面向可持续性的食品本体论：以肉类系统为例

《Agriculture & Food Security》：Food ontologies for sustainability: the case of meat systems

　　

背景：食品系统的可持续性，尤其是那些采购和供应肉类的食品系统，是一个全球性重大关切，因为它们对全球变暖、空气和水污染以及人畜共患病爆发等负面结果有显著贡献。本体论通过将食品系统知识标准化为一致的词汇和结构化表示，对于有效解决这些问题至关重要。然而，迄今为止，尚未有本体论对涉及肉类采购和供应的可持续食品系统进行建模，并且关于为食品系统可持续性设计本体论的整体努力也有限且孤立。
结果：在本文中，研究人员介绍了一种可持续肉类系统本体论（SuMSO）。SuMSO以牛源性肉类作为初始用例。在第“背景”部分，研究人员简要评估了现有的涉及肉类系统及相关可持续性的本体论资源，以及可用的本体论设计方法论。在第“方法”部分，研究人员概述了开发SuMSO所采用的方法。在第“可持续肉类系统本体论”部分，研究人员描述了SuMSO。在第“讨论”部分，研究人员讨论了这项工作的局限性，并提供了关于本体论适用性的考虑。在第“结论”部分，研究人员通过提出未来实施方向进行总结。
结论：SuMSO被设计为与以下内容兼容：可持续性核心本体论（SCO），作为更通用的可持续性本体论；基本形式本体论（BFO），作为顶层本体论；开放生物与生物医学本体论（OBO）Foundry中的本体论；以及通用核心本体论套件（CCO）。SuMSO将支持应用程序（如交互式仪表盘）的实施，以监测、收集、共享和整合关于肉类系统与可持续性的数据，并构建有效的可持续性指标与度量标准目录，最终有助于寻求加强本地和全球肉类系统可持续性的项目。

**论文解读：面向可持续性的食品本体论——以肉类系统为例**

**研究背景与问题**
食品系统，尤其是肉类采购与供应系统，是全球可持续性面临的核心挑战。它们对全球变暖（约30%的温室气体排放，其中近三分之二来自畜牧业）、空气与水污染、生物多样性丧失、森林砍伐、资源消耗以及人畜共患病爆发等负面结果有显著贡献。此外，肉类高消费与癌症、糖尿病、心血管疾病等健康问题相关，屠宰场等设施还存在工人健康风险与动物福利问题。本体论（Ontology）作为知识表示工具，通过将系统知识标准化为一致词汇和结构化表示，可促进数据互操作性、整合不同视角，支撑可持续性行动。然而，迄今为止，尚无本体论专门针对涉及肉类采购与供应的可持续食品系统建模，现有相关努力有限且分散。因此，开发一个面向肉类系统可持续性的本体论具有迫切需求。

**研究目的与意义**
本研究旨在构建可持续肉类系统本体论（Sustainable Meat Systems Ontology，SuMSO），以牛源性肉类为初始用例，填补该领域空白。SuMSO基于广泛认可的资源（如基本形式本体论BFO、可持续性核心本体论SCO）设计，并遵循OBO Foundry原则，为后续应用（如交互式仪表盘、数据集成与共享）提供语义基础，最终助力本地及全球肉类系统可持续性提升。论文发表于《Agriculture》。

**主要关键技术方法**
研究人员采用METHONTOLOGY方法论，并结合OBO Foundry原则及其他设计方法，特别引入了一个可操作的理论工具，用于在形式化之前对齐食品系统可持续性视角。具体步骤包括：通过专业网络招募四位利益相关者（涉及北美肉类系统可持续性项目），通过在线会议访谈收集其视角与框架（如Soil & Climate Initiative、RegenScore、Huber et al. (2015) 和 Springer et al. (2015) 的工作）；从对话摘要中构建参与式叙事（participatory narrative），识别关键术语与关系；手动评估现有本体论（如FoodOn、EnvO、CHEBI等）以复用术语；使用OWL语言和Protégé编辑器进行形式化编码，通过Protégé的自动推理器（ELK 0.5.0和HermiT 1.4.3.456）验证逻辑一致性，并获取利益相关者最终批准。

**研究结果**
（1）**SuMSO目标与参考领域**：SuMSO是一个领域本体论，专注于肉类（动物源性）系统的可持续性，当前以牛源性肉类为初始用例，涵盖牛肉及其相关材料（如皮革、骨头）及其供应链与系统互连。
（2）**本体论立场与形式化**：SuMSO采用OBO Foundry的本体论实在论立场，以BFO为顶层本体论，SCO为中层核心本体论，并从22个现有本体论（如OBO Foundry资源）中导入术语，扩展了BFO和SCO。
（3）**SuMSO模型**：
- 肉类系统建模为复杂系统，包含组件、交互、环境。
- 系统属性：包括系统韧性（resilience，系统在扰动后维持稳定状态的倾向）、系统稳定性（stability，恢复原稳定状态的倾向）、系统脆弱性（vulnerability，对特定扰动表现出敏感性而非韧性的倾向）。
- 福祉（well-being）建模：基于“能力方法”（Capability Approach），区分组件福祉（如人类福祉、动物福利）与系统整体福祉。动物福利涵盖免于饥渴、不适、疾病等自由。
- 可持续性影响领域、认证与标签：建立初步模型，包括可持续性影响领域（sustainability impact area，描述系统或环境组件期望的可持续性变化终点）、认证（certification，由专业组织颁发的凭证）及认证发放过程（certification issuance process，评估与证明符合指定基准的计划过程）。
（4）**SuMSO验证**：通过初始需求评估（满足项目目标）、自动推理器检查（无逻辑不一致，引入“错误探针”类后检测到不一致，验证推理器有效性）以及利益相关者批准（全程参与，最终确认资源满足需求）完成验证。

**讨论与结论**
讨论部分指出，SuMSO当前聚焦于肉类系统核心架构特征（如系统结构、利益相关者、组件与活动），并根据利益相关者建议优先处理经济价值、地理特异性等主题，而对系统循环性、社会完整性等关注有限。局限性包括：资源评估与构建手动进行，可能引入偏差；利益相关者数量少，且全部熟悉本体论，可能影响观点代表性；尚未进行基于能力问题（CQs）的SPARQL查询或SHACL形状验证，也未在真实场景中应用。未来计划包括：将SuMSO作为语义层训练AI模型，支持交互式平台的数据收集与评分；用作语义参考协调认证与标签，映射至可持续发展目标（SDGs）等国际标准。
结论部分翻译如下：本研究建立了一个面向肉类系统（尤其是牛肉系统）可持续性的新参考本体论SuMSO，利用了广泛认可的资源（如BFO、CCO）以及新颖资源（如SCO和相关设计方法论）。SuMSO是首个整合进可持续性本体论家族的本体论，旨在助力创建共同本体论、语义与模型社区（COSMOS），促进利益相关者视角与方法的协同，推动实现SDG 2（零饥饿）、SDG 9（产业、创新与基础设施）、SDG 12（负责任消费与生产）、SDG 13（气候行动）和SDG 17（伙伴关系）等目标。