《Cogent Food & Agriculture》：Advancing food system sustainability: multi-systems integration and emerging knowledge gaps
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气候与非气候相关的复合事件对食物系统施加了巨大压力，然而复杂的环境-人类-社会机制仍不清楚。鉴于食物系统内部相互关联的复杂性，当反馈回路通过恶性循环放大时，影响可能会加剧。为满足未来的食物需求、提高生产稳定性、最小化环境影响并适应社会-生态波动，本研究建议采用
气候与非气候相关的复合事件对食物系统施加了巨大压力，然而复杂的环境-人类-社会机制仍不清楚。鉴于食物系统内部相互关联的复杂性，当反馈回路通过恶性循环放大时，影响可能会加剧。为满足未来的食物需求、提高生产稳定性、最小化环境影响并适应社会-生态波动，本研究建议采用完整的元耦合框架（metacoupling framework），以识别气候敏感性热点、流动及相关反馈，从而通过利用先进技术和协作努力制定协同效益解决方案，优化食物供应并促进气候韧性。该框架应重新审视供应链活动、驱动因素、利益相关者和反馈，从而帮助发现隐藏的社会生态权衡与协同现象。本研究视角将农业“生产-消费-研究推广”（production-consumer-research extension, PCR）纽带确定为一种基本工具，以支持在食物生产、加工、分配、消费、储存及处置或回收方面制定连贯且可持续的政策，最终实现长期可持续且有韧性的食物系统。
1. 引言
自20世纪60年代以来，全球食物产量增长了三倍，但伴随而来的是环境退化、微量营养素密度降低、气候韧性减弱和营养质量下降等负面外部效应。食物系统约占全球温室气体（greenhouse gas, GHG）排放总量的三分之一，减排需求十分紧迫。全球变暖正逼近1.5°C临界值，极端天气事件频发，导致作物减产、供应链中断和食品价格上涨，进而损害粮食与营养安全。不同地区的经济和食物系统正经历由流行病、冲突和极端天气等耦合冲击以及气候变化、不平等和环境退化等长期压力引发的波动。作为美国及全球的重要粮仓，美国中西部地区面临可持续性与不平等方面的严峻挑战，预计气温升高和春季变湿将降低玉米和大豆产量。俄罗斯-乌克兰冲突导致全球多达2.76亿人陷入严重饥饿，谷物价格大幅上涨；霍尔木兹海峡关闭使油轮运输量减少95%以上，推高了农业投入品价格。因此，亟需采用元耦合方法作为整体性框架，以连接不同系统及其跨尺度的流动与反馈，增强对多重冲击的韧性。
2. 元耦合框架
元耦合框架是对人类-自然耦合系统进行跨时空尺度整体性分析的系统性框架。在每个耦合系统中，行动者、原因和效应构成三大要素；流动连接不同耦合系统，依据流动方向与反馈回路可划分为发送、接收和溢出系统。该框架涵盖焦点系统、邻近系统、遥远系统和溢出系统四大系统，由驱动因素、通量、反馈和结果相互联结。全球食物系统可持续性指数（global food system sustainability index, GFSSI）允许不同收入水平国家的跨国比较，而元耦合框架可帮助低收入国家在地方社区（内耦合）、邻近区域（近耦合）和遥远国家或全球系统（遥耦合）三个关联尺度上分析食物系统。自绿色革命以来，高产品种的大规模生产虽大幅改善了粮食安全，但也导致食物消费差异、公共健康和环境问题。美国的碳排放自2005年后有所下降，但仍占全球温室气体排放的重要份额。在全球化背景下，遥远政府的决策和全球议程日益影响本地食物系统决策，因而需要增强对元耦合世界中人类-环境系统相互作用的理解。
3. 保护食物系统免受不利影响的软路径
鉴于食物系统各组成部分相互交织并形成跨距离效应的“元耦合”人类与自然系统，需要采用软路径策略以增强食物系统的可持续性和韧性。软路径优先考虑灵活性、可持续性和适应性，以取代传统的“硬性”或刚性系统。战略视野模型提出四项战略行动：视野1（H1）战术，聚焦现有核心业务的增量优化；视野2（H2）战略，聚焦“阶梯式变革”和机会投资；视野3（H3）愿景，聚焦远景规划和未来可行方案；视野4（H4）系统变革，聚焦共同改变系统规则。实现软路径需要实现从集约化生产和耗竭土壤的单一作物种植向因地制宜的生产系统转变。间作可在减少投入的同时提供具有竞争力的产量和更具营养的食物，并能降低化学成本和径流氮污染。参照联合国2030气候行动计划，美国可通过刺激国内经济活动、推进环境正义来实现在2030年前将排放减半的目标。韧性导向的变革性投资与系统性再生农业实践相结合，能够改善严重退化的土壤健康，并协同提升水质、植被和土地生产力，同时为农民开辟碳汇和土壤健康补偿等绿色收入渠道。
4. 变革性与整合性元耦合分析
全球食物系统由相互关联的经济、健康、生态、金融、技术和社会子系统组成，其多尺度要素在时间与空间上相互交织。食物系统的转型可由环境和社会经济驱动因素（即内部和/或外部驱动因素）以及系统内部、系统之间和系统之内的反馈机制触发。由于反馈和级联效应的复杂相互作用，食物系统呈现非线性动态和不可预测性，例如COVID-19大流行、俄罗斯-乌克兰冲突以及中东紧张局势升级等事件导致石油价格和粮食市场剧烈波动，凸显了全球食物系统对能源部门扰动源的脆弱性。食物系统枢纽作为关键纽带，将环境驱动因素（如气候变化）和社会经济驱动因素（如经济增长）与生产、加工、分销与零售、市场与消费、储存以及处置与回收等环节相连接，而治理、金融、技术与创新、谈判和战略政策等要素则作为系统赋能因素发挥作用，可持续性与韧性体现为系统内协同与权衡之间的平衡。采用元耦合方法有助于评估系统性的潜在驱动因素以及跨系统的协同与权衡，为制定连贯有效的政策与规划战略奠定基础。
5. 重构生产-消费-研究推广（PCR）纽带规划
近期食物系统研究存在系统性盲点，过度侧重于农业生产，而对生产与消费平衡、政策与实际落地实施之间的差距以及部门间相互联系的研究不足。学者们已运用多种框架研究资源之间的关联，包括水-能源-食物（water-energy-food, WEF）纽带、气候变化-旱地-粮食安全（climate change-drylands-food security, CDF）纽带和“一体化健康”（One Health）等。生产-消费-研究推广（production-consumer-research extension, PCR）挑战复杂且充满不确定性，常面临社会-生态、社会-技术、社会-政治和社会-制度层面的威胁。消费者在参与食物系统时往往存在知识-行动差距和意图-行为差距，因此需要文化、政治和经济层面的变革以及更好的供应链透明度。PCR纽带并非要建立庞大的多中心结构，而是旨在建立强有力的协调机制，促进公平有效的跨部门伙伴关系、技术转让和多方利益相关者协调，并与其他纽带框架（如WEF、水-能源-食物-环境（WEFE）、水-能源-食物-生物多样性-健康（WEFBH）等）形成政策对话。物联网（Internet of Things, IoT）、人工智能计算机视觉、区块链与数字溯源、光谱分析等新兴技术的应用也有助于促进粮食安全和营养。食物系统研究需要融合单学科、多学科、跨学科和超学科的研究团队，推动知识、信誉和权力在知识系统中的流动，以共同应对食物与营养安全、环境绩效、贫困与不平等以及社会-生态韧性等维度的问题。
6. 强化现有努力与创建新方法
由于现有解决方案缺乏先例且适用性较低，需要从农民、消费者到政策制定者和行业领导者共同强化现有努力并创建新方法。2015年联合国提出了17项可持续发展目标（Sustainable Development Goals, SDGs），涵盖食物获取与营养、食物损失与浪费、水资源利用效率、可负担能源、气候韧性和多方利益相关者伙伴关系等方面。元耦合框架可应用于食物系统与可持续发展目标的分析，帮助理解一个地区的农业生产、贸易和消费及流动如何对粮食安全、经济和生态系统产生正面或负面影响，并揭示长距离食物运输所伴随的隐藏环境成本。未来的研究需要加强实地研究和综合景观建模，优先发展可互操作、供应链特定且具有可扩展性、成本效益和适应性的智能系统，并进一步解决若干关键问题：什么阻碍了从生产到消费再到处置的食物价值链创新？规模化推广的计划或项目由什么构成？如何加速这一过程？行为、文化多样性和价值观在推广生物多样性友好的食物系统中发挥何种作用？实现可持续且有韧性的食物系统对价值链、生产者、消费者、研究人员、金融部门和权利持有者而言存在哪些协同与权衡？
7. 结论
食物系统受到日益频繁且日益关键的复合事件的影响，这些事件往往导致从农场到餐桌及更广范围出现更不可持续的局面。现有的韧性缺口需要技术投入、教育和社区参与来弥补。本研究确立了元耦合方法的必要性，将其作为整合不同系统及其在人类-自然相互作用中跨地方、区域和全球尺度随时间演变的流动与反馈的整体性框架，并综合分析生产-消费-研究纽带关系。尽管已取得显著进展，但挑战依然严峻，仍需进一步努力。通过纽带规划、基于自然的解决方案、精准农业技术、物联网和社区主导的倡议等集体努力，可为在多重冲击威胁日益加剧的背景下应对相互关联的挑战、利用新兴机遇以及加速迈向可持续且有韧性的食物系统奠定坚实基础。
