李良　畢軍　周元春

摘要

糧食、能源與水三者之間由于相互需求與相互影響，已形成了密切而復(fù)雜的關(guān)聯(lián)關(guān)系，同時(shí)還給生態(tài)環(huán)境、自然資源、公眾健康帶來(lái)了潛在風(fēng)險(xiǎn)。因此基于關(guān)聯(lián)關(guān)系的視角，利用綜合的手段來(lái)對(duì)糧食-能源-水系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析和調(diào)控，對(duì)我國(guó)目前環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)管理具有重要意義。本文在查閱相關(guān)研究成果的基礎(chǔ)上，分別從兩兩關(guān)聯(lián)、三者關(guān)聯(lián)、三者關(guān)聯(lián)系統(tǒng)相關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)研究等方面對(duì)糧食-能源-水關(guān)聯(lián)系統(tǒng)及相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)的研究進(jìn)展進(jìn)行系統(tǒng)梳理和歸納總結(jié)，總結(jié)發(fā)現(xiàn)：已有研究較多關(guān)注兩兩之間關(guān)聯(lián)性的定量測(cè)算和相關(guān)治理措施，缺乏將三者看作一個(gè)整體系統(tǒng)的量化研究，且基于流域?qū)用娴容^小尺度的研究方法還相對(duì)不夠成熟。在三者關(guān)聯(lián)的風(fēng)險(xiǎn)研究方面，已有部分從能源-水關(guān)聯(lián)角度開展的風(fēng)險(xiǎn)研究，但從三者整體關(guān)聯(lián)系統(tǒng)角度開展的風(fēng)險(xiǎn)研究還比較少，且所選用的風(fēng)險(xiǎn)表征指標(biāo)較為單一。另外，已有針對(duì)糧食-能源-水關(guān)聯(lián)系統(tǒng)的研究?jī)H僅是單向的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，還缺乏根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果對(duì)三者關(guān)聯(lián)系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)反饋調(diào)控等內(nèi)容。在此基礎(chǔ)上，本文提出基于糧食-能源-水關(guān)聯(lián)系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)管控研究框架及核心研究議題，主要包括構(gòu)建糧食、能源、水三者之間的耦合模型；通過(guò)量化耦合系統(tǒng)產(chǎn)生的壓力和污染，運(yùn)用多指標(biāo)表征耦合系統(tǒng)所帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)，進(jìn)而建立糧食-能源-水關(guān)聯(lián)系統(tǒng)與風(fēng)險(xiǎn)的關(guān)聯(lián)傳導(dǎo)機(jī)制；并基于風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果和風(fēng)險(xiǎn)管理的關(guān)聯(lián)關(guān)系建立動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)與反饋機(jī)制，從而為基于糧食-能源-水關(guān)聯(lián)的區(qū)域環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)管控提供科學(xué)依據(jù)。

關(guān)鍵詞糧食-能源-水關(guān)聯(lián)；文獻(xiàn)分析；風(fēng)險(xiǎn)管控

中圖分類號(hào)X321

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào)1002-2104（2018）07-0085-08DOI：10.12062/cpre.20180203

糧食、能源、水是維系人類生存，維持社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的重要因素，三者之間存在緊密而復(fù)雜的關(guān)系。能源生產(chǎn)過(guò)程，如化石燃料開采加工、生物質(zhì)燃料種植灌溉、發(fā)電冷卻等都需要大量的水資源，同時(shí)，生物質(zhì)能的發(fā)展也會(huì)對(duì)農(nóng)業(yè)部門產(chǎn)生影響；對(duì)于農(nóng)業(yè)部門，糧食生產(chǎn)與收獲過(guò)程中離不開水資源與能源的支撐；對(duì)于水系統(tǒng)，海水淡化、淡水處理、分配傳輸、回收再生過(guò)程需要能源，水生態(tài)環(huán)境也會(huì)受到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)行為的影響。李桂君等[1]從可持續(xù)發(fā)展領(lǐng)域資源管理新視角出發(fā)，對(duì)三者關(guān)聯(lián)關(guān)系從概念界定、背景與發(fā)展階段、關(guān)聯(lián)關(guān)系描述等角度進(jìn)行了詳細(xì)探討，并對(duì)未來(lái)的研究視角、維度和工具等提出了建議。值得注意的是，三者間的關(guān)聯(lián)關(guān)系不僅造成了三種資源使用過(guò)程中的權(quán)衡取舍與沖突協(xié)調(diào)，還會(huì)對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)與環(huán)境等外部系統(tǒng)產(chǎn)生影響。其中，關(guān)聯(lián)關(guān)系對(duì)生態(tài)環(huán)境、自然資源、公眾健康帶來(lái)的潛在風(fēng)險(xiǎn)是值得關(guān)注的問(wèn)題。而且，伴隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展，人類對(duì)糧食、能源、水等資源需求的不斷上升，相關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題還會(huì)進(jìn)一步放大。因此，為了深度剖析糧食-能源-水系統(tǒng)內(nèi)部的風(fēng)險(xiǎn)，本文對(duì)國(guó)內(nèi)外三者關(guān)聯(lián)研究和從三者關(guān)聯(lián)開展的風(fēng)險(xiǎn)研究現(xiàn)狀進(jìn)行了系統(tǒng)梳理，并提出了基于關(guān)聯(lián)觀的區(qū)域健康風(fēng)險(xiǎn)管控的理論研究框架，希望為未來(lái)的三者關(guān)聯(lián)研究提供新的視角，為資源可持續(xù)利用與風(fēng)險(xiǎn)管理明確提供科學(xué)支撐。

1能源-水關(guān)聯(lián)研究

能源-水關(guān)聯(lián)方面的研究起步較早，2002年已有研究分別對(duì)印度各終端消費(fèi)部門的能源與水資源供給和需求程度以及加利福尼亞地區(qū)能源和水資源在農(nóng)業(yè)、工業(yè)和生活部門之間的競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系進(jìn)行探究，從而探索促進(jìn)能源與水資源節(jié)約的可持續(xù)發(fā)展路徑[2-3]。之后，研究成果數(shù)量逐年遞增，早期研究以對(duì)能源和水資源兩者關(guān)系的梳理居多，并較多以國(guó)家尺度進(jìn)行案例分析[4-6]。2011年以來(lái)，能源-水關(guān)聯(lián)方面的研究成果大幅增加，越來(lái)越關(guān)注流域、城市等更小尺度[7-9]或全球尺度[10-11]的能源和水資源的定量化評(píng)估。截至2017年底，從全球范圍來(lái)看中國(guó)學(xué)者的研究成果數(shù)量排名第二，僅次于美國(guó)。

對(duì)已有研究成果的引證關(guān)系梳理發(fā)現(xiàn)，本地引用量最高的文章為2011年Scott等[12]的研究，研究以美國(guó)為案例進(jìn)行分析，梳理出當(dāng)?shù)氐哪芩?jìng)爭(zhēng)關(guān)系，并探索相關(guān)管理者對(duì)能源與水資源的管理模式，同時(shí)識(shí)別出利益相關(guān)者的決策偏好，最終提出需要加強(qiáng)美國(guó)能源與水資源的協(xié)同管理，促進(jìn)區(qū)域協(xié)作。該研究從政策制定和機(jī)構(gòu)職能角度為國(guó)家和地方管理者協(xié)同管理能源和水資源提供了決策借鑒。之后，該學(xué)者又結(jié)合氣候變化探討能水系統(tǒng)受到的影響以及政府的適應(yīng)性策略[13-14]。本地引用量次高的文章是2009年Sovacool等[15]從人口增長(zhǎng)、發(fā)電產(chǎn)能擴(kuò)張、夏季干旱加劇三個(gè)驅(qū)動(dòng)因素出發(fā)，量化美國(guó)22個(gè)州的水資源短缺程度，并進(jìn)行州際差異比較。該研究將能源作為影響因素之一，探討其對(duì)地區(qū)水資源的單向影響，為之后能源-水關(guān)聯(lián)的量化研究提供了思路。本地引用量第三、四的文章都是從生命周期（Life Cycle Assessment， LCA）的角度運(yùn)用投入產(chǎn)出方法進(jìn)行的量化研究，分別為對(duì)中國(guó)36個(gè)經(jīng)濟(jì)部門單位產(chǎn)值能耗、水耗的計(jì)算[5]，以及對(duì)中國(guó)能源部門全過(guò)程用水量的計(jì)算，并展現(xiàn)能源部門用水的省際差異，最后還構(gòu)建了簡(jiǎn)單的指標(biāo)表征能源用水對(duì)人群健康和生態(tài)系統(tǒng)的影響[16]。這兩篇文章體現(xiàn)出在能源-水關(guān)聯(lián)的量化研究中學(xué)者們比較常用的思路和方法。

總體看來(lái)，目前能源-水關(guān)聯(lián)方面的研究主要關(guān)注以下三點(diǎn)：①以特定區(qū)域?yàn)檠芯繉?duì)象，核算或預(yù)測(cè)能源生產(chǎn)、加工轉(zhuǎn)換等過(guò)程中的用水量或水系統(tǒng)全過(guò)程中的能源消耗量[17-19]；②結(jié)合全球電力貿(mào)易或國(guó)內(nèi)電力傳輸，研究能源貿(mào)易中虛擬水流動(dòng)及造成的水資源壓力轉(zhuǎn)移[20-21]；③結(jié)合氣候變化或污染防治背景，探究水資源約束下電力系統(tǒng)的長(zhǎng)效規(guī)劃，如發(fā)電裝機(jī)規(guī)劃和發(fā)電結(jié)構(gòu)優(yōu)化[22-23]。

2糧食-水耦合研究

農(nóng)業(yè)作為全世界最大的水資源消耗部門，淡水使用量占到了全球淡水使用量的70%，同時(shí)，隨著世界人口的持續(xù)增加，人類對(duì)食物的需求與日俱增。預(yù)測(cè)表明，2015年到2050年，人類對(duì)食物的需求將上升70%左右[17]。因此，一直以來(lái)糧食-水耦合研究都受到學(xué)界的重視，其中大量的研究關(guān)注于食物生產(chǎn)和消費(fèi)過(guò)程中的水足跡問(wèn)題，貿(mào)易中隱含的虛擬水問(wèn)題以及未來(lái)糧食生產(chǎn)的需水量預(yù)測(cè)。

國(guó)外對(duì)食物水足跡的研究較早，2009年，Khan等[24]綜合了發(fā)表在頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊上的相關(guān)文獻(xiàn)對(duì)全球糧食生產(chǎn)的水足跡進(jìn)行了評(píng)估。Gheewala等[25]對(duì)泰國(guó)不同地區(qū)種植的10種主要作物的水足跡進(jìn)行了研究，通過(guò)水分脅迫指數(shù)和水分匱乏潛力指標(biāo)評(píng)估了不同地區(qū)/流域作物用水的影響，并提出了關(guān)于未來(lái)可持續(xù)作物生產(chǎn)的建議。此外還有許多國(guó)外學(xué)者專門針對(duì)國(guó)際食物援助活動(dòng)和食物浪費(fèi)過(guò)程中的水足跡開展研究，以及對(duì)不同水足跡計(jì)算方法進(jìn)行比較[26-27]。國(guó)內(nèi)在食物水足跡方面也開展了大量研究，吳燕等[28]在生態(tài)足跡和水足跡理論和模型的基礎(chǔ)上，根據(jù)北京市的現(xiàn)狀，重新計(jì)算了均衡因子和單位質(zhì)量虛擬水含量等模型關(guān)鍵參數(shù)，計(jì)算和分析了北京市居民食物消耗的生態(tài)足跡和水足跡。田園宏等[29]基于彭曼公式對(duì)單種糧食作物綠水和藍(lán)水水足跡值進(jìn)行計(jì)算，介紹了省際范圍、國(guó)內(nèi)生產(chǎn)、國(guó)際貿(mào)易以及國(guó)內(nèi)消費(fèi)水足跡值的計(jì)算方法，測(cè)算了1978—2010年5種主要糧食作物的上述4種水足跡值。此外，水足跡方法在黑龍江、寧夏、云南等地區(qū)都得到了應(yīng)用[30-32]。

隨著經(jīng)濟(jì)全球化和世界貿(mào)易的發(fā)展，糧食貿(mào)易中隱含的虛擬水逐漸受到學(xué)界重視。柳長(zhǎng)順等[33]認(rèn)為，虛擬水貿(mào)易可以為中國(guó)未來(lái)糧食缺口提供一種解決方案。糧食貿(mào)易中虛擬水問(wèn)題的研究主要基于投入產(chǎn)出方法，目前，國(guó)內(nèi)的研究主要集中在對(duì)缺水地區(qū)省際糧食貿(mào)易隱含的虛擬水貿(mào)易研究和虛擬水貿(mào)易影響因素的分析[34]。對(duì)于未來(lái)糧食生產(chǎn)需水量的預(yù)測(cè)研究，則主要采用相關(guān)的糧食生產(chǎn)與水資源預(yù)測(cè)耦合模型開展不同尺度（全球、國(guó)家、區(qū)域）研究。如Mu等[35]利用國(guó)家層級(jí)的糧食安全模型PODIUMSim預(yù)測(cè)了中國(guó)在2030年和2050年的糧食盈余/赤字情況及相關(guān)的水資源影響。Grafton等[36]采用自下而上的模型方法對(duì)不同情景下19個(gè)國(guó)家2010—2050年的灌溉用水及糧食產(chǎn)量進(jìn)行了預(yù)測(cè)。

3糧食-能源關(guān)聯(lián)研究

相對(duì)而言，糧食-能源關(guān)聯(lián)方面的研究較少，該領(lǐng)域的研究可以被分為兩大方向，食物生產(chǎn)消費(fèi)過(guò)程中的能源消耗，以及農(nóng)業(yè)部門提供的生物質(zhì)能。

事實(shí)上，當(dāng)代農(nóng)業(yè)屬于能源密集型產(chǎn)業(yè)。能源消耗活動(dòng)分布在糧食生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)，包括農(nóng)場(chǎng)、田地間的直接能源消耗以及在農(nóng)業(yè)設(shè)備、化肥和農(nóng)藥等方面的間接能源消耗。據(jù)統(tǒng)計(jì)，糧食系統(tǒng)的能源消耗占到了世界可用能源的30%[37]。因此，如何通過(guò)創(chuàng)新的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式和技術(shù)來(lái)提高能源利用率逐步成為學(xué)者們的研究熱點(diǎn)。如Nadal等[38]的研究對(duì)地中海環(huán)境下的全面整合式屋頂溫室的能耗及環(huán)境影響進(jìn)行了評(píng)估，Xydis等[39]研究了郊區(qū)小型水培農(nóng)業(yè)與風(fēng)電系統(tǒng)的耦合效果，提出了一個(gè)綜合的糧食-能源關(guān)聯(lián)途徑。

在生物質(zhì)能研究方面，學(xué)者們主要關(guān)注生物質(zhì)能作物種植的經(jīng)濟(jì)分析及其與糧食生產(chǎn)的關(guān)系。Mantziaris等[40]分析了3種多年生能源作物芒草、蘆竹和楊樹的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)，識(shí)別出了其中利潤(rùn)最高的能源作物。Algieri[41]考察了生物燃料及其他經(jīng)濟(jì)金融因素對(duì)糧食價(jià)格的影響，結(jié)果認(rèn)為生物能源市場(chǎng)對(duì)糧食市場(chǎng)具有顯著影響，需要謹(jǐn)慎制定合理的生物燃料政策以避免引發(fā)燃料和糧食的沖突。Ozturk[42]利用12個(gè)國(guó)家2000—2013年的數(shù)據(jù)，使用索洛增長(zhǎng)模型考察了生物燃料消費(fèi)與生產(chǎn)之間的相互關(guān)系以及若干國(guó)家層面的社會(huì)經(jīng)濟(jì)和環(huán)境可持續(xù)性指標(biāo)，結(jié)果表明環(huán)境指標(biāo)隨著生物燃料使用的增加而增加，也減少了森林枯竭的速度。除了傳統(tǒng)的計(jì)量等經(jīng)濟(jì)方法外，還有一部分學(xué)者采用土地利用模型來(lái)模擬糧食需求、生物質(zhì)能和森林保存之間的相互作用，從而試圖預(yù)測(cè)在未來(lái)不同情境下區(qū)域和全球的糧食生產(chǎn)和土地利用變化。如Souty等[43]的研究將生物物理學(xué)和經(jīng)濟(jì)學(xué)結(jié)合起來(lái)，形成了一個(gè)統(tǒng)一的框架用于計(jì)算12個(gè)地區(qū)內(nèi)作物產(chǎn)量，糧食價(jià)格以及由此產(chǎn)生的牧場(chǎng)和耕地面積，并通過(guò)國(guó)際貿(mào)易相互關(guān)聯(lián)。

4糧食-能源-水關(guān)聯(lián)研究

4.1糧食-能源-水關(guān)聯(lián)研究

2011年11月，德國(guó)聯(lián)邦政府在波恩召開了“水-能源-糧食安全紐帶關(guān)系”會(huì)議，提出糧食、能源、水資源是一個(gè)復(fù)雜的關(guān)聯(lián)系統(tǒng)，研究需要從耦合而非孤立的角度開展。此后糧食-能源-水關(guān)聯(lián)的研究成果數(shù)量逐年增加，2015年起文獻(xiàn)發(fā)表數(shù)量激增，目前該話題已成為當(dāng)今研究熱點(diǎn)之一。從全球范圍來(lái)看，中國(guó)學(xué)者的研究成果數(shù)量排在全球第四位，次于美國(guó)、英國(guó)和德國(guó)。

2011年，Bazilian等[44]構(gòu)建了糧食-能源-水關(guān)聯(lián)研究框架CLEW模型，成為該領(lǐng)域的奠基成果。CLEW模型綜合考慮了氣候變化、土地利用等因素，并結(jié)合LEAP、WEAP、AEZ等能源、水文、農(nóng)業(yè)模型進(jìn)行系統(tǒng)研究。通過(guò)文獻(xiàn)梳理發(fā)現(xiàn)，該領(lǐng)域絕大部分研究集中于糧食-能源-水關(guān)聯(lián)研究方法學(xué)的探索，如Bassel等[45]在前人研究基礎(chǔ)上構(gòu)建了WEF Nexus Tool 2.0用于優(yōu)化未來(lái)各發(fā)展情景下三種資源的分配；Lucia等[46]從水資源保護(hù)的角度出發(fā)提出跨流域糧食、能源、水資源的協(xié)同管理方法。此外，世界糧農(nóng)組織（FAO）[47]基于糧食安全和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的角度于2014年提出糧食-能源-水耦合決策框架，促進(jìn)資源節(jié)約和可持續(xù)發(fā)展。近兩年該領(lǐng)域開始出現(xiàn)三者的定量化研究，如Vora等[48]量化了美國(guó)糧食州際貿(mào)易過(guò)程中的虛擬灌溉水量，并進(jìn)一步計(jì)算虛擬灌溉水中的隱含能耗量。Sherwood等[49]核算了美國(guó)各城市的糧食產(chǎn)量以及三產(chǎn)部門各自的能耗、水耗量，并進(jìn)行空間差異比較。

總體看來(lái)，糧食-能源-水關(guān)聯(lián)研究主要關(guān)注以下三點(diǎn)：①大量研究集中于三者關(guān)聯(lián)關(guān)系的定性探討和研究框架的探索[50-51]；②從彈性的角度探究三者關(guān)聯(lián)系統(tǒng)的內(nèi)部平衡，以及關(guān)聯(lián)系統(tǒng)的擾動(dòng)對(duì)人類、生態(tài)、環(huán)境的影響[52-53]；③較少的定量化研究[54-55]。

4.2糧食-能源-水-氣候變化關(guān)聯(lián)研究

糧食-能源-水關(guān)聯(lián)系統(tǒng)容易受到氣候因素的影響，一般認(rèn)為，氣候變化可能會(huì)影響能源與糧食生產(chǎn)的效率，導(dǎo)致全球整體可獲得的淡水資源量的下降。因此許多糧食-能源-水關(guān)聯(lián)模型都會(huì)將氣候相關(guān)因素考慮在內(nèi)?？傮w來(lái)看，學(xué)者們較多從氣候變化對(duì)降水、徑流和水溫等水文要素的影響出發(fā)，探討由氣候變化影響的水資源要素的相關(guān)變化對(duì)能源、農(nóng)業(yè)部門生產(chǎn)活動(dòng)的影響。在能源部門方面，目前的研究主要關(guān)注于氣候變化引起的電廠冷卻用水影響，能源提取和加工過(guò)程用水影響以及生物質(zhì)能灌溉用水方面的影響。如Yang等[56]提出了一個(gè)新的流域水利經(jīng)濟(jì)水系模型，研究了可能的氣候變化及其他因素對(duì)南亞布拉馬普特拉河流域沿岸國(guó)家未來(lái)的能源和糧食生產(chǎn)供水的影響。Zeng等[57]分析氣候變量對(duì)水電和農(nóng)業(yè)灌溉關(guān)系的影響。另一方面，由于較高的潛在蒸發(fā)水平導(dǎo)致的水庫(kù)蒸發(fā)損失增加和灌溉需求增加可能會(huì)加劇灌溉和水電之間的矛盾。而農(nóng)業(yè)部門則更多探討在氣候變化背景下創(chuàng)新農(nóng)業(yè)的節(jié)能節(jié)水措施，地區(qū)間農(nóng)產(chǎn)品交易以及農(nóng)產(chǎn)品空間和結(jié)構(gòu)分布變化等的應(yīng)對(duì)措施[58-60]。

然而更多的研究并沒(méi)有深入分析氣候變化對(duì)糧食-能源-水關(guān)聯(lián)系統(tǒng)的直接影響機(jī)理，而是將其作為與糧食、能源或水資源管理相關(guān)的政策制定依據(jù)間接對(duì)三者的關(guān)聯(lián)系統(tǒng)產(chǎn)生影響，如Damerau等[61]探討了在氣候變化等其他影響因素變化的背景下農(nóng)業(yè)和能源部門一系列可能的消費(fèi)模式變化趨勢(shì)，及這種趨勢(shì)對(duì)農(nóng)業(yè)和能源部門的間接影響和對(duì)全球水資源的影響。

4.3糧食-能源-水-風(fēng)險(xiǎn)關(guān)聯(lián)研究

本文發(fā)現(xiàn)糧食-能源-水三者關(guān)聯(lián)關(guān)系會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境、自然資源、公眾健康帶來(lái)潛在的風(fēng)險(xiǎn)，如圖1所示。為了剖析三者關(guān)聯(lián)系統(tǒng)所帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)，本文對(duì)國(guó)內(nèi)外從三者關(guān)聯(lián)角度開展的風(fēng)險(xiǎn)研究進(jìn)行了梳理分析。文獻(xiàn)分析的結(jié)果表明，目前關(guān)注糧食-能源-水關(guān)聯(lián)系統(tǒng)潛在風(fēng)險(xiǎn)的研究非常少，已有的研究都集中在近三年間（2015—2017年），整個(gè)領(lǐng)域處于剛剛起步的初級(jí)階段，并且相關(guān)的研究主要集中在歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家，目前針對(duì)中國(guó)的研究成果還比較缺乏。

目前的研究主要分為理論研究和實(shí)證研究?jī)深悺Ｔ诶碚撗芯糠矫?，主要關(guān)注糧食-能源-水關(guān)聯(lián)系統(tǒng)與風(fēng)險(xiǎn)的定性關(guān)系。而其中大部分理論研究并沒(méi)有提出系統(tǒng)完整的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估框架[52，62-63]，僅有少數(shù)研究初步構(gòu)建了理論模型框架[64-65]，比如：Lal[64]系統(tǒng)梳理和構(gòu)建了基于糧食-能源-水關(guān)聯(lián)系統(tǒng)的水短缺風(fēng)險(xiǎn)產(chǎn)生的過(guò)程框架；Jarvie等[65]分析和構(gòu)建了磷元素對(duì)糧食-能源-水關(guān)聯(lián)系統(tǒng)安全的影響框架。但現(xiàn)有關(guān)于三者關(guān)聯(lián)系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估問(wèn)題的理論研究都處于比較宏觀的層次，缺乏切實(shí)可行的方法學(xué)支撐。

另有一部分學(xué)者針對(duì)糧食-能源-水耦合系統(tǒng)中的風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題開展了實(shí)證研究。但其中大部分研究?jī)H使用單一指標(biāo)來(lái)表征環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，比如：MillerRobbie等[66]采用生命周期評(píng)價(jià)的方法核算了糧食-能源-水關(guān)聯(lián)系統(tǒng)的溫室氣體排放量；Moore等[67]將糧食-能源-水關(guān)聯(lián)系統(tǒng)中的各個(gè)要素、部門分解到網(wǎng)格，并按照其耗水量和對(duì)應(yīng)地區(qū)的水資源徑流量核算了地區(qū)的水短缺風(fēng)險(xiǎn)等。也有考慮多種風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)的研究，比如：HatfieldDodds等[68]根據(jù)糧食-能源-水耦合框架，在不同的情景下采用九個(gè)相互鏈接的區(qū)域模型，分析了澳大利亞自然生境的損失、水資源的壓力和溫室氣體的排放；Ramaswami等[55]采用環(huán)境足跡的方法從城市系統(tǒng)的角度分析了糧食-能源-水關(guān)聯(lián)系統(tǒng)的溫室氣體排放和水短缺風(fēng)險(xiǎn)等。

總體上考慮，現(xiàn)有研究關(guān)注的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)主要為溫室氣體排放[55，66，68]和水資源短缺[55，67-68]兩類。然而，除了溫室氣體排放和水資源短缺以外，針對(duì)糧食-能源-水關(guān)聯(lián)系統(tǒng)中單一要素的研究已經(jīng)證明，它們還會(huì)產(chǎn)生如大氣污染[69]、水污染[70]、熱污染[71]等多重環(huán)境影響，并且三種資源的短缺也會(huì)對(duì)社會(huì)、人群、生態(tài)系統(tǒng)等多維度產(chǎn)生壓力[72-74]。但目前對(duì)糧食-能源-水耦合系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)研究的指標(biāo)設(shè)計(jì)較為單一，還遠(yuǎn)遠(yuǎn)無(wú)法體現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)的多維性和特異性，并且更多考慮的是對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的影響，對(duì)健康風(fēng)險(xiǎn)的研究還比較欠缺。

5研究總結(jié)與展望

對(duì)已有研究成果的總結(jié)發(fā)現(xiàn)糧食-能源-水關(guān)聯(lián)研究方面還存在一些不足：如針對(duì)三者關(guān)聯(lián)系統(tǒng)的定量化研究還非常少，已有研究較多集中于兩兩關(guān)聯(lián)性的測(cè)算與相關(guān)管理措施由于關(guān)聯(lián)關(guān)系導(dǎo)致的“溢出”效應(yīng)，缺乏將三者看作一個(gè)整體系統(tǒng)的量化研究。另外，已有研究較多集中在洲際層面或國(guó)家層面，近期已經(jīng)出現(xiàn)了基于流域?qū)用娴雀〕叨鹊难芯?，但方法相?duì)還不夠成熟。同時(shí)，已有部分研究從能源-水關(guān)聯(lián)的角度進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)研究，但從三者關(guān)聯(lián)的角度開展的風(fēng)險(xiǎn)研究還較少，且所選用風(fēng)險(xiǎn)表征指標(biāo)較為單一。此外，現(xiàn)有針對(duì)糧食-能源-水關(guān)聯(lián)系統(tǒng)的研究?jī)H僅是單向的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，還未包含根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)反饋調(diào)控等內(nèi)容。因此，在對(duì)研究現(xiàn)狀總結(jié)的基礎(chǔ)上，本文提出新的研究思路：從糧食-能源-水關(guān)聯(lián)的角度量化關(guān)聯(lián)系統(tǒng)對(duì)區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)帶來(lái)的壓力及其引致的人群健康和生態(tài)系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)，并基于風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果對(duì)關(guān)聯(lián)系統(tǒng)進(jìn)行科學(xué)、合理地反饋與調(diào)控，緩解潛在沖突，實(shí)現(xiàn)整體收益最優(yōu)。而為了實(shí)現(xiàn)這一研究目標(biāo)，幾個(gè)系統(tǒng)之間耦合的模型框架還需要進(jìn)一步完善，壓力與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)與方法需要識(shí)別與構(gòu)建。同時(shí)，考慮到糧食、水資源、能源等在區(qū)域?qū)用娴娘@著特征，以及相關(guān)研究數(shù)據(jù)的可得性，應(yīng)該基于區(qū)域?qū)用骈_展大量的實(shí)證研究工作。

首先，在三者關(guān)聯(lián)定量化研究方面，應(yīng)該構(gòu)建糧食-能源-水關(guān)聯(lián)系統(tǒng)耦合模型。現(xiàn)有研究在兩兩關(guān)聯(lián)的定量化表征工具方面取得了一些進(jìn)展。將能源模型、水資源模型以及糧食模型分別進(jìn)行耦合，對(duì)相關(guān)關(guān)聯(lián)關(guān)系進(jìn)行表征的同時(shí)還可以對(duì)外部社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)（如貿(mào)易）及相關(guān)資源管理政策的擾動(dòng)進(jìn)行模擬。但是想要表征完整的三者之間的動(dòng)態(tài)關(guān)聯(lián)系統(tǒng)及其與外部社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的反饋機(jī)制，現(xiàn)有的研究工具還需要進(jìn)一步完善。因此，將能源模型、水資源模型、糧食模型以及氣候變化等模型進(jìn)行耦合，理清不同模型之間的輸入與輸出關(guān)系，明確不同模型之間的鏈接模塊，如圖2所示，可以水資源為核心，選取受到氣候變化影響而發(fā)生擾動(dòng)的指標(biāo)（如氣溫、光照、降水、徑流等）作為與糧食模型和能源模型之間的鏈接，再結(jié)合農(nóng)業(yè)政策和能源政策分析糧食模型和能源模型的輸出（如糧食生產(chǎn)過(guò)程中的化肥施用量、灌溉用水量以及能源生產(chǎn)過(guò)程中的大氣污染物排放量、取水量）與污控目標(biāo)、減排目標(biāo)和水資源總量控制目標(biāo)的可達(dá)性。并確定不同類型調(diào)控手段的傳導(dǎo)機(jī)制與影響評(píng)估方法，有效支撐相關(guān)研究的開展。

其次，建立糧食-能源-水關(guān)聯(lián)系統(tǒng)與風(fēng)險(xiǎn)的關(guān)聯(lián)傳導(dǎo)機(jī)制。如圖3所示，系統(tǒng)識(shí)別關(guān)聯(lián)系統(tǒng)對(duì)于生態(tài)環(huán)境和人群健康產(chǎn)生的環(huán)境污染及環(huán)境資源壓力及風(fēng)險(xiǎn)傳導(dǎo)機(jī)制；選取相應(yīng)的大氣污染、水污染、熱污染、溫室氣體等環(huán)境污染指標(biāo)，以及能源壓力、糧食壓力和水資源壓力等環(huán)境資源壓力指標(biāo)，結(jié)合區(qū)域自然特征，建立擴(kuò)散模型模擬大氣污染物和水污染物等在時(shí)空上的分配。最后，識(shí)別出包括生理健康風(fēng)險(xiǎn)和心理健康風(fēng)險(xiǎn)等在內(nèi)的人群健康風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)以及生態(tài)系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)，構(gòu)建基于人群健康風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)和生態(tài)系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)的風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)體系及多元風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估框架與方法，并與污染擴(kuò)散模型進(jìn)行耦合，將污染模擬的結(jié)果作為輸入進(jìn)行區(qū)域壓力與風(fēng)險(xiǎn)的定量評(píng)估。

最后，構(gòu)建基于風(fēng)險(xiǎn)管理的關(guān)聯(lián)關(guān)系的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)與反饋機(jī)制。在將多元風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與污染擴(kuò)散耦合的基礎(chǔ)上進(jìn)一步與糧食-能源-水關(guān)聯(lián)系統(tǒng)進(jìn)行耦合，并根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)的大小、屬性、偏好、時(shí)空分布等特性，結(jié)合不同區(qū)域與部門的管理需求，以優(yōu)先管理和全過(guò)程管控的思想對(duì)糧食-能源-水關(guān)聯(lián)系統(tǒng)的管理目標(biāo)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整優(yōu)化，為區(qū)域風(fēng)險(xiǎn)管控提供新的視角，為實(shí)現(xiàn)跨部門的風(fēng)險(xiǎn)治理提供技術(shù)支持。

（編輯：李琪）

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