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Gerullis, M. K.， T. Heckelei和S. Rasch. 2021。为了解品种和遗传多样性的治理。生态学与社会26(2): 28。
https://doi.org/10.5751/ES-12333-260228
为了解品种和遗传多样性的治理
摘要
品种和遗传多样性维持着现代农业，并由育种系统提供。这些系统的失败可能导致对植物病害反应不足，从而威胁到粮食安全。为了避免这些失败，需要了解在提供品种和遗传多样性方面的治理挑战。以前的研究承认种子育种的复杂性，从竞争和排他性的角度进行讨论。我们认为育种系统是社会-生态系统，它专注于产生品种和遗传多样性及其适应能力的活动。我们使用基于定性方法和社会生态系统框架(SESF)的归纳方法来描述德国冬小麦育种、繁殖和农业活动是如何高度依赖于环境的。我们的研究结果表明，治理的挑战在于向所有参与者提供关于各种绩效的可信和对称的信息。这是通过分包、购买或保存种子来引导参与者采取集体行动的手段。基于我们在德国小麦育种系统中应用的SESF，我们建议通过提供在其他环境中分析种子系统的适应性模板，为植物育种的可持续治理开发一个更通用的、部门性的SESF。介绍
现代农业面临的最大挑战之一是提高生产力，同时使用更少的资源和减少负面的环境影响(Rockström et al. 2017)。植物育种寻求改进用于农业的作物品种(Becker 2011)，并有助于提高产量，特别是在过去100年(Huang等人，2002年，Evenson和Gollin 2003年，Qaim 2020年)。尽管集约化减少了土地扩张，但土地生产力的提高伴随着化肥、作物保护剂和其他增产投入的使用而带来的环境破坏(Pretty 2018)。尽管如此，植物育种预计将进一步产生节约土地和资源的产量增长，提高抗虫害能力，从而缓解粮食安全和环境影响之间的权衡。
种子不仅是一种投入，而且是塑造农业系统的一种技术。例如，如果农民的种子能够抵抗传统农业中化学作物保护剂处理的病原体，他们就能更成功地维持有机种植(Denison 2012)。育种系统为农民提供了种子品种的选择，这使他们能够选择最适合他们特定生物物理条件(气候、土壤、害虫和杂草压力)、他们的种植制度和其他偏好的品种。然而，新的品种需要被创造、繁殖，然后在农场上出售和使用。因此，一个育种系统包含了创造用于农场的新品种所需的所有活动。我们将繁殖系统视为社会-生态系统(SES);即，为社会提供基本服务的嵌套多层次系统(Berkes and Folke 1998)。基本服务是指提供遗传物质及其相应的信息流。遗传物质是指等位基因片段(基因位点上的基因变异)、遗传性状(特定等位基因组合的聚集)、育种系(遗传性状在植物中经过几代的聚集)、实验品种变异和种子形式的品种。为了讨论的目的，我们将自己限制在育种者(创造新品种)、增殖者(繁殖种子)、零售商(出售种子)和农民(在种植中使用品种)对遗传物质的挪用和供应活动。
植物育种被定义为“在改良品种的开发中创造、选择和固定优良的植物表型”(Moose and Mumm 2008:969)。植物表型是一种植物的不同等位基因在环境条件下遗传组合的可观察结果。育种者只有选择了改良的性状组合，才能创造出新的品种。然而，只有在基因中存在能够产生所需性状的等位基因组合时，他们才能够选择这些性状的组合。因此，只有在育种材料中存在遗传变异的情况下，育种者才能利用不同性状的组合创造出大量不同的品种。这被称为基因多样性。品种多样性是指可利用品种集合中的变异。
遗传和品种多样性对于维持或增加产量和提供其他理想性状至关重要。从历史上看，植物病害的流行会摧毁整个收成，使产量降至最低。1904年和1916年的黑锈病流行使美国大平原的小麦收成减少到以前产量的十分之一(Salmon et al. 1953)。政府的干预和一些具有抗病基因的品种的存在防止了进一步的大幅减产(Salmon et al. 1953)。今天，世界粮食安全再次受到植物病害的威胁，例如Ug99，一种新的黑锈菌株。这可能导致全球植物流行病，如果不通过改善抗性性状多样性加以抵消，将导致最严重的收成损失(Singh et al. 2011)。
为了防止这类灾难并维持育种系统的整体功能，我们需要了解育种者、农民和育种系统中的其他行为者所面临的机会和限制。这些机会，就像一个育种者在自己的苗圃中种植同事的材料时获得的信息，或者乘数者如何主观地思考一个品种的经济潜力一样，都受到构成这些情况的制度安排的影响。就像Ostrom(2005:3)一样，我们将制度理解为“人类用来组织所有形式的重复性和结构化互动的处方(……)”。这些制度被分类为规则、规范或策略(Ostrom 2005)，引导育种者、乘数者承包的品种和农民使用的品种之间的遗传物质交换。规范这些人类活动可能会在社会和生态绩效措施中导致理想或不理想的结果;例如，是否有足够多的不同品种可供选择进行种植。同样，制度安排决定了育种者是否拥有正确的育种材料和生产新品种的动机。因此，对制定这些制度的参与者来说，挑战在于设计规则，并考虑现有的规范，以使品种和遗传多样性能够随着时间的推移保持下去。考虑到这些问题，我们试图回答以下问题:在育种系统中提供品种和遗传多样性会带来什么样的治理挑战?
在下一节(繁殖系统就是社会生态系统)，我们鼓励我们使用SES视角的一般方法，并指向分析育种系统治理的文献。当我们将繁殖系统视为SESs时，我们将概述本体论框架，以确定本节中的治理挑战作为繁殖系统本体的社会生态系统框架．然后，基于社会生态系统框架(SESF) (Ostrom 2009)，我们解释了生物物理环境决定了SESs的繁殖活动，并提出了我们在社会生态系统框架中使用的三个经济交易理论。在方法部分，我们解释我们的运作化的要素育种系统。我们的研究结果显示了德国冬小麦育种的生物物理过程信息的产生如何影响活动及其治理挑战。在这里，我们提出了在育种、繁殖和农场拯救种子中提供遗传和品种多样性的治理挑战。在我们的讨论中，我们反思了对弹性种子系统的需求。我们提出了关于信任和生物物理信息的假设，以及这与未来中程理论的构建和种子部门SESF的潜在用途之间的联系。在我们的结论中，我们总结了我们的发现，并建议进一步检验我们的假设。
繁殖系统就是社会生态系统
一般方法的动机
我们将在本介绍的其余部分介绍解决我们的研究问题的一般方法。管理育种活动的文献根据两个属性——“可减量性”和“用户的排他性”(图1)来框定育种材料、性状、品系、种子或种子创新。可减量性是指使用一种商品或服务会减少该商品或服务对他人的可用性的程度。排他性涉及限制其他用户利用所提供商品或服务的好处的困难。集体商品包括所有具有非微不足道的排除成本的商品和服务。这两个属性意味着资源单位只是资源存量的物理子单位。大多数研究人员承认，来自植物育种系统的单个资源实体是多方面的，不符合这种商品类型学。它们提请读者注意种子材料的不同方面，例如植物遗传资源的构建文化资源组成部分(Halewood 2013)，种子育种的信息组成部分(Brandl et al. 2014)，植物育种研究的公共产品属性(Brandl and Glenna 2017)，或分配给已开发种子的知识产权(Godt 2016)。sivers - glotzbach等人(2020)概述了近年来关于不同形式的种子共有地的文献。
尽管存在这些缺乏分类适合度的担忧，但大多数研究都将商品或服务作为分析的有利点。Hinkel等人(2015)强调，没有资源本身是竞争性或排他性的，而是依赖于与各自资源单位相关的活动。例如，重要的是要区分人们是使用捕-放的方式从事娱乐捕鱼，还是将捕鱼作为食物来源，从而将其捕获物从资源系统中移走。
在育种和农业中，很难将利益相关者排除在种子节约和无限农场节约种子之外。如果被排除在商品或服务利益之外的成本不是微不足道的，那么我们将其定义为集体商品，如Hinkel等人(2015)所述。因此，我们将种子材料归类为集体商品，这就需要对商品在特定活动中的可减法程度进行规范。因此，在行动情况下的每一项活动在如何从资源存量中减去单位时都应单独考虑。动作情境是指行为者活动发生的隐喻空间。详情可参考Poteete等人(2010:40)。
然而，采取以活动为中心的视角，打开了(a)诊断在什么行动情境中减法性是相关的，(b)分解添加到行动情境中潜在社会困境的属性的可能性。我们展示了如何可能定义资源系统和资源单位上下文，以确定它们的属性如何影响提供遗传和品种多样性的行动情况中的可减法性。
此外，以活动为中心的观点使我们能够以更有区别的方式探讨政府的选择。以前，理想的政府形式与不同种类的商品联系在一起，作为失败的资源管理的灵丹妙药(Ostrom 2010b)．通常，自由市场被认为是私有产品的理想选择，而等级政府被认为是公共产品的理想选择。然而，当考虑到环境依赖的情况时，如管理种子创新的农业研究时，这些治理的理想类型被证明是不切实际的(Brandl和Glenna 2017)。
政策制定者需要对在什么条件下监管哪些活动有一个更清晰的概念。制定有效的策略需要中等程度的理论，这些理论考虑了上下文，但仍然可以推广到同一治理主题的多个变体。例如，不同种类的育种，如传统育种、有机育种或参与式育种(Chable et al. 2008)，可能存在于相同的监管方案下。这些方案需要适应水果(Wolter and Sievers-Glotzbach 2019)、蔬菜(Chable et al. 2008)和谷物(Gerullis 2016)的育种，尽管在育种者改进时，不同类型的作物会带来非常不同的挑战。为了开发适合有效治理的理论，我们需要提供一个基线，以便能够说明当前系统配置如何发挥作用。从通常的二分法角度来看资源可能会导致治理的万灵药处方，而不是依赖于上下文的治理启发式(Darnhofer et al. 2010)。
我们在将育种系统概念化为SES时解决了上述缺陷，并分析了其治理挑战。我们采用了Ostrom(2009)、McGinnis和Ostrom(2014)开发的SESF，采用了活动聚焦分析的视角。SESF是唯一一个对社会和生态系统同等重视的SES框架(Binder et al. 2013)。它的开发重点是治理相关研究问题的可持续结果绩效(Poteete et al. 2010, Binder et al. 2013)。我们希望建立一个起点，以发展未来的中程理论，服务于可持续治理的育种系统。为了有效地做到这一点，我们介绍了目前种子育种中的治理挑战发生在哪里，以及如何通过工业化植物育种系统中的不同协调机制来解决这些挑战。
我们将SESF应用于德国冬小麦育种，因为它提出了一个有指导意义的情况:冬小麦是世界和德国生产最多的谷物之一。小麦是一种自花授粉的作物，这使得它成为了线系育种的原型——这是上个世纪最流行的谷物育种技术(Becker 2011)。小麦对德国农民和育种者有很高的生产价值。德国小麦育种部门由21个活跃的育种家组成。因此，德国冬小麦的情况介于在市场高度集中的环境中培育的作物(如玉米)和小规模的本地化育种活动(如豆科作物)之间。我们期望德国冬小麦的案例作为一个具有各种不同属性的大规模农业资源系统具有高度的指导意义。
作为繁殖系统本体的社会生态系统框架
本小节介绍了我们分析的本体论框架、SESF和基本前提——SESs的弹性、社会困境和治理挑战。本体论意味着现实的本质(Poteete et al. 2010:216)，而本体论框架是安排复杂系统(如SESs)的本质特征的指南。SESF用于包含SESs的底层结构，围绕底层行动情况，管理活动以解决(或不解决)社会困境。然而，人们需要理论来有意义地连接系统的实体。
我们的前提是将育种系统视为SESs。弹性——被定义为“一个系统在经历变化时吸收干扰和重组的能力，从而仍然保持本质上相同的功能、结构、特性和反馈”(Walker et al. 2004:4)——是潜在的预期目标。因此，我们强调(a)维护社会系统与生态系统之间的联系，(b)维护系统定义功能的重要性。在这种情况下，我们的研究问题是，繁殖系统如何提供遗传物质流，以使人类消费的食物和纤维能够充分供应，同时保持连接的生态系统提供生态系统服务?因此，主要以种子形式提供的遗传物质流需要符合农业目的，以确保品种适应特定的生态环境和农业目标。
也就是说，对于个别的种植和育种系统，其维持和功能取决于具体情况，因为每个种植系统都有不同的社会和生物物理实体的结构和属性。然而，对于不同类型的育种系统，需要评估提供功能的能力和结果的可取性(Carpenter et al. 2001)。SESF作为一种工具，能够将不同的系统部分安排到一个框架中，并关注治理的性能(Poteete et al. 2010, Binder et al. 2013)。
当个人被诱惑采取一种行动，但如果所有(或大多数个人)采取其他行动，集体将变得更好时，社会困境就出现了(Poteete et al. 2010:79)。正如所概述的，非微不足道的成本来自于阻止某人从事不受欢迎的活动，称为排除成本(Hinkel et al. 2015)。集体货物是一种困境，这些费用是由不受欢迎的拨款活动产生的。如果一些参与者过度使用资源，那么这些活动可能会减少其他参与者的潜在使用。在极端情况下，这可能导致一种资源不可恢复的过度使用和资源存量的崩溃。治理的挑战是实施制度安排，这样(a)占用集体产品的活动不会过度使用它，(b)有问题的集体产品将随着时间的推移被创造、维护和改进。第一种是规范的拨款行动情况，而后者表示规范的拨款行动情况(Hinkel et al. 2015)。不同的因素影响着个体解决社会困境的核心关系。解决社会困境通常需要某种形式的集体行动或个人活动的合作。个人之间的合作高度依赖于环境(Poteete et al. 2010)。 In the SESF, we separate the context into a micro-situation, identifying attributes that directly affect individual behavior and broader social-ecological variables.
使用SESF的前提是我们可以以分层的方式分解活动的影响因素。在设计上，SESF允许在同一框架内使用不同的理论，使其有可能比较目前调节育种系统内不同物质和信息流的经济协调机制。有许多实体、系统特性、交互和反馈循环可以被聚合和分解为影响SES中活动结果的概念。我们假设这些变量是子系统——一个嵌套在另一个中(Simon 1996)。因此，SESF将底层SES划分为不同的层。
SESF的第一层由资源单位组成，它们是资源系统的一部分。资源单元的作用是作为行动情境的输入，而治理系统为参与行动情境的参与者定义规则，并通过交互导致结果(Ostrom 2009)。第二层通常表示为与焦点行动情况相关的各种第一层概念的潜在子概念的广泛列表。如果需要，这些概念可以进一步细分为更多的层。他们将通过解释微观环境如何影响个人行为做出贡献。我们集中讨论与有关集体货物的拨款和提供活动有关的社会和生物领域之间的联系的治理挑战。因此，我们专注于育种、种子繁殖和种子节约/种子购买活动。
生物物理环境
SESF是为分析小规模资源系统的治理而开发的。同样，Ostrom(1990)的设计原则也说明了小规模资源系统的可持续性。社会生态系统元分析数据库(SESMAD) (Cox 2014)等项目探索了大规模资源系统的可持续治理。整个国家的繁殖系统——就像我们的例子一样——是大规模的资源系统，因为它们超越了一个空间定义明确的区域，包括几个土壤-气候生态位(Acquaah 2007, Cox 2014)。对于大规模自然资源系统的可持续治理，目前还没有研究结果和理论作为设计原则(Ostrom 1990)。Partelow(2018)建议将对不同资源系统类型的见解聚合到部门sesf中，以寻找不同自然资源类型(如渔业或森林)的独特而共享的上下文相关变量。
在SESF中，生物物理实体被划分为资源系统和资源单位，它们聚集成一个资源存量。一个经典的例子是，一条鱼是鱼群的一个单位，水下生态和所有提供鱼类的技术基础设施(如渔船)就是资源系统。从某种意义上说，品种和遗传多样性是特殊资源，它们都依赖于人类活动，需要人类来播种、管理和积极改进。只有人类积极改变植物的性质，才会产生作物种子属性的变化。品种和遗传多样性的退化源于不进行相应的活动。不播种一个品种将导致其遗传或表型性状的消失，并从公共基因库或品种存量中消失。因此，种子是生物事实(Karafyllis 2006)，这意味着它们是生物材料，一种自然资源，同时也是一种(人为设计的)技术。
此外，我们的资源储备(品种库或基因库)的“数量”是性状的差异，而不仅仅是存在的品种或基因的数量。“更多”的遗传材料或品种并不优于“更少”的材料，但手头的材料是否能满足人类最终用途的需要是决定性的。从经济学的角度来看，品种是属性的束，与偏离这种理想组合的束相比，每个农民或育种者对特定属性组合有一个独特的满足点(Varian 2006)。因此，对品种和遗传多样性的治理挑战是引导行动者群体不断使用种子，使理想的性状集可获得，尽管个体可能有其他行为的动机。
交易理论
我们对仅作为变量描述集合的SESF不感兴趣，而是想了解生物物理特征是如何与社会系统相联系的。我们想知道在相关的行动情境中，创造生物物理信息的过程如何影响人-自然交易的协调机制。我们对这些联系的理论选择基于受访者的描述，以及二手文献如何将各自的活动框架为(1)种子企业之间的物质交换合作(Gerullis 2016, Brandl和Glenna 2017;观察1、2、12、19、22、23)，(2)种子繁殖的承包和分包(Thiel 2014;观察3和4)和(3)“种子市场”(Brandl et al. 2014;布劳恩2020;观察1 - 9)。我们用交易的经济学理论来说明，从经济理想的角度来看，什么与协调机制的作用相关，什么与行为者认为相关，这两者之间存在差异。这也证明了我们使用SESF的合理性，因为它的设计目的是在一个框架中容纳多种理论，并使它们与仔细检查的实体相比具有可比性。因此，我们分析了这些理论在编码行为情境中的相关性。
我们比较了交易理论与我们的观察基于奥斯特罗姆(2010一个字体161)“人类行为的广义理论”。奥斯特罗姆(2010一个)概述了信任和互惠(除了采用规范或学习等行为外)如何导致社会困境中参与者自我组织的可能性提高或降低。当我们着眼于协调机制中的活动，即分配资源以观察个人如何处理人类-自然交易中的(潜在的)社会困境时，我们展示了互惠和信任是如何通过社会规范在市场、个人契约和集体行动的协调机制中引导的(Ostrom 2010)一个， Potetee et al. 2010)。
标准的市场理论假设价格是驱动参与交易的参与者行为的唯一市场信号，并且竞争性市场提供经济上有效的结果(Levacic 1991)。生产者和消费者在相互有利的商品或服务交换中走到一起，分歧的利益通过双方同意的价格得到解决(Callon 1999)。由于市场交易的结构，市场参与者能够信任系统本身，而不是交易中涉及的其他各方。因为市场中的交易从个人进入交易到交易完成几乎是即时的，所以在这种情况下不存在互惠或信誉的建立。双方可以离开市场交易没有持久的关系，作为陌生人彼此(Callon 1999)。
集体行动使利益攸关方有机会可持续地管理自然资源系统。它提供了在无限的时间范围内使用资源的选项，如果他们选择承担自组织的成本。信誉、信任和互惠在这里起着主要作用，不同的结构变量，如参与者的数量、面对面交流、参与者的异质性或过去的经验，影响这三个概念及其联系，从而导致不同的合作水平。关于这些变量的更广泛的列表，参见Poteete等人(2010:228-232)。自然资源系统的资源单位通常具有时滞，而且形式非常不同。虽然在市场中，所有关于商品和服务的分配活动都可以转换为货币等价物(Callon 1998)，但并不是自然资源系统产生的所有东西都可以用一种(隐喻性的)货币来计算。信任和来自其他行为者的依赖关系的纠缠弥合了正在发生的交易的结构和时间差异。此外，时间滞后给了演员有机会回报，并将这些活动框成看似无私的(Callon 1998)，表达信任，在个人之间建立更多的个人联系，如朋友。
分包处于市场和分包环境的中间地带。它的时间范围是有限的，但不是瞬时的。在一方履行义务到另一方归还服务/货物之间通常有一段时间间隔。在双方都得到应得的回报之前，他们不能以陌生人的身份分开，但他们也不能依靠一种持久的联系来平衡任何开放式账户。他们可以在合同中明确他们的相互义务，通过讨价还价、谈判和相互适应来配置关系的每一个小细节(Lorenz 1991)。同样，潜在的挑战是将时间框架和商品或服务交换到一个合同中，即使它们的交付有延迟和(可能)不同的形式。这样的规范，无论是书面的还是口头的，都受到议价、谈判和适应过程中涉及的基本交易成本的限制。并不是所有的行动都能得到充分的控制或监测，即使它们是在合同中以书面形式规定的(Lorenz 1991)。因此，在合同期间，涉及的行为者彼此既不是陌生人，也不是朋友，而是在商定的时间范围内被锁定在回报和信任中。
方法
本节展示了德国冬小麦育种部门案例的数据是如何收集的，以及我们如何操作SESF来揭示育种、繁殖和种子保存活动的微观情况。我们在研究设计中采用了归纳方法(Bernard 2013)，以适应各种各样的数据类型:(a)定性访谈，(b)参与者观察，和(c)次生来源的科学文献或育种、农业和种子繁殖的实用指南书籍。
数据收集遵循一个接地气的理论风格过程(Bernard 2013)，因为植物育种在显性和隐性知识方面是非常异质性的(Timmermann 2009, Brandl et al. 2014)。Strauss和Corbin(1994:276)指出，“该方法论的核心特征是，它的实践者可以对时代做出反应并随时代变化(……)，作为影响行为变化的条件，它们可以被分析处理”。我们进行了定性的、最初开放的、后来的半结构化访谈，并提出了开放的问题。为了避免对个人态度和观点的歪曲，受访者的说法被匿名化，填入修改过的问卷，然后提交给后续的受访者征求意见。通过这种迭代的方法，我们将个体的观点整合为植物育种社区的知识共识。为了解释幸存者偏差和顺序性，这些合并的账目被提交给第一轮受访者，以在最后的反馈循环中进行验证。2016-2017年期间进行了采访，2019年对选定的主题进行了四次访问(主题详细清单见附录2，表A2.1)。在2019年的一轮融资中，我们主要是在面对行业变化(病原体疾病事件、并购、商业趋势)时更新信息，并完成早期账户中缺失的信息。我们的18次访谈与21次参与者的观察相辅相成(参见附录2，表A2.1)。我们使用参与者观察来补充我们的访谈数据与育种项目过程的实际的一手经验(Bernard 2013)。 All quotations were translated from German into English.
访谈和参与者的意见在每段后的括号内编号。根据Cox(2015)的建议，关于零售和乘法的信息来自二手和法律来源，以补充SESs的案例研究工作。我们最初接触到冬小麦育种是通过联系两家私人小麦育种公司:一家是南巴伐利亚谷物育种公司，另一家来自德国北部的下萨克森州。这使得我们可以通过滚雪球的方式在两个地区进一步抽样采访合作伙伴(Bernard 2013)。因为与德国北部相比，德国南部的生态位空间分段更小，我们想要解释潜在的差异。
与玉米或油菜籽等其他作物相比，德国冬小麦育种的市场集中度较低(Brandl和Glenna 2017)。德国的植物育种由58家生产商业种子的不同私营企业完成，其中21家有冬小麦项目。公共研究中心支持德国向农民推广农业，并与育种家开展研究项目。联邦栽培植物研究中心和巴伐利亚州农业研究中心分别是联邦和州一级的重要行动者。这两个机构都通过公私伙伴关系支持公共植物育种(Brandl等人，2014年)。政府机构的雇员通常被称为“公共育种人员”，尽管生产新品种不是他们的主要目标。相反，它们为品种试验和预育种项目提供公共基础设施。
采访记录最初是公开编码的(Bernard 2013)。在随后的步骤中，我们使用Hinkel等人(2015)的诊断程序来确定潜在的社会困境和社会经济体系的不同实体，以确保与其他社会经济体系案例的可比性。这些代码在概念上与SESF变量进行了匹配，其结果见图2-4第一层和附录1的图。二级A1.1-1.3。Hinkel等人(2015)提供了一组10个问题，用于识别和解释资源(RU)单位及其提供资源系统(RS)的不同属性，以及来自SESF的行动情况和治理系统(GS)。RU和RS按照Hinkel等人(2015)的建议进行了编纂，以描述治理挑战与两种行动情况的关系:一种是供应行动情况，在这种情况下，某些行为者面临维护、创造或改善集体利益的集体挑战;另一种是挪用行动，在这种情况下，行为者面临集体挑战，以避免集体商品的过度使用。我们在下面使用确定的参与者组、RU库存和RSs来表示SESF的第一层，包括种子的繁殖、种子的繁殖和通过种子节约或种子购买来占用种子(分别图2、3和4)。
我们的方法有缺点。我们通过滚雪球般从附近的育种商中取样，可能在一定程度上引入了偏见，因为我们无法采访来自主导国际种子市场的育种商，如拜耳作物科学公司或先正达公司。此外，数据的异质性给将其整合到SESF带来了挑战，如果没有Hinkel等人(2015)，这些数据就无法工作。然而，我们仍然缺少一个正确的诊断来操作与RS相对应的SESF的GS变量。
结果
本节介绍了利用SESF进行德国冬小麦育种的结果。我们提出了育种、繁殖和使用种子进行农业生产所带来的治理挑战。这三种行动情况表明，繁殖系统中的社会困境如何取决于生物物理环境的信息如何被创造和分配。在图5中，我们提供了育种系统中主要活动的概述，可与Hinkel等人(2015)提供的例子相媲美。图5显示了哪些不同的活动促成了上述两种配置情况。每个活动到ru的关系产生不同级别的可减法性。
在本节中，括号中的术语指的是图2、3、4或5中的变量或实体。第二层SESF变量(也在括号中)前面有两个字母，表示它们在对应的第一层中引用的对应实体。它们分别见附录1、遗传多样性的挪用和提供图A1.1、品种多样性的提供图A1.2和品种多样性的挪用图A1.3。
品种多样性对农业系统至关重要，因为可利用的变异使农民(F-A)能够选择适合他们需要的品种。对农民来说，种植各种作物的主要好处是多年来稳定的高产量带来的安全和收入。在德国，如果农民不自己保存种子，他们将从农业零售商(R-A)那里购买列在描述性品种清单上的品种。育种者通过不同的许可关系将繁殖品种的权利分包给增殖者和零售商，包括营销组织和其他管理角色(GS)。育种者(B-A)和乘数者通过向农民出售品种的许可证费获得收入。对于零售商来说，种子只是卖给农民的其他投入中的一种。育种者的未来价值来自于可用于育种活动的多样化基因库。育种者提供繁殖者用来繁殖市场种子(M-RU)的初始材料。在德国，育种者通过销售认证种子和农场保存种子(F-RU)获得许可证费，农民自愿向一个名为F-RU的(私人)管理组织支付许可证费Saatguttreuhand为这些种子的育种者提供补偿[1,3,4,6,11]。
提供遗传多样性
为了开发新品种，育种家需要不同候选品种的遗传变异。接下来，他们从候选品种的地块中选择这些候选变种，这些候选变种在不同的环境和管理条件下具有预期的可观察性状(Becker 2011)(见图2[一级变量]和附录1，图A1.1[二级变量])，种植以待检验。掌握不同基因型的农艺性状数据是植物育种决策的核心——“数据是关键”[27]。不同的输入材料是上市品种(G-RUb)、预先批准的品系(G-RUa)、预育种材料(PB-RU)和育种公司自己的材料(BF-RU)。当被问及是否存在全球基因库时，一位育种者回答说:“不不不……基因库是育种者自己建立起来的，每个人都是独一无二的——雇员和育种者。”有些育种者总是注册相同的品种类型，因为他们相信这是一个品种需要看起来像他们的理想型。有一个个体育种者的基因库，就在那里。这取决于育种者的哲学，他想要在多大程度上打破这种局面，以及他为“[2]”育种的目标市场是什么。因此，育种者的基因库很大程度上取决于他们的决策。
育种家主要处理两种类型的决策:杂交和选择其材料中的目标遗传和表型变异(Timmermann 2009)。根据公司育种计划的规模，这可能涉及每年计划100到数百个杂交。选择被认为是品种的良好候选品种(积极选择)或不值得保留的变种(消极选择)意味着每年检查数千个变种地块(Timmermann 2009)。根据农艺性能数据及其质量的信息，育种家决定在杂交和选择中使用哪些基因型(GD-I1)[1,2,10,17,18,19,26,27,28,29,30]。
在育种过程中，时间、苗圃空间和材料信息都很匮乏。性状信息是通过在不同的试验点和育种公司(BF-RS)和不同的政府组织(G-RS;PB-RS)。在育种中，时间是至关重要的，因为在一个品种中建立一个理想的性状组合平均需要12年。托儿所的规模决定了每年有多少空间来检查他们不同的生产线。苗圃与温室、冷却室和所有其他所需的技术要素组成了资源系统的规模(BF-RS3)，并确定了提交批准的候选品种(品系)的数量。虽然大公司在世界各地有多个地点来测试他们的育种材料(BF-RS9;BF-RU7b)、温室、大苗圃和最新的技术设置(BF-RS4;B-A9)，中小型育种者缺乏这种设备的资金，从而导致其社会经济属性(B-A2)的参与者之间的异质性[1,2,10,26,27,28,29,30,12,13,14,15]。
育种者采用不同的策略来增加选择压力。一种是全年有多个苗圃测试育种材料。多个试验点可以收集有关不同生物和非生物条件下品种性能变化的丰富数据(Becker 2011)。另一种策略是在不同地点与同事交换信息(GD-I2a)、材料(GD-I2b)和苗圃空间(GD-I2c)，或在研究项目(GD-I5)上进行合作[1,2,29,30]。
由于预期公共信息的传播，育种者在法律规定他们必须这样做之前，将在双边基础上分享他们的信息和材料。育种者通常与他们的同事签订双边合同，允许彼此使用他们预先批准的材料(G-RUa)，这使他们有机会提前1或2年交叉使用同事的材料。这就导致了特质在不同公司之间的溢出，并将吸引人的特质传播到所有公司的基因库中。大多数育种公司与研究项目(PB-RS)和公共育种项目(PB-RS)合作，进行引进更多外来材料的研究(GD-I7/8)。这些项目使育种者有机会避免使用非适应性材料(即所谓的预育种材料(PB-RU))进行冗长而昂贵的筛选和回交活动。可能需要长达30年的时间，才能将遗传遥远材料的某些性状传递到适应材料中，携带所需的性状，并表现出与适应品种相同的产量[1,29,30,25]。
提供遗传多样性的治理挑战
提供遗传多样性(GD-O2)的治理挑战源于向育种者提供和使用大量不同的基因型(GD-O1;GD-I1)。遗传多样性潜在的社会困境是没有变异可以杂交，这减少了农艺性状改进的空间。一位接受采访的育种家表达了这样的担忧:“你知道，人们说——这实际上有点令人沮丧——今天(在德国)小麦基因组中只剩下5%的变异，其余的是固定的，因为这些都是积极的性状，对所有品种都是一样的……这是一个相当大的缩小。”德国的[小麦]基因库有相当紧密的[谱系]关系"[2]。这里的潜在问题是，育种者可能主要是杂交那些容易杂交的性状，而不是那些需要更多育种努力才能进入基因库的性状，尽管它们可能是长期理想种植制度所必需的(All-RU3;GD-O2)。在谷物中，“对疾病的数量抗性[例证]是难以繁殖的性状”[24]。数量抗性性状依赖于多个基因位点，因此不容易被病原体破坏。对育种者来说，建立与高产相结合的数量抗性性状是困难的，可能需要“整个职业生涯”[1]-“40年”[2]的努力。在遗传标记的帮助下，更容易获得已知单基因位点的定性性状，并将它们交叉到一个人的材料中。 Yet, these are “easily breached” [24] by pathogens.
育种者表现出作为集体行动的试探性属性(Ostrom 2010一个)．他们在自我组织的研究项目中改进、维护和使用他们的材料。他们还为他们在社区内的活动制定非正式的规范。有针对性的活动利用在稀缺的空间、时间、人力和苗圃位置下的RUs创造新的候选品种。“在同事的苗圃”检查材料[29]，甚至当他们互相检查时，意味着作为一个育种者有更多的信息来做决定。个人之间的相互信任和互惠(Burt et al. 1980)在这里扮演着至关重要的角色，因为从长远来看，一方需要信任另一方，将资源用于“其他人将与你交换”的同事的材料上。它们在长达45年的活动中相互合作。他们共享材料和相应的信息，或者参与公私合作的高成本性状研究项目并分享投资。所有这些活动都是基于个人之间的信任和他们随着时间建立的声誉(B-A6)。因此，德国冬小麦育种材料的治理符合集体行动理论(Ostrom 2010一个)[1,2,31]。
德国政府系统(GS)对称地提供提交公共批准的所有品系的质量和农艺性能信息(G-RUa6;G-RUb6)给所有参与的育种者(B-A1;GD-I2a)，作为“看到竞争表现”[7]的基准，并帮助研究“难以达到”[25]性状，这可能需要比通常作物属性更多的育种努力。然而，信任是由信息来补充的。对称信息是育种者之间事务关系的一个重要特征。关于品种(RUs)的品质和农艺属性的信息是育种者决定使用哪种材料进行育种的关键信号(GD-I1)——“如果我看到[别人的]材料中有好的东西，我将立即把它杂交”[29]。公共信息的提供是关键，因为它向育种者提供相同的可比信息，并促进育种者之间的材料早期交换[1,8,24]。
提供品种多样性
提供品种多样性取决于育种者成功地将品种增殖分包(见图3和附录1，图A1.2)和向农民销售种子(见图4和附录1，图A1.3)。农民(F-A)可以播种三种类型的种子:农场保存的种子、以前使用过的认证品种和新品种的认证种子(Heisey and Brennan 1991)。新购买的种子(M-RU)与农场保存的种子(F-RU)的比例被称为品种周转，并决定了种子需求。近年来，德国谷物的种子周转在50% - 60%之间，“有增加的趋势”[23]。购买认证种子取决于农民从使用认证种子中获得的增值(F-RU4)和其他优势(F-A7;F-A3)，例如更好的萌发品质或放弃各自种子本身的“修整和起球的忙碌”(AV-I3;Av-i5)[5, 16, 21, 23]。
品种是体验品(Nelson 1970)。如果新品种的产量没有达到预期(F-RS7)，就不可能恢复损害。农民理想地选择那些适合他们农场的生物和非生物环境的品种(F-RS)和其他在产量和作物品质方面的偏好(AV-O1;AV-O2)。然而，农民可能不会根据他们的具体情况选择最佳品种。他们选择没有抗药性的品种——有时是因为“一个邻居推荐[它]”[5,6]——最终使用了过多的农药(Dachbrodt-Saaydeh et al. 2018)，或者他们在选择品种时记忆力很差，因为他们“只考虑去年的情况”[23]。然而，如果农民不购买具有抗性的品种，那么这些品种将没有足够大的市场份额来为乘数(M-RU4)带来利润。因此，乘子取消了它们的乘法(PV-I1)，相应的抗性性状(PV-O1)集合的[24][1,2,3,6,24,31]将“不再存在”。
为了避免零售行为者(M-A)的寻租行为，公共品种试验(G-RS)产生关于品种在不同试验地点表现的“无偏见”[9]信息，作为农民品种选择的导向(PV-I2)。然而，“德国[不同]州的[公开审判]信息的供应各不相同”[9](AV-I2)。一些品种在不同的土壤气候区域“生长良好”[1,2]，是潜在的重要产量和收入来源(M-RU2;PV-I5)。有些品种适合更“特定的地区”——生态位。在种植区表现良好的品种(G-RS9;G-RUa)将被推荐用于该土壤气候地区，并将被列为此类品种(见国家品种试验的年度报告，如Nickl等人，2018年)。考虑到品种在国家试验(G-RUb)中的特点，国家试验指导将选择他们认为适合个别地区的品种。例如，他们将“观察(品种)在对该地区重要的疾病方面的表现”[23]，然后将这些品种投入州品种试验。因此，这些品种的供需在不同地区会有所不同[5,16,23,35,9]。
拨款情况被纳入到拨款情况中，因为在提供品种中乘数的经济推理包括对农民以后将购买什么的预期。作为植物品种保护权利人(GS1;GS3;GS7)，育种公司被授予繁殖、准备和销售品种种子材料的权利(§10 SortSchG(1985) -植物育种者权利法案)。育种者将这些权利转让给繁殖和零售企业，以换取许可费(Erbe 2002年)。品种在国家和州试验中的表现为乘数者提供了一个关于品种可能值多少钱的第一个信号(AV-I2;PV-I2;M-RU4)。这可能会产生有害的影响，因为“一年(糟糕的表现)可以毁掉20年的育种”[23]，乘数者将不会购买相应的品种。繁殖者努力有足够的种子准备及时出售。 With wheat, it will take 3–4 years (M-RU2) of propagation until a reasonable amount of seed can be supplied (M-RS5; Becker 2011:33). Multipliers try to decide on which varieties to subcontract as early as possible (M-RU7a) [1, 2, 3, 6, 9, 23].
提供品种多样性的管理挑战
提供品种多样性的治理挑战是协调充足的品种繁殖和出售给农民，满足他们的生态需求和其他偏好(PV-O1)。对于品种多样性来说，潜在的社会困境是双重的。首先，由于许多不同的原因，农民可能不会选择适合他们实际需求的品种，这可能导致某些性状(AV-O1)的利用不足。其次，由于收入潜力较低(PV-I1)[4,35]，乘数者可能倾向于只供应“大品种”[5]，而取消服务于小生态位或某些性状(如抗性)的品种。
分包品种繁殖和种子市场都是分散协调的形式。育种者将其品种的繁殖分包给繁殖和零售的参与者。来自公共品种试验的农艺性能和烘焙质量信息可作为合同品种对相关方吸引力的信号(BF-RU4;M-A7)。农民同样将这些信息作为他们决定购买哪种品种的信号(F-A7;F-RU4;M-ru4)[4,5,35]。
信任在种子营销和繁殖中扮演着多重角色。种子营销很大程度上依赖于农民对试验结果的信任。零售商和农民本身是彼此陌生的，他们只参与瞬时交易关系(Callon 1999)。他们可能不会直接信任对方，但双方都信任市场体系，对作为商品购买的种子(GS7)建立了自己的私有产权，并对种子法规和乘数者和零售商的监测(GS1;Gs3)[21, 23, 32, 4,5, 35]。转包一个品种在育种者和乘数者之间建立了一种有利的相互依赖关系。在合同的期限内，从几年到25年不等，他们既不是朋友也不是陌生人(Lorenz 1991)，双方在合同之外的行为都不会得到回报。然而，信任水平将受到公开试验提供的信息的影响[6,8,33,34]。
公开提供的试验信息在两种行动情况下产生不同的信息设置。它带来了农民和零售商之间的信息对称。繁殖者和乘数者无法达到这种状态，因为繁殖者总是对分包的品种有更多的了解，因为他们对一个品种的后代有更多的信息。然而，通过官方试验增加的信息将为乘数提供足够的信息进入分包合同。零售商有更大的动力去销售易受病原体影响的品种，因为他们销售补充性的作物保护产品。尽管如此，育种者需要信任零售商，相信他们会在竞争对手的品种旁边公平地销售自己的品种。在这种情况下，信任是一种权宜之计，因为一方无法适当地监视另一方的活动。因此，它们进入一个相互依赖的事务关系。
讨论
本文以一个育种系统中三种不同的行为情境(育种、繁殖、耕作)为例，说明了三种不同的协调机制是如何指导冬小麦种子的人-自然交易的。我们使用SESF作为工具来操作育种SES中的不同实体，以确保系统程序能够与类似系统的未来案例进行比较(Cox 2014, Partelow 2018)，并在相同的本体框架中使用不同的理论。我们展示了生物物理信息的生产和分布如何与影响不同时间范围的交易的不同形式的信任相一致。对于种子系统，通常采用的经济理论可能不能带来有关方面的启发治理的繁殖，繁殖和耕作。
生物物理信息的产生驱动着所有相关的协调机制。关于同质商品市场的理论认为，价格是唯一相关的信号，而种子被证明是一种异质商品，与这种模型及其通常伴随而来的治理叙事的契合度有限。通过公开试验结果传达的关于农艺性能的信息明确地解决了种子的这种异质性，并为农民(他们本身就是异质性环境中的异质参与者)找到匹配的品种提供了可能性。关于农艺表现的信息是规定购买种子或保存种子活动的参与者的关键。集体行动理论(奥斯特罗姆2010一个)很好地描述了育种过程，因为它将生物物理信息变量与活动联系起来。繁殖行为者所认定的其活动的关键组成部分与理论所建议的一致。个人信任、互惠和声誉在跨越长期的繁殖活动中起着至关重要的作用。分包理论将权宜信任归为一种角色，这似乎是充分的，因为它包含了(农业)信息信号，供行为者从事繁殖。然而，有必要进一步研究分包如何受到空间差异和一致的生态位的影响。
关于信任与生物物理信息的假说
我们建议，未来的研究将考察信任和生物物理信息在使参与者在大型系统中协调涉及自然资源的交易中所起的作用。我们的假设是，产生的信息的可信度和提供的信息的对称性对于促进协调机制的社会效益结果至关重要。通过信息不对称，我们指的是交易中的一些参与者比其他参与者拥有更多关于资源系统和单位的信息。小麦品种的生物物理信息——我们考虑在试验中通常测量的23个属性(Nickl等人，2018年)——比Akerlof(1970年)的二手车市场经典例子中的价格具有更高的维度。它标志着该品种可能适合的生态位类型。因此，我们的信息对称或不对称的概念指的是品种上的上下文相关信息的整束。与我们的假设相关的是它是否影响互动个体之间的信任关系。信息的可信度是相关的，并由现场试验的联合公开生产和质量管理产生(在多个地点和多个变量的结果)。州和联邦的各种试验为系统中的所有参与者提供了无偏见的信息。与我们的假设相关的方面是人们是否信任产生信息的过程。
根据我们所获得的信息，我们不能确定在这些情况下的信任是否会以累积的方式起作用，以及不同形式的信任是否可以相互替代。同样，我们不能说不同形式的信息是否会触发不同形式的信任和相应的协调机制。如果参与者“可信地”生产信息并对称地提供信息，那么在一种协调机制中，通过材料(在我们的例子中，种子)进行的交易可以被促进，在这种机制中，参与者可以以陌生人的身份分开(Callon 1999)——在我们的例子中，是种子市场。我们怀疑，这可能是由于个人信任市场体系，而不是与他们直接交易的个人。在考虑乘法契约时，由在事务中没有利害关系的参与者提供的信息会带来权宜之计信任。这种类型或数量的信任足以规定最初信息极不对称的各方之间的合同。我们怀疑，可信的信息生产可以弥补信息不对称带来的负面影响。在涉及参与相关活动的个体之间的信任的环境中，简单性能度量的对称信息分布对于技术过程来说似乎是不必要的(Braun 2020)，但通过预先分配新品种材料足以加快育种过程本身，从而在整个系统内带来更短的创新周期。
需要有弹性的育种系统
作为一个科学界，我们需要能够比较我们在不同农业SESs治理方面的案例，以形成一个合理的知识库，为它们的治理构建更好的启发式。Darnhofer等人(2010)主张将弹性概念作为农业系统治理的启发式方法。其他人则呼吁将预测模型作为政策通知工具，在“从什么到什么的弹性”的前提下治理SESs (Carpenter et al. 2001)。关于如何为农业构建农业生态系统以及如何衡量其弹性，已有大量文献(Cabell和Oelofse, 2012, Rasch等，2017)。到目前为止，育种系统还没有获得同样的关注。然而，所提出的治理挑战表明，尽管在某些亚单位中育种系统与农业系统非常相似，但在本质上是不同的。
社会生态系统的中庸理论
尽管如此，我们还是要提醒我们的读者:为未来种子系统的健壮治理提供启发并不是仅仅通过将变量放入SESF就能实现的。我们需要理论来解释这些变量之间的关系。例如，如果提供给行为者的信息需要是某种类型的，以激活或引导一个协调机制，如种子市场，向一个更可持续的方向发展，那么根据我们的假设，通过公开试验提供额外的信息将具有有利的效果。如果我们以生产更抗虫害的品种为例，那么至关重要的是，公开试验显示没有使用杀虫剂的品种的反事实变异，以显示品种抗虫害性状的可靠性。然而，如果改变现行制度，取消或减少试验，这将妨碍信息的可信性，从而对新的抗性品种的引进产生负面影响。
为了发展培育SESs的中期理论(Meyfroidt等人，2018年，Cumming等人，2020年)，必须对不同类型的谷物、豆类、果树和其他作物的进一步案例进行分析，然后合成为培育系统的部门SESF。我们建议进一步综合，为植物育种部门生成这样的部门SESF;为了简洁起见，我们将其称为“种子SESF”。种子SESF可以突出一般植物育种系统中独特但必不可少的变量(Partelow 2018)，并发展诊断理论(Poteete 2010:233)来成功地管理植物育种。正如Darnhofer等人(2010)所要求的那样，科学家可以为育种系统的治理开发更好的启发式，使决策者和其他利益相关者易于使用和理解。利用现有复杂适应系统的机制和属性的强大知识，调整当前的规则、规范和战略，以适应未来育种方面的挑战，对所有农业系统未来的恢复力至关重要。
结论
我们举例说明了如何使用SESF来分析种子生产系统的不同作用情况。在经济学理论的补充下，我们确定了在提供品种和遗传多样性方面的社会困境所带来的治理挑战。我们的定性研究结果与我们的理论基础相结合，使我们能够假设信息提供和参与协调机制的行为者的信任之间的关系，协调机制分配种子和育种材料。
就德国冬小麦的案例而言，所有行动情况都协调了种子材料和产权的交易。交易关系取决于关于品种的农艺性能的信息，而这些信息又取决于生产它们的资源系统的生态条件。生产和分发有关品种农艺性能的可靠信息给所有参与者，指导育种系统中的活动。在不同的行为者(繁殖)或行为者群体(繁殖和耕作)之间存在着不同类型的信息不对称。根据在这些设置中使用的理论，这些不对称将导致结果的不利影响。然而，我们发现，相同类型的治理过程促进了涉众之间不同类型的信任，从而弥补了信息的缺乏，以维持整个系统的平稳运行。
在种子的分包、增殖和零售过程中，治理的挑战在于促进行动者群体之间信息的对称分布。在分包中，繁殖企业和繁殖主体之间的信任是一种权宜关系。个人指望另一方的行为没有狡诈，因为这将导致业务关系的终止或双方的事后道德风险。在农业中，购买种子不需要信任。农民更倾向于相信品种的农艺性状公共信息系统，而不是零售商的推荐。在育种中，向公共池提供遗传多样性的治理挑战是在行动者(育种者)群体中对称分布公共信息，以缓解集体行动。个体育种者在育种材料上相互信任，他们之间的关系建立在个体的判断和他们在群体中的声誉的基础上，但这是一个漫长的过程。状态信息的提供加速了育种的整体创新过程。
治理系统提供的可信信息可以替代合作所需的信任强度和纠缠。正如我们从这个案例中看到的，提供公共试验信息对于保持作物的遗传和品种多样性至关重要。虽然这一假设需要在其他育种背景下对其细节进行进一步测试，但我们认为这一见解与未来的法规和公共投资有关。例如，当我们谈到为单个州的实地试验分配资金时，我们看到，我们的研究结果将倡导对这些州试验进行投资，这样它们的质量和可信性就能保持，信息在未来也能向公众开放。
作者的贡献
分类- Maria Gerullis:概念化;方法;定性的编码;写作——初稿、审核;编辑;可视化。Thomas Heckelei:写作-评论和编辑;监督;融资收购。Sebastian Rasch:写作-评论和编辑; supervision.
致谢
我们感谢我们的面试伙伴和从业者与我们分享他们的知识和多年的经验。我们要感谢在IASC研讨会、2020年虚拟IASC暑期学校以及IASC ECN的同事。我们特别感谢Insa Theesfeld、Edella Schlager、Marty Anderies和Hita Unnikrishnan以及两位匿名审稿人和编辑Marco Janssen花时间为调整提供了宝贵的反馈和意见。本研究部分由德国研究基金会(DFG，德国研究基金会)在德国卓越战略- EXC 2070 - 390732324- PhenoRob和联邦教育和研究部(BMBF -联邦教育和研究部)项目AWECOS - 031A353资助。此外，我们还要感谢AWECOS项目团队丰富的跨学科经验，以及Veit Braun对定性方法开发的长期支持。
数据可用性
由于现场记录和其他案件材料不能全部匿名或化名，因此不能供分享。我们鼓励有兴趣的读者联系通讯作者M.K.G，讨论文章内容和定性编码程序。所有三位作者均受雇于一所公共资助的德国大学，必须遵守通用数据保护条例(EU) 2016/679和德国数据保护标准。波恩大学的具体流程和规定适用于此，可以向波恩大学数据保护办公室(https://www.datenschutz.uni-bonn.de/de)请求。
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