共生視角下中國區域“水-能源-糧食”復合系統適配性評估

支彥玲　陳軍飛　王慧敏

摘要

水資源、能源和糧食是人類生存發展的基礎資源，三者之間的交互關系被稱為“水-能源-糧食”紐帶。中國水資源、能源和糧食（耕地）資源時空分布不匹配，影響資源流動效率。隨著資源供需矛盾加劇，資源管理方式亟需從“單資源”規劃向“多資源”協同轉變， 因此，開展“水-能源-糧食”復合系統適配性評估對推動多資源協同管理具有重要意義。本文引入共生理論，構建“水-能源-糧食”系統共生架構，提出區域“水-能源-糧食”系統適配概念，將“水-能源-糧食”系統適配性分解為穩定性、協調性和可持續性，基于壓力-狀態-影響-響應（PSIR）模型構建適配性評估指標體系，對2000—2016年我國區域“水-能源-糧食”系統適配性進行綜合評估。研究表明：①可持續性對“水-能源-糧食”復合系統適配性影響最大，協調性是適配性提升的短板，穩定性是適配性的重要基礎。②我國“水-能源-糧食”復合系統的整體適配性、協調性、可持續性水平呈上升趨勢，增長速度先快后慢，穩定性指數小幅波動，趨于平穩。③我國“水-能源-糧食”復合系統適配性時空分異特征明顯，東北、東部地區的適配性水平相對較高，主要呈上升趨勢;中部、西部地區的適配性水平相對較低，主要呈下降趨勢。根據評估結果，提出以下建議：①加強水資源、能源、農業、土地等多部門協同，增加科技、水利、能源等方面投資力度，協調水-能源、水-糧食和能源-糧食關系，提高水資源、能源和糧食系統之間轉化效率。②引導自然資源從富集區域向匱乏區域流動，引導高端產業、先進技術和投資等社會資源從發達地區向自然資源富集區域轉移，緩解資源匱乏區供需矛盾，提高資源附加值，促進區域協同發展。

關鍵詞?水-能源-糧食;適配性;共生;評估

中圖分類號?F062.1?文獻標識碼?A?文章編號?1002-2104（2020）01-0129-11?DOI：10.12062/cpre.20190502

水資源、能源和糧食是人類生存發展基礎性戰略資源，在全球人口增長、環境惡化、氣候變化影響加劇的背景下，淡水資源日漸短缺、糧食供給變化不定、能源需求日益旺盛[1]。伴隨著三種資源相互依賴、深度糾纏的新特征，傳統的“單資源”管理方式已經無法有效應對資源供給與需求之間的矛盾，也容易造成多種資源的浪費，不利于區域可持續發展。從“多資源”綜合角度，開展“水-能源-糧食”紐帶關系研究，加強部門之間協同合作，保障區域水安全、能源安全和糧食安全成為當前國際社會關注的熱點[2]。我國水資源、能源和糧食（耕地）時空分布不均衡、不匹配，極大地影響了資源流動與轉化的效率，加劇了資源供需的不平衡。評估水、能源、糧食系統協同關系、優化資源在區域內部以及區域之間配置，提高資源轉化效率和利用效益，降低資源稟賦對社會發展的約束作用，改善“水-能源-糧食”系統與“社會-經濟-自然”復合系統之間的適應性和匹配性，是“多資源”綜合管理的重要內容。因此，開展區域“水-能源-糧食”系統適配性研究，科學界定“適配性”內涵，客觀評估“適配性”變化態勢和時空分異特征，明確影響“適配性”的因素，尋求提升“適配性”的有效途徑，對于推動資源協同管理、緩解資源供需矛盾、保障資源系統安全具有重要指導意義。

1?研究綜述

水資源、能源和糧食系統是一個復雜的關聯系統。2011年，在德國波恩召開的“水-能源-糧食安全紐帶：綠色經濟路徑”會議（簡稱為“波恩會議”）[3]，首次提出“水-能源-糧食”紐帶（WEF Nexus）概念，明確水資源、能源和糧食系統之間關聯關系（Nexus）的重要性。遵循Nexus思維，學者們在“水-能源”“水-糧食”和“能源-糧食”內部關聯的基礎上，拓展到經濟、社會、自然系統的外部關聯，并引入生態系統服務、可持續發展、氣候變化、適應性管理等概念，開展水資源、能源和糧食多系統協同性研究，形成諸多成果。①定性研究方面：提出WEF Nexus框架[1，4]，土地、水資源、能源、資本、勞動力等是“Nexus”內部的基礎資源，人口增長、城鎮化、技術進步、政府治理等是“Nexus”外部的驅動因素，與水、能源和糧食相關的社會、經濟和環境效益是“Nexus”管理的目標;探討WEF Nexus安全概念、風險來源、風險的關聯傳導機制等，建立諸如WEF Nexus→環境污染及環境資源壓力→健康風險、生態系統風險→WEF Nexus的循環反饋路徑[5-6];構建WEF Nexus安全指標體系，包含人口、經濟、管理、技術、農業、水資源和能源等系統要素及風險特征[7-8];指出“可利用資源量”“可獲取資源量”和“已使用資源量”是水資源、能源和糧食系統安全的核心要素[9]，“可用水量”是WEF Nexus的核心要素[3]。②定量研究方面：Rand[10]根據資源“可利用性”和“可獲取性”構建“Food-Energy-Water”安全指數，并將其解構為水安全、能源安全和糧食安全，評估全球166個國家的WEF安全狀態;Wang等[11]、Chen等[12]基于PSR技術、物元模型（matter-element model）、協調度模型等，提出WEF Nexus的“可持續性”評估體系，分別評估中國、中國西北地區的“水-能源-糧食”系統可持續性，指出中國2015的WEF Nexus的可持續性高于2005年，西北地區資源系統比較脆弱，系統之間協調度不高;李桂君等[13]利用系統動力學模擬水資源、能源、糧食、社會、經濟、環境的交互關系，評估并預測北京市W-E-F狀態和趨勢;彭少明等[14]基于協同學原理，構建黃河流域“水-能源-糧食”協同模型，優化水資源約束下糧食生產、能源開發和水資源調配布局;Zhang & Velimir[15]從投入-產出角度建立包含生產成本、社會經濟需求和環境影響控制多期模型，優化區域水資源、能源和糧食供給策略。

然而，已有的研究較少從系統適配的角度開展，缺乏對“水-能源-糧食”系統適配性概念、內涵、過程和必要性理論分析;“水-能源-糧食”系統安全評價指標主要從水資源、能源和糧食三個方面篩選，較少關注“社會-經濟-自然”外部環境，不能體現“水-能源-糧食”系統循環性與反饋性;實證分析主要針對單個區域展開，缺少全國層面“水-能源-糧食”紐帶關系的時空差異性分析。“適配性”是對系統關系的描述，涉及社會、經濟、自然等多個關聯的異質系統。馬世駿和王如松[16]提出“社會-經濟-自然”復合生態系統，認為其內部子系統之間物質、信息和能量交換等過程符合生態系統基本規律。“共生理論”[17]是生態學基本原理之一，描述生物性活體的營養性聯系。在復合生態系統背景下，研究人員將其引入到社會經濟領域，指出“共生”關系是多主體協同發展的基礎[18]。張智光[19]用“共生”描述經濟和自然關系，構建森林生態系統-林業產業共生關系測度模型，評估區域林業生態安全;馬仁鋒等[20]用“共生”分析社會、經濟、環境系統關系，提出“移民-產業-環境”共生型流域規劃方法。已有研究為本文用“共生”關系解讀水資源、能源、糧食系統適配性提供基礎。

本文將“共生理論”引入“水-能源-糧食”紐帶關系中，構建區域“水-能源-糧食”系統共生框架，提出區域“水-能源-糧食”系統適配概念;基于壓力-狀態-影響-響應（PSIR）技術，建立“水-能源-糧食”系統適配性評價指標體系;利用坎蒂雷賦權法確定指標權重，并對2000—2016年中國區域“水-能源-糧食”系統適配性進行綜合評估。最后，為中國“水-能源-糧食”系統適配性提升和區域可持續發展提供政策建議。

2?共生視角下“水-能源-糧食”復合系統適配性分析

2.1?“水-能源-糧食”系統共生關系分析

“共生”（Symbiosis）起源于生物學領域，指不同生物體生活在一起，在生理上相互依存并達到某種平衡狀態。廣義的“共生系統”指共生單元在一定的共生環境中按照某種共生模式形成的共生關系的集合[18]。其中，共生單元（u）是能量產生和交換的基本物質條件;共生模式（r）是共生單元相互作用的方式或相互結合的形式;共生環境（e）是共生模式存在與發展的外部條件;三者相互作用的媒介被稱為共生界面（m），是物質、信息和能量傳遞的通道與載體。共生系統具有寄生、偏利共生、非對稱互惠共生、對稱互惠共生等多種進化狀態;進化的本質是共生能量（Ee）的增加，這是共生系統存在和發展的基本條件，體現了系統生存和增值能力。Ee由多種因素決定，其關系式可表達為：共生系統的進化與共生能量的增加具有一致性。因此，選擇合適的共生界面，改善物質、信息、能量生產、交換與配置的效率，增加共生能量，是促進系統向對稱性互惠均衡狀態進化的有效路徑。

在社會-經濟-自然復合系統中，水資源、能源和糧食系統之間也存在“你中有我、我中有你”的共生形態，本文將其稱為“水-能源-糧食”共生系統（見圖1）。①水資源、能源和糧食系統屬于異質共生單元，是基本能量生產和交換單位，其內部資源的數量、質量、結構等是共生系統均衡的重要條件。②水-能源、水-糧食、能源-糧食的依存轉化屬于共生關系，是競爭（如能源和糧食爭水）與合作（如灌溉用水、農機耗能）過程的多重耦合，關系協調是共生系統均衡的重要屬性[18]。③社會-經濟-自然復合系統屬于共生環境，是共生關系存在和演化的外部條件，兩者的影響具有相互性，共生關系對環境的適應性和共生環境的可持續性是共生系統均衡的重要特征。④與“水-能源-糧食”系統相關社會形態、市場制度、政府管理、產業、企業、工藝等要素均屬于共生界面，是共生單元之間以及與共生環境接觸方式和機制的總和，用“水-能源-糧食”耦合系統指代。

根據共生系統進化理論，“水-能源-糧食”系統共生的本質是產生共生能量，進化的目標是達到對稱性互惠均衡狀態。即在一定區域的環境容量內，通過優化水資源、能源和糧食系統內部及其交互過程中資源配置，提升資源流動與轉化的效率，實現三者協調;進而提升水、能源、糧食相關產品與服務供給的數量與質量，增強水-能源-糧食系統與外部環境的適應性，產生更好的經濟、社會與環境效益，形成“1+1+1>3”的效果，推動區域可持續發展。

由共生能量的表達式可知，“水-能源-糧食”系統的共生能量由共生單元（水資源系統、能源系統、糧食系統）、共生關系（水-能源、水-糧食、能源-糧食）和共生環境（社會、經濟、自然）及共生界面（制度、管理、產業、技術等）這4個主要因素決定。對“水-能源-糧食”共生系統狀態評估也以上述4個內容的要素為主要指標。

2.2?“水-能源-糧食”系統適配概念、內涵及過程分析

“水-能源-糧食”系統共生是客觀現象，系統的共生能量和進化狀態卻由于相關因素的驅動存在時空差異。為了評估水資源、能源和糧食系統的協同共生程度，本文提出區域“水-能源-糧食”系統適配的概念：在社會-經濟-自然復合系統內，水資源、能源和糧食系統之間在資源開發利用的全生命周期形成協調、匹配的互動關系，提升資源利用效率、提高相關產品與服務的產出水平;水-能源-糧食系統與外部的社會、經濟和自然系統在平衡供需矛盾的過程中形成彼此適應的狀態，降低污染物排放，保障區域可持續發展。

“適配”與“水-能源-糧食”系統共生狀態、共生能量相對應。根據公式（1），適配性包含四個方面內容：①共生單元適配。水資源、能源和糧食系統是共生的基礎，共生單元承載能力影響了共生能量增加的上限，部分共生能量表現為資源數量和質量提升。共生單元內資源數量、質量、結構、功能等越正向發展，其承載能力越大，適配度越高。②共生關系適配。水-能源、水-糧食和能源-糧食互動是共生能量的內部驅動力，互動關系協調程度影響共生能量增加的數量和速度。協調不僅包括共生單元之間數量、結構、功能等協調，也包括其對資源利用過程協調。協調度越高，資源配置和利用效率越高，共生關系適配度越高。③共生環境適配。社會-經濟-自然復合系統是共生的外部環境，是共生能量的外部驅動力，與共生關系之間彼此影響。共生環境適配度越高，來自共生關系的正向影響越多、負向排放越少，共生單元越能適應外部環境變化并保證相關產品和服務供給，資源利用產生的社會、經濟和環境效應越大。④共生界面適配。共生界面影響共生能量產生方式。社會制度、市場機制、管理方式、產業結構、技術水平等要素與區域的資源稟賦、發展水平匹配，共生系統內物質、信息、能量交換效率較高，供需矛盾減小，區域發展趨于穩定和持續。“水-能源-糧食”系統適配過程如圖2所示。

基于上述區域“水-能源-糧食”系統適配性描述，本文將“適配性”分解為三個指數：穩定性指數（S）、協調性指數（C）和可持續性指數（E）。其中，穩定性指數反映共生單元適配性，衡量水資源、能源和糧食系統內部資源數量、質量、結構、功能及承載能力等狀態。協調性指數反映共生關系適配性和共生界面適配性，衡量水-能源、水-糧食和能源-糧食依存轉化過程中資源配置與利用效率。由于共生界面所包含的要素主要作用于共生關系改善，本文將其和共生關系合并。可持續性指數反映共生環境適配性，衡量“水-能源-糧食”系統與外部環境之間的適應程度及交互影響效果。

2.3?共生視角下“水-能源-糧食”系統適配的PSRI結構模型與指標體系

為了評估“水-能源-糧食”系統適配度及3個指數，構建測度穩定性指數S、協調性指數C和可持續性指數E的指標體系。從系統論角度，“水-能源-糧食”共生系統的適配過程符合壓力-狀態-影響-響應（Pressure-State-Impact-Response， PSIR）[19]模型（見圖3）。由于“社會-經濟”系統（共生環境）中的人口增長、經濟發展、社會進步、產業結構調整等因素，導致區域內水資源、能源、糧食需求增加，對資源系統（共生單元）造成壓力;壓力驅動單元內部敏感因素變化，引起水資源、能源和糧食系統的基礎狀態（共生單元）和關系狀態（共生關系）發生改變，偏離原有的系統狀態;狀態變化對自然系統（共生環境）產生影響，在諸如氣候、水環境、空氣等生態方面產生作用;自然環境變化引起人類反思，通過管理、市場、工程、技術等響應措施（共生界面），優化資源流動速率和方向，提高資源利用效率，保護環境，增加產品與服務供給，緩解外部壓力，促進區域可持續發展。

在“水-能源-糧食”系統適配性PSIR結構模型中（圖3），WEF-P和WEF-I中的要素合起來反映外部社會、經濟、自然系統中與“水-能源-糧食”雙向影響的因素，可以用來構建測度可持續性指數的指標體系;WEF-S中的基礎狀態要素，反映共生單元內部資源的數量、結構等狀態，可以用來構建測度穩定性指數S的指標體系;WEF-S中關系狀態要素反映了水資源、能源和糧食互動關系，而WEF-R中的要素主要用來優化上述互動過程，提升資源利用效率，都與共生關系相關，可以合起來構建測度協調性指數的指標體系。

根據“水-能源-糧食”系統共生、適配及PSIR結構模型分析，結合已有的水資源系統、能源系統、糧食系統以及“水-能源-糧食”紐帶關系研究中采用的相關指標[4，7，10-11，21-24]，遵循科學性、動態性、數據可得性和層次性原則，本文構建以“穩定性”、“協調性”和“可持續性”為二級目標的區域“水-能源-糧食”適配性評價指標體系（見表1）。

3?研究方法

在對“水-能源-糧食”系統指標數據進行標準化處理的基礎上，利用“坎蒂雷賦權法”賦權法確定指標權重，利用TOPSIS模型綜合計算“水-能源-糧食”系統的適配性。

3.1?指標數據的標準化

3.2?“坎蒂雷賦權法”確定指標權重

“坎蒂雷賦權法”[25]是客觀賦權法，利用相關系數矩陣R和標準差矩陣S乘積進行指標權重計算。該方法將信息含量賦權與相關性賦權相結合，既克服了熵權法、離差最大化等方法忽略數據相關性弊端，又克服了因子分析法等忽略數據信息含量弊端，信息含量越大、與評價目標越相關，指標權重越大。

4?我國“水-能源-糧食”復合系統適配性實證結果與分析討論

4.1?數據來源

本研究區域涵蓋我國30個省、直轄市和自治區（不含西藏、香港、澳門、臺灣），各指標數據主要來源于2000—2016年的《中國統計年鑒》《中國能源統計年鑒》《中國農村統計年鑒》《中國環境統計年鑒》《中國水資源公報》《中國水利統計年鑒》。其中，“能源-糧食”要素集的“能源系統糧食消耗”和“生物能源工程投資”缺乏相應統計數據，且發生量在“水-能源-糧食”互饋過程中比重較低，對適配性評估影響較小，故未統計上述兩個指標的數據。

4.2?“水-能源-糧食”系統適配性指標權重計算結果

根據“坎蒂雷賦權法”公式，計算“水-能源-糧食”系統適配度評價指標權重（見表1）。

4.2.1?“可持續性”對“水-能源-糧食”系統適配性影響最大

準則層要素權重排序為可持續性>穩定性>協調性，表明“可持續性”對適配性影響最大，是造成區域“水-能源-糧食系統”適配度差異的主要來源。“可持續性”指標

評估共生環境的適配度，而“社會-經濟-自然”系統（共生環境）狀態與資源稟賦（共生單元）和資源流動（共生關系）高度相關，是適配水平的“顯示器”。因此，提升區域共生環境的容量，提高共生單元和共生關系（水、能源和糧食系統開發、生產）的供給能力，并減少污染物排放，是提高區域“水-能源-糧食”適配水平的首要任務。其中，城鎮化水平、研發經費投入、空氣污染控制等因素是主要著力點。

4.2.2?“協調性”是“水-能源-糧食”系統適配性水平提升的短板

“協調性”要素權重不足0.21，表明當前水資源、能源和糧食系統之間互饋頻率和效率較低，資源循環流動路徑有待拓展，是適配性水平提升的短板。“協調性”指標評估共生關系適配度、共生界面的適配度，然而，在當前評估體系中，能源-糧食相關轉換數據集中于能源→糧食，糧食→能源反向流動較少;資源系統互饋過程統計數據匱乏，無法全面定量反映共生關系狀態。因此，從技術和管理角度，不僅要加快水資源、能源和糧食單元之間資源流動，更要建立完善的資源互饋過程數據統計制度，便于評估、管理和改善資源系統協調性。

4.2.3?“穩定性”是“水-能源-糧食”共生系統演化的重要基礎

“穩定性”要素集內指標的權重約占整體1/3，表明共生單元適配度——系統運行過程中資源的數量、質量、結構、功能等因素是“水-能源-糧食”系統適配的重要內容。其中，水資源系統總體權重相對較低，不能充分體現水資源系統承載能力對“水-能源-糧食”系統適配的重要性。可能的原因是：當以中國整體為評估對象時，由于水資源的流動性，其時空分布不均衡的矛盾特征會被掩蓋，體現水資源稟賦的指標（如：人均水資源量）權重較低，影響水資源系統的整體權重。此外，體現供水結構的“非常規水資源開發”和質量的“水質”等指標權重相對較高，反映水資源循環和凈化過程對“水-能源-糧食”系統適配的重要性。

4.3?我國“水-能源-糧食”系統整體適配性計算結果

采用3.3節的適配性綜合評價函數，計算2000—2016年我國區域“水-能源-糧食”系統的適配性、穩定性、協調性、可持續性指數，其變化情況如圖4所示。

4.3.1?我國“水-能源-糧食”系統整體適配性穩定上升，趨于平穩

“水-能源-糧食”系統的整體適配水平在2000—2016年呈現良好的上升趨勢，年均增長率6.14%。在增長率方面，適配性指數增長速度先快后慢，說明在“水-能源-糧食”復合系統內，資源開發、轉化與利用過程中的物質、信息和能量傳遞以及共生能量增加受共生環境容量的約束，不能無限制發展。

4.3.2?我國“水-能源-糧食”系統的協調性、可持續性上升，穩定性小幅度波動

“水-能源-糧食”系統的協調性、可持續性指數在2000—2016年逐漸增加;穩定性指數小幅度波動。“協調性”指數在2000—2002年比較低，并在2002年后呈現較快增長趨勢，在2010年后進入相對平穩狀態。主要原因是：①協調性指數反映水資源、能源、糧食轉化效率以及為提升轉化效率所做的投資，隨著管理和科技水平不斷提高，表征資源轉化利用程度和效率的絕對量均大幅增加;②社會進步及其帶來增長效應受到資源稟賦和外界環境容量約束，相關指標的絕對量增加逐漸變緩;③在對數據進行標準化時，大部分指標在初始階段都接近0，綜合“協調性”指數相對較小。

4.3.3?穩定性、協調性、可持續性和適配性指數相互作用，影響效果存在滯后性

如圖4所示：①當“穩定性”指數高于“協調性”和“可持續性”指數時，共生單元的資源儲量能夠容納共生關系和共生環境演化所增加的需求和消耗，“協調性”、“可持續性”和“適配性”曲線變化率較大;②資源大規模開發利用導致共生單元的資源承載能力下降，“穩定性”逐漸降低，對人類社會經濟活動約束作用加強;③穩定性、協調性、可持續性的影響效果具有滯后性，并非同步變化，隨著“穩定性”指數緩慢降低，后三者的增長率開始下降;④2007—2008年，隨著資源節約型、環境友好型社會和生態文明建設開始，對資源開發與利用更加關注節約、效率、環境和生態保護，通過南水北調、最嚴格水資源管理制度、功能區規劃等工程與非工程措施調節和保護資源系統穩定性，提升區域資源系統承載能力，“穩定性”下滑趨勢逆轉。

4.4?我國“水-能源-糧食”系統適配性時空分異特征

結合中國國民經濟和社會發展規劃，選取2000年、2005年、2010年和2015年開展省級層面“水-能源-糧食”系統適配性評估。根據評價值的最大值、均值及分布特征，將適配度劃分為0～0.35、0.35～0.45、0.45～0.55、0.55～0.65、0.65～1五個梯次，用不同的圖案標識（見圖5）。

4.4.1?東北地區“水-能源-糧食”系統適配性水平相對較高，總體下降

東北地區是我國重要商品糧基地、傳統重工業基地，化石能源儲量豐富，水系分布處于“過渡帶”（豐水帶、多水帶、過渡帶、少水帶、缺水帶），水資源、能源和糧食（耕地）空間分布具有一定的重合性。然而，該區域受氣候變化影響，水資源量年際差異明顯;農業和重工業均屬于高耗水行業，社會經濟系統運行受水資源約束作用較大;工業發展對能源需求量較大，環境問題比較突出。東北地區“水-能源-糧食”系統適配性提升主要來源于共生關系適配度提高，基于農業節水、產業升級、工藝優化等方式，提升資源配置和利用效率，緩解水資源壓力、增加能源附加值和糧食供給，降低環境污染，進而影響共生環境的適配度。以遼寧為例，2000年區域水資源總量較少、供水總量占比超過99%、地下水開采約88%，嚴重威脅水資源系統穩定性，“水-能源-糧食”系統適配性較低。隨著振興東北老工業基地戰略推進，遼寧依托礦產資源不斷優化產業結構、工業流程等，推動資源型城市經濟轉型;依托港口發展臨海經濟，推進循環經濟和“生態省”建設，降低單位經濟產出的資源消耗強度和污染物排放，“水-能源-糧食”適配性得到提升。

4.4.2?東部地區“水-能源-糧食”系統適配性水平總體較高，逐漸提升

東部地區是我國經濟社會發展水平相對較高的區域，人口密度較大，是主要資源消耗區。區域內水土資源稟賦差異較大，水資源“北貧南豐”，水資源、能源和糧食系統空間重合度較低。該區域“水-能源-糧食”適配性提升途徑涵蓋共生單元、共生關系和共生環境三個方面：①水、能源、糧食等相關產品與服務由其他地區流入，緩解本區域資源壓力，改善資源系統穩定性，例如南水北調、引灤入津、引黃入冀等工程為北京、天津、河北、山東等區域提供大量水資源;②發展區域協同經濟、園區經濟，提升產業聚集度和規模效應;優化產業結構，發展金融、信息科技等高端產業，轉移高耗水、高耗能、高污染等產業，提升資源系統轉化率和協調性，如“京津冀”“長三角”“珠三角”等區域一體化戰略;③提升社會文明程度和城市化水平，提高資源利用所帶來的經濟、社會正向效益;加大環境保護監管與投資，改善環境質量。以上海為例，該地區資源自給能力較弱，但是能源、糧食外購緩解上海供需矛盾，提高資源系統穩定性;第三產業比重較高，尤其是金融、科技產業發達，資源利用效率較高，資源消耗所產生附加值較高，由農業、工業生產造成的環境污染相對較小，“社會-經濟-自然”外部環境可持續發展能力較大，區域“水-能源-糧食”適配水平較高。

4.4.3?中部地區“水-能源-糧食”適配性水平相對較低，總體下降

中部地區是中國經濟發展的“腹地”，包括河南糧食主產區，山西、豫北、安徽等煤炭基地，武漢、長沙、鄭州、合肥等重工業城市。中部地區的“水-能源-糧食”系統適配度相對較低，可能的原因：①水資源、能源和糧食空間重合度較低，山西、河南是重要的能源、糧食基地，處于缺水帶;②第一、第二產業占比仍然較大，部分地區是重要的（重）工業基地，高耗能、高耗水、高污染產業較多，水和能源需求大、利用效率相對較低，環境污染比較嚴重;③緊鄰東部地區，在區域一體化進程中，承接許多高能耗產業專業，污染排放增加;④人口密度比較高，水、能源和糧食等相關產品與服務需求較高，資源利用過程產生的經濟和社會效益低于東部地區。以安徽為例，緊鄰江蘇、浙江，屬于“長三角”腹地，擁有煤礦、有色金屬、鋼鐵等多個大型重工業企業集團;在“長三角”一體化進程中，安徽作為原材料供給區域，重工業化程度加深，江浙滬地區低端產業鏈轉移加劇了資源消耗，區域內資源利用效率不高，污染增加，導致“水-能源-糧食”適配度逐漸降低。

4.4.4?西部區域“水-能源-糧食”系統適配性水平總體較低，差異明顯西部地區各省份適配性水平總體較低、差異較大：內蒙古、新疆、陜西、重慶的適配度相對較高;青海、四川的適配度波動明顯;其他區域的適配度較低。西部地區自然資源豐富、生態脆弱，人口密度低。造成“水-能源-糧食”系統

適配度差異的原因可能是：①西北地區處于缺水帶，化石能源豐富，水、能源和糧食系統時空匹配度低，水資源系統穩定性差，能源系統穩定性較高;第一、第二產業比重較大，區域發展受水資源和生態環境雙重約束;能源產業帶動區域經濟、社會發展，為發展能源及相關產業，優化科技、管理、市場等手段，提高水資源利用效率，部分地區共生關系和共生環境適配度提高。以內蒙古為例，該區域是我國重要的煤炭能源基地，土地資源豐富，水資源匱乏，工業經濟以煤炭開采、煤化工生產為主，經濟發展受水資源和生態約束;內蒙積極改善農業節水技術、推進水權交易制度，優化水資源產業配置，并建設循環經濟園區，推廣空冷技術、中水回用等，強制企業污水零排放，提高資源利用效率，減少環境污染;增加生態用水量，為居延海等重要生態濕地補水，從共生單元、共生關系、共生界面和共生環境多個角度促進區域“水-能源-糧食”共生系統進化。②西南地區水資源豐富，是我國主要的水電能源富集區，水資源系統穩定;在“水-能源-糧食”共生系統中，優勢資源開發利用、水-能源轉化等尚未成為促進區域“社會-經濟-自然”復合系統發展主要動力，受區域整體科技水平、產業結構等影響，資源利用產生的經濟和社會效益相對較低，共生環境適配度不高。

5?結論與建議

5.1?結論

本研究基于生態學的“共生理論”，構建水資源、能源、糧食系統和“社會-經濟-自然”復合生態系統的共生架構;提出區域“水-能源-糧食”復合系統適配概念，并將適配性分解為穩定性指數、協調性指數和可持續性指數;利用壓力-狀態-影響-響應（PSIR）技術，建立區域“水-能源-糧食”系統適配性評估體系;運用“坎蒂雷賦權法”計算指標權重，定量測算了2000—2016年中國區域“水-能源-糧食”系統適配性，對中國“水-能源-糧食”適配性時空分異特征進行系統分析。研究結論如下。

（1）中國“水-能源-糧食”系統適配性評估體系中，準則層3個要素的權重排序為“可持續性”>“穩定性”>“協調性”。“社會-經濟-自然”復合系統（共生環境）適配性對區域“水-能源-糧食”系統適配性影響程度最大。經濟、社會系統資源需求以及資源開發利用過程中向自然系統的排放是影響共生環境適配性的重要因素。“協調性”是區域“水-能源-糧食”系統適配性提升的短板，“穩定性”是“水-能源-糧食”共生系統演化的基礎。

（2）從全國層面，2000—2016年中國“水-能源-糧食”系統的“適配性”“協調性”和“可持續性”均呈現上升趨勢，“穩定性”緩慢波動;“適配性”“協調性”和“可持續性”曲線增長速度先快后慢，趨于平穩，區域發展受環境容

量制約。“穩定性”“協調性”和“可持續性”指數相互影響，影響效果具有滯后性：當“穩定性”高于“協調性”和“可持續性”時，共生單元承載能力能夠容納社會經濟發展需求，“協調性”“可持續性”和“適配性”增速較快;當“穩定性”低于“協調性”和“可持續性”，資源稟賦對區域發展的約束性加強，“協調性”“可持續性”和“適配性”增速逐漸變慢。

（3）從區域層面，2000—2015年中國“水-能源-糧食”系統適配性時空分異特征明顯：東北地區、東部地區的適配性水平相對較高;中部地區、西部地區的適配性水平相對較低，總體下降;四個地區內部各省之間適配性水平也存在差異。首先，區域內水資源、能源和糧食（耕地）空間分布的重合度對“水-能源-糧食”系統適配性有影響，重合度越高，適配度越高;其次，區域內部、區域之間的資源高效流動和優化配置能夠提升資源的利用效率，緩解資源匱乏區域供給壓力;區域資源稟賦、社會經濟環境不同，“水-能源-糧食”系統適配度提升途徑存在差異。

5.2?建議

基于上述對我國區域“水-能源-糧食”系統適配性評價結果，提出以下政策建議。

（1）提高水資源、能源和糧食系統轉化效率，推進資源協同管理。一方面，增加科技研發、水利工程、能源建設等方面投入，改良生產技術與工藝，淘汰高耗能、高耗水的生產模式，減少資源浪費，提高水-能源、水-糧食和能源-糧食轉化效率。另一方面，因地制宜規劃區域資源開發利用，加強水資源、能源、農業、土地等管理部門協同，優化資源在產業間配置，提升資源整體投入產出水平。此外，完善資源轉化利用過程資料統計制度，為資源系統協調性科學評估提供基礎。

（2）推動自然資源和社會資源跨區域雙向流動，促進區域協同發展。一方面，完善水資源、能源和糧食（耕地）管理制度，強化市場機制在資源配置中的作用，拓寬資源跨區流動路徑，引導自然資源從富集區域向匱乏區域流動，緩解匱乏區域水、能源和糧食等相關產品與服務的供需矛盾。另一方面，引導高端產業、先進技術和投資等社會資源從發達地區向自然資源富集區域轉移，提高轉入區域資源利用的附加值，加快經濟社會發展;同時，實施最嚴格的環境保護制度，在對口承接區域產業轉移時，避免污染轉移，把水質、空氣質量、碳排放等指標納入政府考核體系。

（編輯：李?琪）

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