鄭人瑞，唐金榮，金 璽

(1.中國地質(zhì)調(diào)查局發(fā)展研究中心，北京 100037；2.中國地質(zhì)調(diào)查局，北京 100037)

水、能源和糧食是人類賴以生存的三大基本要素，任何一個要素出現(xiàn)問題都會深刻影響國家經(jīng)濟社會發(fā)展及政權(quán)穩(wěn)定，因此，世界各國都將水安全、能源安全和糧食安全列入國家安全重要領(lǐng)域，采取多種措施應(yīng)對單一安全所面臨的風(fēng)險。但水、能源和糧食三者卻是相互關(guān)聯(lián)，直接影響著彼此。正如蘭德公司高級政策研究員H H Willis指出,“當我們討論目前全球所面臨的最大的風(fēng)險時，糧食、水和能源三者中任何一個都有可能被擺在首位。但是，三者實際上是相關(guān)聯(lián)的，要種植食物，就需要澆灌，而澆灌是需要消耗能源以驅(qū)動泵機的”[1]。這種復(fù)雜的關(guān)聯(lián)關(guān)系越來越多地得到國際社會的關(guān)注，并被稱為“水-能源-糧食的紐帶關(guān)系”(以下簡稱紐帶關(guān)系)。本文在系統(tǒng)跟蹤紐帶關(guān)系研究進展的基礎(chǔ)上，嘗試從地球科學(xué)的角度來認知三者間復(fù)雜的關(guān)系，并系統(tǒng)總結(jié)應(yīng)對紐帶關(guān)系的地球科學(xué)解決方案。

1 紐帶關(guān)系的提出與發(fā)展

1.1 紐帶關(guān)系提出的背景

水、能源和糧食之間相互關(guān)聯(lián)關(guān)系在自然資源利用領(lǐng)域中首次引用是在1983年聯(lián)合國大學(xué)開展的“食物-能源聯(lián)系”項目中，當時是為了更好地認識發(fā)展中國家所面臨的食物和能源挑戰(zhàn)。最近幾年，受全球人口爆發(fā)式增長、工業(yè)化進程加快和氣候變化加劇等因素影響，三者間紐帶關(guān)系越來越清晰地表現(xiàn)出來，而針對其研究也成為一個全球性的研究議題。首先，隨著全球人口的不斷攀升，對能源、糧食和水同時產(chǎn)生巨大需求。據(jù)預(yù)計，2050年全球人口規(guī)模將達到96億，屆時全球水資源需求、能源需求和糧食需求將分別增加55%、80%和60%[2]。其次，隨著發(fā)展中國家工業(yè)化進程加速，全球進入資源緊張競爭時代。過去，發(fā)達國家在工業(yè)化完成的過程中，消耗了全球80%的能源資源，但也只是實現(xiàn)了全球10%的人口的工業(yè)化和城鎮(zhèn)化；現(xiàn)在，隨著中國、印度和東盟等發(fā)展中國家和地區(qū)工業(yè)化進程的加速，要實現(xiàn)的是全球70%人口的工業(yè)化和城鎮(zhèn)化，所面臨的能源資源約束問題將日益嚴峻。同時，全球氣候變化政治化及生態(tài)環(huán)境惡化，致使三種資源相互關(guān)系復(fù)雜化。全球氣候變化談判的實質(zhì)是世界各國發(fā)展權(quán)之爭，在應(yīng)對氣候變化的大旗下，全球陷入了“需要更多能源、更少二氧化碳；更多綠色糧食，更少污染食品；更多清潔用水，更少污染用水”的境地。在應(yīng)對全球生態(tài)環(huán)境問題、氣候變化加劇的挑戰(zhàn)下，統(tǒng)籌水、能源和糧食安全和環(huán)境保護的協(xié)調(diào)性任務(wù)將更加艱巨。

1.2 紐帶關(guān)系研究的進展

從全球范圍來看，紐帶關(guān)系主要受全球水議程所推動，被糧食議程所包含，而后被能源安全議程所接受，其發(fā)展經(jīng)歷了先期的水-能源、水-糧食和能源-糧食的兩兩關(guān)聯(lián)關(guān)系研究，而后逐步將三者融為一體，總體呈現(xiàn)出從“單一中心”，向“雙雙關(guān)聯(lián)”，再到三者“紐帶關(guān)系”的整合過程。

2011年，在德國波恩召開的水-能源-糧食紐帶關(guān)系國際會議將這一議題擺上國際舞臺[3]。其后短短的幾年里，紐帶關(guān)系研究經(jīng)歷了概念探索和理論共識研究的起步階段，代表性的研究成果主要有：聯(lián)合國亞太經(jīng)濟社會理事會(UNESCAP)在2013年發(fā)布《亞太地區(qū)水-糧食-能源紐帶關(guān)系報告》，提出紐帶關(guān)系在時間和空間上具有緊密聯(lián)系，認為氣候變化、能源-糧食-金融危機、快速的城市化進程、過度消費等外部影響因素均會對紐帶關(guān)系產(chǎn)生影響[4]；亞洲開發(fā)銀行(ADB)從水資源管理的角度提出，紐帶關(guān)系的復(fù)雜性要求我們提高水治理水平，改變粗放的水資源開發(fā)利用情況[5]；聯(lián)合國糧農(nóng)組織(FAO)2014年從糧食安全角度對紐帶關(guān)系進行了闡述，并從保障糧食安全和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的角度分析了如何采用紐帶關(guān)系方法進行決策[6]?？梢钥闯?，水-能源-糧食紐帶關(guān)系逐漸成為可持續(xù)發(fā)展領(lǐng)域的一個重要內(nèi)容。相較于國外針對紐帶關(guān)系活躍的研究，國內(nèi)的研究則相對滯后，還處于概念引進和介紹的階段，缺乏探索性的研究成果[7-9]。

當前，紐帶關(guān)系研究已經(jīng)進入以合作研究、具體項目投入為主的理論與實踐相結(jié)合的發(fā)展階段。例如，英國工程與物理科學(xué)研究委員會于2015年投入450萬歐元對其開展專門研究，以確保英國的水、能源和糧食安全；美國科學(xué)基金會和美國農(nóng)業(yè)部下屬的國家食品和農(nóng)業(yè)研究所合作開展“糧食、能源和水系統(tǒng)紐帶關(guān)系創(chuàng)新(INFEWS)”項目,并于2016年和2017年合作投入7 200萬美元和3 660萬美元[10-11]。

2 地球科學(xué)對于紐帶關(guān)系的認知

之所以用紐帶關(guān)系來形容三者之間的復(fù)雜關(guān)系，是因為三者之間存在或明或暗，或直接或間接的難以用一般語言加以描述的關(guān)系。目前，國際上多數(shù)研究認為，紐帶關(guān)系的核心為水、能源和糧食，但是也有研究認為還應(yīng)包括土地利用規(guī)劃、人類健康和生態(tài)系統(tǒng)保護等。紐帶關(guān)系的挑戰(zhàn)并不僅僅是水、能源、糧食之間相互依存的關(guān)系，而且還涉及到不同地理空間尺度(地區(qū)、國家和全球)、時間尺度(歷史、現(xiàn)在和未來)上影響這些資源的復(fù)雜行星式驅(qū)動形式、壓力和挑戰(zhàn)，以及所帶來的不同風(fēng)險(政治、經(jīng)濟及氣候變化)，見圖1。

圖1 水-能源-糧食紐帶關(guān)系及其外部影響因素

2.1 三者相互依存、相互制約

在人類的生存與發(fā)展中，三種資源的開發(fā)和利用之間存在著緊密的相互依存關(guān)系。幾乎所有的能源開發(fā)利用方式都離不開水，在很大程度上也受到水的影響，例如，頁巖油氣開發(fā)中的水力壓裂、增強型地?zé)嵯到y(tǒng)的水-熱交換過程、高含水油田的開采等。據(jù)國際能源署統(tǒng)計，全球15%的取水量被用于能源生產(chǎn)。水資源的運輸、提取和利用都必須以能源作為動力，例如，加利福尼亞州綿延200 km的調(diào)水工程每年將74億m3的水從北方運輸至南方，以供應(yīng)洛杉磯的城市用水和農(nóng)業(yè)用水，這需要消耗整個州2%～3%的電力資源[12]。而糧食資源的形成正是建立在水資源和能源資源的消耗上，全球范圍來看，農(nóng)業(yè)是主要的水用戶，亞洲很多國家的農(nóng)業(yè)用水量幾乎占所有用水量的90%，同時，部分糧食資源也可以轉(zhuǎn)化為能源資源，例如以玉米等為原料的生物能源。

水、能源和糧食安全之間存在明顯的傳導(dǎo)性，某一因素的惡化會在三者間產(chǎn)生連鎖反應(yīng)。以生物能源為例，其使用和生產(chǎn)比其他能源利用方式需要消耗更多的水，為了生產(chǎn)更多的玉米等生物能源原料，還需要使用大量的化肥和殺蟲劑等農(nóng)業(yè)化學(xué)物質(zhì)，這就必然對周圍的水體造成化學(xué)污染和破壞。

2.2 水和能源具有協(xié)同作用

在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、工業(yè)活動和居民生活中，能源和水資源具有廣泛的協(xié)同作用。現(xiàn)代農(nóng)業(yè)已經(jīng)由小型自給農(nóng)業(yè)向大規(guī)模機械化、市場化、信息化農(nóng)業(yè)發(fā)展，使得農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的工業(yè)化程度越來越高，同時要消耗的能源越來越多，因此，能源和水的協(xié)同作用在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中不斷強化。而工業(yè)活動從產(chǎn)出之初，就是建立在能源和水的消耗利用基礎(chǔ)上，二者的協(xié)同作用表現(xiàn)得也最為突出：一方面，幾乎所有的大型工業(yè)活動都依賴于能源和水的穩(wěn)定供應(yīng)；另一方面，工業(yè)活動的能源消耗強度與用水強度往往具有正相關(guān)關(guān)系，能源消耗大戶通常也是水資源消耗大戶，比如能源利用、金屬和化學(xué)制品及石油、天然氣和煤炭開采等行業(yè)都是能源-水消耗密集型工業(yè)活動。同時，在不同類型能源的生產(chǎn)和利用，以及水的提取、運輸和利用過程中，能源-水的物質(zhì)流和能源流也是相互交織，相互參與的[13]。

2.3 不同資源在地理空間分布上的錯配加劇了風(fēng)險存在

對紐帶關(guān)系的研究，一個重要目的是實現(xiàn)水、能源和糧食三者間的平衡和可持續(xù)開發(fā)利用，防范關(guān)聯(lián)性風(fēng)險的產(chǎn)生。全球范圍來看，由于能源和水資源空間分布上的錯配所造成的風(fēng)險在不斷加劇，威脅著地區(qū)甚至全球的可持續(xù)發(fā)展。2016年，世界資源研究所(WRI)發(fā)布報告指出，未來全球水、能源將面臨三個重要風(fēng)險：美國的頁巖油氣開發(fā)用水、中國的火電用水、中東和北非的海水淡化[14]。這些風(fēng)險的產(chǎn)生從根本上來講是由于能源和水資源在地理空間上的錯配所造成的。

美國頁巖油氣開發(fā)取得成功，但頁巖油氣勘探需要消耗大量的水，據(jù)估計，一口頁巖井在一個完整的生產(chǎn)周期中的耗水量達2 700多萬升。美國60%的頁巖油氣盆地分布在水資源緊張的中、東部地區(qū)，由此造成了美國局部地區(qū)用水緊張風(fēng)險在不斷加大[14]。同時，頁巖油氣開采中大量使用的水力壓裂液也會對周圍地下水造成污染甚至破壞。

我國能源生產(chǎn)和糧食生產(chǎn)高度依賴水資源，但是我國大部分水資源分布在多雨的南方地區(qū)，而煤炭發(fā)電和谷物生產(chǎn)地集中在干旱的北方。例如，內(nèi)蒙古占全國煤炭產(chǎn)量的26%，水資源卻只占全國的1.6%，這種地理空間上的錯配，是我國水資源短缺的最核心問題之一[11]。目前，海水淡化已成為中東和北非地區(qū)淡水的主要來源，在2013年，沙特阿拉伯是全球最大的石油生產(chǎn)國(占全球生產(chǎn)總量的13.3%)和前10大天然氣生產(chǎn)國(比例為3.1%)，但當年用于海水淡化的能源消耗占其石油、天然氣生產(chǎn)總量的25%[15]。

2.4 三者在形成、演化上具有復(fù)雜的耦合關(guān)系

化石能源的形成通常需要水的參與，以砂巖型鈾礦為例，作為世界上發(fā)現(xiàn)最早、分布最廣的鈾礦床類型，砂巖型鈾礦的形成需要古河流、濱湖三角洲或濱海三角洲的沉積作用，且對古地下水的性質(zhì)和運動方式具有選擇性。以全球變暖為主要特征的氣候變化使得紐帶關(guān)系的演化進程更加復(fù)雜。在全球溫室氣體排放中，能源公司產(chǎn)生的廢氣排放占比最高，達到40%左右[16]。而受氣候變化的影響，全球降水、蒸發(fā)、徑流、土壤濕度等水文循環(huán)過程在不斷發(fā)生變化，引起水資源總量的變化以及在時間和空間上的重新分配，增加了洪澇、干旱等極端災(zāi)害發(fā)生的頻率和強度[17]，這將極大地影響發(fā)電廠(尤其是需要用水冷卻的火電廠和核電廠)的正常運轉(zhuǎn)，同時也加劇了全球糧食危機發(fā)生的可能性。

3 應(yīng)對紐帶關(guān)系的地球科學(xué)解決方案

地球科學(xué)研究的內(nèi)容包括地球的各種系統(tǒng)，及其復(fù)雜的地質(zhì)、海洋、大氣層和水文演化進程，這些系統(tǒng)和進程與人民生活和經(jīng)濟發(fā)展息息相關(guān)。美國地質(zhì)學(xué)會(AGI)指出，開展地球科學(xué)工作，在滿足社會關(guān)鍵需求中發(fā)揮著重要作用，主要包括：確保充足的清潔水供應(yīng)、開發(fā)能源以滿足國家需求、提高抵御自然災(zāi)害的能力、保護土壤質(zhì)量以保持肥沃、為現(xiàn)代社會提供原材料、研究海洋和海岸帶問題、應(yīng)對氣候變化、妥善處理垃圾以維護環(huán)境健康等方面[18]?？梢钥闯觯厍蚩茖W(xué)工作或者說其所研究解決的問題正是水-能源-糧食紐帶關(guān)系所面臨的主要問題。

隨著近幾年紐帶關(guān)系的提出與興起，不同學(xué)者和研究機構(gòu)已從最初的概念解釋、理論框架和典型案例研究逐漸向紐帶關(guān)系應(yīng)對手段、解決方案等實際操作方向轉(zhuǎn)變。而在這其中，由于研究對象(能源、水和糧食)的實際一致性、達成目標(人類社會和自然環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展)的內(nèi)在統(tǒng)一性，地球科學(xué)工作將成為應(yīng)對水-能源-糧食紐帶關(guān)系的重要抓手，主要表現(xiàn)在資源調(diào)查、系統(tǒng)監(jiān)測、大數(shù)據(jù)分析、科技創(chuàng)新和外部影響研究等幾個方面，整體框架見圖2。

圖2 地球科學(xué)應(yīng)對紐帶關(guān)系整體解決方案

3.1 資源調(diào)查支撐紐帶安全

紐帶關(guān)系的核心是紐帶安全問題，各個國家自然條件、發(fā)展狀況不同，所面臨的主要風(fēng)險也不同，這就決定了水-能源-糧食紐帶安全在不同國家和地區(qū)中所表現(xiàn)出來的主要形式不同。目前，我國能源消耗強度大、利用效率低、碳排放量高，已經(jīng)成為制約我國紐帶安全的最主要因素，同時水污染加劇、貧困地區(qū)缺水、糧食質(zhì)量問題突出等矛盾也在威脅著紐帶安全。

近年來，在資源調(diào)查領(lǐng)域，清潔低碳的非常規(guī)能源及可再生能源的調(diào)查評價力度在不斷加大，并取得一系列重大突破和進展：我國南海神狐海域天然氣水合物首次試采成功，其產(chǎn)業(yè)化開采正在穩(wěn)步推進；貴州遵義安頁1井和湖北宜昌鄂宜頁1井頁巖氣調(diào)查相繼取得重大突破，加快我國頁巖氣產(chǎn)業(yè)化開發(fā)利用步伐；青海共和盆地3 705 m深處鉆獲236 ℃的高溫干熱巖體；鋰、鎳和石墨等新能源技術(shù)礦產(chǎn)調(diào)查取得重大突破。這些成果將為優(yōu)化我國能源消費結(jié)構(gòu)，保障能源安全提供有力支撐。

“水已經(jīng)成為了我國嚴重短缺的產(chǎn)品，成了制約環(huán)境質(zhì)量的主要因素，成了經(jīng)濟社會發(fā)展面臨的嚴重安全問題”，習(xí)近平總書記在2014年中央財經(jīng)領(lǐng)導(dǎo)小組第五次會議上指出我國當前面臨著嚴峻的水資源安全問題[19]。作為水資源的重要組成部分，地下水是維系良好生態(tài)環(huán)境的重要因素，是農(nóng)業(yè)和生活用水的主要來源，也是地球科學(xué)領(lǐng)域最重要的研究對象之一。地下水調(diào)查和動態(tài)監(jiān)測能夠為社會和科研提供全面、及時、準確的地下水動態(tài)信息，為地下水污染治理、地下水合理開發(fā)和保護、地面沉降防控等提供科學(xué)依據(jù)和決策支持。水文地質(zhì)調(diào)查積極服務(wù)貧困區(qū)、基巖區(qū)、巖溶地區(qū)的抗旱找水工作，為缺水群眾提供清潔地下水水源。

糧食安全已經(jīng)由最初的強調(diào)數(shù)量安全向數(shù)量和質(zhì)量并重轉(zhuǎn)變[20]。作為糧食生產(chǎn)的載體，耕地的數(shù)量和質(zhì)量對于糧食安全起著基礎(chǔ)和保障作用。目前實施的全國土地地球化學(xué)調(diào)查，可謂是針對我國耕地質(zhì)量的一次“健康體檢”，據(jù)此編制的《中國耕地地球化學(xué)調(diào)查報告》，為污染土地整治修復(fù)、優(yōu)質(zhì)土地資源保護、土地資源利用規(guī)劃和特色土地資源開發(fā)等工作提供了依據(jù)，有力支撐了我國耕地安全和糧食安全。同時，富硒、硼、鉬、鋅等有益微量元素的優(yōu)質(zhì)耕地的調(diào)查與開發(fā)，取得了顯著的經(jīng)濟效益和社會效益，提高了糧食安全的品質(zhì)。

3.2 地球科學(xué)監(jiān)測為紐帶關(guān)系的量化研究提供基礎(chǔ)支撐

目前針對紐帶關(guān)系的研究多集中在概念框架和理論研究上，缺少對三者間的相互影響、相互作用和依賴程度等問題的定量和建模分析，無法為決策提供充分的依據(jù)。例如，目前我國已啟動的南水北調(diào)中線工程年調(diào)水量約35億m3，以滿足北方缺水地區(qū)的用水需求，但針對這個調(diào)水工程中的能源消耗問題并沒有相關(guān)的研究。因此，針對紐帶關(guān)系的三者間相互關(guān)聯(lián)程度和影響的基礎(chǔ)研究亟待加強。

地球科學(xué)以多要素、實時、系統(tǒng)的監(jiān)測為基礎(chǔ)，利用監(jiān)測信息數(shù)據(jù)進行三維建模，并針對未來的變化做出預(yù)測和預(yù)警。針對紐帶關(guān)系研究，通過對不同類型水資源、能源資源和糧食資源生產(chǎn)、利用、消費情況進行監(jiān)測和數(shù)據(jù)信息收集，測量和模擬水、能源、糧食之間跨時空的相互作用，對人為和自然變化驅(qū)動下過去和現(xiàn)在三者間相互作用進行評估，從而模擬未來三者間相互作用的變化。地球科學(xué)對于紐帶關(guān)系的情景模擬能夠在一定的框架內(nèi)識別和量化未來景觀、氣候、社會經(jīng)濟情況的不確定性，“搶在變化之前”預(yù)測未來狀況，這在目前認識和應(yīng)對紐帶關(guān)系中具有迫切性。例如，利用地球科學(xué)監(jiān)測和觀測系統(tǒng)(實時傳感器、生態(tài)指示器網(wǎng)絡(luò)、生物觀測等)，建立早期預(yù)警系統(tǒng)，對頁巖油氣開采過程造成的水污染、洪水對發(fā)電廠影響、糧食危機等災(zāi)害或沖突提供預(yù)警，為決策管理者的快速響應(yīng)提供支撐。

3.3 利用地球科學(xué)大數(shù)據(jù)深化紐帶關(guān)系認識

隨著第四次工業(yè)革命的到來，大數(shù)據(jù)驅(qū)動下的科學(xué)進步正在深刻地影響著各個領(lǐng)域的發(fā)展。長周期、大尺度的地質(zhì)作用過程研究和能源開發(fā)活動監(jiān)測、地下水監(jiān)測、環(huán)境污染監(jiān)測與海平面變化監(jiān)測等技術(shù)手段，不僅為研究水-能源-糧食紐帶關(guān)系提供了科學(xué)知識和技術(shù)支持，同時也產(chǎn)生大量的關(guān)于紐帶關(guān)系的數(shù)據(jù)，包括水資源、能源資源和糧食資源的數(shù)量和質(zhì)量變化監(jiān)測記錄、三者物質(zhì)流和能量流量化分析和未來的需要預(yù)測數(shù)據(jù)等。大數(shù)據(jù)背景下，數(shù)據(jù)的管理應(yīng)用已經(jīng)從簡單的收集整理向強調(diào)預(yù)測未來、發(fā)現(xiàn)問題和相關(guān)性分析的數(shù)據(jù)研究演變。通過建立水、能源、糧食和土地等要素的數(shù)據(jù)庫，并利用先進研究計算能力進行多類型數(shù)據(jù)整合，以實現(xiàn)紐帶關(guān)系大數(shù)據(jù)的全生命周期管理，這將為探索、深化紐帶關(guān)系認識提供新的途徑。針對目前我國多部門管理下的數(shù)據(jù)分散問題，應(yīng)加強自然資源部、水利部、農(nóng)業(yè)農(nóng)村部和生態(tài)環(huán)境部等部門間統(tǒng)籌協(xié)調(diào)，建立多部門支持下的水、能源和糧食綜合數(shù)據(jù)管理和應(yīng)用體系。

3.4 地球科學(xué)領(lǐng)域科技創(chuàng)新不斷增強未來應(yīng)對紐帶關(guān)系的能力

水、能源和糧食紐帶關(guān)系復(fù)雜性，來源于資源開發(fā)利用過程中的權(quán)衡取舍以及相互間的沖突，由此產(chǎn)生的資源、環(huán)境問題是未來應(yīng)對紐帶關(guān)系的重大挑戰(zhàn)。例如，修建大壩對水資源利用進行了再分配，滿足了生產(chǎn)能源的需求，卻對流域的生態(tài)環(huán)境和下游的糧食生產(chǎn)造成影響甚至威脅。地球科學(xué)領(lǐng)域的科技創(chuàng)新在減少此類沖突和應(yīng)對紐帶關(guān)系中發(fā)揮著重要作用。

地球深部蘊藏著豐富的能源資源，據(jù)統(tǒng)計，我國深層和超深層石油和天然氣資源豐富，目前資源探明率不及20%，深部干熱巖資源初步估算折合標準煤856萬億t，其2%的可開采量即相當于2015年全國能源消耗的4 000倍。深部資源具有巨大的利用潛力，加快深部能源勘查將為保障我國能源安全提供有力支撐。當前，“向深部進軍”已被國家確立為未來戰(zhàn)略科技導(dǎo)向之一，自然資源部提出深地探測、深海探測、深空對地觀測和土地科技創(chuàng)新“三深一土”科技創(chuàng)新戰(zhàn)略[21]，這些都對未來應(yīng)對紐帶關(guān)系提供了強有力保障。

不僅為資源安全提供保障，地球科學(xué)領(lǐng)域科技創(chuàng)新同樣關(guān)注三者在開發(fā)利用過程中所產(chǎn)生的沖突和矛盾。在近兩年中國地質(zhì)調(diào)查局的地質(zhì)科技十大進展中，涌現(xiàn)出一批致力于解決紐帶關(guān)系沖突和矛盾的創(chuàng)新研究，如地下水保障能力評價理論創(chuàng)新服務(wù)國家糧食安全戰(zhàn)略、基于“關(guān)鍵隔水層”的煤礦突水預(yù)警系統(tǒng)成功研發(fā)、西南石漠化綜合治理技術(shù)創(chuàng)新驅(qū)動火龍果生態(tài)產(chǎn)業(yè)發(fā)展等。未來，地球科學(xué)科技創(chuàng)新將進一步加強對于紐帶關(guān)系中關(guān)鍵問題的研究，如不同能源(地?zé)崮芎晚搸r油氣等)開發(fā)利用中能源和水的協(xié)調(diào)關(guān)系、地下深部(包括深部咸水層)二氧化碳地質(zhì)儲存、能源和水資源集約節(jié)約利用技術(shù)創(chuàng)新等。

3.5 地球科學(xué)注重研究紐帶關(guān)系與外部的相互影響

紐帶關(guān)系的應(yīng)對不僅強調(diào)三者間的平衡和可持續(xù)發(fā)展，還要考慮紐帶關(guān)系作為一個系統(tǒng)性整體與外部的相互影響，如人居環(huán)境、生態(tài)安全、氣候變化、城鎮(zhèn)化發(fā)展等。以紐帶關(guān)系對城市發(fā)展的影響為例，隨著城鎮(zhèn)化進程的不斷加速，城市人口規(guī)模持續(xù)增加，城市水、能源和糧食安全供應(yīng)、生態(tài)健康、資源環(huán)境承載能力等將面臨嚴峻挑戰(zhàn)，紐帶關(guān)系在城市可持續(xù)發(fā)展中處于牽一發(fā)而動全身的位置。

地球科學(xué)具有研究對象多樣化、研究范圍廣闊、研究手段豐富等特點，強調(diào)對發(fā)生于地球系統(tǒng)的各種現(xiàn)象、過程及過程之間相互作用機理、變化及其因果關(guān)系等的研究。水-能源-糧食紐帶關(guān)系已經(jīng)成為人類生存與可持續(xù)發(fā)展所面臨的重大問題之一，以地球系統(tǒng)科學(xué)為指導(dǎo)，探究紐帶關(guān)系與外部的相互作用和相互影響變得越來越重要。作為地球科學(xué)服務(wù)城市發(fā)展的重要抓手，城市地質(zhì)工作的內(nèi)涵在不斷豐富，領(lǐng)域在不斷擴展，在促進城市地下資源和空間的合理開發(fā)利用、推動紐帶關(guān)系與城市的協(xié)調(diào)發(fā)展中發(fā)揮著不可或缺的作用。地球關(guān)鍵帶研究越來越受到地球科學(xué)領(lǐng)域的重視，中國地質(zhì)調(diào)查局在其“十大計劃”業(yè)務(wù)體系中也部署了針對流域地球關(guān)鍵帶調(diào)查研究的項目。地球關(guān)鍵帶研究強調(diào)對巖石、水、空氣和生物等不同要素在近地表環(huán)境中的相互作用，以及對人類生存活動影響的監(jiān)測和探究，這些與紐帶關(guān)系在研究內(nèi)容和方法上具有高度的相關(guān)性，將為深化紐帶關(guān)系與外部影響的研究提供基礎(chǔ)平臺。

4 結(jié) 論

1) 在人類生存和可持續(xù)發(fā)展中，水資源、能源資源和糧食安全問題成為三個最突出的問題，但三者卻是相互關(guān)聯(lián)，直接影響著彼此，即形成水-能源-糧食紐帶關(guān)系。在全球人口持續(xù)增加對水、能源和糧食的巨大需求、發(fā)展中國家快速工業(yè)化和城鎮(zhèn)化加劇資源供需矛盾、全球氣候變化政治化及生態(tài)環(huán)境持續(xù)惡化等因素的驅(qū)動下，認識和應(yīng)對紐帶關(guān)系變得越來越緊迫。

2) 從全球范圍來看，紐帶關(guān)系主要受全球水議程所推動，被糧食議程所包含，而后被能源安全議程所接受。針對三者間關(guān)系的研究，已從先期的水-能源、水-糧食和能源-糧食的兩兩關(guān)聯(lián)關(guān)系研究，發(fā)展至目前將三者作為一個復(fù)雜性系統(tǒng)整體來重新認識和研究，總體呈現(xiàn)出從“單一中心”，向“雙雙關(guān)聯(lián)”，再到“三者紐帶關(guān)系”的整合過程。

3) 紐帶關(guān)系不僅強調(diào)水、能源和糧食之間相互依存的關(guān)系，而且還涉及到不同地理空間尺度、時間尺度上影響這些資源的復(fù)雜行星式驅(qū)動形式、壓力和挑戰(zhàn)，以及所帶來的不同風(fēng)險。從地球科學(xué)角度來認知紐帶關(guān)系，三者間相互關(guān)系及復(fù)雜性主要表現(xiàn)為：三者相互依存、相互制約；水、能源在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和工業(yè)活動中具有協(xié)同作用；不同資源地理空間分布上的錯配加劇了風(fēng)險存在；水和能源在形成、演化上具有復(fù)雜的耦合關(guān)系。

4) 由于研究對象的實際一致性、達成目標的內(nèi)在統(tǒng)一性，地球科學(xué)在應(yīng)對紐帶關(guān)系中發(fā)揮著重要作用，提供了必要的解決方案，包括：清潔能源調(diào)查、地下水污染調(diào)查和土地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查等活動有力支撐紐帶安全；系統(tǒng)的地球科學(xué)監(jiān)測為紐帶關(guān)系量化研究提供基礎(chǔ)支撐；地球科學(xué)大數(shù)據(jù)將深化對紐帶關(guān)系的認識；地球科學(xué)的科技創(chuàng)新不斷增強應(yīng)對能力；地球科學(xué)注重研究紐帶關(guān)系與外部的相互影響。