良好的已知干扰的灵敏度有关(Csete和Doyle 2002)。与弹性不同，弹性倾向于关注自组织系统处理各种干扰的能力，鲁棒性则侧重于工程系统在受到更窄的已知干扰集时如何保持特定的系统输出(Anderies等，2013)。稳稳性这一术语越来越多地用于研究SESs，其中工程组件的作用明确存在，如灌溉农业系统(Cifdaloz等人2010年)、防洪系统(men等人2011年，Daupras等人2015年)、城市休闲渔业(Krupa等人2014年)和地球工程(Bahn等人2015年)。鲁棒性非常适合当前的研究，因为焦点SES已被设计为在可预见的时间范围内控制可变环境。
应用鲁棒性观点通常需要，至少，明确定义系统边界中包括什么，以及考虑鲁棒性的感兴趣的系统输出是什么。我们定义了重点SES的边界，包括以下组成部分:SWBD的潮汐平原，该地区从事水产养殖、农业或两者兼有的村庄，以及用于出口的圩田基础设施和CSF。该系统的利益输出是粮食安全，保护社会经济地位的人民免受水文气象灾害。
鲁棒性视角为在短时间尺度上管理方差和在不同时空尺度上脆弱性累积的权衡提供了重要的洞察，即鲁棒性-脆弱性权衡(Carlson和Doyle 2002)。鲁棒性-脆弱性权衡(RFTOs)的概念规定，通过对一组特定的干扰变得鲁棒或不敏感，系统必然变得脆弱或对该集合之外的干扰敏感。例如，对凤凰盆地霍霍坎的研究表明，发展公共基础设施以提高灌溉农业的生产力确保了对降雨短期环境波动的健壮性，但该系统在面对罕见的大洪水时变得脆弱(Anderies, 2006年)。这种rfto是危险的，因为突现的脆弱性通常是隐藏的，只有在失败时才会显露出来。弹性理论学家最近表明，这种rfto可能是不同类型的SESs中的普遍现象(Carpenter等人，2015)，可以发展一种类型来对常见的rfto进行分类(Anderies, 2015)。根据这一类型，两种类型的RFTO可能与当前的研究特别相关:结构RFTO和网络RFTO。结构性RFTO表示对系统结构的直接修改，例如，构建圩田，以稳定预期的系统输出，但也可能与其他一些维度的灵敏度增加有关。例如，为了在印度上游引水灌溉而建造的Farakka拦河坝导致了孟加拉国沿海的盐水入侵(Gain and Giupponi 2014)。另一方面，网络RFTO表示插入一个交换网络，以稳定系统输出，但由于连接到更大的网络，这也可能放大脆弱性。例如，在巴西东北部，一项作物保险计划通过补偿自然干扰导致的生产损害，提高了农业系统的稳健性(Lemos et al. 2016)，从而使该系统对国家和全球经济波动更加敏感。 Building on these insights, we analyze RFTOs that have occurred in the study system.
在文献中，许多研究从不同的角度调查了孟加拉国沿海的各种社会或生态方面。例如，一些研究调查了生计问题的某些方面，如共享水资源的集体管理(Afroz等人2016年)、洪水保护和城乡移民(Choudhury等人2004年，Di Baldassarre等人2015年)、气候变化对农业的影响(Huq等人2015年，Lázár等人2015年)，以及更集约化形式的水产养殖的兴起(Swapan和Gavin 2011年)。beplay竞技这些研究往往集中于家庭层面的脆弱性和应对新出现的挑战的对策。在另一组研究中，学者们关注的是改变景观的生态后果。例如，Auerbach等人(2015)和Temmerman和Kirwan(2015)研究了堤防建设后自然沉积过程的中断和海平面差异的上升。一些研究还研究了环境问题，如土壤盐度上升(Rahman et al. 2000, Ali 2006)和孙德尔本斯红树林生态系统的完整性(Gopal和Chauhan 2006)。我们通过应用鲁棒性和RFTOs的视角来理解系统级脆弱性是如何随着时间的推移而变化的，以此建立和补充现有的研究。我们使用文献调查和实地访谈来收集必要的数据进行这一纵向分析。
研究区
研究区域位于孟加拉国西南部的恒河-雅鲁藏布江三角洲，包括萨蒂奇拉、库尔纳和巴格哈特地区(图1A)。这里形成了一个复杂的社会生态系统，原因如下:(1)被河堤围起来的广阔河漫滩;(2)存在农业和养虾;(3)恒河-雅鲁藏布江三角洲(包括世界上最大的单一斑块红树林孙德尔本斯)的生态。甚至在圩田建设之前，孙德尔本斯就已经通过抑制气旋和风暴潮的影响，发挥了抵御自然灾害的第一线作用。孙德尔本斯也是当地居民的重要生计来源，提供了木柴、蜂蜜和螃蟹等资源(Aziz and Paul 2015)。
在孟加拉国政府和多边捐助机构的支持下，该地区的大部分海岸线在上世纪六七十年代被筑起堤防，形成了圩田。研究区内共兴建了37个圩田，包括1556公里的堤防和282个水闸，以更好地保护洪泛平原免受潮涌和咸水入侵。圩田的建设使该地区的农业和养虾业蓬勃发展。通常，农作物是大米、蔬菜和小扁豆。农民通常使用地下水或收集和储存雨水来灌溉他们的土地。此外，在河水含盐量较低的季风季节，农民利用河水和收集的雨水冲刷土壤中的盐分，以降低土壤盐度(Afroz et al. 2016)。
孟加拉国约80%的养虾场位于西南水域(Alam et al. 2005, Pokrant 2006)。养虾场通常位于河道或运河附近，便于定期补充虾池水。主要生产两种虾类:黑虎虾(中国对虾学名:)，称为bagda以及巨型淡水虾(Macrobrachium rosenbergii)，称为夫人(拉赫曼和侯赛因，2009年)。的bagda虾农使用盐水生产虾，而夫人虾农利用淡水。在旱季，当池塘的水干涸时，夫人农民们在干涸的池塘里种植农作物。Bagda农民在冬季休养他们的池塘以维护或种植盐(Ali 2006)。本研究区内的虾农以养殖为主bagda虾。这些农民利用水闸和运河在涨潮时分发盐水。
研究框架和数据来源
我们使用稳健性框架(Anderies et al. 2004)来分析我们关注的SES随时间变化的动态(图2)。该框架描述了SES的四个一般组成部分(资源、资源用户、公共基础设施和公共基础设施提供者)，它们的相互关系，以及这些组成部分和相互关系如何影响SES抵御内部或外部干扰的能力。与其他SES框架不同，它明确承认公共基础设施的作用。公共基础设施既可以是“硬的”，如大坝和堤防，也可以是“软的”，如正式和非正式的机构、结构，并且通常被设计和维护以减少系统输出的差异。这些特性使该框架成为研究SESs的有用工具，SESs在一定程度上被设计成对特定的一组干扰具有鲁棒性。
四个组成部分之间的相互关系可以概括如下。用户从资源系统中获得利益流(图2中的链接1)，但在某些情况下，用户可能不会直接与资源系统交互。在这些情况下，它们通过一些公共基础设施进行交互。这些公共基础设施可以是硬基础设施，如大坝和运河，以减少利益流的差异(链接4)。例如，西班牙卡拉瓦卡含水层的农民过去使用传统方法抽取地下水;然而，由于人口增长和农业商业化，新农民开始使用地区政府提供的公共基础设施，如水井或水库提取地下水(Pérez et al. 2011)。值得注意的是，这些公共基础设施也可以是软基础设施，如减少人类与环境互动的不可预测性的制度安排(link 5)。为了获得这些利益，用户往往共同生产或参与公共基础设施的维护(link 6)。然而，并不是所有用户都参与维护公共基础设施。可能会有一个单独的实体，例如一个政府机构，为用户建造和维护公共基础设施(链接2和3)。这个实体被称为公共基础设施提供商。最后，社会经济干扰会扰乱用户和公共基础设施提供者的活动(箭头8)。自然干扰，如洪水和气旋也会影响资源系统和公共基础设施的功能(箭头7)。
我们进行了文献调查和关键线人访谈，为我们的案例研究分析收集信息。分析了几篇关于该地区生计脆弱性问题的期刊文章和报告。随后，我们采访了该地区23名当地居民，其中10人是虾农(12人来自萨蒂奇拉，7人来自库尔纳，4人来自巴格哈特)。受访者的选择是基于他们拥有足够的知识和经验来评论研究区域的过去和现在的状况。采访的形式是开放式的。通过详细的对话确定了关键问题。经常讨论的议题包括自然灾害、社会冲突及其解决、水资源管理以及紧急情况下政府的支持和援助。
鲁棒性分析
我们使用稳健性的镜头来跟踪SES随时间的系统级变化。我们的分析分三个阶段进行。首先，我们在构建圩田(即传统系统)之前考察了系统的稳健性和脆弱性。接下来，我们追踪了在圩田或海岸堤防项目(CEP)建设后，系统稳健性是如何改变的。随后，又进行了另一项稳健性分析，探讨了商业养虾(CSF)的影响。
分析一:传统系统
直到18世纪后期，萨蒂奇拉、库尔纳和巴格哈特的沿海地区都被茂密的森林覆盖，大多数人生活在边缘地区。这些人民的生计活动仅限于采伐森林资源(木材、水果、蜂蜜)、渔业和小规模农业。农业不容易，因为涨潮一天两次淹没一大片地区。这个地区也容易受到热带气旋的影响，因为它的平均海平面低海拔和接近孟加拉湾。
1747年英国开始殖民，刺激了对森林土地的侵占。这是因为殖民地政府为了增加税收，将林地改为农田。的印度地主(印度地主)利用这一政策清理了大片林地，并将其并入自己的庄园(Bandyopadhyay 2000)。结果，该地区的森林面积在1873年至1933年间缩减了20% (Curtis 1933, Blasco 1977)。殖民地政府的回应是宣布森林土地为Khash Mohol(国有土地)，制定森林政策和行动，减少侵蚀(Das and Siddiqui 1985, Naskar and Mandal 1999)。
尽管采取了这些措施，该地区的农业用地仍在逐步扩大，因为部分国有林地经常被出租给印度地主还有其他富人。这些土地进一步转租给农民，以换取定期种植的农作物。为了种植农作物，当地人修建了小块的河堤(当地名:贝瑞停职)，并得到印度地主减少洪水(Bandyopadhyay 2000)。除了农业，当地人还采用传统的养殖方法，在潮汐水域的浅水池塘中养殖鱼类(虾和白鳍鱼)(Ahmed et al. 2008, Rahman and Hossain 2009)。这种农业和水产养殖的联合做法有助于创造更可靠的粮食供应。
基于上述历史记录，我们使用鲁棒性框架(图3)分析了传统的SES。资源包括各种森林资源(木材、蜂蜜、水果等)、水生资源(虾、白鳍鱼)和种植作物的土壤肥力。用户是居住在该地区的当地人。公共基础设施包括孙德尔本斯(缓和风暴潮的自然基础设施)、土质堤防(“硬”基础设施)和森林政策和行动(“软”基础设施)。印度地主殖民地政府是公共基础设施的提供者，因为他们分别促进了小规模堤防和森林政策的制定。
当地人收获了多种资源。他们从土壤中提取养分生产作物，收获鱼虾，并从孙德尔本斯地区收集森林资源(图3箭头1)。低洼地区的资源收获借助小规模的土质堤岸(箭头4)，由当地人(箭头6)在土质堤岸的支持下维持印度地主(箭头3;Bandyopadhyay 2000)。殖民政府出台的森林政策和法令(箭头3)通过控制用户行为(箭头5)来保护森林资源。由于普通农民(资源使用者)没有积极参与决策，用户和公共基础设施提供者(箭头2)之间的联系较弱。多重干扰影响了资源、公共基础设施和用户(箭头7和8)。涨潮期间的盐水入侵威胁着土壤肥力和作物生产水平，侵占和过度采伐威胁着森林资源的储量和质量，该地区的人类住区对热带气旋等自然灾害脆弱不堪。
总的来说，传统系统对方差的管理是有限的。孙德尔本斯和小土质堤防虽然在一定程度上抑制了气旋和潮汐泛滥的影响，但由于高度较低，无法避免洪水或重大气旋风暴的影响。因此，当地人民和资源仍然经常遭受洪水和盐水入侵(Saari和Rahman 2003年，Islam和Kibria 2006年)。其结果是，农业在传统制度中受到限制。人们依靠小规模农业和水产养殖以及森林资源维持生计。
分析二:海岸堤防工程(CEP)
该地区周期性地出现水文气候极端情况(哈利勒，1992年)。传统的防洪系统在很大程度上仍然容易受到这些事件的影响，因为它没有足够的防洪基础设施。新独立的孟加拉国(当时的东巴基斯坦)最终在20世纪60年代和70年代采取行动，通过实施海岸堤防项目(CEP)来解决这个问题。受荷兰圩田模式的启发，在多边发展机构的支持下，该项目涉及沿河道建设堤防，以包围沿海地区的低洼地带。当项目完成后，传统的系统被改造成一个部分工程的SES系统，在正常的洪水范围内是稳健的。该地区共修建圩田37个，水闸282个，堤防1556公里。
正如设想的那样，圩田提高了SES抵御潮汐洪水(5至6英尺高)和盐水入侵的能力(图4箭头7)。随后，该地区的农业扩张，作物产量增加了两到三倍(箭头4;Saari和Rahman 2003年)。由于低洼地区的虾塘不太容易被潮水冲走，更密集的水产养殖形式也变得可行(箭头4)。总体而言，在CEP(图图，2005年)完成后，该地区的贫困水平有所下降。此外，当地的水管理机构经常在地下水盐度相对较低的圩田修建水泵和运河，为灌溉提供淡水(地下水)(箭头6)。孙德尔本斯邻近的圩田的地下水含盐量相对较高，但随着CEP的引入，临时种植变得更加严重(Arfanuzzaman等人，2016)。经验证据显示，在该地区，与运河的使用和维护相关的社会冲突非常罕见(箭头6;2005年图图，2006年伊斯兰和基布里亚)。
圩田确实有助于降低热带气旋的冲击强度，使1975年气旋的死亡人数降至5人，或1969年气旋的死亡人数降至175人(箭头8;哈利勒1992)。然而，基础设施的能力仍然有限，即使是低级别的气旋风暴，如1974年的气旋在SWBD登陆，并造成600人死亡。此外，第4类的影响伟大的波拉旋风1970年，它在孟加拉国造成30多万人死亡，SWBD也有震感(Murty et al. 1986, Van Schendel 2009)。虽然CEP确实使SES对正常的洪水有很强的抵御能力，但系统作为一个整体在极端事件如气旋风暴面前仍然脆弱。然而，请注意，损害不仅取决于事件的强度。体制能力、适应机制、贫穷等多种因素都可能影响结果。由于圩田内的农业产量增加，与以前相比，SES对高级别气旋等低概率事件变得更加敏感。此外,伟大的波拉旋风1970年的危机暴露了系统脆弱性的一个新来源:政府对灾难恢复的支持不足或延迟。这种行动上的延误(箭头2)使当地人民对可能很快接连发生的另一种极端事件毫无准备。事实上，另一个1级飓风在第二年袭击了SES。由于没有从波拉飓风中恢复过来，这一连串的灾难可能与脆弱性增加有关。当地人民准备不足，加上缺乏灾后恢复和外部支持，造成了毁灭性的后果:多达11 000人死于反复发生的气旋(Murty和El-Sabh, 1992年)。
更重要的是，规模更大的基础设施带来了更大的维护需求，这使得SES在基础设施维护问题上变得脆弱(箭头6)。要想正常运行，圩田基础设施需要定期维护，以应对自然侵蚀(例如闸门故障、运河中堆积的碎片和堤防高度的侵蚀)和紧急事件(例如风暴潮导致的堤防决口)。实证研究报告显示，圩田基础设施维护不善，多年来已经破败不堪(Paul 2009, Hossain 2015)。部分原因是政府对维修工程的支持不足(箭头2及3;Dewan et al. 2015)。面对自然侵蚀、堤防决口和政府支持不足，维护圩田的困难问题对SES的稳健性构成了重大威胁。
圩田建设后，还出现了不可预见的生态问题。由于堤防破坏了河流中的自然潮汐流，严重的泥沙淤积可能发生在围堰的外墙(Agrawala et al. 2003)。这种沉积过程的改变会堵塞河道，妨碍闸门的运行(箭头7;粮农组织1995)。因此，该地区的圩田排水能力受损和长期内涝问题日益严重(例如，IFI观察孟加拉国，2006年)。
圩田也在经历陆地沉降和泥沙沉积。历史上，SWBD洪泛平原每年下沉约5毫米(拜尔德和Kuehl 2000, Hanebuth等人2013)，而沉积物每年积累约7毫米(斯坦利和海特2000)。由于圩田破坏了自然沉积过程，堤防包围的土地相对于周围水体的平均高度损失了高达1.5米(Auerbach et al. 2015)。圩田内部土地的海拔损失给堤防带来了额外的压力，使得堤防在高水位时决口和淹没时更加脆弱(箭头7;Saari和Rahman 2003年)。例如，当5号圩田的堤坝坍塌时，大约2000户家庭被困在了这里，据称是因为高潮水压力(Daily Observer 2015)。近年来，堤防破坏越来越普遍，使粮食安全和人类安全面临更大风险。
综上所述，圩田有助于在较短的时间尺度内改善方差管理。正常的洪水结束，例如每日的潮汐淹没、季节性风暴潮等。热带气旋的冲击强度也有所下降。然而，面对一系列新的挑战，如基础设施维护问题、延迟的政府支持、生态问题及其连锁效应，整个系统变得脆弱。由于圩区内部经济活动的增加，该系统对气旋风暴也变得更加敏感。
分析三:商业虾养殖
圩池的建设创造了适合集约化养殖形式的环境(图5中箭头4和5)。因此，在政府的支持下，商业虾养殖(CSF)从20世纪70年代末开始在该地区激增。理由是CSF可以通过创造更可靠的补充收入来源，进一步改善家庭收入和粮食安全。政府通过向当地农民和非当地投资者租赁部分国有沿海土地来促进CSF的发展(Islam and Wahab 2005, Azad et al. 2009)。从1975年到2000年，虾养殖土地面积增加了7倍，从20K公顷增加到141K公顷(BBS 1975, BBS 2002)。
CSF在该地区的扩张带来了可观的经济收益(箭头1)。在1975年至2009年期间，该国虾出口收入从400万美元增长到4.374亿美元(1975年、2002年、2008年)。2013年，养殖鱼虾占国内生产总值(GDP)的份额增加到3.32% (BBS 2014)，使CSF成为继服装行业之后的第二大出口行业(EPB 2017)。此外，证金公司产业成为国家层面的重要就业部门，在该行业的不同子部门雇佣了近60万人(箭头1;卡里姆2003)。
然而，尽管有这些好处，证金公司也带来了一系列新的挑战。首先，CSF带来了新的社会问题。例如，有政治影响力的虾农经常通过系统地和错误地征服农业农民来扩大他们的虾池，改变他们的农业土地。Paprocki和Cons(2014)作为一个例子，报道了在圩田20和23，水闸被占领，堤岸被砍去淹没肥沃的土地，因此贫穷的农业农民被驱逐，他们的土地被侵占(另见Gain 1995, Ito 2002)。另一个例子是CSF引起的失业问题。由于CSF的劳动密集程度比农业低约90% (Shiva 1995, Islam et al. 2002)， 1975年至1999年期间，CSF在SWBD地区的扩张导致当地就业下降了49% (Karim 2006)。
其次，由于全球虾市场过程的变幻莫测，CSF诱发了当地生计的遥耦脆弱性(箭头8)。例如，2012年孟加拉国对欧洲的虾出口增长了3.9%，因为欧洲买家涌入，寻求廉价的虾供应。根据对未来几年需求量的预测，西南水源地的虾农加大了生产力度。然而，与预期相反，由于欧洲经济衰退，2014年孟加拉国对欧洲的出口下降了3.6%(粮农组织2015年)。由于虾的生产强度在很大程度上取决于全球市场需求，而不是本地需求，欧洲经济衰退对孟加拉国的虾生产产生了脱钩效应。我们对虾农的采访表明，由于在乐观情况下进行的资本投资，几家黑虎虾生产商经历了巨额亏损。这种损失进一步波及整个虾业，影响到幼虫收集者、劳工和出口商。
第三，CSF引起了水污染、土壤质量退化等环境问题。例如，虾农通过运河将盐水运进或运出池塘，盐类经常被分散到附近的农田中。这是一个负外部性的例子;邻近的农民可能遭受作物产量下降(Paul和Vogl 2011)。此外，密集使用虾池会在很长一段时间内损害虾池附近土地的土壤质量(Islam 2003)，还会增加地下水的盐度(Deb 1998, Chowdhury et al. 2006)。孟加拉国土壤资源开发研究所最近的一项研究发现，1973年至2009年间，内陆圩田的土壤盐碱度扩大到22.3万公顷土地(SRDI 2010)。盐水入侵也加剧了虾和农民之间的紧张关系。例如，2009年，34号和35号圩区的虾农故意破坏河堤(挖洞)以吸收盐水，因为农民们为了抵抗盐水入侵而占领了水闸(每日星报2009)。
最后，CSF破坏了该地区的海洋资源生态。最近的农业统计数据显示，70%的虾农采用半集约化养殖方式，对仔虾的投入要求较高(BBS 2014)。对这些更高投入的需求通常通过从恒河-雅鲁藏布江三角洲河口收集虾仔来满足(国际虾新闻2014)，这破坏了自然鱼类资源(Sohel和Ullah 2012)。此外，圩田释放的受污染的虾池水域也会污染周围的水体，进一步对天然鱼类资源造成损害(Deb 1998, Neiland et al. 2001)。
讨论和结论
刚刚讨论的三阶段稳健性分析提出了一个有趣的案例，在减少社会-生态系统(SES)性能中的方差(或增加可预测性)的管理努力和从这些努力中出现的不可预见的脆弱性之间的动态相互作用。早期关于管理SES方差的论文(Anderies 2015, Carpenter et al. 2015)阐明了当短期方差被抑制时可能出现的稳健-脆弱性权衡(RFTOs)。在这些工作中详细讨论了rfto的不同类型和差异管理的后果。通过稳健性分析，我们在我们的焦点SES中得到了一致的观察结果;因此，本案例研究在某种程度上支持了安德里斯(2015)和卡彭特等人(2015)的作品的外部有效性。
我们在孟加拉国西南部的重点SES (SWBD)由于其地理位置和生态美味，历史上一直受到自然灾害的打击。传统的管理策略在减少短期环境差异和确保粮食安全方面无效，这导致政府启动了一个大型基础设施项目(海岸堤防项目)和培育生计多样化战略(商业虾养殖)。CEP和CSF在一定程度上降低了粮食生产对自然灾害的敏感性。然而，正如我们的稳健性分析所表明的那样，这些增强稳健性的措施在其他地方产生了脆弱性。对高频事件(如每日潮汐淹没、季节性风暴潮等)的SES输出方差的减少，伴随着对低频或逐渐发生的事件(如基础设施维护问题、地面沉降、强度更高的气旋等)的方差的增加(见图6的概念说明)。堤防保护了圩区内部免受正常洪水和频繁风暴的侵袭，但也导致了洪泛区人口密度的增加和经济活动的加剧，使其在高强度扰动和逐渐变化的情况下更加敏感。同样，引入CSF后产生收入机会的多样化最初导致方差下降和平均产出增加，但从长期来看也带来了一套新的脆弱性。
在RFTO类型学中，CEP和CSF分别产生了结构RFTO和网络RFTO。如前所述，路堤工程以降低高频方差为目标，直接修改了资源系统结构，最终产生了不同时间尺度和频率上的RFTO。另一方面，CSF通过创建一个与更大的外部系统相连接的新的并行经济活动来产生网络RFTO。虽然从总体上看，引入CSF带来了经济产量的增加，但有限的公共土地和水资源意味着虾业的繁荣是以牺牲农业部门为代价的。由于其与外部的联系，该系统也变得容易受到外部市场波动的影响。图7给出了CEP和CSF的RFTO效应的概念图。如图7B中绿条所示，传统系统对中度自然扰动也很敏感，即大多数自然扰动都会导致输出损失(图7B中绿条)。CEP和CSF降低了大多数低强度干扰的损伤强度(图7B)。然而，引入CEP和CSF后，圩区经济发展水平提高，使得在罕见的极端扰动期间(图7B中黄色和红色条)，SES对任何溢出更加敏感。与发展水平相称，CSF因圩田淹没和气旋风暴造成的损失最高，此外，它还容易受到全球市场波动的影响。 To illustrate, during the category-1 cyclone Aila shrimp farmers encountered 25% more damage than agricultural farmers (Abdullah et al. 2016).
此外，这些脆弱性中的许多通常是隐藏的，旨在抑制熟悉干扰的结构性措施(如CEP)导致高估沿海社区的鲁棒性。结构性措施成功地减少了对干扰的暴露，但许多研究(例如，Bohensky和Leitch 2014, Di Baldassare等人2015)指出，它们最终导致脆弱性增加，因为暴露的减少会导致社会对洪水记忆的丧失(Alam和Collins 2010)，从而鼓励在风险易发区增加发展。它被Montz和Tobin(2008)称为“堤防效应”(levee effect)，是一个在全球范围内经常观察到的现象，是短期稳健性和长期脆弱性之间RFTO的又一个例子。正如在我们的案例研究中所看到的，轻度暴露于干扰促进了应对和适应能力，并防止危险变成灾难。我们认为，将短期差异和适应能力保持在合理范围内的混合平衡策略，是世界上SWBD和其他风险易发地区(特别是主要河流和沿海地区)最务实的前进方向。
政府和非政府机构在管理RFTOs方面的持续努力导致了不同的增量努力。例如，政府与世界银行联合于1987年发起了海岸堤防修复项目，并于2013年发起了海岸堤防改善项目，目的是修复和提高堤防。这些举措有助于SES保持对短期变化的稳健性，但它们不能阻止脆弱性在更长的时间尺度上的转移，也不能从根本上阻止更高强度的环境变化的影响。例如，2007年的4级飓风Sidr完全摧毁了362公里的堤防，并破坏了沿海地区价值超过17亿美元的财产(GoB 2008)。政府进一步开发了一个有效的早期预警和疏散系统，通过临时无线电和蜂窝网络，并在整个海岸建设飓风避难所。尽管这些努力显著降低了人类死亡人数(Paul 2009)，但它们尚未使该系统变得强大，因为经验证据显示，孟加拉国气象部门无法提供超过12小时的可靠预报，SWBD居民对预警信息存在相当大的不信任(Roy等人，2015)。宗教迷信和其他社会文化原因进一步阻碍了疏散系统(Alam and Collins 2010, Garai 2017)。
展望未来，由于全球气候变化，沿海的孟加拉国可能会面临更多的逆境(Dasgupta et al. 2010)。beplay竞技政府间气候变化专门委员会(IPCC)预计，到2100年，孟加拉beplay竞技国沿海地区的平均海平面将上升至少0.5米，导致潮汐潮涨15-20% (Church et al. 2013)。这样的海平面上升趋势会进一步导致到2050年SWBD的26个圩区被淹没(Dasgupta et al. 2014)。决策者将需要将传统方法和替代管理战略结合起来，在短期和长期内实现SES的稳健性。
我们可以考虑的另一种方法是潮汐河管理(TRM)，这是一种融合了当地知识、社区参与和工程挑战的传统方法(Tutu 2005, Islam and Kibria 2006, Shampa and Pramanik 2012, Khadim et al. 2013)。TRM是一个让河水淹没的周期性过程分为(地貌盆地)，通过切割和关闭圩田来增加土地(或填海)(Islam 2006)。这种有意允许淹没的做法将有助于恢复自然沉积过程，并保持社会对洪水风险的高度记忆。值得注意的是，通过堤防修复项目以及建立洪水预报站和气旋避难所，已经取得了一些改善。然而，还需要对洪水风险的信息源进行更多的投资，例如改进天气预报和预警系统(Brammer 1990, Ahmad and Ahmed 2003)以及显示罕见和频繁洪水事件的详细洪水地图(Wheater 2006)。此外，除了增加现有的飓风避难所的设施外，还需要建立基于社区的洪水避难所。需要通过加强机构能力和让地方政治和宗教领袖参与，提高灾后恢复系统的效率。此外，应该让当地人民意识到堤防的物质缺陷，因此不要对洪水或气旋的风险掉以轻心。在政府努力维护堤防的同时，也需要当地人民的积极参与(Afroz等人，2016)。综合考虑，这些替代策略将有助于创建更适应、更稳健的人类洪水系统。
致谢
Asif Ishtiaque感谢来自达卡的Sheikh Mofizul Islam和Satkhira的Akram先生在实地调查期间提供的帮助。感谢Sharmin Afroz女士的深刻贡献。David J. Yu和Nikhil Sangwan感谢莱尔斯土木工程学院、政治科学系和普渡大学环境中心的财政支持。
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