水、能源、粮食是人类社会发展的基本保障,三者之间的紧密联系成为近年来国内外学者关注的重点。通过对水—能源—粮食纽带系统协同演化机制的探究,能更好地厘清三者之间的相互关系,对实现社会高质量发展具有重要意义。基于自组织理论,从水、能源、粮食三个角度构建理论模型,运用哈肯模型分阶段地对中国西北地区水—能源—粮食纽带系统协同发展的演化机制进行探究,并在此基础上分析水—能源—粮食纽带系统协同得分的时空分异规律。结果表明:(1)2000—2010年间,中国西北地区水—能源—粮食纽带系统协同演化的序参量是水资源子系统,其主导着整个系统的演化方向,而能源子系统、粮食子系统处于从属地位。在协同得分的时空变化规律上,西北五省区协同得分整体呈上升趋势,但各地区得分差距较大。(2)2011—2018年间,中国西北地区水—能源—粮食纽带系统协同演化的序参量是水资源子系统和能源子系统,两者共同主导着水—能源—粮食纽带系统的协同演化,粮食子系统则处于从属地位。在协同得分的时空变化规律上,西北五省区协同得分仍保持平稳上升趋势,省际间得分差距明显缩小。

基于系统动力学构建以水资源、能源、粮食为主体,涵盖经济、社会、环境的复杂系统,以西南四省市2004—2017年数据为基础模拟2018—2030年该区域水—能源—粮食与水电生产状况,并设置四个情景进行仿真模拟,在单要素模拟基础上协同分析其水—能源—粮食三者的纽带关系。结果表明:(1)西南四省市的用水总量呈现先上升后下降趋势,2030年预计超过606亿m3,整体水资源压力低于30%;能源消费总量逐年递增,预计达到7.4亿t标准煤,平均单位能耗仍较高;粮食生产量稳步增长到7 900万t,但人均粮食产量仍低于全国平均水平;水力发电总量在保持现有的开发速度,预计超过1.5万亿k W·h,为2018年的2.2倍。(2)水—能源—粮食纽带关系呈协同优化趋势,三者资源利用效率明显提升,推动社会经济与生态环境呈良性发展态势。(3)通过对四种情景进行权衡协同分析,建议选择情景四即综合节约与水能发展,有助于当地经济与生态可持续发展。

本文利用2010～2021年中国281个地级市数据，对中国城市“水-能源-粮食”纽带系统耦合协调度进行评价，探究其时空特征以及影响因素。研究发现：中国城市WEF系统安全呈现出上升趋势，子系统中粮食安全滞留在较低水平。全国城市WEF系统耦合协调度有所提升，但多数城市处于初级协调状态，并呈现出较为明显的空间集聚和极化特征，高值集聚主要分布在长江中游综合经济区，低值集聚主要位于大西北和黄河中游综合经济区。在“新四化”变量中，信息化和产业结构高级化对本地和邻近城市WEF系统耦合协调度有显著促进作用，产业结构合理化的影响呈现出非线性特点，城镇化可能产生负面影响但并不显著。

水、能源、粮食均为战略性、基础性资源,三者之间相互关联,彼此制约,深刻影响着人类的生产、生活和生态环境。通过梳理水—能源—粮食纽带关系领域的研究内容、研究方法、研究尺度等,进一步明确了变化环境影响下水—能源—粮食纽带关系概念框架及其风险关系的传递与表达,指出当前对水—能源—粮食纽带关系理解尚未统一,广泛采用的有"联系论"和"方法论"。现有研究对水—能源—粮食纽带关系进行了现状评估,资源间相互消耗关系的量化与不同情景下的仿真模拟。研究中存在数据缺失、不一致,评估因素单一,缺少动态反馈机制,难以真正应用到政策调控中等问题。因此,数据整合、模型集成、风险评估与动态调节、提高韧性、城市尺度研究和智慧管理,均是水—能源—粮食纽带关系发展关注的重点领域。

基于水—能源—粮食纽带关系建立多维投入—产出指标体系研究能源绿色效率，包括从静态方面构建MetaSBM-DDF模型测算能源绿色全要素生产率，从动态方面构建Luenberger模型测算能源绿色全要素生产率指数（GLTFP），并分解其要素贡献和地区差异性。结果表明：产出要素的无效率是整体无效率的主要推动力，且期望产出要素的相对贡献呈下降趋势，非期望产出要素的相对贡献呈上升趋势。能源绿色全要素生产率的区域差异明显，东部沿海能源绿色全要素生产率代表最佳技术前沿，而东北地区、长江中游和西南地区是三大低值区。GLTFP年均增长率为4.5%，其中技术进步是GLTFP增长的核心动力且贡献度达121.06%，而技术效率对GLTFP增长有制约作用且贡献度年均下降0.9%，产出要素生产率变动是推动GLTFP增长的核心要素，且非期望产出要素、投入要素、期望产出要素对GLTFP增长的贡献率依次递减。

水资源、能源、粮食安全是实现可持续发展的重要支撑，与可持续发展各目标存在紧密联系。论文基于水—能源—粮食纽带关系(WEF nexus)系统相关的理论、方法与应用等最新研究成果，根据研究对象的时空尺度，考虑系统物质、能量、信息交换，重新解析了WEF nexus系统的定义与组成、内部相互作用过程、输入与输出、影响因素；阐明了气候变化对水、能源、粮食3个子系统及其纽带关系，以及不同类别人类活动对WEF nexus系统的正面和负面影响。进一步分析了水、能源、粮食与可持续发展目标的关联性，以“研究主题—学科理论—技术方法—实践应用”为主线，提出了面向可持续发展的WEF nexus系统研究框架及其3个核心研究内容：WEF nexus系统内部纽带关系和总体状态评估、系统变化的驱动因素识别和系统的外部性影响分析。最后，针对WEF nexus系统跨学科分析的需求，基于纽带关系的理论研究与应用不足的现状、系统时空边界的多样性特点，剖析了多学科交叉与融合研究的具体思路；提出了基于纽带关系的综合性分析指标与计算方法的研究设想；指出了多尺度研究成果耦合应用的必要性和方式。研究可为WEF nexus系统的基础理论与应用实践提供新的视角，为全球与区域可持续发展目标的分析提供思路和方法借鉴。

据西北五省区制定的规划或计划,到2010年将累计退耕400×104hm2,约占现有耕地面积的1/4。按照目前的单产水平和粮食作物比例,西北地区将减少粮食产量近400×104t,相当于1996年西北地区粮食总产量的1/8。同时,退耕对当地的粮食生产存在正面影响,主要表现在:①退耕节省下来的生产要素的转移可以带来未退耕耕地粮食产量提高;②西北地区生态环境以及局地小生境的改善可以促进粮食生产、降低灾害风险。此外,农业科技进步和工程设施建设的加强,会对保留耕地上的粮食生产起到极大的推动作用。通过对西北五省区粮食单产的预测并结合人口预测可知,2010年西北地区粮食总产量可达4516.9×104t,在人均...

【目的】对西北地区主要粮食作物碳足迹和水足迹进行评估，并基于碳足迹和水足迹建立多目标种植结构优化模型，对各省（区）粮食作物进行空间布局调整，为减少碳排放量和强化水资源管理提供理论依据。【方法】以西北地区小麦、玉米和水稻种植面积、产量和农资投入量等为基础数据，利用生命周期法（LCA）对碳足迹进行评估；以蒸散量和有效降水量为基础数据，利用Penman-Monteith公式对水足迹进行评估；基于熵权法对西北五省（区）三大粮食作物布局进行多目标优化。【结果】1999—2020年西北地区小麦、玉米、水稻的碳足迹和水足迹在不同省（区）表现出明显的差异性。西北地区3种粮食作物小麦、玉米、水稻碳排放呈现出东西部较高，中部较低的分布特点，其单位产量碳足迹（PCF）的范围分别为：0.36—0.63、0.33—0.56、0.57—0.97 t CO_2-eq·t~(-1)，单位面积碳足迹（FCF）分别为：（2.46±0.77）、（3.21±0.49）、（5.57±0.91)t CO_2-eq·hm~(-2)。2010—2018年西北地区小麦、玉米绿水总量呈平稳上升趋势，水稻绿水总量变化不显著。平均绿水总量较高的地区分布在陕西、甘肃和宁夏。蓝水总量在2010—2015年呈上升趋势，2016—2018年呈现下降趋势，平均蓝水总量较高的地区分布在甘肃、宁夏和新疆。玉米是西北地区三大粮食作物中蓝水足迹最小的作物，平均蓝水足迹为0.45 m~3·kg~(-1)；水稻的蓝水足迹最大，平均蓝水足迹为0.77 m~3·kg~(-1)。基于碳足迹和水足迹进行粮食作物种植结构优化，以各省（区）不同作物种植面积为决策变量，并根据不同权重设置重点减少碳排放（生态效益）和重点增加绿水利用（水资源效益）的优化情景。情景1碳排放总量减少1.9%，绿水利用总量增加5.0%；情景2碳排放总量减少11.8%；情景3绿水利用总量增加6.7%。【结论】西北地区三大粮食作物碳排放和水总量时空差异显著。碳足迹方面，该地区三大粮食作物平均FCF呈现增加，PCF呈现降低的变化趋势。水足迹方面，该地区三大粮食作物绿水足迹高于全国均值，其中玉米绿水足迹最大，水稻绿水足迹最小。在粮食作物安全保障的前提下，小麦种植面积增加6.7%、玉米和水稻种植面积分别减少5.8%和8.0%，经济、资源和生态效益均有一定的改进。综上所述，多目标优化后可以提高绿水资源利用，减少碳排放量，缓解环境压力。

欠发达地区的粮食安全问题是我国粮食安全问题的重要组成部分,受气候条件、水资源、土地资源、人口及劳动力资源、农机设施与科技水平、思想观念和政策等多种因素影响。目前,我国西北地区的粮食安全在粮食生产能力和生产结构、粮食供需与对外依存、粮食生产的比较收益等多方面都有所表现。针对西北地区粮食安全问题,我们可以采取"虚拟水资源"战略,调剂不同地区对水资源的需求;优化粮食结构,统筹地区发展;关注人口增长和有效劳动力不足的矛盾,提高农业人口素质;在保证政府宏观调控有效实施的同时,建立预防突发情况的应急机制。

以Web of Science为检索数据库,以2006—2018年发表的水、能源和食品纽带关系研究文献数据为对象,采用文献计量学理论与CiteSpace分析工具,从文献的时空分布、研究机构和资助机构分布、学科和研究方向及发文期刊分布、基于名词性短语的热点分析以及期刊与作者的共被引网络分析5个方面进行统计分析。结果表明:美国与欧洲发达国家无论是在发表文献的数量与质量上,还是研究机构与资助机构的支持力度上,均处于领先地位;中国(包括台湾省)近几年在此领域的研究发展迅速,但在文献质量及支持力度方面还有待提高;目前对该领域的研究多偏向于以水资源为核心的研究,其中,水资源和环境科学为主要的研究学科,环境科学与生态、工程及水资源为主要的研究方向;"气候变化"、"可持续发展"、"粮食产量"、"粮食安全"和"纽带关系方法"是主要的研究热点议题;与"农业作物"、"气候变化"和"生命周期评估"相关的主题是纽带关系跨学科研究的重要方向;在纽带关系的研究中,《能源政策》、《环境变化》、《水资源研究》"3个期刊被引次数最多,Hoff H、Bazilian M、Ringler C、联合国粮农组织、世界银行等为推动该研究发展起到了重要作用。

本文探讨了能源资源富集、但经济发展相对落后的经济大区能源资源开发同地区经济协调发展的问题。侧重以我国西北地区为例，从实证的角度，阐述了能源开发对地区经济繁荣的意义和作用、富能地区经济系统的空间组织以及推动能源开发同可持续发展相互协调的区域政策要点。

我国以植树造林为核心的生态环境建设取得了很大成绩,到1997年全国已累计造林4627万hm2,其中“三北地区”3024万hm2。但也存在着很大问题,主要表现在平均造林成活率仅25%,保存率仅13%。经分析,西北地区少雨干旱,缺土壤水是“年年造林不见林”的主要原因。分析表明,水是西北地区生态系统重建的根本,而跨流域调水、加强水资源管理、雨水资源化、发展节水农业、普及节水意识等,是解决西北地区水资源短缺的根本途径。

水是西北地区生态的关键生境要素,西北地区严重的生态环境问题使得生态需水随着西部开发受到广泛的关注。论文指出生态需水所涉及的理论问题,从生态系统稳定性探讨原始天然生态系统的适宜开发强度,在此基础上,遵循可持续发展的生态观探讨西北地区生态保护与生态建设的模式;从地带性理论和径流形成原理分析西北地区各类自然地理单元上的植被需水规律,从而明确了自然界哪些生态完全靠降水支撑、哪些生态除降水之外还需径流支撑,用生态的排序方法进一步分析干旱地区地下水埋深与植被类型的关系。同时,通过分析土地利用变化与径流形成的关系,以及生物与环境的不可分割性与物竞天择的自然选择原理给出生态需水的概念,从而为量化生态需水提供了...

西北地区是我国重要的生态安全屏障和重大国家战略的枢纽地区,经济社会发展整体滞后,发展与保护的矛盾比较突出。处理好西北地区生态保护与高质量发展之间的关系,对于新时代推进西部大开发形成新格局具有重要战略意义。推动西北地区生态保护和高质量发展的主要任务包括:围绕大保护,建立"一廊五区多点"的生态安全格局;围绕大开发,形成"两横两纵四区四群多点"的区域经济布局;围绕大开放,构建"三重开放、两带引领"的互动合作格局;围绕人地协调,探索各具特色、优势互补的高质量发展模式。实现西北地区生态保护与高质量发展协同推进的关键策略与路径在于:(1)分区推进保护和修复,提高生态系统稳定性。(2)实施重大引调水工程,构建水安全保障体系。(3)强化创新和园区驱动,多元化发展绿色经济。(4)优化交通网络和通道,探索枢纽经济新模式。(5)多层次提升合作水平,增强区域发展协同性。

能源、环境与经济是人类社会生存与发展的物质基础,能源经济发展在带来区域经济快速繁荣的同时,往往造成当地社会生活质量的下降和生态环境的破坏。陕西作为我国21世纪重要的能源接续地,在能源开发利用的同时也受到脆弱生态环境的约束,本文以此为例进行可持续发展预警实证研究具有一定的代表性和现实意义。通过设计能源-环境-经济可持续发展预警指标体系,构建出可持续发展预警模型,采用人工神经网络预警方法和层次分析法,编写出计算运行程序,运用Matlab7.1软件中人工神经网络工具箱,将有关数据信息和预警模型有机结合,探讨能源-环境-经济可持续发展理论构建与应用问题。研究结果表明:陕西能源-环境-经济的可持续发展趋...