评估美国西部农业部门在气候和水资源信息系统方面的应用潜力

《PLOS Water》：Assessing climate and water information systems affordances for the agricultural sector in western United States

农业气候与水资源信息系统的用户偏好与采纳障碍研究，通过混合方法分析加州、新墨西哥州和犹他州三地46%种植者、33%水资源管理者及21%其他用户群体使用CWIS的行为模式与技术效用。结果显示种植者偏好天气与灌溉工具（如NWS系统使用率66%），而水资源管理者更倾向长期气候模型工具（如Climate Engine）。技术采纳受用户能力感知（标准差0.2-0.5）和系统复杂性（如NM Climate Hub难度最高）显著影响，农业决策者依赖传统渠道（如农技顾问）占比达78%，技术整合度与用户教育、系统易用性存在负相关（r=-0.43）。

　　### 气候与水资源信息系统在农业适应气候变化中的使用模式与影响分析

在当今全球气候变化日益加剧的背景下，农业部门面临着前所未有的挑战。水资源短缺、极端天气事件频发以及农业生产的不确定性，使得农民和水资源管理者需要更精确的信息系统来支持其决策过程。然而，目前关于气候和水资源信息系统（Climate and Water Information Systems, CWIS）在农业适应气候变化中的使用模式和实际效用的研究仍显不足。本文通过一项针对美国西部三个州——加利福尼亚州（California）、新墨西哥州（New Mexico）和犹他州（Utah）的调查研究，深入探讨了CWIS的使用现状、用户偏好以及这些工具对农业适应气候变化的潜在影响。研究结果不仅揭示了不同用户群体在使用这些工具时的差异，还为CWIS的设计与推广提供了重要的启示。

### 研究背景与意义

农业生产的可持续性正受到气候变化的严重威胁。水资源作为农业生产的核心要素，其可用性与分配方式正因全球变暖、降水模式变化和极端气候事件的增加而变得更加复杂。特别是在美国西部地区，农业依赖于雪融水、水库和地下水等多重水源，而这些资源的可获得性和稳定性正受到气候变化的显著影响。例如，研究表明，全球范围内灌溉用水占总用水量的90%以上，而随着气候变化的加剧，地表水的供应时间与数量正在发生变化，尤其是在依赖雪水补给的地区，这种变化尤为明显。

因此，构建能够帮助农民和水资源管理者应对气候变化的决策支持系统变得尤为重要。然而，目前许多气候和水资源信息系统在设计和功能上未能充分满足用户的实际需求。这不仅影响了系统的使用率，也限制了其在农业适应气候变化中的应用效果。本文旨在通过调查分析，了解不同用户群体对CWIS的使用情况、偏好以及其对农业适应气候变化的实际效用，从而为未来的系统设计和推广提供参考。

### 调查方法与样本概况

本研究采用混合方法进行分析，包括网络问卷调查、CWIS的主观评估以及基于Rasch模型的统计分析。调查时间从2022年5月至9月，通过电子邮件邀请加利福尼亚州、新墨西哥州和犹他州的农业从业者、水资源管理者和相关机构的代表参与。调查对象主要包括三种类型：46%为农业种植者（growers），33%为生态系统或水资源管理者（ecosystem and water managers），21%为其他职业群体（others）。其中，加利福尼亚州的受访者占比最高，达到66%，新墨西哥州和犹他州分别为15%和19%。

调查问卷的设计经过多次迭代和内部审查，确保其科学性和合理性。问卷内容涵盖了用户对气候和水资源信息系统的熟悉程度、使用频率、决策需求、信息来源以及对技术采纳的感知。此外，研究还对CWIS的功能性、技术性以及适应气候变化的潜力进行了主观评估。通过这种方式，研究不仅关注用户对系统的使用行为，还试图从更深层次理解这些工具如何影响农业决策和气候变化应对策略。

### CWIS的使用模式与用户偏好

调查结果显示，不同用户群体在使用CWIS时存在显著差异。种植者（growers）更倾向于使用与天气和灌溉相关的信息系统。例如，大多数种植者使用美国国家气象局（National Weather Service, NWS）提供的信息，以及加利福尼亚州灌溉管理信息系统（California Irrigation Management Information System, CIMIS）。这些工具能够提供短期、实时的农业信息，帮助种植者做出具体的灌溉决策和作物管理策略。

相比之下，水资源和生态系统管理者更倾向于使用长期气候信息。他们通常依赖于如Open ET和Climate Engine等系统，这些系统能够提供更广泛的气候趋势分析，有助于制定长期的水资源管理计划和生态修复方案。此外，这些管理者还使用联邦和州级的水文模型、土壤湿度数据和水权信息，以确保水资源的合理分配和利用。

“其他”用户群体则表现出更广泛的使用模式。他们不仅使用与农业直接相关的工具，还倾向于结合其他信息来源，如地方水务报告、大学推广服务（extension services）以及社区讨论。这种多元化的信息获取方式反映了他们在面对不确定性时更依赖于人际网络和社会支持，而非完全依赖于技术系统。

值得注意的是，尽管许多用户对CWIS有所了解，但实际使用率却相对较低。特别是在加利福尼亚州，有三分之一的种植者表示他们听说过这些系统，但并未实际使用。这表明，虽然信息系统的存在为农业决策提供了更多可能性，但其实际应用仍面临诸多障碍，包括对系统的理解难度、使用门槛以及对技术的依赖程度。

### 技术采纳与用户感知

研究还探讨了用户对技术的采纳行为及其背后的动机。根据技术接受模型（Technology Acceptance Model, TAM），用户对技术的接受程度主要取决于两个因素：感知有用性（perceived usefulness）和感知易用性（perceived ease of use）。然而，调查结果表明，种植者对CWIS的感知有用性和易用性并不高，这与他们更依赖于传统的方法和人际网络密切相关。

例如，许多种植者更倾向于使用现场观察、农业顾问以及合作社提供的信息，而非依赖于复杂的气候信息系统。这种偏好可能源于种植者对技术工具的不熟悉、缺乏相关培训，以及对技术的使用成本和复杂性的担忧。此外，种植者对气候变化的感知也较为模糊，他们可能更关注短期的天气变化和作物需求，而非长期的气候趋势和适应策略。

相比之下，水资源和生态系统管理者对气候变化的感知更为深刻，他们更愿意使用能够提供长期数据和预测模型的工具。这可能与他们的专业背景、教育水平以及对政策和技术的理解有关。然而，即使这些管理者对CWIS有较高的接受度，他们的使用仍受到技术复杂性、信息处理能力和资源可获得性的限制。

### Rasch分析与系统功能评估

为了更深入地分析CWIS的功能性和使用难度，研究采用了Rasch分析方法。Rasch模型是一种基于项目反应理论（Item Response Theory, IRT）的统计方法，能够评估用户对不同工具的使用倾向及其与系统特征之间的关系。通过Rasch分析，研究者发现，某些CWIS在用户中具有较高的使用率和接受度，而另一些工具则因技术复杂性和信息处理难度而受到限制。

例如，联邦级别的CWIS如国家气象局（NWS）和SNOTEL系统在用户中表现出较高的使用率和接受度。这些工具能够提供直观、易懂的信息，使得用户即使在缺乏专业知识的情况下也能快速理解并应用于实际决策。然而，其他工具如Climate Engine和Open ET则需要较高的用户能力，才能正确解读和使用其提供的信息。这表明，不同用户群体在使用这些工具时，对信息的处理能力和系统设计的友好程度存在显著差异。

此外，研究还发现，CWIS的使用难度与信息系统的复杂性密切相关。那些提供长期气候适应规划功能的系统，如Utah的Open Water Data平台和New Mexico的Water Data系统，虽然在功能上更为全面，但其使用门槛也更高。这些系统需要用户具备一定的技术背景和数据处理能力，才能充分利用其提供的信息。因此，为了提高这些系统的使用率，开发人员和政策制定者需要考虑用户的实际能力和需求，设计更加用户友好的界面和功能。

### 农业信息系统的整合与未来发展

研究进一步指出，为了提高CWIS在农业适应气候变化中的效用，有必要将这些工具与现有的农业信息系统（Agricultural Information Systems, AIS）进行整合。现代农业信息系统通常包括精准农业技术（precision agricultural technologies），如GPS、GIS、土壤湿度传感器等，这些技术能够提供实时、精准的农业数据，帮助农民优化生产流程。然而，当前的CWIS在整合这些技术方面仍显不足，导致其在实际应用中的局限性。

因此，未来的农业信息系统应更加注重气候和水资源信息的整合，使其成为精准农业技术的一部分。通过将气候和水资源数据与农业生产的其他方面（如土壤管理、作物选择、病虫害防治等）相结合，可以为农民提供更全面的决策支持。此外，这些系统还应具备更强的用户交互性和可视化功能，以降低使用门槛并提高信息的可理解性。

### 决策支持系统的优化方向

为了提高CWIS的使用率和适应气候变化的效果，研究提出了几个优化方向。首先，信息系统的提供者应更加注重用户需求的多样性，特别是在设计工具时，考虑不同用户群体的背景和能力差异。例如，针对种植者，可以开发更简单、直观的工具，使其能够快速获取和理解关键信息。而对于水资源和生态系统管理者，则可以提供更多复杂的功能和长期预测模型，以支持他们的决策过程。

其次，信息系统的使用应更加注重用户培训和推广。许多用户表示，由于缺乏相关培训和指导，他们对CWIS的使用存在障碍。因此，开发人员和政策制定者应考虑如何通过培训、示范和社区推广，提高用户对这些工具的熟悉度和使用意愿。

第三，信息系统的使用应与社会网络和人际交流相结合。研究发现，许多种植者仍然依赖于农业顾问、合作社和地方推广服务等社会资源，而非完全依赖于技术工具。因此，未来的CWIS设计应考虑如何与这些社会网络进行整合，为用户提供更全面的支持。

### 结论与展望

综上所述，本研究揭示了气候和水资源信息系统在农业适应气候变化中的使用模式和实际效用。不同用户群体在使用这些工具时表现出显著的差异，种植者更倾向于使用短期、易用的工具，而水资源和生态系统管理者则更关注长期、复杂的气候信息。此外，CWIS的使用率受到技术复杂性、用户能力以及信息处理方式的影响。

未来的研究应进一步探索如何通过技术优化、用户培训和社会整合，提高CWIS的使用率和适应气候变化的效果。同时，开发人员和政策制定者需要更加关注用户需求，设计更加友好、实用的工具，以促进农业部门在应对气候变化方面的可持续发展。只有通过多方合作和持续改进，才能真正实现气候和水资源信息系统的价值，为农业生产和生态系统管理提供强有力的支持。