1、系 统 分 析 方 法 与 中 国 可 持 续 食 物 安 全李 道 亮 傅 泽 田 (中国农业大学 北京 100083)未来的 30 - 50 年是中国工业化迅速推 进 并 走 向 高 度 化 的 时 期 , 也 是 中 国 走 向 国 际 贸 易一体化的重要时期 。 在这一时期 , 工业化 、 市场化和国际贸易一体化都会对中国的食物安全 产生重要的影响 , 建立和完善促进食物生产发展的调控保障机制 , 对保证中国食物的供求平 衡和食物供给安全有重要的意义 。食 物 安 全 调 控 需 要 系 统 分 析 的 方 法中国食物生产的发展过程受一系列内部和外部因素的制约 , 这些限制因素广泛地存
2、在于 自 然条件 、 经济发展 、 社 会 发 展 和 政 府 行 为 之 中 , 构 成 了 中 国 食 物 供 求 态 势 的 基 本 原 因 集 合 , 对于这些限制因素形成的条件和发挥限制作用的机制 , 国内外学术界已经进行了长期的 广 泛的 研 究 , 形 成 了 众 多 的 “学 说 ”, 甚 至 “理 论 ”, 如 : 开 拓 资 源 说 1 - 5 、 科 技 进 步 说 6 - 8 、 适度进口说 9 - 11 、 制度创新说 12 - 13 、 控制人口 说 14 - 15 等等 。这些学说 、 理论分别对某一个 、 或几个限制因素进行了深入的理论分析 , 提出了独到的 深
3、刻的见解 。 然而 , 这些理论也存在着一个共同的特点就是缺乏综合的系统分析 , 把我国食 物供求的紧张态势归结为某几个限制因素作用的结果 , 而没有认识到它们仅仅是形成 “紧张 态势 ”的一部分 。可 持续安全旨在不损害自然资源的生产 能 力 、 生 物 系 统 的 完 整 性 或 环 境 质 量 的 情 况 下 ,达 到所有人随时 能 获 得 保 持 健 康 生 命 所 需 的 食 物 16 - 18 。 可 持 续 食 物 安 全 系 统 是 一 个 融 自 然 、 经济 、 社会于一体的复杂巨系统 , 中国食物生产的发展是复杂系统组成 、 结构 、 功能的 演化过程 , 是复杂系统与其
4、环境相互作用协同进化的过程 。 在这一过程中 , 自然因素 、 经济 因 素 、 政治因素 、 社会因 素 之 间 存 在 着 强 烈 的 相 互 作 用 , 成 了 一 个 错 综 复 杂 的 因 果 关 系 网 络 , 正是这种网络决定了食物发展的特征 、 发展水平 、 发展速度 、 发展方向和发展模式 。 在因果关系网络中存在众多的反馈回路 , 它们是真正的结构力量 , 而且它们之间发生着强烈的 耦合作用 。 这些相互耦合的反馈回路是阻碍或推动食物发展的最深刻力量 。食物安全调控以实现国家食物供求平衡 、 稳定价格 、 优化资源配置 、 转移生产风险提高 居民生活水平等为目标 , 它包括
5、自然调节 、 市场调节和政府干预三个方面 。 自然调节是按照 自 然界的生 态 规 律 ; 调 节 农 业 资 源 利 用 的 动 态 平 衡 ; 市 场 调 节 是 通 过 价 格 机 制 和 竞 争 机制 , 调 节 食 物 生 产 的 规 模 ; 政 府 干 预 是 通 过 生 产 计 划 、 储 备 手 段 、 风 险 基 金 、 价 格 政 策 、 贸1 中 国 农 业 大 学 教 授 副 校 长收 稿 日 期 , 1998 - 10 - 22李道亮等 , 系统分析方法与中国可持续食物安全 45易政策 、 消费政策 、 金融政策 、 市场建设与管理等 , 影响农业生产者与经营者的收入
6、预期和投入决策 , 进而改变食物产出 、 消费的数量和结构 。 在食物安全调控中 , 自然调节 、 市场调 节和政府干预之间存在着相互补充 、 相互制约和相互干扰的复杂动态作用关系 。 因此 , 是一 个涉及多主体决策的 , 复杂的 , 动态的巨系统问题 。 研究这样一个系统 , 需要运用系统分析 的方法 。用 系统分析方法分 析 食 物 安 全 问 题 , 其 本 质 就 是 找 出 这 些 反 馈 回 路 , 以 及 它 们 的 耦 合点 , 据此建立关键变量的模拟模型 , 形成对食物发展问题的综合认识 ,可行的政策体系奠定基础 。为制订科学的系统的2 食 物 安 全 调 控 系 统 分
7、析 的 程 序基 于一般 系 统 分 析 的 思 想 和 程 序 , 笔 者 把 决 策 理论 、 控制原 理 与 软 科 学 方 法 有 机 结 合 , 提 出 了 系 统 分析 食物安全调 控 的 方 法 19 。 该 方 法 由 定 性 、 定 量 方 法 组成 , 能够 为 政 府 干 预 食 物 生 产 、 需 求 、 贸 易 的 正 确决 策 , 提供 确 定 优 化 方 案 所 需 的 信 息 和 资 料 。 它 从 系 统 总体最优的观点出发 , 对 食 物 安 全 调 控 系 统 的 目 的 、要 素 、 结构 、 功 能 、 环 境 、 变 量 、 模 型 等 进 行 充
8、分 调 查 、 收集 、 分析 、 处理与食物 安 全 有 关 的 数 据 和 信 息 ,建 立食物 安 全 调 控 的 模 拟 模 型 , 制 定 可 替 代 性 方 案 并 进 行仿真 计 算 。 该 方 法 要 求 系 统 分 析 者 在 定 量 分 析 的基 础上 , 考虑 一 些 未 能 和 无 法 列 入 食 物 安 全 调 控 模 型 的因素 , 考虑各 替 代 方 案 在 社 会 、 经 济 、 技 术 、 生 态等 方面的差异 , 综合权衡 各 替 代 方 案 , 最 后 形 成 完 整 、 正 确 、 可行的食物安全调 控 分 析 报 告 , 提 供 给 决 策 者 。具体
9、程序见图 1 , 各步骤的解释如下 :(1) 对 食 物 安 全 调 控 系 统 的 目 标 、 要 素 、 结 构 、 功 能 、 环境 、 动态 行 为 、 变 量 进 行 初 步 的 描 述 , 从 总体上把握系统的特点和构架 。(2) 对 系 统 分 析 工 作 的 具 体 步 骤 、 时 间 安 排 、 人 员配置 、 经 费 筹 措 、 任 务 分 解 等 进 行 谋 划 , 制 定 食 物 安全调控系统分析的工作方案 。(3) 阐 明 食 物 安 全 调 控 系 统 存 在 的 问 题 ; 问 题 的 起 因 、 结构 、 过程 、 环 境 ; 问 题 解 决 需 要 采 取 哪
10、 些 行 动 、 谁采取行动及行动目标 。(4) 搞 清 解 决 食 物 安 全 调 控 问 题 需 要 在 人 力 、 物 力 、 财力 、 技 术 、 政 策 、 时 间 、 组 织 、 信 息 等 方 面 应 具备的条件 , 以及这些条件的现状 。图 1 调控系统分析的程序46 科学对社会的影响 1998 年(5) 从系统变 量 的 选 择 、 分 类 及 作 用 关 系 ( 包 括 : 反 馈 回 路 、 反 馈 回 路 耦 合 、 结 构 演化 ) 等方面 , 描述食物安全调控系统的运行机制 。(6) 围绕着关键变量之间的作用关系 , 把系统动力学原理 、 协同学原理 、 计量经济学
11、和 情景分析的方法以及计算机模拟技术相结合 , 构建食物安全调控系统模拟模型 。(7) 在预测系统环境和参数变化范围及趋势的基础上 , 运行食物安全调控系统模型 , 对 系统的结构演化和动态行为进行情景模拟和分析 。(8) 拟定食物安全调控的可替代方案 , 并 经 过 可 靠 性 分 析 、 价 值 分 析 、 费 用 效 果 分 析 、 风险分析 、 综合权衡各可替代方案 , 最后形成完整 、 正确 、 可行的食物安全调控分析报告 。食 物 安 全 调 控 系 统 分 析 的 难 点3我国正处于计划经济向市场经济转变的过渡时期 , 市场体系 、 组织保障体系 、 信息保障体系还不完善 , 政
12、府的宏观调控机制还不健全 , 致使在食物安全的调控中存在着较多的不确 定性和不稳定性因素 , 给系统分析的工作带来了较大的困难 , 特别是在对调控系统变量的选 择 , 分类及其作用关系的描述方面 。为了提高描述方法的有效性 , 笔者把情景分析的思想与反馈控制及过程控制的原理相结 合 , 提出了一套能够用系统特征变量 、 关键原因变量 、 环境条件变量 、 内部条件变量 、 行为 选择变量 、 系统目标变量 、 外部调控变量来描述食物安全调控系统的各类变量之间作用关系 的方法 。运 用该方法我们描述了食 物 安 全 的 调 控 系 统 ( 见 图 2) , 其 具 体 步 骤 是 : 首 先 找
13、 到 能 描述系统的特征变量 , 并从其出发找出影响系统特征形成的关键原因变量 ; 接着通过相关分析 找出影响关键原因变量变化的外部环境变量和内部条件变量 ; 然后 , 分析导致外部环境变量 和内部条件变量发生变化的外部调控变量和行为选择变量 ; 为达到系统控制的目的 , 我们根 据系统特征变量 、 外部环境和内部条件设立系统的目标变量 , 根据目标约束变量与特征变量 之间的偏差信号 , 改变行为选择变量 , 通过改变 行 为 选 择 的 变 量 改 变 内 部 条 件 和 外 部 环 境 , 在此基础上引致关键原因变量的改变 , 从而促使系统特征变量向系统目标的方向迈进 , 如此 循环往复
14、, 最后达到系统的控制目的 。图 2 食物安全调控系统的各类变量之间的作用关系图李道亮等 , 系统分析方法与中国可持续食物安全 47为了细化和深化食物安全调控系统的各 类 变 量 之 间 作 用 关 系 , 我 们 从 生 态 与 环 境 效 应 、短缺与自律效应 、 科技与投入效应 、 储备与保护效应 、 人口与城市化效应 、 市场化与商品化 效应 、 工业化与大国效应 、 价格与贸易效应 (国内价格与贸易效应和国际价格与贸易效应 ) 、 收入效应等方面 , 构造了由多个反馈回路组成的能够描述食物安全调控系统变量之间相互作 用的因果关系网络 , 并提出了 一 套 简 化 因 果 关 系 网
15、络 耦 合 方 法 ( 见 图 3) , 该 方 法 的 基 本 步骤解释如下 :图 3 反馈回路的耦合过程(1) 寻找主变量 , 主变量是各回路中最重要的变量 , 它对系统的行为影响较大 。(2) 寻找节点 。 回路的节点是任意两个回路共有的主变量 , 是两个环路的交点变量 , 该 变量能够传递两个环路之间的交互影响 。(3) 简化回路 。 省略回路中主变量间的连接变量 , 把主变量按因果关系连接 , 将原来的 详细回路改造成为简化回路 。(4) 挂接回路 。 根据主变量以及不同回路节点之间的联系 , 将各简化回路挂接成为系统 的耦合回路 。(5) 修正回路 , 通过对系统耦合回路的分析 ,
16、 查明耦合回路中的欠缺因素 , 然后再返回( 或 弱 化 )到回路分析 , 不断修正耦合回路 , 这一步的大 部 分 工 作 在 于 寻 找 耦 合 回 路 的 加 强因子 。中国可持续食物安全调控的偶合回路见图 4 。图 4 中国可持续食物安全调控的偶合回路48 科学对社会的影响 1998 年食物安全调控系统的反馈回路中 , 在其发展运动的各阶段总是存在一个或少数几个主导环 , 主导环与非主导环间的相互作用 (竞争 与 协 作 ) , 决 定 了 食 物 安 全 调 控 系 统 行 为 的 性 质 及 其变化与发展 。 由于系统内某些非线性 变 量 、 敏 感 变 量 的 变 化 以 及 系
17、 统 外 的 干 扰 与 涨 落 , 主导环是动态演化的 , 主导环与非主导环在一定条件下 , 可以相互转化 。为了分析和预测食物安全调控系统在各发展阶段的动态行为与结构演化 , 我们根据系统的因果关系图 , 构建了系统的计量经济学和系统动力学模型 , 该模型能够模拟与仿真食物安 全调控系统在给定参数值下的演化轨迹 。为了解释食物安全调控模式的演化与突变 , 我们根据耗散结构 、 协同学 、 突变论的相关 原理 (涨落原理 、 支配原理 、 非平衡相变原理 等 ) , 将 动 力 学 模 型 与 自 组 织 原 理 相 结 合 , 找 到了寻找食物安全调控系统敏感参数及确定系统序参量的方法 (
18、见图 5) , 其具体步骤如下 :图 5 序参量的确定过程(1) 闭合回路的耦合 , 其具体步骤如 前 述 , 其 目 的 是 将 复 杂 的 系 统 动 力 学 模 型 简 单 化 ,为构建协同学方程作准备 ;(2) 关键变量的计量化 , 用计量经济学的方法确定关键变量之间的关系 , 关键措施是模 型的分段及一阶系统化 ;(3) 模型方程的微分化 , 将系统动力学模型转化为微分方程 , 关键措施是去掉模型中状 态方程的时间标记 , 把其改写成微分方程 ; 去掉 模 型 中 的 速 率 方 程 和 辅 助 方 程 的 时 间 标 记 , 使之变成一般恒等式 ;(4) 表函数的拟合 , 为消除表
19、函数的非解析性 , 根据变量之间的关系 , 将表函数拟合成 一般的函数表达式 , 将系统动力学模型转化为系统发展方程 。(5) 序参量的确定 , 根据数学推导 , 求出序参量 , 由于社会经济系统的序参量具有动态 性 , 因此 , 我们在数学推导的基础上 , 再对序参量进行定性分析 , 最后确定序参量 。根据动力学模拟模型及序参量的确定结果 , 将负反馈控制与过程控制相结合 , 对序参量 及敏感变量进行数值模拟 , 根据模拟结果 , 重构食物安全调控系统的动力学机制 , 研究出食物安全调控的信息保障体系 、 组织保障体系 、 政策保障体系和关键技术体系 , 完成食物安全 调控系统的政策制定和道
20、路抉择 。结 束 语4用系统的方法分析中国可持续食物安全问题 , 能更有效地解决系统复杂性和动态性带来李道亮等 , 系统分析方法与中国可持续食物安全 49的困难和问题 。 由于该分析方法包括的内容较多 , 笔者只能选取核心的原理 、 思路和方法予以介绍 , 并愿与诸位同行一道进一步深入研究 , 为保障中国 21 世纪食物安全不懈努力 。主要参考文献 1 刘 更 另 1 保 护 耕 地 、 培 肥 土 壤 、 增 产 粮 食 1 中 国 科 学 报 11996 年 10 月 28 日 第 4 版 2 史 德 明 1 保 护 土 壤 资 源 是 养 好 中 国 人 的 战 略 措 施 1 中 国
21、科 学 报 11997 年 2 月 24 日 第 4 版 3 中 国 地 质 学 部 1 中 国 资 源 潜 力 趋 势 与 对 策 1 北 京 : 北 京 出 版 社 119931283 - 286 4 孙 鸿 烈 1 充 分 利 用 我 国 各 类 国 土 资 源 , 保 障 人 民 日 益 增 长 的 食 物 需 求 1 中 国 科 学 报 11996 年 10 月 11 日 第 4 版 5 陈 佐 忠 、 汪 诗 平 1 合 理 利 用 草 地 资 源 发 展 草 食 家 畜 1 中 国 科 学 报 11997 年 4 月 7 日 第 4 版 6 王 宏 广 1 中 国 农 业 问 题
22、 潜 力 道 路 效 益 1 北 京 : 农 业 出 版 社 119931296 7 林 毅 夫 、 沈 明 高 、 周 浩 1 中 国 农 业 科 研 优 先 序 1 北 京 : 中 国 农 业 出 版 社 11996 8 舒 惠 国 1 依 靠 科 技 进 步 , 实 施 整 体 推 进 , 促 进 粮 食 生 产 再 上 新 台 阶 1 中 国 农 村 经 济 11996 ( 3) : 17 - 20 9 康 晓 光 1 中 国 进 口 粮 食 有 害 吗 ? 国 际 经 济 评 论 119971 ( 1 - 2) : 19 - 23 10 陈 吉 元 、 韩 俊 1 人 口 大 国 的
23、 农 业 增 长 1 上 海 : 上 海 远 东 出 版 社 11996152 - 56 11中 国 科 学 院 国 情 分 析 研 究 小 组 1 农 业 与 发 展 21 世 纪 中 国 粮 食 与 农 业 发 展 战 略 研 究 ( 内 容 提 要 ) 1 中 国 科 学 报11997 年 4 月 23 日 第 4 版 12 左 天 觉 1 中 国 的 人 口 与 粮 食 1 中 国 科 学 报 11997 年 3 月 17 日 第 4 版 13 康 晓 光 1 我 国 农 业 持 续 发 展 战 略 研 究 ( 打 印 稿 ) 1 中 国 科 学 院 生 态 环 境 研 究 中 心 1
24、1993196 - 97 14 中 国 科 学 院 国 情 分 析 研 究 小 组 1 生 存 与 发 展 1 北 京 : 科 学 出 版 社 11989114 - 29 15 中 国 科 学 院 国 情 分 析 研 究 小 组 1 机 遇 与 挑 战 1 北 京 : 科 学 出 版 社 119961116 - 123 16 The seminar o n Agricult ural Policy and t he St rategy of FAOs Special Programme o n Foo d Securit y in t he Peoples Rep ub2lic of Chin
25、a1t he collectio n of papers1December11996 17 The State of Foo d and Argricult ure 1996 : Foo d Securit y : so me macroeco no mic Dimensio n Foo d and Agricult ure Orgnizatio n of U nited Natio ns Ro me11996 18 Foo d Securit y and Foo d Suppo rt 1WFS 96/ T ECH/ 14 19 李 道 亮 、 卢 凤 君 1 粮 食 地 区 间 贸 易 调 控 的 系 统 分 析 方 法 1 中 国 农 业 大 学 学 报 1199712 ( 2) : 20 - 24
