• 摘要
• 来自变化中的世界的图像
• 概述
• 未来农业生态系统预测的重要性与难点
• 我们编织的研究网
  • 当地知识
• 一个网络编织
  • 观察知识
  • 科学知识
  • 关于赞比西河流域作物生产和土壤的说明
• 编织知识与计算机模拟
• HOMZ(不是蜘蛛的!)
• 适应性系统的当前图像和演化过程
• 编织一张新网
• 对本文的回应
• 致谢
• 文献引用

赞比西河流域的农业生态系统在环境、经济和制度上都是多变的。这种可变性意味着不可能测量所有必要的东西来发展对它们的预测性理解。特别是，因为人和他们所处的环境是不断变化的，昨天测量的东西明天可能就会改变。

在这里，我将描述我为解决这个问题而开发的方法的元素。该方法被称为DAAWN(即“按需详细”和“当需要时详细”)，它提倡一种迭代的和多尺度的方法，在这种方法中，我们首先获取对系统尽可能广泛的理解，然后使用在此尺度上开发的意识来确定后续更详细的调查的重点。因为我们不能指望测量或监测这些复杂和适应性农业生态系统中的一切，这种方法要求我们明智地利用有关农业生态系统的所有现有知识。DAAWN方法植根于系统理论，但在边界没有明确定义、非线性是规范、结构和功能变化是日常秩序的系统和问题中有所调整。

我将介绍一些最重要的数据收集工具和方法，这些工具和方法是用来记录当地人的知识，并观察、监视和测量他们的资源的变化。特别重要的是我称之为“蜘蛛图”的工具。这个工具，我与村里的线人广泛使用，它象征着DAAWN方法，是其发展的主要刺激因素。仿真模型提供了另一个非常重要的工具;在这里，我将提供一些空间显式的多代理模型示例。简要介绍了赞比西河流域农业生态系统研究的一些主要成果。

关键词:复杂的适应系统，家庭和资源经济学，生计战略，建模，多智能体模拟模型，自然资源使用，参与式系统分析，南部非洲，蜘蛛图。

出版日期:1999年11月4日

在津巴布韦首都哈拉雷以北3小时车程的地方，赞比西河河谷的壮丽景色令人叹为观止，它位于高原下约1000米的地方。有些人认为这是津巴布韦最后的荒野。南部非洲一些最大的野生动物聚集地就在这个山谷里。它也是希望为自己开创农业未来的农民移民的最后土地边界。对政府来说，这既是一种赚取至关重要的旅游收入的手段，也是一种推迟(或许再过一二十年)应对人口增长和日益加剧的贫困的痛苦的方式。

进入这片荒野就是进入非洲正在迅速消失的一个维度。这里没有电，也几乎没有电话。这里没有CNN，当地的电视广播也只是现在才开始通过连接在旧汽车电池上的廉价接收器播出。干燥的时候，道路尘土飞扬，凹凸不平。当潮湿时，它们几乎无法通过。这里没有大的城镇，只有几个小的商业中心，每个商业中心都有一些小杂货店，出售从火柴、糖到自行车零件和牛拉犁的各种商品。对于这里的大多数居民来说，要到达高原，只能乘坐噪音大、速度慢、极不舒服的公共汽车、自行车或步行等不可靠的交通工具。

可以理解的是，大多数住在山谷里的人都很高兴“野生的”非洲正在消失。由于在偏远的乡村生活中生活了几十年，他们发现不得不走一天的路去最近的诊所治疗又一次疟疾并没有什么吸引力。为了把大象从明年的食物供应中赶出去，不得不整夜敲罐头敲鼓，这也没有多少令人兴奋的地方。当地人梦想着发展——一个拥有良好道路、良好学校和良好医院的未来——一个他们不会因连续的干旱而面临饥饿的未来。他们梦想着将来他们可以住在用砖头和灰泥建造的房子里，他们的孩子不会像他们曾经那样贫穷。

自本世纪初以来，赞比西河流域的人们就收拾好行装，四处迁徙，几乎不需要征询任何意见，就像在棋盘游戏中玩跳棋一样。殖民地政府迁移人们，为卡里巴水坝、国家野生动物保护区和定居者让路。1970年代后半期，在解放战争期间，罗得西亚政府强行将人们迁入称为保护村的营地，在那里他们的行动和活动受到严格限制。

在经历了战争年代的痛苦(赞比西河流域是一个主要战线)之后，该流域的人民本来有理由希望他们的发展和自我实现的梦想将会实现。不幸的是，几乎没有什么改变。20世纪80年代中期，津巴布韦政府开始了新一轮的人口迁移，这一次是以发展或重新安置的名义进行的。即使是现在，在20世纪90年代末，一些在20世纪80年代迁移的人又要迁移了，这一次是为了一个新的灌溉计划让路!

虽然人们在赞比西河流域生活了几个世纪，但在许多情况下，他们对土地和资源的权利仍然很不明确，甚至更得不到保障。这片土地过去是，现在仍然由津巴布韦的总统为他们托管。直到20世纪80年代中期，所有野生动物都归国家所有;现在它归农村和区议会所有。法律禁止人们在距离河流30米的范围内或湿地地区进行耕种，而这两者在传统上都是重要的耕种区域。一些植物和树木种类受到保护，它们的使用被禁止。直到最近，政府还严格控制粮食、棉花和牲畜市场。在一些地区，人们不允许养牛;在其他地区，他们可以饲养的牛的数量受到限制。历届政府当局监督和执行这些权利的能力和意愿因地而异、因时而异，很少明确和确定。

不确定性和变化:赞比西河流域农业生态系统的精髓不确定性和变化:气候、政治、价格、牲畜数量、疟疾爆发、土壤、中央政府政策和行动、公共汽车服务、卫生保健、粮食供应、投入供应、虫害爆发、作物产量、牲畜疾病，以及大象和水牛群的位置和移动。不确定性和变化:这些农业生态系统没有什么新鲜的;几个世纪以来，人们一直在适应和应对高度的可变性和不确定性。他们制定了包括多种企业选择的战略，从大量作物和牲畜生产活动到贸易、工艺、自然资源收获和在该国其他地区就业。这些策略对个人、家庭和社区福祉的相对贡献是不断调整的，以适应当时的条件和期望。几个世纪以来，农作物生产一直是这些系统的支柱，但当发生干旱或连续干旱时，人们就会转向其他方式来满足基本需求。

南部非洲的经济与降雨有着千丝万缕的联系。在宏观尺度上，当降雨充足时，经济扩张和繁荣;当雨水不足时，经济就会收缩并窒息。当雨季不下雨时，农业增长就会停滞，人们就会涌出公社地区(CAs)去找工作，在贸易、淘金等任何能帮助他们撑到下一场雨的事情上碰碰运气。当雨水再次到来时，人们会成群结队地回到家中种植、照料牛群，然后再次耕种。这些人和他们开发的系统很好地适应了不确定性和可变性:那些不能或不愿适应的人，或者在某些关键时刻做出错误选择的人，已经离开了。

然而，世界正以极快的速度变化着。赞比西河流域居民拥有或生产的商品和服务的价格现在由国际证券交易所的交易大厅或濒危物种国际贸易会议(CITES)等国际会议确定。巨大的人口增长率给公共服务带来了压力，正规经济几乎不可能吸收劳动力的增长。艾滋病就像死神一样徘徊在幕后，等待着对年轻人、老年人、无辜的人和经济造成伤害!津巴布韦是一个年轻的国家:宪法、法律和政治制度就像新剪裁的衣服，还不合身。他们需要调整以适应舒适。旧的不确定性和可变性的来源让位于新的来源。

在这种不断变化的环境中，赞比西河流域的人们试图用不断变化的技术来满足不断变化的需求，他们将这些技术与不断变化的资源结合起来使用。随着电视、电影、使徒教会和广告，可口可乐文化已经到来。年轻人正在挑战去世已久的祖先和父母认可妻子、事业和领导的传统权利。来自人口过剩地区的移民涌入这片最后的边疆，带来了新的方法和思想。他们也带来了新的政治派别、抱负和冲突。赞比西河流域的农业生态系统能适应并继续生存下去吗?它们的内在弹性能适应这些新的变化和不确定性来源吗?他们将成为什么?他们将保留或完全失去哪些特征?

我对赞比西河流域农业生态系统的研究正式开始于1991年底，当时我开始了我的博士实地研究。我天真地没有被我所寻求答案的巨大问题所吓倒，被介绍给了Masoka村的人们。在一次社区成员会议上，我解释了我希望在我的研究中实现什么，并请求他们允许我在Masoka进行研究。他们的认可推动我踏上了一段调查之旅，这段旅程深刻地改变了我对农业生态系统和科学探究过程的看法。这篇文章讲述的是我试图在Masoka、Gonono、Gutsa、Negande和Sinansengwe(图1)的农业生态系统的结构和功能中寻找模式，然后我们可以将其应用到赞比西河流域的数百个其他农业生态系统中。在寻找模式(理论的种子)的过程中，我开发了一种方法，用首字母缩略词DAAWN来解释:按需提供细节(Detail As And When Needed)，这是贯穿全文的一个基本主题。我首先解释为什么理解这些农业生态系统是至关重要的，以及为什么要可靠地这样做是如此困难。此后，我将方法、数据收集工具和分析与我对本地、观察和科学知识应用的使用和感知交织在一起。设计和构建计算机仿真模型也是我开发和使用的方法的重要组成部分，我也将它们包括在内。然后，我将描述适应性系统的当前图像和我所遵循的进化过程。 Finally, I look to the future and routes I expect to explore to enhance my understanding of agro-ecosystems and how to study them.

图1所示。地图显示赞比西河流域五个研究地点与津巴布韦主要城市中心的关系。

Masoka是一个小而卓越的社区，通过他们的CAMPFIRE项目，被推到了发展思想和实践的前沿。CAMPFIRE是“土著资源公共区域管理计划”的首字母缩写，是津巴布韦一项令人兴奋的倡议，旨在将野生动物和其他自然资源的控制权交给当地人。基于这样一种预期，即承担与野生动物生活成本的人应该获得收益，CAMPFIRE为社区提供了自然资源资本价值的直接、可见的货币证据。CAMPFIRE的支持者希望，在当地机构控制资源使用和强有力的价格暗示价值的情况下，野生动物将成为许多农业边缘社区的可持续土地利用选择。

自然资源保护主义者突然有了一个强有力的促进自然资源保护的新范式。发展倡导者也有同样有力的工具来提高赞比西河流域人民的福祉。这一次，这两个经常针锋相对的团体携手合作，以实现一个共同的愿景:通过可持续利用自然资源实现社区发展。就像魔杖一挥，人类社区和野生动物之间的关系被重新定义。曾经被认为是偷猎者的当地居民现在是日益珍贵的资源的负责任的管理者。近年来，支付给家庭的现金(股息)相当于家庭平均年现金收入的90% !当地居民还用野生动物带来的收入建造了自己的小学和诊所。想象一下:几十年来，当地居民被视为与环境掠夺者无异。突然之间，他们的地位被提升为有爱心和负责任的自然资源管理者。这样的转变!

尽管看到当地社区在经济和环境方面的崛起令人欢欣鼓舞，但负责和有效的管理机构并不是一夜之间形成的。作为一名研究人员，我需要谨慎乐观。世界野生动物基金会(WWF)驻津巴布韦项目办公室负责人大卫·卡明(David Cumming)博士也提出了同样的警告，理由很充分。那么多著名的开发项目被淹没在生锈、腐败、麻木不仁或彻底失败的尘埃里。营火会不会以同样的方式结束，伟大的承诺和希望在非洲严酷的现实中化为灰烬?我们能在10-15年后知道吗?或者在失败不可逆转之前，我们能识别出成功或失败的指标吗?我们问，是否有可能积极主动，发展对农业生态系统的理解，使我们能够自信地预测未来的状态或行为?我们能否利用这种认识来确定政策、管理行动或农业生态系统设计，使人们能够不断满足他们的需求，甚至可能改善他们的福祉?生态系统的健康状况会得到维持吗?或者，这片独特的河谷景观，以及它尚未开发的潜力，会被重建为棉花田，与全球数百万其他棉花田竞争吗?认为“篝火”类型的项目取得了巨大成功的观点并没有被普遍接受。 Indeed, Christopher Barrett and Peter Arcese (1995) present evidence questioning the success of these initatives.

我们的谨慎并不是渴望回到村民是环境掠夺者的观点。远离它!卡明博士是篝火计划的最初设计者之一。然而，历史总是重演。我们希望非洲的这个地区有一个不同的剧本，那里的人民和环境从此过上了幸福的生活!

为什么预测一个农业生态系统的未来行为或结构如此困难?有很多好的理由，但主要的理由相当直接。赞比西河流域的农业生态系统是多变的，而且还在不断变化。在资源有限的情况下，我们不可能了解农业生态系统的一切。在选择农业生态系统的哪些组成部分对决定其未来的结构或功能至关重要时，既没有理论也没有程序来指导我们。

经济学家观察经济问题，寻求经济解决方案;农学家观察农艺问题，寻求农艺答案。鉴于基于学术学科或意识形态说服的解决方案在减轻贫困或环境退化方面鲜有成功，我们有必要对赞比西河流域的农业生态系统有更全面的认识，并利用这一知识来寻找问题和解决办法。然而，如果我们不能观察或测量每件事，而且大多数事情都在不断地变化，我们如何发展这种全面的理解?

我们必须利用现有的资源做到最好。我发现了一些理论，这些理论可能与这些农业生态系统有关，也可能与它们无关。我还发现了大量的知识分布在大量的人和组织中。不幸的是，这些知识不仅广泛分布在一系列不同的“监护人”之间，而且通常由不同的托管组以不同的方式编码、记录或表示。物理、生物和社会科学家通常使用数字编码和存储方法。尽管人类学家和历史学家通常使用定性描述，但当地管理者和人民使用神话、故事、规则和共享的经验。

经典科学拒绝那些不是通过可重复测量或观察获得的知识。过去几个世纪里，生活在赞比西河流域的数千人积累的经验形成了现有知识的最大来源。经典科学会让我们拒绝这些丰富的知识，承认自己几乎完全无知，因为科学家们对赞比西河流域的农业生态系统几乎没有做过观察或测量。更令人不安的是，按照科学家们在赞比西河流域测量的速度，我们将在未来很长一段时间里处于无知状态，在许多情况下，我们将永远不会知道我们不知道的东西!

为了解决了解赞比西河流域农业生态系统这一非常紧迫的问题，我们必须利用所有现有的知识。还有谁比当地人自己更了解当地人的需要和目标呢?但是他们并不是什么都知道，他们的一些知识是不正确的，就像一些科学知识是不正确的一样。我们需要一种方法，从这些迥然不同的来源获取知识，然后在适当的时候将其与相关理论结合起来，以产生一种一致的理解，这种理解可以很容易地确定需要最关注或最大努力的领域。在下一节中，我将描述一些我用来捕获知识、将其转换为通用代码或符号、并使用计算机模拟模型将其集成为一个连贯的整体的方法。我所开发的许多方法都建立在罗伯特·钱伯斯(Robert Chambers, 1983)等人的开创性工作的基础上，他们成功地证明了当地知识和价值观的重要性和有效性。

在我用来分析赞比西河流域农业生态系统的许多不同的知识来源中，有三个最重要:(1)当地人提供的知识;(二)通过观察人们的活动而获得的知识;(3)通过科学测量获得的知识。现在，我将描述我开发的一些方法和工具，这些方法和工具用于从这三个来源获取知识。它们当然不是我用过的唯一工具;让我举例说明。

赞比西河流域农业生态系统的洞察力和知识是通过各种独特的方式获得的。我曾让社区成员撰写并描绘他们自己的环境历史，这些历史刚刚出版，供他们的学校使用。我曾让一个社区领袖绘制东谷的圣地地图。在一次比赛中，我成功地鼓励年轻的学生写关于他们家庭使用自然资源的作文。我曾与科学家和政府推广机构组织和举办研讨会。我搜索了各种二手数据来源，也和从事不同学科的人交谈过。

在Masoka(以及我后来研究的每一个地点)，我的研究开始时，在一次公共会议上要求社区选出6-10人，在研究过程中代表社区的利益和知识。我坚持认为，当选的人中至少有一半是女性;除此之外，我没有提出任何具体条件。我确实要求在社区中代表各种技能、知识和兴趣。我邀请了一些老年人来反映传统文化和愿望。我要求年轻人代表未来。我要求来自富人和穷人家庭的代表。我要求一些成员接受教育，一些成员不接受教育。我没有坚持这些标准:我把它们作为指导方针提出。我称这些小组成员为村代表(vr)。 They played a key role in data or "knowledge" collection. I worked with them intensively in workshops of 4-10 days at a time, over a period of up to two years. With each of these groups, I explored the most intimate and the broadest aspects of community life.

在这些探索中，“蜘蛛图”是一个重要的工具(图2)。我开发并使用它们来聚焦我的问题。在每个站点，我首先询问家庭需要什么才能在他们的社区中过上适当的生活(表1)。我会让村代表(VR)小组在地上画一个圆圈来代表这个问题。当他们开始生成这个问题的部分答案时，我会让提供答案的小组成员画一条从圆向外辐射的线。一个符号(通常是石头或其他物体，但有时是单词)被放在线的最后，以代表该部分的答案。例如，团队可能会提到土地、水、住房、领导、食物、衣服和现金。从中间的圆向外辐射出一条单独的线，每条线用一个符号表示。这个小组将讨论每个组成部分的每个答案，并同意这些确实是一个家庭过上适当生活所需要的基本东西。

图2所示。显示两个层次的蜘蛛图示例。第一级的得分是开放的，而第二级(即土地)的得分是受限制的。

一旦小组成员就一个答案的组成部分达成共识，我让他们确定其中哪些对家庭幸福最不重要。vr之间会讨论这个问题，并就确定的组件之一达成一致。为了便于说明，假设他们选择“领导力”作为最不重要的组成部分。然后，这个小组会在代表领导的线或符号上放一根棍子或石头。然后我让他们找到他们已经确定的每个组件，并根据最不重要的组件(即他们只给了一分的组件)给该组件打分。5分的分量被认为是1分分量的5倍，以此类推。每次，小组都会就分数的分配达成共识。

当这组人给答案的每个部分打分时，第一个蜘蛛图水平就完成了。然后我会选择得分最高的第一级组件。这就成了第二个层次的新问题的中心。我可以在第二个层次上问几种问题。让我们假设虚拟现实组给土地的分数最高。下一个问题可能是“Masoka有什么类型的土地?”或者我可能会问，“一个家庭需要做什么才能在Masoka获得土地?”和以前一样，他们把答案的组成部分画成从土地符号向外辐射的线。当所有组成部分都确定后，我再次要求小组为每个组成部分打分，以反映其重要性。我可以使用两种不同的评分方法。 In the first method, called the open-ended scoring method, no limit was placed on the number of counters or points that could be used. This method was useful for identifying relative importance or preference and was especially important when components were valued quite differently. I called the second method a constrained scoring method, which allowed only five counters per component or "spider leg" of an answer. There was no significance to the number five other than convenience: too many points were unmanageable, too few had little resolution. This latter approach was most useful when the factors or components being scored were part of a whole, such a budget allocation or a land allocation.

在处理完第一个蜘蛛图级别的最重要的组件后，小组将处理第二个最重要的组件，然后是第三个最重要的组件，以此类推，直到主要组件完成。因此，调查的重点是被认为对vr有意义的东西所驱动。提出问题、确定组件，然后对它们的重要性、偏好、大小或价值进行加权的过程，对于相对于所有其他组件来说都是重复的。

蜘蛛图提供了一个工具，我可以用它来探索知识、理解、价值和期望。我可以把每条辐射的腿作为一个节点，开始一个新的问题，也就是说，一个新的蜘蛛，来几乎无休止地扩展一个蜘蛛游戏。最重要的是，它使我能够专注于人们知道或认为最重要的东西。对于分数较低的组件，我可能不会进一步展开。对于权重较高的组件，我可能会扩展到5个或更多级别。情况决定了分析的细节程度和边界!

与村代表团体合作为了解赞比西河流域人民生活的几乎每一个方面提供了一扇启发性的窗口。通过长期与同一组人密切合作，我建立了一种相互信任的关系，在这种关系中，村代表们能够自如地以接近人类学调查的细节方式表达他们社区的细节。不幸的是，“真相”可能是相当主观的。本地知识和其他任何知识来源一样容易出错。感知和感知错误是农业生态系统(或其他社会)分析中需要面对的两个重要方面。首先，从可重复的科学实验的意义上来说，需要识别什么是真实的。如果另一个人在被调查的相同条件下进行这些活动，他们会得到同样的结果吗?第二个方面是，如果人们根据一种感知做出决定并采取行动，即使它是错误的，那么这种感知就是一个重要的激励因素，需要得到承认并适当处理。

为了找出村代表小组在知识或认知上的错误，我使用了一种叫做三角测量的方法。这个概念来自于使用三个或更多的点来找到你在找路的位置。这是从几个不同的角度或使用不同的方法试图识别相同的知识。如果不同的视角或不同的方法都产生相同的结果，那么对结果的信心或信念的程度就会提高。如果某些方法产生了不同的结果，那么我们对结果的信心可能会动摇，可能需要进一步的调查来确定在感知或信念中是否有明显的错误。

三角定位是一个强大的工具，但在涉及人们的感知、信仰系统、知识或理解的调查中，显然很少使用它。大多数关于农业生态系统的调查都是通过问卷调查来了解人们及其行为。尽管它们可能发生得更频繁，但我只看到过一个案例，研究人员返回来验证问卷调查的结果。一般来说，一旦调查完成，事情就结束了;将信息输入数据库，对结果进行分析，然后编写报告或论文。我自己的工作也未能免受这种行为的影响。在我们的每一项研究中，我们都使用了一份问卷来获取人口统计、家庭资源、家庭活动和认知方面的信息。在所有这些调查中，我们询问人们在过去的季节里，他们每种作物种植了多少英亩。我们还问了它们的总收益率是多少。这些数据被及时地输入到我们不断增长的数据库中; they were checked and then analyzed.

然而，在这次研究中，我返回并与村代表一起工作，以不同的方式问他们类似的问题。在一个站点上，我发现无论是虚拟现实者还是社区中的大多数其他人都不知道一英亩有多大，然而我从这个社区获得了几百份关于上一季每种作物种植英亩数的调查问卷!惊喜!惊喜!

对人们活动的观察被证明是一种特别有意义的方法，可以捕捉人们对商品和服务的偏好以及他们愿意为这些商品和服务支付多少钱的信息。私有产权并不支配家庭可获得的大多数资源的分配或使用，这些资源中的大多数也不在市场上交易。因此，确定它们的价值是极其困难的。然而，所有涉及这些资源的交易都有一种共同的货币:劳动时间。我使用劳动时间和当地工资率作为经过当地经济的所有商品和服务价值的保守指标。这使我能够估计家庭经济总量的大小以及各个部门对经济的相对贡献(表2)。

显然，我们无法通过跟踪家庭的发展周期来测试我们对家庭决策和资源使用过程的理解，所以我设计了一个使用纵向数据作为时间序列代理的抽样策略。它并不完美，但已经是最好的了。根据户主的年龄，将家庭分为5个等级。增加了第六类女户主家庭:她们在公共区域家庭中占很大比例，但她们获得土地、信贷、信息和劳动力的机会与男子大不相同。他们面临着一系列不同的问题。

然后，在赞比西河流域的五个地点的每个发展阶段，随机选择了两个富裕家庭和两个贫穷家庭。选定的地点代表农业生产潜力(高和低)和人口密度(高和低)的二维轴上的角落。在可能的情况下，我们会从每个选定的住户内聘请点算员，在9至12个月的期间内，每周记录住户活动。几乎所有能想到的东西都被监控着。与详细调查系统最重要组件的蜘蛛图方法一致，我设计了一个自适应数据收集工具(图3)。每周在“母表”上粗略地监测所有活动:是发生了，还是没有。对于重要的组件，在“子表”中收集了更多关于谁、什么、何时和收集多少的详细信息。这个数据收集工具使我们能够粗略地跟踪所有内容，并非常详细地关键内容。与现代面向对象的计算机程序不同，数据收集是活动驱动的。只有在实地开展活动时，才开始为这类活动收集数据。

图3所示。用于家庭监测的数据收集结构示例:与“母亲”和“儿童”表连接的地图。

对于字段和公共池资源，枚举器还映射了活动发生的位置。对于实地活动，这些是每个领域的草图。每星期，枚举员将用描图纸覆盖原来的草图地图，在描图纸上画出所发生的活动。在地图上绘制的每项活动都有一个标识代码，将其与特定的母表和相应子表的条目联系起来。有了公共资源池，我们需要更多的细节，所以我们训练计数员使用他们的农业生态系统的简化地图。每周，他们在这些地图上标记每个活动发生的位置，使用对应于该活动的母表和子表上的代码。

来自母亲和儿童表的数据被输入一个属性数据库。地图上的数据被数字化，用于我们的地理信息系统。通过识别代码将属性数据库与GIS地图连接起来，我们能够调查资源使用的空间模式，并计算出家庭使用公共资源池的“集水区”区域(表3)。我们还质疑了CAMPFIRE的一个关键假设，即地方机构(村和区边界)将控制自然资源的使用(图4)。我们发现这比之前认为的不太正确。我们确定了哪些资源受到人类使用的压力最大。河流对这些半干旱农业生态系统的重要性得到了明确强调，并促进了进一步研究，以了解河流在赞比西河流域农业生态系统中的重要性(图5)。

图4所示。所有家庭都在本村范围内收集或使用自然资源。85%以上的家庭使用的资源来自本村以外的村庄，20%的家庭使用的资源来自本村以外的病房。

图5所示。利用在地图和“母亲”和“孩子”表上的枚举者记录的信息，我们能够检查赞比西河流域农业生态系统居民是如何利用他们的景观的。这一数字说明了河流在这些农业生态系统经济中的重要性。

我发现，尽管当地知识在描述和分类资源、活动或可观察到的事件方面非常出色，但人们对看不到或感觉不到的农业生态系统结构或状态知之甚少。同样，当地人对导致其农业生态系统各组成部分状态变化的过程的了解往往很薄弱。当地的知识不足以理解赞比西河流域农业生态系统的许多关键过程和许多非常精细或大规模的细节。因此，我不得不使用更正式的科学观察和测量。尽管科学方法为信息的收集和分析提供了一套强大的工具，但它也在自己制造的紧身衣中运行。我已经讨论过科学对自身以外知识的否定。正如传统实践的那样，形式科学在简单而明确的情况下将因果关系联系起来的能力极其强大。当科学面对复杂的问题时，它几乎没有经过尝试和测试的方法时，它就不那么成功了。许多现代科学的严谨和成功在很大程度上归功于它把复杂的问题转化为简单的因果模型。不幸的是，我在分析赞比西河流域农业生态系统时遇到的问题很少有表现良好的。 Cause and effect are seldom linear and seldom can they be irrefutably linked. Normal distributions seem like a Holy Grail that other people talk about but rarely see. Even in the bosom of science, I have had to seek the back roads. Powerful methods and tools are available, but are not broadly known and widely used.

到目前为止，我希望通过描绘当地居民和移民居住和使用的美丽的自然资源景观，我已经公正地对待了山谷和它的居民。确实有大量的自然资源可供山谷居民“许可”使用。种植作物的山谷土壤也不例外。人们很难找到一个家庭没有种植玉米、蔬菜、棉花或这三种作物的土地。几个世纪以来，农作物生产一直是赞比西河流域经济的支柱，它生长在大草原林地基质的冲积土上。赞比西河流域土壤的脆弱性引发了激烈的争论。许多作者声称，耕作将不可避免地导致前所未有的水土流失和环境退化。另一些人则反驳说，赞比西河流域的农业生态系统不是特别容易被侵蚀，非常适合农作物生产。尽管说了这么多，但之前没有人测量过赞比西河流域农业生态系统的土壤对耕作的反应。

使用蜘蛛图，我要求每个地点的村代表确定他们所在地区最常见的耕作土壤。然后，我们确定了两种最常见的连续耕作至少10年的土壤的区域，以及与从未被耕作过的相同土壤类型相邻的区域。来自津巴布韦研究和专家服务部政府化学和土壤研究所(CSRI)的土壤科学家和我一起工作，他们检查了耕地和未耕地的土壤类型是相同的。

由于冲积土具有很大的空间变异性，我们在以农田和未开垦区域边界为中心的网格上收集土壤样本。取样品进行理化分析;其他样本则用来估算模拟降雨条件下土壤的可蚀性。我们总共从山谷中移走了35吨土壤进行测试，尽管我承认我没有把这种侵蚀形式包括在我的计算中!位于哈拉雷的CSRI实验室处理了数百个土壤样本，南部非洲土壤流失估算模型(SLEMSA)的开发人员Henry Elwell博士对土壤可蚀性进行了测试。我们现在知道赞比西河流域哪些主要的耕地土壤随着耕作而退化，哪些是可侵蚀的。关于可蚀性的争论，一些赞比西河流域的土壤是津巴布韦最易蚀的土壤之一，而另一些则非常稳定!

一个包含详细数据的蜘蛛图“家族”如何增强我们对农业生态系统结构和功能的理解?我们是否有可能转向一种更具预测性的理解，而不仅仅是另一种描述性分析?仿真建模是我们所知知识的伟大集成器和伟大试验场。你不能假装知道什么时候必须编写一段计算机代码才能使某些东西工作。试图编写模拟家庭决策的代码让我意识到，艾伦•洛(Allan Low)的模型，以及事实上的新古典经济学模型——完全知情且有能力的决策者——大错特错。我如何编写代码来模拟每个家庭成员是否寻找非农工作的决定?Low的模型要求我从Masoka以外的所有可能的就业情况(或我正在处理的任何其他农业生态系统)中获取预期工资率信息。然后，代码需要将这些收入与农场活动的预期收入进行比较，然后让家庭成员决定是否在非农领域就业，或另一个季节种植作物、饲养牛、鸡和山羊。我发现收集所有这些信息并掌握计算几乎是不可能的，即使有现代技术在我的支配下。我真的能指望和我一起工作过的人也这么做吗? I doubted it. Low's model was useful, but not right for this task!

我已经开始建立赞比西河流域农业生态系统的第二代模拟模型，把我在1993年中期完成第一个版本后学到的很多东西结合起来。我一直在开发的方法和理解是迭代的。我从一个简单的模型(即理解)开始，它来自于我对文献的阅读，来自于与科学家、管理者和政府机构的讨论，来自于我对人和生态系统的直观理解和观察。我进入这个领域收集信息、数据和知识，以检验我的理解，更新我的简单模型。当数据收集过程停止后，我开始建立一个模型，使我能够操纵我的理解。在这样做的过程中，我发现了一些空白和弱点。然后，我设计了第二轮现场数据收集，以填补空白，并面对新的认识。与以前一样，通过数据收集过程更新模型或理解。我现在刚刚开始第二轮建模，将我目前的知识水平以一种一致的形式组合在一起，然后我可以操作和测试。我现在将要描述的模型在某种程度上是多余的。 Their representation of agro-ecosystem affairs is no longer current. Many of the problems that I faced, however, and the approach and principles that I developed and adopted, are still relevant and will serve to illustrate the process.

当我开始农业生态系统模型开发时，值得反思南部非洲的农业生态系统、农业系统或农村社区的建模状态。我相信，当时还没有人发表过哪怕是模糊反映了我在这篇文章中所阐述的现实的模型。事实上，几乎没有模型，更不用说系统模型了。在非洲其他地区也做了一些工作，但这些模式一般是一个企业或只有一个家庭的几个企业。线性或数学规划似乎是人们“做”模型的方式。其中最全面的工作是艾伦•洛(Alan Low)等经济学家关于家庭经济模型的研究。我对这些模型将家庭视为完全理性、独立、具有超级计算机计算技能的同质实体的方式感到不舒服。在这些模型中，家庭成员被视为运行相同软件和生产相同产品的相同机器人!家庭不是独立的，也不都是一样的。他们组成了一个社区的一部分，共享思想、理想、资源、价值观、劳动力、种子和设备以及其他许多东西。 These agro-ecosystems had to be modeled as systems comprising multiple and heterogeneous agents or households. The economists tended to use aggregated or average values for yields, prices, and inputs. This seemed to me to deny the very essence of Zambezi Valley agro-ecosystems: variability and uncertainty.

我认为模型需要在空间上明确;人们生活在一个空间世界中，诸如火灾或侵蚀等空间过程刺激了农业生态系统的重大变化。我还相信模型必须是随机的。有关系统涌现特性的文献表明，关键的变化可能源于系统配置的微小变化。当草原占农业生态系统的比例超过临界阈值时，大火很有可能烧毁大部分农业生态系统。偶然事件和当前配置可能导致完全不同的最终系统或状态。

1993年初，我开始开发HOMZ(赞比西河流域农业生态系统的家庭模式)，并在当年年中推出了一个版本。它的目的是整合我对Masoka农业生态系统的了解，并提供一个工具来操作这些知识，以确定哪些结构和过程是农业生态系统绩效的关键决定因素。HOMZ包括社会、经济和生态绩效指标，实际上包括三个模型。第一个是一个简单的降雨发生器，它随机生成的年降雨量的长期均值和方差与Masoka附近测量的降雨量模式相匹配。其次，初始化模型生成家庭，并将其放置在Masoka的数字地图上，包括田地和家庭结构。这种家庭特征与在Masoka观察到的模式相吻合。最后，还有主要的HOMZ模型本身，其中模拟了多达300个家庭的生产活动，以及这些活动对家庭和生态系统福祉的影响。初始化模型基本上重新创建了Masoka社区。这个模型就像一个棋盘游戏，将玩家设定在一个Masoka的数字地图上。初始化完成后，模拟Masoka中的生活游戏就可以开始了... .

这个“棋盘游戏”是按比例缩小的马冈三维地图。14公里²我用于模拟的区域被切割成大约3500个细胞，每个细胞代表略少于0.5公顷的真实Masoka。每个细胞都有坡度、土壤类型和植被覆盖的属性。初始化模型将家庭放在这个数字板或地图上。它设法把家庭的位置定位为他们自己的位置;通常首先选择安瓜河附近土壤稳定的平坦地点。就像在Masoka一样，每个家庭都被分配到宅基地周围的田地。初始化模型生成了Masoka社区的数字副本，我可以很容易地观察到。主要的区别在于，在数字版本中，我就像一个目光短浅但充满好奇心的上帝，可以控制人们居住的地方和他们可以支配的资源。

HOMZ的主要模式是通过社区、家庭和生态系统存在的各个方面进行控制的载体。在这个数字世界里，生活和真实的Masoka很相似，除了它被简化了，而且我一年只看一次正在发生的事情!有计划的作物被种植，雨水来了，土壤被侵蚀了。如果土壤肥沃，雨水充足，那么只要一个家庭有足够的劳动力除草，有足够的现金购买必要的农药，他们的收成就会很好。然而，如果不下雨，而且这家人对土地管理不善，那么收成不好就意味着这家人将不得不去买食物，出去工作，或者挨饿!与我见过的许多模型不同的是，HOMZ在家庭活动和资源之间有直接的联系。土壤管理不善导致了现在的减产和以后的侵蚀加剧。同样重要的是，我可以观察到这些影响是如何在一个由资源和管理技能不同的家庭组成的社区中发挥作用的。我可以改变和调整大量的因素，以调查它们对我认为是相当精确的Masoka复制品的影响。

基于他们的需求、愿望、知识和期望，人们做出决定。然而，事情很少完全按照计划进行;偶然和不可预见的事件改变结果，带来惊喜。我相信我们都曾经说过，“……如果只是... .就会不一样了。”像HOMZ这样的模型最强大和最有价值的功能之一就是能够上百次地重放“生活”。随着每一次重放，无数偶然事件的结果被重新决定，就像成千上万的抽奖一样。在这数百次回放结束后，分析人员能够检查每一次，以确定哪些结构或过程是重要的，在什么条件下哪些偶然事件是有影响的，哪些干预是决定性的，哪些无关紧要的。这种被称为蒙特卡洛法的技术为我提供了无数的机会来探索我对马萨卡农业生态系统的理解的长处和弱点。这也让我能够尝试那些不属于，也可能永远不属于“真实”世界的世界和行为。

HOMZ确实证明了它是一个了不起的整合者，整合了我所收集到的各种不同的知识。这也是我理解Masoka农业生态系统的一个严酷的试验场。我很快就发现，我对家庭决策以及社区如何分配土地和其他资源了解不够。我的许多计算和模拟表明，家庭无法从作物生产中满足他们的目标需求水平，但他们已经在那里生活了几十年。我错过了什么?我也不太了解技术的变化和新技术的采用。这些问题和许多其他问题让我重新开始设计一项新的研究，以填补这些空白，纠正我的许多误解。

建模增加了我对我所采用的方法的信心。赞比西河流域的农业生态系统需要被视为由多个相互作用和异质家庭组成的系统。同样重要的是，该模型清楚地表明，生态系统功能和家庭福祉之间有很强的联系。不同的家庭生产策略导致不同的环境结果。休耕周期的变化会导致明显的土壤肥力和/或侵蚀变化。这种循环，如果发生在现实世界中，可能会导致严重的和同步的产量损失或大规模的侵蚀事件，这种情况非常适合令人不快的意外!

一个人可以花费大量的时间运行和重新运行数以千计的模拟。值得记住的是著名统计学家g.e.p. Box的话:“所有的模型都是错误的，但有些是有用的。”我们怎么能确信我们的模型是正确的，而不是引导我们走向一些极其丰富但最终被误导的认知呢?这个重要的问题很难令人满意地回答。目前还没有令人满意的方法来验证像HOMZ这样复杂的模型的预测。我用比较模拟和观测数据的标准程序测试了所有的主要模型组件。在作为独立组件进行测试时，每个组件都在可接受的边界内执行。然而，如何收集数据来测试整个模型的预测呢?即使这是可能的，“社会”组成部分和环境之间的复杂相互作用意味着，一个真实系统的观察状态可能源于事件和状态的几种不同组合。对于复杂系统的建模者来说，验证确实是一个棘手的问题。

我反对经典的科学概念，即模型是二元的:不是对就是错。相反，我认为验证的过程是将模型与数据、其他形式的知识和逻辑推理相对抗。通过这种模型和知识之间的迭代对抗，模型和我们对它们的信心得到更新或改进。通常情况下，模型的有用之处在于迫使我们接受我们不知道的东西，而不是对未来做出具体的预测。我用一个简单的经验法则。如果我不能在头脑中完整地处理一个问题，那么我就需要一个模型来为我做这件事。在我考察过的赞比西河流域的任何一个农业生态系统中，我甚至无法在脑海中操纵一个单个家庭的模型，更不用说300个家庭在一个变化和不确定的环境中相互作用了!模型和建模是分析赞比西河流域农业生态系统所需工具箱的重要组成部分。它们不是唯一的工具，本身也不是目的。它们提供了专注、整合和一种非常强大的方法来检查我们所知道的和认识我们所不知道的。

最终，我的研究测试和我所开发的方法应该回答以下问题。我们对赞比西河流域农业生态系统的了解是否比调查前更多?我们有改进的方法、工具或理论来研究像赞比西河流域农业生态系统这样的系统吗?我们获得的知识是否为农业生态系统政策和决策者所用?他们能否利用这些知识来改进他们的管理或政策制定?我们如何知道这些知识对农业生态系统产生了什么样的影响(如果有的话)?在过去的几年里，我逐渐认识到，我们对赞比西河流域农业生态系统的了解是有限的，我们对未来5-10年将会是什么样子的预测能力也很遗憾地没有发展起来。考虑到这一点，我将提供我在这一过程中学到的一些经验教训，希望它们将成为未来研究的基础。

• 赞比西河流域的农业生态系统正在进化和适应。我们使用的分析和理论工具至少应该能够处理这些现实。与经济或生态系统平衡理论相比，进化和适应的代理人和制度的经济理论，以及层次结构和适应性生态系统的理论，可能提供更有意义的见解。

• 赞比西河流域的农业生态系统由私有、准私有、共有和开放获取的产权共同管理。生产或使用的商品和服务很少在市场上交易。政治和法律机构或组织是新的、实验性的和薄弱的。当制度薄弱时，个人可能会产生巨大的影响，无论是好是坏。制度经济学和政治经济学的理论可能会提供比新古典经济学更适合这些条件的工具。

• 水文和水文过程是赞比西河流域农业生态系统结构和功能的关键决定因素。我们对大型、多变景观中的这些过程的理解还很薄弱。河流在当地经济和维持赞比西河流域生态系统生产力方面的作用是我们认识中的一个主要差距。

• 野生动物和牲畜种群对家庭福祉以及生态系统结构和功能具有重要影响。它们对生态系统的影响与作物生产对生态系统的影响不同。多尺度调查和建模是了解赞比西河流域农业生态系统的必要先导。

尽管我在方法论和理论上学到了很多，但农业生态系统分析师仍然面临着我认为有些令人生畏的挑战;我列举了一些。

• 一般来说，我们在离散的尺度上进行测量或观察，但我们观察到的结构和过程沿着连续体移动。整合跨多个尺度和学科的结构和过程的挑战是我们面临的最困难的挑战之一。

• 科学家、政策制定者，甚至是赞比西河流域的居民都更倾向于相信科学的数字预测，而不是其他形式的知识，即使前者不那么可靠!分析赞比西河流域农业生态系统的一个主要挑战是整合我们使用的多种形式的知识，而不产生偏见的理解结果。赋予不同形式的知识的权重应该基于我们对每一点知识的信心，而不是基于它的来源或用来表示它的符号结构。

• 在结合来自多个来源的知识时，我们包含了多个和异构的不确定性来源。一个主要的技术挑战是，这些不同来源的不确定性的组合及其通过计算机模拟模型的传播应该如何分析和表示。

• 考虑到我们这个世界的多变性，我们测量或观察的能力有限，以及我们的分析方法带来的不确定性，我们如何培养对我们对世界的知识或理解的信心?

• 赞比西河流域的绝大多数农业生态系统管理人员从未见过计算机。平均而言，他们每个人可能只完成了7-8年的学业。将复杂的仿真模型转换成非技术人员可以理解并感到舒适的符号和概念可能被证明是所有挑战中最困难的之一。

在过去的8年里，我开发了一些形成DAAWN视角基础的一般原则或经验规则。简单地说，它们抓住了我的农业生态系统分析方法的精髓。DAAWN不是，而且应该不是解决这些难题的唯一方法。至少，应该在三个尺度上进行分析:兴趣尺度，一个尺度向上，一个尺度向下。跟踪大局。关注细节，在收益最高的地方花费最大的精力。

我进一步认为，情况或问题应该定义手头问题的边界和详细程度，而不是根据可用的工具和方法来调整问题。最后，知识在系统涉众之间广泛分布。科学并不垄断知识或理解。

我描述了一个漫长而激动人心的旅程的开始。在许多地方，我不得不自己修路。在其他方面，我受益于这条道路上前人的巨大努力和思想。不时地，我在远处的道路上或交叉的道路上隐约看到其他的影子。知道我不是一个人旅行给了我信心。但我在前方的道路上看到了什么?

我认为复杂系统的研究有三个组成部分。首先是科学:哲学、方法、工具和理论。第二部分是沟通:信息和媒体。第三个方面是我们如何组织科学和传播。我将简要描述我对这三个组成部分的看法，并解释为什么我越来越倾向于相信这三个部分是不可分割的。

基于我在赞比西河流域农业生态系统的经验，本文的大部分内容都是关于分析复杂系统的科学。我已经解释了为什么预测这些系统的未来状态如此困难，并描述了我开发对它们的预测性理解的方法。在实地工作和建模集成和重复的过程中，我首先寻求避免不断发展的理论与现实失去联系的危险。这种理论没有什么用处。第二，同样重要的是，我相信现实世界是理论最好的试验场。

我也相信，未来几十年可能出现的复杂系统的科学，只会模糊地类似于我们现在所知的科学实践。科学及其实践的每一个方面都必须重新思考和改造;从哲学到成果的传递，科学的规则将被改写。我确信，现在处于科学边缘的许多元素将成为复杂系统科学的主流的一部分。处理不确定性的工具和理论，如模糊集理论和贝叶斯统计理论，将成为复杂系统分析师工作的基本工具箱的一部分。我怀疑，在其蜕变过程中，科学将建立新的联盟，特别是与商界的联盟。市场分析师、工业心理学家、广告代理机构等具有丰富的实践经验，与科学界结合起来，可以对复杂系统的分析和管理产生令人兴奋的新见解。

跨不同范围的系统涉众的沟通模式正在发生变化。这令人兴奋，但也令人深感不安。因特网信息的可用性使家用计算机扩展到发达国家的各个角落。然而，从现在起的10年里，南部非洲的农村贫困人口可能仍然没有电可用。信息时代会以某种方式赋予他们权力，还是只会加剧富人和穷人之间的巨大鸿沟?信息带来了经济、社会、政治和文化方面的力量。也许互联网将把信息传递给南部非洲的农村居民，这是以前任何技术都无法做到的。这些农村人目前管理着南部非洲80%的生态系统。我们能在不造成伤害的情况下提供帮助吗?我们能否向他们提供适当的工具和信息，并教他们如何使用这些工具和信息，以便他们能够有效地管理自己的资源，以满足自己和子女的需要? Dare we dream of politicians in the north listening while the people of the Zambezi Valley tell them how Africa's savannah resources should be managed?

随着全球化的发展，我们需要考虑和咨询的利益相关者群体也在大量增加。华盛顿、日内瓦或柏林的管理人员、项目官员或行政人员被期望管理项目和项目，以满足全球最偏远地区人民和生态系统的需求。似乎没有什么证据表明他们取得了成功;穷人仍在痛苦，生态系统仍在消失。

我认为，除了科学和传播的新方法外，我们还需要新的方法来组织我们实践科学和传播科学产品的方式。在一个适应性强、不断变化的世界里，适应性强、灵活的组织是最有意义的。我相信，科学家、发展专家和政策制定者可以从现代企业的组织结构中学习很多东西，特别是那些处理计算机技术和信息传播的企业。我相信我们将组织我们的活动，以便更好地理解、管理和设计全球复杂世界中局部复杂的系统。

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世界自然基金会、多物种动物生产系统项目和欧盟(根据B7-5040/93/06合同)为这项研究提供了大部分资金。卡明医生提供了指导和关注。Masoka、Chiriwo、Gutsa、Negande和Sinansengwe社区提供了持续的援助、评论和热情。所有这些都得到了感谢。

巴雷特，c·B, p·阿塞塞。1995.综合保护-发展项目(icdp)是否可持续?撒哈拉以南非洲大型哺乳动物的保护。世界发展23: 1073 - 1083。

钱伯斯,R。1983.农村发展。把最后一个放在前面。朗文科技，哈洛，英国。

^＊这篇文章的版权于2000年1月1日从美国生态协会转让给韧性联盟。