系统行为图表通知恢复生物多样性的理解

文摘

从业者与物种和生态系统的恢复通常处理的复杂性,一方面,缺乏数据或数据的不确定性,另一方面,对关键决策和干预的需求。商业和工业的控制图方法和环境监测可以补充生态的理解野生动物系统包括那些将人类活动和土地利用的情况。系统行为图表是基于成熟的控制图方法为保护管理者提供一个方法使用现有的数据,使援助及时了解计划的保护措施也补充和刺激更广泛的科学研究和生态问题。当的方法应用于现有的数据集在著名的野生动物保护的情况下,后续的系统行为相关的图表和分析标准证明的见解将有助于避免问题与每一个相关案例。

1。介绍

保护生物学是在科学和实践之间的边界(1]。从业者在地里干活需要做出决定和干预有关景观管理、发布或易位的动物种群,动物健康、人工繁殖,种植的栖息地,清除入侵物种(如猫、老鼠、猴子、和昆虫),和教育当地居民或谈判等方面与当地或国际社区牲畜管理、农业、狩猎,或商业企业。保护通常遇到的不确定性(2),通常需要采取快速行动,但没有数据。例如,极度濒危物种可能生存在小数字,如毛里求斯红隼坚持在最低点只有一双单一繁殖(1,3),或一个物种可能面临快速发展的威胁,如最近的疾病暴发塞加羚羊(4]。困难之一是实现控制实验和假设检验的方式相关的实际保护的需要。相关的改进(如恢复濒危物种)的人口来自理解生态系统的行为的关注,通常在时间的变化。因此,时态的理解数据是有帮助的。

戴明形容这个特殊能力理解变化的理论(5,6]。行之有效的方法,分析从戴明将其理念的出现(7)使用视觉的变化图表、分析和决策;持续改进的“方法”8),这是在工业应用统计过程控制;或“系统思考”(9]。使用控制图曾被推荐用于自然资源监控(10),而“系统思维”方法被建议为提高保护效果(11]。戴明将其理念的7)在1920年代和1930年代是基于认识到数据包含“信号”和“噪音”,有两种变化输出:控制变化(常见原因)由于系统本身(例如,其组件、社区和资源)和不受控制的变化(特殊的原因)来源基本上之外的系统。

“共同利益”变化的最终结果是多个影响“建造”系统(6),不能由一个人或特定的干预(如物种在生态系统与方面,景观和气候)。任何试图作出归因并尝试修复或放大的结果只会使情况变得更加复杂,会恶化的结果(12]。相反,应该努力去改变系统本身(方法、过程、措施和奖励)。

“特殊原因”变异是一个独特的事件归因于一些可知的影响(13),作为特殊情况(例如,“离群值”,一次性的,或不寻常的模式)。意外溢油在沿海生态系统可能是一个例子(尽管如果出现这样的情况是经常遇到的,比如在污染严重或不受监管的运输公路,这将是一个常见的原因)。特殊原因的区别在于他们的解决方案在于正确地识别,由于问题之外的系统和消除它的起源(如果它会导致生态系统的下降)或确定是否洞察未来可以获得永久的改善。

2。理解变化的方法:“系统行为图表”

系统行为图表,根据控制图的概念(7),提供了一种方法使用现有数据回答实际保护的问题。“系统行为图表”一词来源于惠勒(8工业”过程行为图表”,因为野生动物生态系统出现多个进程交互的自然和人为的(有时)。图表的目的是监测和区分稳定、可预测的起伏在数据从异常变化(由于常见原因):促使反应只有在检测到明显的变化,从某种意义上说,统计学意义(8,10]。系统监控,以这种方式使用数据,就像连续统计假设检验(13]。图表允许观察系统的可预测性(或能力)(7,9),通常涉及到纵向块数据随着时间的推移而蔓延到整个数据块均值和措施(例如,情节意味着±3个标准差)。这组数据称为顺序示例(14)和订购的时间序列是至关重要的。根据先前定义的逻辑是,7,8]

系统将被认为是可预测的,通过使用过去的数据我们可以描述,至少在一定范围内,如何在未来的行为过程。

保护流程可以在图表上称为可预见或不可预测的数据源自于这些系统。数据点可以绘制和观察到的自然限制,限制平均(手段),和限制范围来自经验数据。系统思考的重点是提高保护工作满足物种和生态系统的需求(15]。

2.1。理解可预测性

一个系统被定义为可预测的(稳定),几乎所有结果数据适合上下自然极限(8]。极限定义为实际目的的天然上限意味着+ 3个标准差和较低的自然限制意味着−3标准差的数据。结果可能是也可能不是一个稳定系统的不可接受,但可预测性允许考虑潜在的改进。从本质上讲,系统能做的不比所表达的性能水平意味着和自然限制的数据(8]。改变结果的唯一方法就是改变系统。改进预测系统涉及系统上工作,不应对孤立的数据中起伏。

2.2。理解不可预见性或不稳定的系统

系统是不可预知的包括常规变化和异常变化。可转让的原因(那些引起异常的变化数据)将主导的常见原因(常规变化)。任何试图寻求一种特殊的解释那些不可接受的结果将是一个浪费时间(8]。惠勒(8)指出,“最好的你可以说是,明天又是全新的一天。“对于这些过程预测下周或下个月的结果,甚至在一定范围内,是不可能的。在不可预测的过程中,任何信号的数据将证据指明原因。然而改变来适应一个分配(即。,exceptional or special) cause will be worth investigating. When assignable causes are eliminated (if possible) the stability of the process should be improved until it becomes predictable, with data points returning to within natural limits. Assignable causes provide the practitioner with learning opportunities and insights into potential improvements. However a change to accommodate an exceptional cause will do nothing to change the underlying system.

2.3。有用信号检测中遇到的数据

图表显示数据标注在系统行为模式是否有存在或变异的特殊原因的影响,和是否发生了一些不同寻常的25]。如果异常表示这应该发起一个寻找原因。一些特殊变化将一次性可以忽略(即。,不太可能再次发生);另一个例子将一次性可以帮助理解(通知系统改进);另一个可能表明一个新的因素发挥作用,系统已经从根本上得到改变。所有这些事情是很重要的认识和理解。戴明将其理念(26)没有考虑统计控制估计也不是一个方法测试假说。相反,戴明将其理念考虑行为的方法通常旨在抵消两个特定来源的错误:要么(我)寻找特殊原因通常(或overadjusting)或(ii)不是寻找特殊的(即。经常,例外)原因。

自1920年代以来的实证研究已经确定了几个规则,可以应用于数据集20或更多的数据点。理解系统行为的规则建立图表应该成为心理感知的工具时,改变系统行为和识别信号(1)外的任何数据点是自然过程的限制(例如,意味着±3 SD);(2)任何两个连续的数据点之外±2 SD;(3)三个或四个连续点接近极限比中央线(8];(4)一系列的7、8、或更多的数据点均值高于或低于平均值(8,25];(5)有一个运行七减少数据点或7增加数据点(25];(6)上下循环均值表明存在多个进程(25];(7)广泛的重复数据中的模式显示数据的子集进行调查(25];(8)从数据定义的自然极限坐落在可以接受的范围(例如,为濒临灭绝的鸟类,人口较低的自然极限繁殖的数量对灭绝的下面埋藏着零)。这些数据表明需要从根本上改变系统以确保新的结果特性规律,只在一个可接受的范围内(即可以预见。,potential extinction of the species should not be tolerated, so in this example the lower natural limit for breeding pairs of birds must be greater than zero) and effort should aim to attain that situation.在保护设置,较小的数据集可能占所有已知的数据,例如,每年为濒危物种普查数据。识别信号的八个标准经济和理性审慎的范围内提供新的见解。下面的系统行为图表方法识别新见解从数据中出现的几个著名的野生动物保护情况。

3所示。识别系统:变化的观察和见解

块20或更多的数据点可能识别不同模式在数据随着时间的推移,(25)信号的每一部分需要再分析数据的“运行”。如果系统的能力运行的每个部分都是不同的,这将导致调查。下面的例子从不同的自然野生动物系统演示这种类型的分析的有效性。

3.1。检测系统中重要的变化:佛罗里达海牛

佛罗里达海牛(Trichechus manatus latirostris)是一种水生海牛目哺乳动物居住在佛罗里达的沿海水域和河口,那里的重要威胁之一是致命的碰撞与船只。当20分的海牛碰撞数据死亡(从1974年到1993年)绘制(图1)似乎有一个向上的“趋势”,但当对戴明将其理念图检查规则(7上面的意思)三种不同稳定系统显示:从1978年第一个,第二个从1984年开始,从1998年的三分之一。系统restabilised 1998年之后,尽管高水平的海牛碰撞死亡。第一个死亡企稳增长从1978年佛罗里达海牛保护区法案使当局控制船的速度。第二次发生在县级低速缓冲带是采用在佛罗里达州。当前系统,死亡率急剧上升,稳定和高水平的死亡。注册船只再次加速从1984年到1990年,从1994年到1999年(17)这似乎解释“跳跃”的数据。保护工作应重点关注因素影响系统中的每个变化,这些或其他因素是否可以帮助,阻碍或安全的未来生存海牛。对于每一个系统,所有数据坐自然范围内,所以除了每个系统之间的步骤,“ups”和“波动”数据随机噪声。

3.2。系统中识别信号的稳定或改变

波多黎各的亚马逊鹦鹉(Amazona ventralis为害在1960年代和1950年代)显著下降。人口普查数据的时序图(无论日期之间传播)显示模式(图2)。四个可观测系统发生:从1954年最初的下降,明显稳定,但是自行车系统从1966年到1982年(注:重复增加和下降模式从1970年到1972年,1973年到1974年,和1975年到1976年是一个放大的频繁监测那些年但不影响观察到稳定的系统,尽管在危险的低人口水平),第三,一种改进,但难以预测的系统从1983年到2006年,最后一个潜在改善2007年第四系统明显。这些系统内数据点的数量很小(~ 10数据点),但仍然可以由推论使用原则分析系统行为图表。飓风已经证明对鹦鹉生存有特殊的影响。雨果飓风影响1989年波多黎各,因此下降。乔治飓风影响1998年9月在鹦鹉造成重大损失,确定在1999/2000的人口数据。系统行为图表让分离的外部事件(因此如何减轻其影响)从一个鹦鹉的普遍提高人口的理解(可以管理系统)。而在2006年,一个积极的“跳”是明显的数据,保护必须出示预防自上(图中未显示)和下自然限制的系统显示大波动包括低端水平种群灭绝的可能性(LNL = 0)。

3.3。早期检测的危险下降:爱达荷州地松鼠

爱达荷州地松鼠(Spermophilus brunneus brunneus)出现在一个受限制的位置在美国的中西部,是物种与有限的人口数据。即使没有策划自然极限,山谷成熟雌性松鼠的数量(开环数据绘制在图所示3)表明,人口在特殊下降和系统的控制。“这似乎明显观察到完整的趋势1999;不过由1990年代末的形势已经拒绝过去可能恢复(到2000年当地人口灭绝);早期检测会阻止了这一结果。虽然整体向下发展1999年总人口只有清晰的数据(7低于平均值),“雌性”表示一个关键下降1996年20的雌性繁殖年龄仍然存在。在这个例子中不需要全套的20个数据点来观察这一趋势。系统行为图表表明女性系统性下降到1996人。如果已经知道,洞察力会提供三年“先机”保护工作(20雌性)而不是最终灭绝的发现在1999年的人口。从业人员知道这个早些时候和干预,直截了当的景观管理人口很可能帮助恢复。

3.4。检测漏洞在一次罕见的、神秘的物种:Po ' ouli在夏威夷

Po ' ouli (Melamprosops phaeosoma)是一个很少观察到夏威夷特有的森林鸟类只在1973年发现。虽然夏威夷森林鸟类调查(1980)估计的人口(95% CI)个人,很少有个人曾经发现在任何一年。观察1981年和1987年之间看到(图显示同比下降4)。观测每年都没有实现,所以是不完整的数据集,一个实际的现实使用神秘的物种在困难地形与有限的资源。试图描述之间的下降甚至1981高1995年15个人通过6个人有点投机。然而,自然极限的计算(平均±3 SD)对小数据集从1974年到1988年,或者更谨慎地1996,甚至,更加谨慎,对整个数据集到2003年,提供了一个惊人的事实。较低的自然极限负(LNL =−6个人、−6.4−5.6−5.8为每个样本集)。虽然严格说来措施的可预测性的数据观察鸟类在某一年,这一观点已经在1988年,这将表明,人口处于关键阶段。Po ' ouli人口在这个时间点上同样有可能灭绝在明年增长,除非是发生了变化。鸟不是“自然罕见”(当时讨论);自然罕见的鸟会自然极限坐在紧以上和以下的意思是零。然而,直到十年后的1998年(当只剩下3鸟类),任何干预策略设计,避免灭绝的努力已经太晚了(23]。即使不完整的数据图表显示关键系统行为变化可以以一种新的方式提供决策依据。

3.5。检测为俘虏的人口繁殖过程的可接受范围的巴巴里狮子

完全的非原位俘虏的狮子,被认为是从最后一个野生巴巴里狮子代表(豹属狮子座狮子座),从个人成立在摩洛哥皇家收藏。动物们分布在动物园直到1979年在北美和欧洲;此后,许多机构转移的动物,所有的动物(除了那些留在摩洛哥集合)被发现只在欧洲24]。欧洲人口的出生数据显示从1999年(图系统中可察觉的变化5),当人口正在努力重建欧洲动物园。虽然,甚至在最近几年,(出生率较低)的数据仍然属于“可接受”的自然限制,从保护管理的观点,育种过程应该发达,自然下限高于零。显然其他系统性效应(如性别的幼崽,亲缘、遗传学、人口、幼仔存活率,在成人和死亡率)需要被理解。系统行为图识别系统目前正在改善,但是,应该持续的保证新生产需要,需要进一步改进,确保自然下限高于零。

4所示。结论

系统行为分析数据图表和相关的标准是一个技巧可以支持一个更好的操作理解生态系统的有效的保护管理。在每一个著名的案例,实现新见解,为运营管理提供实际意义的保护。方法使用系统图表必须坐与明确的决策和行为的理解如何开发短期保护目标符合一个明确的保护目的。图表和技术开发系统行为进行视觉分析的系统思维方法提供了许多机会保护领导人:检测漏洞的神秘物种,危险的早期检测下降,改善鼓励努力的识别信号,确定稳定的系统,检测系统中重要的变化。还有许多其他原型的保护系统行为图表可以提供有用的见解以及具有实用价值。

系统行为图是一个工具可以支持与新从业者,简单的决策分析技术基于理解的“声音的生态系统,即数据告诉我们发生了什么,而不是从业者依赖更多的任意的数据基于其他重点解剖,意见,假设,或方法论的偏好。本质上的系统行为通过图表顺序假设检验,在改善保护决策本身是一个至关重要的元素。系统行为的方法鼓励保护管理器使用经验数据从目标系统通知感兴趣的知识和更好地理解操作活动的影响。

利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

作者感谢莫妮卡Stalio佛罗里达海牛的准备数据和阿德里安·哈兰德和Nobuyuki山口材料在摩洛哥皇家狮子。

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