主要成果

摘要：揭示与粮食贸易相关的农业水、土地和温室气体(GHGs)之间的关系对于农业资源要素的协调发展和保障粮食安全具有重要意义。本研究以中国三大粮食作物(水稻、小麦和玉米)为研究对象，通过环境扩展的多区域投入产出(EE-MRIO)模型，结合Penman—Monteith方程、作物系数法和IPCC排放系数法，建立了水-土-粮-温室气体(WLFG)纽带关系评估框架，以刻画粮食贸易相关的虚拟水、虚拟土和隐含温室气体转移，进一步探讨了WLFG耦合协调关系，为WLFG的协同优化提出了政策建议。结果表明，作物需水量与农业温室气体之间来源结构相似，虚拟水、虚拟土和隐含温室气体转移与粮食贸易模式相关。2017年，中国虚拟水、虚拟土和隐含温室气体转移总量分别为3768.5亿立方米、8817万公顷和391.89MtCO₂当量，与2007年相比分别增长了28.42%、33.25%和55.2%。总体而言，中国的WLFG平均耦合协调度在供需两侧均略有上升。本研究为农业WLFG纽带系统的协同管理和可持续发展提供了指导。

研究结果

作物需水量大致呈现东多西少、南多北少的分布特征，研究时段内中国作物需水总量增加，其中河南、山东、河北小麦需水量均超过1010m³。农业温室气体直接排放与间接排放来源结构类似均与需水量类似，但直接排放量大于间接排放，与当地粮食种植结构有关联，全国农业温室气体总量从2007年的306.19MtCO₂当量增加到2017年的433.38MtCO₂当量。其中，黑龙江、山东、河南、安徽、湖南和江西均属于我国的粮食主要产区，也是作物需水量和农业温室气体排放的高值区。

图1 (a)2007、(b)2012和(c)2017年作物需水量

图2 (a)2007、(b)2012和(c)2017年农业温室气体直接与间接排放

虚拟水、虚拟土、粮食贸易和隐含温室气体流动的空间格局具有相似性。2007年至2017年，中国的虚拟水、虚拟土地、粮食和温室气体转移流动总量分别增长了28.42%、33.25%和55.2%。京津地区农业自给率较低，主要依赖外部资源，对外供给极少。华中和东北仍是主要供应地，向经济发达的东部沿海、南部沿海和京津地区转移。黑龙江、安徽、河南承担了主要的农业资源供给任务。总体来看，我国虚拟水流动格局是自西向东、自北向南的。黑龙江是虚拟水净流出最多的省，2007年净向外转移134.39×108m³，2017年净向外转移263.46×108m³。隐含温室气体主要由农业发达的河南、安徽、黑龙江转向经济发达的东部沿海地区。与2007年相比，2017年湖北、四川、甘肃的净转移方向发生了变化，湖北和四川由净流出转为净流入，甘肃由净流入转为净流出。

全国平均WLFG纽带耦合协调度在供给端和消费端均有小幅度上升。其中，在供给端，承担大量粮食生产任务的黑龙江、河南表现出了较低的耦合协调度。2007年黑龙江耦合协调程度处在勉强协调状态，2012与2017年均处于中度失调状态，河南耦合协调程度较黑龙江更差。在消费侧，山东耦合协调度始终较低，2007和2012年均处于中度失调状态，2017年进入边界失调状态。同样位于华北平原的河北耦合协调度在2012年出现下降。

图3 2007年(a)虚拟水、(b)虚拟土、(c)食物贸易、(d)隐含温室气体区域转移

图4 2017年(a)虚拟水、(b)虚拟土、(c)粮食贸易和(d)隐含温室气体的省际和区域间转移

结论与讨论

本研究建立的WLFG纽带研究框架侧重于中国最重要的三种粮食作物，并考虑了粮食贸易隐含的虚拟水、虚拟土以及温室气体转移。该框架更具体、详细地反映了中国农业WLFG关系，为协调粮食安全和农业减排提供了理论依据，有助于粮食增产、农业温室气体减排以及水土资源配置协同优化。

近年来，国际和国内粮食供应受到人口增长、气候变化和武装冲突等多重威胁。但总体来看，中国大部分省份WLFG纽带耦合协调度保持稳定。这在一定程度上表明，我国生态文明建设取得了显著成效，农业高质量发展水平得到提升，粮食安全水平得到加强。然而，区域间粮食供需与资源环境的不协调依然存在。

为进一步缩小区域发展不平衡，促进农业减排增效，保障粮食安全，实现碳中和目标，应当深化农业供给侧结构性改革，坚守“谷物基本自给、口粮绝对安全”的底线要求，以水资源为突破口，实施“以水定地、以水定产、以水定发展”；加快构建“水-土-粮-温室气体”协同治理体系与模式，从国家或区域发展的战略规划层面，统筹考虑水、土地、粮食、农业温室气体纽带关系，特别是水资源保障、粮食安全与减排的均衡关系，进一步建立健全水利、发改、能源、农业农村、生态环境、自然资源等部门之间沟通、对话与协调机制，形成“水-土-粮-温室气体”协同治理风险调控手段，建立节水、节地、低碳、高产、可持续的新型粮食生产体系，共同做好“水-土-粮-温室气体”协同治理工作。

原文信息

Bai Y, Xuan X, Wang Y, Weng C, Huang X, Deng X*. Revealing the nexus profile of agricultural water–land–food–GHG flows in China. Resources, Conservation and Recycling, 2024, 204: 107528. https://doi.org/10.1016/j.resconrec.2024.107528

(白羽萍 供稿)