張力小,張鵬鵬,郝 巖,唐守娟,劉耕源

北京師范大學(xué)環(huán)境學(xué)院,環(huán)境模擬與污染控制國(guó)家重點(diǎn)聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室, 北京 100875

作為消費(fèi)活動(dòng)的主陣地,城市承載了超過(guò)50%的世界人口,這一比例在2050年將達(dá)到66%[5],也就意味著FEW三條“生命線”的資源環(huán)境沖突在城市系統(tǒng)中表現(xiàn)得更為激烈和棘手[6]。一方面,快速城鎮(zhèn)化對(duì)FEW資源的需求巨大,正在重塑FEW關(guān)聯(lián)關(guān)系,并將資源環(huán)境安全置于風(fēng)險(xiǎn)中,這是研究城市FEW關(guān)聯(lián)關(guān)系的重要原因之一；另一方面,城市所需的FEW資源,其生產(chǎn)過(guò)程大多發(fā)生在城市以外其他區(qū)域[7-8],城市活動(dòng)產(chǎn)生的環(huán)境影響也超出了其地理邊界。城市系統(tǒng)中任何政策的實(shí)施都可能改變FEW之間的相互作用關(guān)系。系統(tǒng)的高度開(kāi)放性、復(fù)雜性以及城市與區(qū)域之間的空間耦合關(guān)系,使得城市成為影響資源環(huán)境安全的關(guān)鍵樞紐。因此,通過(guò)“關(guān)聯(lián)關(guān)系”思想將FEW系統(tǒng)與城市及其腹地聯(lián)結(jié)起來(lái),可以有效促進(jìn)資源協(xié)同管理,盡可能減輕或避免區(qū)域甚至是全球范圍內(nèi)的權(quán)衡關(guān)系。近年來(lái),有關(guān)FEW關(guān)聯(lián)關(guān)系的研究已經(jīng)取得了階段性成果,但針對(duì)城市系統(tǒng),尤其是考慮城市與區(qū)域之間聯(lián)系的研究較少。

本文在系統(tǒng)梳理國(guó)內(nèi)外FEW關(guān)聯(lián)關(guān)系發(fā)展歷程、相關(guān)概念和方法研究的基礎(chǔ)上,聚焦于當(dāng)前的研究瓶頸,結(jié)合城市高度開(kāi)放和依賴(lài)外部資源輸入的特點(diǎn),嘗試從不同視角,構(gòu)建一個(gè)相對(duì)廣義的城市FEW關(guān)聯(lián)關(guān)系概念框架。并基于此概念框架,提出不同的適用方法和研究重點(diǎn),以期為城市FEW資源協(xié)同管理提供一種新的研究視角。

1 發(fā)展歷程與概念討論

1.1 食物-能源-水關(guān)聯(lián)關(guān)系的發(fā)展歷程

如前所述,“關(guān)聯(lián)關(guān)系”作為系統(tǒng)集成的資源管理需求,逐漸成為世界性熱點(diǎn)議題。在此之前,部門(mén)協(xié)作理念一直在推廣,如水資源集成管理,但成效甚微。直到2011年在德國(guó)波恩舉辦的“FEW關(guān)聯(lián)關(guān)系-綠色經(jīng)濟(jì)解決方案”會(huì)議上,即“波恩會(huì)議”[9-10],把FEW關(guān)聯(lián)關(guān)系看作一種關(guān)乎人類(lèi)生存與各國(guó)現(xiàn)實(shí)利益的政治理念,并強(qiáng)調(diào)部門(mén)分割管理無(wú)法有效解決FEW生產(chǎn)與消費(fèi)等活動(dòng)帶來(lái)的復(fù)雜資源環(huán)境問(wèn)題。“波恩會(huì)議”也成為FEW關(guān)聯(lián)關(guān)系研究的里程碑式事件[1,11-12]。

但是,FEW關(guān)聯(lián)關(guān)系理念的萌芽和研究最早可追溯到20世紀(jì)70年代,Meadows等人出版的《增長(zhǎng)的極限》,該書(shū)對(duì)全球人口、經(jīng)濟(jì)和FEW等之間的供需與安全問(wèn)題進(jìn)行初步探討[13]。而后美國(guó)、日本、印度等國(guó)的學(xué)術(shù)界和其他組織機(jī)構(gòu)陸續(xù)開(kāi)展“兩兩關(guān)系”的研究,如食物-能源或食物-水關(guān)聯(lián)關(guān)系[14-15]。2011年“波恩會(huì)議”后,以FEW關(guān)聯(lián)關(guān)系為主題的研討會(huì)、項(xiàng)目以及學(xué)術(shù)論文如雨后春筍般涌現(xiàn)出來(lái)[16-18]。僅2011—2015年間,大約300個(gè)來(lái)自學(xué)術(shù)界、商業(yè)和政府的相關(guān)組織機(jī)構(gòu)參與到FEW關(guān)聯(lián)關(guān)系研究中[19]。圍繞如何理解、界定、測(cè)度與剖析FEW關(guān)聯(lián)關(guān)系而展開(kāi)的討論已成為國(guó)際社會(huì)辯論的焦點(diǎn)[20-23]。根據(jù)Web of Science檢索結(jié)果(關(guān)鍵詞分別為：能源-農(nóng)業(yè)(EA)；能源-食物(EF)；食物-水(FW);能源-水(EW)；能源-食物-水(EFW)；能源-食物-水-土地(EFWL),圖1),2011年以前“關(guān)聯(lián)關(guān)系”的研究主要集中在兩者之間,以能源-水居多,2015—2017年三者之間的研究成果呈現(xiàn)井噴之勢(shì),研究尺度也從全球、跨區(qū)域、國(guó)家逐漸延伸到家庭、產(chǎn)品等方面,但城市尺度的研究相對(duì)缺乏。

總而言之,FEW關(guān)聯(lián)關(guān)系領(lǐng)域的研究主要集中在3個(gè)方面：(1)理解和表述FEW關(guān)聯(lián)關(guān)系的概念；(2)開(kāi)展實(shí)證研究,探討FEW系統(tǒng)的內(nèi)部特征、系統(tǒng)對(duì)外部環(huán)境的響應(yīng)(如經(jīng)濟(jì)活動(dòng)、氣候變化和政策等)；(3)開(kāi)發(fā)相關(guān)模型,用于識(shí)別FEW系統(tǒng)中的權(quán)衡關(guān)系和協(xié)同作用,并指導(dǎo)跨部門(mén)政策的制定。

圖1 FEW關(guān)聯(lián)關(guān)系研究論文發(fā)表變化趨勢(shì)Fig.1 The increasing trend of FEW nexus publications (from ISI Web of Knowledge)EA：能源-農(nóng)業(yè) energy-agriculture; EF：能源-食物 energy-food; EW：能源-水 energy-water; EFW：能源-食物-水 energy-food-water; EFWL：能源-食物-水-土地 energy-food-water-land

1.2 食物-能源-水關(guān)聯(lián)關(guān)系的概念討論

國(guó)內(nèi)外學(xué)者從不同領(lǐng)域、不同視角甚至不同尺度,對(duì)FEW關(guān)聯(lián)關(guān)系的概念提出了各自的見(jiàn)解和表述。起初,學(xué)術(shù)界對(duì)“關(guān)聯(lián)關(guān)系”理解基于該詞的直譯,將其界定為FEW之間的相互依存關(guān)系[24-26],即FEW三種資源中任意一方的生產(chǎn)活動(dòng)和供給過(guò)程對(duì)其他兩方的需求。至今,部分學(xué)者仍然沿用這一解釋,并在此基礎(chǔ)上做出了一些改變,從三者之間的相互影響和相互制約方面進(jìn)行了界定[22,27]。

在溫柔的防浪石堤上，他掏出一塊潔白的大手帕，細(xì)心地墊在石頭上，讓她坐了下來(lái)?？赡苁翘o張，她的手直出汗，他又取出一塊小手帕，塞在兩只手之間。她心想：手帕真多！

在概念探索過(guò)程中,由于研究重點(diǎn)不同,學(xué)者們對(duì)FEW關(guān)聯(lián)關(guān)系概念的理解角度也呈現(xiàn)多樣化。以FEW三者中任意一方作為切入點(diǎn),討論“關(guān)聯(lián)關(guān)系”的研究居多,稱(chēng)之為“中心論”。如斯德哥爾摩環(huán)境研究院(Stockholm Environmental Institute, SEI)和亞洲開(kāi)發(fā)銀行(Asian Development Bank, ADB)是以水資源為核心,認(rèn)為“可用水量”關(guān)系到FEW關(guān)聯(lián)關(guān)系的安全[28]；而聯(lián)合國(guó)糧食及農(nóng)業(yè)組織(Food and Agriculture Organization of the United Nations, FAO)則從糧食安全角度出發(fā),挖掘影響FEW關(guān)聯(lián)關(guān)系的關(guān)鍵因素[1]；同樣,國(guó)際可再生能源機(jī)構(gòu)(the International Renewable Energy Agency, IRENA)建議以能源為中心,運(yùn)用可再生能源技術(shù)處理FEW系統(tǒng)之間的權(quán)衡關(guān)系[29]。除此之外,部分學(xué)者從資源供給安全的角度解析“關(guān)聯(lián)關(guān)系”,側(cè)重于FEW資源與外部系統(tǒng)之間的關(guān)系[30-31]。如White等人(2018)強(qiáng)調(diào)“關(guān)聯(lián)關(guān)系”不僅包括FEW之間的資源環(huán)境足跡,還需考慮FEW與區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)之間的相互依存關(guān)系[32]；而Owen等人基于消費(fèi)視角,衡量社會(huì)經(jīng)濟(jì)需求驅(qū)動(dòng)下的FEW資源環(huán)境足跡變化及其與經(jīng)濟(jì)、政策之間的密切聯(lián)系[33]。

由此可見(jiàn),FEW關(guān)聯(lián)關(guān)系的內(nèi)涵較為豐富,其概念的界定從三者之間的相互依存,擴(kuò)展到FEW系統(tǒng)內(nèi)部及其作為一個(gè)整體與外部環(huán)境之間的關(guān)系。尤其是FEW三者之間客觀存在的“關(guān)聯(lián)或耦合關(guān)系”,已被相關(guān)研究者和政策制定者廣泛接受。但整體而言,國(guó)際社會(huì)對(duì)FEW關(guān)聯(lián)關(guān)系概念的解讀仍然不夠清晰,相關(guān)表述也較為寬泛和模糊,缺乏可操作的框架與步驟。這也說(shuō)明,“關(guān)聯(lián)關(guān)系”與“可持續(xù)發(fā)展”等概念一樣,具有較大的開(kāi)放性,需要在基本共識(shí)的前提下根據(jù)不同的研究方向或者管理目標(biāo)重新做出界定。

2 現(xiàn)有的研究方法體系

目前FEW關(guān)聯(lián)關(guān)系的研究方法,主要集中在FEW資源環(huán)境足跡核算、系統(tǒng)模擬與優(yōu)化管理等方面(表1)。

表1 FEW關(guān)聯(lián)關(guān)系方法與研究現(xiàn)狀

LCA：生命周期評(píng)價(jià) life cycle assessment; IOA：投入產(chǎn)出分析 input-output analysis; WEAP：水資源評(píng)價(jià)與規(guī)劃模型 water evaluation and planning model; LWAP:長(zhǎng)期能源規(guī)劃模型 long-range energy alternatives planning; SWAT：土壤-水資源評(píng)估工具 soil and water assessment tool; CLEWs：氣候、土地利用、能源和水戰(zhàn)略 climate, land-use, energy and water strategies; WEFO：水、能源和食物安全關(guān)聯(lián)關(guān)系優(yōu)化模型 water, energy and food security nexus optimization model; LIPSON：本地化集成生產(chǎn)系統(tǒng)洋蔥模型 locally integrated production system onion model; WEF：水-能源-食物 water-energy-food

2.1 食物-能源-水資源環(huán)境足跡核算

FEW關(guān)聯(lián)關(guān)系的足跡核算,主要包括FEW子系統(tǒng)(資源要素)之間的足跡影響以及FEW生產(chǎn)或消費(fèi)引起的其他資源環(huán)境足跡(如碳排放、土地利用和典型污染物等)。其研究尺度涵蓋了工藝生產(chǎn)(如食物生產(chǎn))、典型行業(yè)(如農(nóng)業(yè)、火力和風(fēng)力發(fā)電等)、城市以及其他系統(tǒng)(如流域、國(guó)家和全球等),主要采用清單法、生命周期評(píng)價(jià)(Life Cycle Assessment, LCA)和投入產(chǎn)出分析(Input-Output Analysis, IOA)等方法[34-37]進(jìn)行量化。相比較而言,清單法僅針對(duì)FEW生產(chǎn)、消費(fèi)等某一過(guò)程或環(huán)節(jié),而LCA則是全生命周期過(guò)程研究。如Li 等運(yùn)用LCA研究風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的能源-水關(guān)聯(lián)關(guān)系(包括設(shè)備制造、建設(shè)施工和運(yùn)行維護(hù)等環(huán)節(jié)),預(yù)測(cè)我國(guó)2020年風(fēng)力發(fā)電將減少23%的碳排放,節(jié)約水資源800億m3[38]。Salmoral等認(rèn)為L(zhǎng)CA是綜合評(píng)估FEW關(guān)聯(lián)關(guān)系的重要工具,以英格蘭西南部塔馬河流域(Tamar catchment)為例,量化其食物消費(fèi)(包括播種、灌溉和施肥等環(huán)節(jié))對(duì)本地和其他區(qū)域的能源與水資源需求,提取影響FEW關(guān)聯(lián)關(guān)系的關(guān)鍵過(guò)程,為應(yīng)對(duì)FEW關(guān)聯(lián)關(guān)系的潛在風(fēng)險(xiǎn)提供依據(jù)[39]。

IOA主要是運(yùn)用經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)矩陣和FEW環(huán)境衛(wèi)星矩陣,定量解析FEW資源在經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)中的投入與產(chǎn)出過(guò)程,追蹤FEW在產(chǎn)業(yè)鏈傳遞過(guò)程中形成的復(fù)雜“關(guān)聯(lián)關(guān)系”[40-41],并對(duì)相關(guān)足跡進(jìn)行結(jié)構(gòu)性分解和路徑解析[42-44]。如錢(qián)明霞等以及蔡國(guó)英等人均基于假設(shè)抽取法和IOA剖析能源和水資源在單一區(qū)域產(chǎn)業(yè)部門(mén)中,隨著產(chǎn)品或服務(wù)流轉(zhuǎn)所呈現(xiàn)的變化[45-46]。同時(shí),學(xué)者們通過(guò)構(gòu)建多區(qū)域IO模型,刻畫(huà)FEW資源效率的區(qū)域差異,更加精確地追蹤由多方貿(mào)易供應(yīng)鏈引發(fā)的“關(guān)聯(lián)關(guān)系”及其反饋效應(yīng)[47-48]。

2.2 食物-能源-水關(guān)聯(lián)關(guān)系的系統(tǒng)模擬與優(yōu)化管理

FEW關(guān)聯(lián)關(guān)系的系統(tǒng)模擬與優(yōu)化管理涵蓋了FEW關(guān)聯(lián)關(guān)系的狀態(tài)評(píng)估、FEW在社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)演化過(guò)程中的復(fù)雜變化,以及運(yùn)用系統(tǒng)集成的方法將FEW關(guān)聯(lián)關(guān)系理論研究轉(zhuǎn)化為實(shí)踐管理的工具等內(nèi)容。

FEW關(guān)聯(lián)關(guān)系的狀態(tài)評(píng)估主要是建立評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,通過(guò)指標(biāo)權(quán)重衡量FEW在社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)中的可持續(xù)發(fā)展能力和適應(yīng)性[49]。如Willis等人開(kāi)發(fā)了“Pardee RAND Food-Energy-Water Security Index”,即FEW安全指數(shù),用于測(cè)度國(guó)家FEW資源的安全性[50]。隨后,Abbott等也采用該指數(shù)度量166個(gè)國(guó)家的FEW安全性與政治穩(wěn)定性之間的關(guān)系[51]；Schl?r等則是在聯(lián)合國(guó)人居署城市繁榮指數(shù)的基礎(chǔ)上,構(gòu)建城市“關(guān)聯(lián)關(guān)系”指數(shù),評(píng)估全球69個(gè)城市和地區(qū)FEW關(guān)聯(lián)關(guān)系發(fā)展的可持續(xù)性[31]。而探究FEW資源在社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)演化過(guò)程中的復(fù)雜變化,部分是借助系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法完成的。通過(guò)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型預(yù)測(cè)社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)對(duì)FEW資源的中長(zhǎng)期需求,為FEW資源安全和生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展提供量化依據(jù)[52-53]。

為進(jìn)一步填補(bǔ)FEW關(guān)聯(lián)關(guān)系理論研究與實(shí)踐管理之間的缺口,學(xué)者們?cè)噲D通過(guò)系統(tǒng)集成的方法,深入探究FEW關(guān)聯(lián)關(guān)系,提出優(yōu)化管理方案[54-55]。目前主要是利用已有的工具,包括長(zhǎng)期能源規(guī)劃模型(Long-range Energy Alternatives Planning, LEAP)、水資源評(píng)價(jià)與規(guī)劃模型(Water Evaluation and Planning Model, WEAP)、一般均衡模型[56-57]以及改進(jìn)的土壤-水資源評(píng)估工具(Modified Soil and Water Assessment Tool, Modified SWAT)[2]等,對(duì)FEW系統(tǒng)演化進(jìn)行模擬與分析。如Karlberg等使用WEAP-LEAP綜合模型對(duì)FEW需求進(jìn)行預(yù)測(cè),并模擬相關(guān)政策對(duì)水資源、土地、能源與環(huán)境的影響[58]。與此同時(shí),一些學(xué)者和機(jī)構(gòu)也針對(duì)FEW關(guān)聯(lián)關(guān)系研究開(kāi)發(fā)了一些新工具,如斯德哥爾摩皇家理工學(xué)院開(kāi)發(fā)了CLEWs的集成模型框架,其中集成了LEAP、WEAP 和AEZ(Agro-Ecological Zoning—土地利用模型)等工具包[59],用于評(píng)估FEW資源安全和當(dāng)前政策影響[4,60]；Daher等人開(kāi)發(fā)的WEF Nexus Tool 2.0,主要用于在線核算FEW及其與外部環(huán)境之間的關(guān)系,為學(xué)者們和決策者評(píng)估與確定資源分配方案提供公共平臺(tái)[61-62]。Zhang等人基于生產(chǎn)系統(tǒng)構(gòu)建的WEFO模型(Water, Energy and Food security nexus Optimization model)以及牛津大學(xué)開(kāi)發(fā)的優(yōu)化模型(Locally Integrated Production System Onion Model, LIPSOM)分別在生產(chǎn)成本、社會(huì)經(jīng)濟(jì)需求和環(huán)境約束等條件下,對(duì)FEW需求進(jìn)行優(yōu)化模擬,以期實(shí)現(xiàn)資源高效利用和低成本管理[23,63]。

總之,隨著FEW關(guān)聯(lián)關(guān)系概念的發(fā)展,其研究方法也在不斷增多。然而,目前的研究大多借鑒傳統(tǒng)學(xué)科的方法量化FEW關(guān)聯(lián)關(guān)系。雖然,一些學(xué)者初步構(gòu)建了針對(duì)FEW生產(chǎn)系統(tǒng)、以“中心論”為基礎(chǔ)的FEW資源可持續(xù)發(fā)展以及流域尺度FEW協(xié)同管理等方面的優(yōu)化模型,但是這些理論研究與實(shí)踐管理之間仍有差距,亟需開(kāi)發(fā)能夠?qū)EW系統(tǒng)與社會(huì)經(jīng)濟(jì)、生態(tài)環(huán)境等結(jié)合起來(lái)的模型與工具。尤其是在城市FEW關(guān)聯(lián)關(guān)系的有效管理上,尚未有普適的模型。

3 城市食物-能源-水關(guān)聯(lián)關(guān)系概念框架與研究展望

3.1 城市食物-能源-水關(guān)聯(lián)關(guān)系的研究進(jìn)展

國(guó)內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)意識(shí)到城市FEW關(guān)聯(lián)關(guān)系研究的重要性,并嘗試開(kāi)展部分研究。但當(dāng)前研究成果還無(wú)法為政府管理和政策制定提供有效支持,相關(guān)成果轉(zhuǎn)化仍屬于“觀望”階段[64-66]。

在核算和模擬方面,李桂君等人通過(guò)構(gòu)建系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型,預(yù)測(cè)北京市未來(lái)對(duì)FEW需求變化,發(fā)現(xiàn)2020年FEW需求總量將分別超過(guò)730萬(wàn)噸、6865萬(wàn)噸標(biāo)煤和38億噸[67]；Ramaswami等人構(gòu)建了FEW與城市系統(tǒng)的分析框架,核算FEW供給對(duì)城市環(huán)境的影響,并將這些影響帶來(lái)的FEW資源供應(yīng)鏈風(fēng)險(xiǎn)可視化[68]；Sherwood等基于環(huán)境投入產(chǎn)出LCA模型量化美國(guó)不同城市不同行業(yè)的FEW強(qiáng)度,并將該模型應(yīng)用于政府相關(guān)部門(mén),明晰FEW供給關(guān)系,確保經(jīng)濟(jì)平穩(wěn)運(yùn)行[69]。在集成管理模型方面,Leung Pah Hang等對(duì)英國(guó)生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì),用于滿足當(dāng)?shù)氐湫蜕鷳B(tài)鎮(zhèn)對(duì)FEW的需求[63]。Martinez-Hernandez等構(gòu)建“關(guān)聯(lián)關(guān)系”仿真系統(tǒng),闡述FEW之間的相互關(guān)系,并建議通過(guò)調(diào)節(jié)資源供需平衡和FEW協(xié)同管理,保障城市生態(tài)系統(tǒng)安全[70]。

3.2 城市食物-能源-水關(guān)聯(lián)關(guān)系的概念框架

如前所述,FEW關(guān)聯(lián)關(guān)系是一個(gè)開(kāi)放的概念。在這一基本共識(shí)的前提下,需要基于不同研究對(duì)象、不同研究目的以及不同研究尺度提出“關(guān)聯(lián)關(guān)系”的概念框架。城市系統(tǒng)主要是從其他區(qū)域獲取資源,并將其產(chǎn)生的資源環(huán)境影響延伸至城市邊界以外的地區(qū)[8]。城市系統(tǒng)對(duì)資源的高強(qiáng)度消耗以及自身的開(kāi)放性使得FEW關(guān)聯(lián)關(guān)系更為復(fù)雜,這就需要構(gòu)建一個(gè)綜合的概念框架,在保障城市發(fā)展的同時(shí),盡可能避免城市活動(dòng)引發(fā)的生態(tài)問(wèn)題轉(zhuǎn)嫁到其他地區(qū)。本文在國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究的基礎(chǔ)上,從“資源依存”、“資源供給”和“系統(tǒng)集成”三個(gè)視角,建立城市FEW關(guān)聯(lián)關(guān)系概念框架,試圖為城市FEW關(guān)聯(lián)關(guān)系系統(tǒng)解析掃清概念混亂的障礙(圖2)。

圖2 城市FEW關(guān)聯(lián)關(guān)系概念框架示意圖Fig.2 The conceptual framework of urban FEW nexus

3.2.1 資源依存視角

資源依存視角下的城市FEW關(guān)聯(lián)關(guān)系主要強(qiáng)調(diào)三者之間的相互依賴(lài)關(guān)系,即FEW任意一方的提取、生產(chǎn)、加工、運(yùn)輸和消費(fèi)等過(guò)程中對(duì)其他兩方的需求,如糧食的生產(chǎn)需要能源和水；能源的洗選、發(fā)電需要水的支持；同樣,秸稈和食物可作為生物質(zhì)能源；水資源的提取、處理和分配等過(guò)程也離不開(kāi)能源。在這種視角下,城市FEW關(guān)聯(lián)關(guān)系很大程度上反映了相關(guān)部門(mén)的技術(shù)水平和資源使用效率。FEW資源的關(guān)聯(lián)關(guān)系,可通過(guò)生命周期評(píng)價(jià)等分析方法進(jìn)行定量表征。因此,基于資源依存視角的分析,主要目的是量化不同地區(qū)、不同時(shí)期技術(shù)經(jīng)濟(jì)過(guò)程對(duì)城市FEW關(guān)聯(lián)關(guān)系的影響,提高資源使用效率,并識(shí)別FEW生產(chǎn)供應(yīng)過(guò)程中形成的權(quán)衡回路(圖2,表2)。

3.2.2 資源供給視角

資源供給視角主要強(qiáng)調(diào)FEW與外部環(huán)境之間的關(guān)系,即FEW資源的組合方式(或比例關(guān)系)和供應(yīng)穩(wěn)定性對(duì)城市生態(tài)、社會(huì)和經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的影響(圖2)。如城市系統(tǒng)中的住宿餐飲業(yè)需要食物、能源和水資源的同時(shí)投入,才能正常運(yùn)行?；谫Y源供給視角衡量城市FEW關(guān)聯(lián)關(guān)系,一方面可以捕捉不同生產(chǎn)技術(shù)和不同供給途徑下,FEW資源在支撐各行業(yè)部門(mén)發(fā)展過(guò)程中所呈現(xiàn)的比例關(guān)系變化；另一方面,可以揭示不同時(shí)期FEW資源在城市與其他區(qū)域貿(mào)易往來(lái)過(guò)程中的變化規(guī)律,為建立城市與區(qū)域資源共同體、確保城市FEW資源供給安全提供科學(xué)依據(jù),從而有助于提高城市系統(tǒng)在面對(duì)不確定性因素干擾和未知風(fēng)險(xiǎn)時(shí)的抵御、適應(yīng)和恢復(fù)能力,一般可借助于多區(qū)域投入產(chǎn)出模型完成(表2)。

表2 不同視角城市FEW關(guān)聯(lián)關(guān)系的對(duì)比

3.2.3 系統(tǒng)集成視角

如果對(duì)FEW資源進(jìn)行系統(tǒng)管理,需要結(jié)合上述兩種視角,從多要素、多系統(tǒng)和多區(qū)域集成的視角才能實(shí)現(xiàn)?；谙到y(tǒng)集成視角的城市FEW關(guān)聯(lián)關(guān)系,其目的是優(yōu)化城市FEW關(guān)聯(lián)關(guān)系,增加城市系統(tǒng)的彈性,促進(jìn)城市生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展。值得注意的是,在設(shè)計(jì)城市系統(tǒng)集成管理方案時(shí),既要考慮到FEW之間的客觀聯(lián)系,又要保證任意一種資源滿足可獲得性、經(jīng)濟(jì)可行性、社會(huì)公平性以及生態(tài)系統(tǒng)承載力等方面的約束,尤其是污水處理、單位國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值的碳排放、生活垃圾處理等環(huán)境約束條件。此外,還要兼顧FEW與城市、區(qū)域生態(tài)、經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)之間的關(guān)系,以期促使城市以外更大范圍的FEW可持續(xù)發(fā)展(圖2,表2)。

3.3 城市食物-能源-水關(guān)聯(lián)關(guān)系的研究重點(diǎn)

3.3.1 城市食物-能源-水關(guān)聯(lián)關(guān)系的系統(tǒng)性表征

隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展,發(fā)達(dá)國(guó)家和越來(lái)越多新興經(jīng)濟(jì)體(如中國(guó))的城市以消費(fèi)為中心。雖然學(xué)者們從不同角度對(duì)城市FEW關(guān)聯(lián)關(guān)系進(jìn)行研究,但FEW三者在支撐城市發(fā)展過(guò)程中,其資源效率和安全的變化趨勢(shì)、特征以及可能面臨的風(fēng)險(xiǎn)尚不清楚,需要對(duì)其進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)和系統(tǒng)性表征。如建立城市FEW關(guān)聯(lián)關(guān)系指標(biāo)體系,衡量與評(píng)估FEW關(guān)聯(lián)關(guān)系的狀態(tài),幫助決策者及時(shí)監(jiān)測(cè)城市發(fā)展?fàn)顩r,鎖定阻礙城市可持續(xù)發(fā)展的熱點(diǎn)問(wèn)題,在不削減城市FEW系統(tǒng)復(fù)雜性的前提下,提供更為有效的政策建議[31]。

3.3.2 城市食物-能源-水關(guān)聯(lián)關(guān)系的時(shí)空演化

面對(duì)快速城鎮(zhèn)化帶來(lái)的資源消耗、廢棄物排放與環(huán)境退化等問(wèn)題,城市亟需轉(zhuǎn)變當(dāng)前的發(fā)展方式[71]。這就需要探索FEW資源在城市系統(tǒng)中的時(shí)空演化規(guī)律,追溯FEW隨著經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的變化軌跡與特點(diǎn),重點(diǎn)關(guān)注由于城市發(fā)展引起的城市與區(qū)域之間的空間沖突(如資源需求和資源消耗高、附加值低的產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移沖突等),為改善城市與區(qū)域的FEW資源管理提供依據(jù)。具體而言,可以通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間序列的多區(qū)域IO模型,一方面量化城市與區(qū)域貿(mào)易來(lái)往過(guò)程中,FEW隨產(chǎn)品或服務(wù)流轉(zhuǎn)所體現(xiàn)的FEW資源消費(fèi)變化；另一方面將這些變化呈現(xiàn)在空間維度上,測(cè)度FEW資源的空間關(guān)聯(lián)關(guān)系,進(jìn)而解構(gòu)其空間關(guān)聯(lián)特征及其影響因素。同時(shí),還可借助于結(jié)構(gòu)路徑分析,識(shí)別影響FEW關(guān)聯(lián)關(guān)系的關(guān)鍵部門(mén)和關(guān)鍵路徑,為優(yōu)化資源管理指明方向。另外,也可運(yùn)用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型預(yù)測(cè)未來(lái)的FEW需求,評(píng)估城市轉(zhuǎn)型相關(guān)政策對(duì)FEW供給安全帶來(lái)的潛在影響。

3.3.3 城市食物-能源-水關(guān)聯(lián)關(guān)系的協(xié)同管理

盡管已有學(xué)者開(kāi)始關(guān)注“關(guān)聯(lián)關(guān)系”的優(yōu)化管理,然而FEW關(guān)聯(lián)關(guān)系理論研究與實(shí)際管理需求之間的差距較為明顯[72-73]。今后的研究不僅要關(guān)注FEW中任意一方的優(yōu)化,更要綜合考慮一方變化對(duì)其他兩方的影響,試圖建立集成管理的框架。在城市FEW關(guān)聯(lián)關(guān)系優(yōu)化模型中應(yīng)綜合考慮自身及其腹地的資源稟賦、社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展階段、產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢(shì)、環(huán)境容量以及相關(guān)政策規(guī)劃等內(nèi)容,促進(jìn)城市與區(qū)域一體化發(fā)展,確保整體效益的最大化[54]。目前學(xué)者們提出的優(yōu)化模型集中在提高FEW資源效率,而資源供給安全、城市與區(qū)域空間關(guān)聯(lián)以及應(yīng)對(duì)突發(fā)事件等問(wèn)題在優(yōu)化模型中尚未得到有效解決。

4 結(jié)論與討論

本文梳理了FEW關(guān)聯(lián)關(guān)系的發(fā)展歷程、相關(guān)概念以及研究方法等內(nèi)容,相關(guān)結(jié)論與討論如下：

1)FEW關(guān)聯(lián)關(guān)系作為資源環(huán)境管理的新視角和新手段,依然是一個(gè)較新的理念,對(duì)其概念的界定仍然較為寬泛與模糊。總體而言,“關(guān)聯(lián)關(guān)系”概念的界定涉及多尺度、多要素、多邊界,才能有針對(duì)性的制定解決方案。因此,本文基于“資源依存”、“資源供給”和“系統(tǒng)集成”三個(gè)視角提出城市FEW關(guān)聯(lián)關(guān)系的概念框架,充分考慮了城市系統(tǒng)開(kāi)放性、復(fù)雜性和高度依賴(lài)外部資源輸入等方面的特征,為城市FEW關(guān)聯(lián)關(guān)系研究掃清概念混亂的障礙。

2)城市FEW關(guān)聯(lián)關(guān)系是一個(gè)綜合、集成的概念,不僅要考慮FEW系統(tǒng)內(nèi)部相互依存關(guān)系,還需考慮城市與區(qū)域之間的空間和產(chǎn)業(yè)關(guān)聯(lián)。在城市FEW關(guān)聯(lián)關(guān)系框架下,應(yīng)進(jìn)一步探討FEW資源的效率與安全在城市不同發(fā)展階段和不同供給鏈中所呈現(xiàn)的變化與特征,并在此基礎(chǔ)上,構(gòu)建FEW關(guān)聯(lián)關(guān)系優(yōu)化模型,促進(jìn)城市與區(qū)域協(xié)同發(fā)展。因此,“系統(tǒng)性表征”、“時(shí)空演化”和“協(xié)同管理”應(yīng)該成為城市FEW關(guān)聯(lián)關(guān)系未來(lái)研究的重點(diǎn)領(lǐng)域。

3)然而,由于城市系統(tǒng)較為復(fù)雜,城市FEW關(guān)聯(lián)關(guān)系需要解決的問(wèn)題仍然很多。如FEW資源環(huán)境影響的區(qū)域分?jǐn)倖?wèn)題,以及在城市管理模式和基礎(chǔ)設(shè)施較為成熟的情況下,如何打破“路徑依賴(lài)”,實(shí)現(xiàn)資源協(xié)同管理。雖然城市FEW資源協(xié)同管理很難在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn),但至少可以在目前研究的基礎(chǔ)上,嘗試從多過(guò)程、跨系統(tǒng)和多區(qū)域的綜合視角,構(gòu)建符合城市特點(diǎn)的優(yōu)化模型,服務(wù)于城市規(guī)劃與決策實(shí)際。