共生视角下中国区域“水-能源-粮食”复合系统适配性评估

水资源、能源和粮食是人类生存发展的基础资源,三者之间的交互关系被称为“水-能源-粮食”纽带。中国水资源、能源和粮食(耕地)资源时空分布不匹配,影响资源流动效率。随着资源供需矛盾加剧,资源管理方式亟需从“单资源”规划向“多资源”协同转变,因此,开展“水-能源-粮食”复合系统适配性评估对推动多资源协同管理具有重要意义。本文引入共生理论,构建“水-能源-粮食”系统共生架构,提出区域“水-能源-粮食”系统适配概念,将“水-能源-粮食”系统适配性分解为稳定性、协调性和可持续性,基于压力-状态-影响-响应(PSIR)模型构建适配性评估指标体系,对2000—2016年我国区域“水-能源-粮食”系统适配性进行综合评估。研究表明:①可持续性对“水-能源-粮食”复合系统适配性影响最大,协调性是适配性提升的短板,稳定性是适配性的重要基础。②我国“水-能源-粮食”复合系统的整体适配性、协调性、可持续性水平呈上升趋势,增长速度先快后慢,稳定性指数小幅波动,趋于平稳。③我国“水-能源-粮食”复合系统适配性时空分异特征明显,东北、东部地区的适配性水平相对较高,主要呈上升趋势;中部、西部地区的适配性水平相对较低,主要呈下降趋势。根据评估结果,提出以下建议:①加强水资源、能源、农业、土地等多部门协同,增加科技、水利、能源等方面投资力度,协调水-能源、水-粮食和能源-粮食关系,提高水资源、能源和粮食系统之间转化效率。②引导自然资源从富集区域向匮乏区域流动,引导高端产业、先进技术和投资等社会资源从发达地区向自然资源富集区域转移,缓解资源匮乏区供需矛盾,提高资源附加值,促进区域协同发展。     

中国省际水-能源-粮食耦合协调度及影响因素研究

我国水资源、能源、粮食消费量均居世界首位,如何保证水资源-能源-粮食之间的协调发展成为我国实现可持续发展急需解决的关键问题。基于耦合协调度模型测算2003—2015年我国省际水-能源-粮食耦合协调度,并结合ESDA方法和空间计量模型探讨水-能源-粮食耦合协调度的空间相关性及影响因素。结果表明:①我国省际水-能源-粮食子系统及综合评价指数水平较低,呈现上升态势,其空间分布格局与我国水-能源-粮食资源禀赋分布格局相一致。②我国省际水-能源-粮食耦合度已处于高水平,但我国省际水-能源-粮食耦合协调度水平较低,呈现出稳定上升态势,存在较大的提升空间;我国省际水-能源-粮食耦合协调度具有显著的空间分异规律,各地区空间差异性明显,呈现出东北>中部>东部>西部的空间分布格局。③我国省际水-能源-粮食耦合协调度呈正向空间自相关性,集聚状态明显,但分布格局不够稳定,易发生变动。④我国省际水-能源-粮食耦合协调度的影响因素主要有经济发展水平、经济集聚、技术进步、教育、人口和农林支出。因此,国家应针对水、能源、粮食的协调发展进行顶层设计,统筹考虑水、能源、粮食与产业布局及行业外部影响的关系。通过技术进步来提升水、能源、粮食的利用效率,保证协调发展的质量。各省市则应结合自身实际情况,制定有针对性的措施,弥补短板,促进其水-能源-粮食的协调发展。     

“水-能-粮”视角下杭嘉湖区域生态系统服务供需测度及政策研究

生态系统保护与城镇化间的冲突已威胁人类福祉。基于"水-能-粮"纽带视角,研究从供需双侧对太湖流域杭嘉湖区域2000、2005及2010年的产水、固碳以及粮食生产服务进行了测度,并利用空间基尼系数模型、供需指数模型及相关系数模型对其空间异质性进行了评价。结果表明:(1)产水总量先减后增,固碳及粮食生产总量小幅递减,水资源及粮食的需求总量小幅递增,固碳需求则急剧增加;(2)西南部山林地带产水及固碳服务供给显著,粮食生产聚集在东部平原,3种服务的需求均集中于高人口密度区域;(3)3种服务的空间分布基本均衡,但供需匹配度偏低,绝大部分区域的产水服务处于赤字状态,城镇区域固碳压力显著;(4)产水服务与固碳服务呈权衡关系,与粮食生产服务呈协同关系,固碳服务与粮食生产服务之间具有权衡关系,3种服务的需求间呈两两协同关系。可见,"水-能-粮"纽带关系在杭嘉湖区域表现为相互支撑、相互影响的共同体。最后,本研究提出适应性管理政策以改善区域生态系统。     

近十年来中国粮食内部种植结构调整对水土资源利用的影响分析

2004-2013年中国粮食实现连续十年增产。粮食内部种植结构调整、高产作物对低产作物的种植替代,成为促进粮食持续增产不可忽视的重要因素。然而,由于不同粮食作物单位产量的耗水和耗地程度不同,在推动粮食总产增长的同时,这种结构调整也会影响我国粮食生产的水土资源消耗。本文系统测算了粮食"十连增"对我国水土资源利用的影响,并重点讨论了粮食内部种植结构调整在其中所发挥的作用。结果表明,过去十年来,结构调整共为我国粮食生产节省了10 150万亩的播种面积和310.6亿m3的水资源消耗。分区域来看,结构调整在东北、华北、华中、西南和西北地区发挥了较好的"节地又节水"作用,但在东南地区则体现为"节地但耗水"。粮食生产重心北移,北方高产但单位质量耗水量相对较低的玉米等粮食作物播种面积和比例的持续扩大,除推动全国粮食总产量增加以外,也一定程度缓解了北方地区水资源消耗的负担。但尽管如此,粮食"十连增"总体上仍进一步加剧了全国水土资源短缺的严峻形势。未来水土资源的刚性约束,使得我国粮食增产的压力持续扩大,且面临巨大的生态环境成本;而粮食生产结构调整的深入则会加剧不同粮食作物间供求不平衡的矛盾,同时也面临着国际市场贸易环境变化及国内外粮价相互传导所带来的诸多不确定性,因此,今后依靠结构调整进一步促进粮食增产且发挥节地节水作用的空间将会十分有限。综合来看,为实现中国粮食总量安全与结构平衡,一方面应当立足国内生产,提高水土资源的利用效率,挖掘低产粮食作物的单产潜力;另一方面也应考虑适度利用国际粮食市场,调剂与平衡国内农产品供需,以更好地保障国家粮食安全。     

城市食物-能源-水资源系统关联性研究:以北京市为例

食物、能源和水资源是人类生存和发展不可或缺、不可替代的基础性资源,三者之间存在错综复杂的关联关系。城市是社会经济与资源消耗的集聚地,也是食物、能源和水资源供需矛盾冲突最为激烈的区域,食物安全、化石能源枯竭和淡水资源短缺等全球性问题已成为未来城市可持续发展面临的最大挑战。系统分析与模拟城市食物-能源-水资源的供给、需求及其关联关系,对保障城市资源供给安全、推动资源系统管理具有重要的实践意义。文章基于Stella建模平台,构建了区域关联和要素关联耦合作用下城市食物、能源与水资源供需的动态模型,以北京市为例,定量模拟了2016—2035年食物-能源-水资源系统的动态变化及其关联特征。结果表明:(1)2035年,北京城市居民粮食需求量预计约216万t,肉类83万t,总能源需求量约9 165万tce,总需水量约46亿m~3,而由本地独立生产和供给的资源量仅分别为21万t、23万t、1 650万tce和33亿m~3,本地供需缺口都呈现增大趋势,必须依赖外部地区的资源投入满足本地需求。(2)食物-能源-水资源要素之间相互作用的绝对量增加且生产"外包"特征明显,本地食物-能源-水资源关联关系向运输、处理等供应链后端环节偏移。(3)要素关联关系上,食物与水资源的耦合作用最强,能源和食物的关联程度明显增大,水资源和能源的关联程度较稳定。区域关联关系上,食物-能源-水资源系统区域间关联性增强。(4)城市资源的系统管理需要综合考虑食物-能源-水资源供需过程中的多重权衡关系,建立多区域、多要素一体化的资源协同管理机制。     

能源结构优化对低碳山东的贡献潜力

优化能源结构降低碳强度是建立环境友好型、资源节约型低碳经济发展模式的有效途径之一。基于山东省总人口、地区生产总值、居民消费水平、能源生产量、工业产值占比等社会经济指标的历史数据和不同组合情景下的预测数据,研究了能源结构优化对低碳山东的贡献潜力问题。首先运用情景预测、GM(1,1)预测与多元回归组合预测模型对2013年到2020年的一次能源消费量及其相关变量进行了预测;其次,采用马尔可夫链模型预测了2013年到2020年山东省能源消费结构的变化趋势;最后,考虑到技术进步、经济结构以及产业结构等对碳强度目标的实现也具有显著作用,当将能源结构作为一个驱动因素分析其变化对实现碳强度目标的贡献时,需将其他因素的作用剔除,因此,本文重新界定了能源结构优化对碳强度目标"贡献潜力"的定义,即指不同能源结构调整幅度情景中碳强度的"下降幅度"相对于不调整时碳强度"下降幅度"的增加值与碳强度"目标下降幅度"的比值。并在此基础上,分9种组合情景评估了2020年能源结构优化对实现山东省碳强度目标的贡献潜力。结果表明:在相同的经济增速下,能源结构调整幅度越大,碳强度"下降幅度"越大,能源结构优化对碳强度目标的"贡献潜力"也越高;在相同的能源结构调整幅度下,经济增速越低,碳强度"下降幅度"越小,但是能源结构优化对碳强度目标的"贡献潜力"越高。在每种情景下能源结构优化对实现山东省碳强度目标均有一定的贡献潜力,但是,能源结构优化对实现山东省碳强度目标贡献潜力作用有限,即使在优化能源结构对碳强度目标"贡献潜力"最大的情景(大幅调整能源结构、经济低速增长)中,其贡献潜力也仅为10.953 3%。因此,能源结构优化对实现低碳山东有一定的贡献,但是仅靠能源结构优化无法完全实现碳强度目标,政府、企业及社会还需要采取产业结构调整、碳排放技术升级等措施。     

基于省际间粮食贸易的虚拟水综合效益分析

虚拟水概念丰富水资源的形态与内涵，其价值不仅表现在人口-粮食-贸易为纽带的虚拟水贸易上,还表现在其社会属性上。基于虚拟水的双重价值，结合全国粮食各地产消平衡数据,构建线性优化模型,估算我国粮食省际间贸易的虚拟水流动格局，从资源、经济、环境3方面出发分析虚拟水流动引发的综合效益。结果发现：我国粮食省际间贸易的虚拟水流动格局表现为北水南运的特点，同实体水的南水北调形成互补，水资源南北互通；资源效益而言，我国省际间粮食贸易的虚拟水流动格局在全国范围内共节约了152.96亿m3的水资源，占总的虚拟水流动量的15.79%，表面的水资源节约现象背后隐藏着缺水区输水给丰水区的反常现象以及广大富水地区水资源利用效率低下的严重问题；经济效益总体上是增加的，工业增加值为6.77万亿元。经济效益增加分布较为集中，经济效益减损分布较为分散，效益减损需要构建地区补偿机制；环境效益结果不佳，农作物绿水占用指数高的地区在透支当地农业生态绿水情况下大量输出虚拟水，将会对其陆地自然生态系统造成严重威胁并制约当地社会经济发展。根据结果得出政策启示，为水资源管理、区域发展及生态安全提供新思考：引入实体水与虚拟水结合的水资源管理方式；构建协调区域发展的虚拟水补偿机制；维持绿水与蓝水结构平衡的生态安全。 关键词： 省际间粮食贸易；虚拟水流动；资源效益；经济效益；环境效益     

农业结构调整对全国粮食安全的影响分析--以粮食主产区为例

基于粮食主产区农业发展及其结构调整中面临的问题分析，指出近5年来导致我国粮食产量持续下降的主要原因在于农业结构调整。大规模的“压粮扩经”趋势若不能有效控制，必将对国家粮食安全带来冲击。对2005-2010年我国粮食需求及粮食主产区占全国粮食产量比重进行测算．提出不同粮食自给率下国家粮食安全对粮食主产区粮食生产的目标要求。粮食主产区具有满足国家粮食安全产量需要的生产潜力。     

基于粮食-能源-水关联关系的风险管控研究进展

粮食、能源与水三者之间由于相互需求与相互影响,已形成了密切而复杂的关联关系,同时还给生态环境、自然资源、公众健康带来了潜在风险。因此基于关联关系的视角,利用综合的手段来对粮食-能源-水系统的风险进行分析和调控,对我国目前环境风险管理具有重要意义。本文在查阅相关研究成果的基础上,分别从两两关联、三者关联、三者关联系统相关的风险研究等方面对粮食-能源-水关联系统及相关风险的研究进展进行系统梳理和归纳总结,总结发现:已有研究较多关注两两之间关联性的定量测算和相关治理措施,缺乏将三者看作一个整体系统的量化研究,且基于流域层面等较小尺度的研究方法还相对不够成熟。在三者关联的风险研究方面,已有部分从能源-水关联角度开展的风险研究,但从三者整体关联系统角度开展的风险研究还比较少,且所选用的风险表征指标较为单一。另外,已有针对粮食-能源-水关联系统的研究仅仅是单向的风险评估,还缺乏根据风险评估结果对三者关联系统进行动态反馈调控等内容。在此基础上,本文提出基于粮食-能源-水关联系统的风险管控研究框架及核心研究议题,主要包括构建粮食、能源、水三者之间的耦合模型;通过量化耦合系统产生的压力和污染,运用多指标表征耦合系统所带来的风险,进而建立粮食-能源-水关联系统与风险的关联传导机制;并基于风险评估结果和风险管理的关联关系建立动态调节与反馈机制,从而为基于粮食-能源-水关联的区域环境风险管控提供科学依据。     

经济结构变化对中国能源消费的影响分析

本文从能源强度和能源消费增量分解双向入手,兼顾产业部门、行业部门结构,剖析1996-2011年我国经济结构变化对能源消费的影响。分析表明:第三产业快速发展减缓了产业部门结构变化对能源消费的促进作用,重点耗能行业经济增速下降使行业部门结构变化转向节能。我国目前快速的城市化进程、出口依赖型经济、地方政府经济利益的追求都使重化工业化趋势愈加明显,严重制约经济结构的调整。"十一五"期间,加快服务业发展、淘汰落后产能的政策成效显著,但应对经济周期性波动的积极财政政策,在短期内拉动了重点耗能行业的增长,造成产能过剩和资源浪费,阻碍了经济结构的调整。现阶段经济结构调整应当控制经济增速,构建消费主导模式,加快生产性服务业的发展及多层次推进工业结构优化调整。