在咖啡种植扩张过程中管理水资源利用：来自中国云南的系统性见解

《Journal of Cleaner Production》：Managing water use in coffee expansion: System-based insights from Yunnan, China

云南咖啡产业水资源压力及应对策略研究，运用系统动力学模型模拟2001-2040年不同情景下用水变化。结果显示水友好消费情景可减少25.4%用水，而全球贸易情景仅增0.2%。建议通过国际合作和本地节水措施缓解水资源压力，为可持续农业提供参考。

　　随着全球气候变化的加剧，水资源短缺问题日益严峻，这对农业的可持续发展构成了重大挑战。农业作为全球淡水使用的主要驱动力，占据了约70%的淡水消耗量，而在一些发展中国家，这一比例甚至高达95%（FAO, 2017）。与此同时，灌溉需求的上升以及水管理效率低下，进一步加剧了地下水的枯竭，对生态系统、粮食安全和人民生计造成了严重威胁（Amarasinghe et al., 2015; Bates et al., 2008; Taylor et al., 2013）。在农业生产中，水资源消耗较大的作物尤为突出，其中咖啡便是一个典型案例。据研究，生产一杯125毫升的咖啡需要大约140升的水，这几乎是生产一杯茶所需水量（约34升）的四倍（Chapagain and Hoekstra, 2007）。因此，像咖啡这样在全球贸易中占据重要地位的作物，其高水需求对主要生产地区，尤其是水资源相对匮乏的地区，带来了显著的压力（Hoekstra and Mekonnen, 2012）。在咖啡生产与消费过程中，实现水资源的高效利用不仅有助于减轻环境压力，还能推动农业的可持续发展，同时支持全球范围内的水资源保护工作（Gerbens-Leenes et al., 2013; FAO, 2017; Zhang et al., 2017）。

自17世纪以来，全球咖啡贸易将热带生产国与世界各地的城市消费者紧密联系在一起（Neilson and Wang, 2019）。到2023年，咖啡种植覆盖了超过75个国家，总面积估计在10至11百万公顷之间，全球咖啡产量约为11.1百万吨。全球咖啡市场价值接近1000亿美元，支持了约2250万咖啡种植农户（Straits Research, 2025; YNCIEG, 2022）。全球咖啡需求预计每年将增长约2.0%至2.5%，这需要相应的供应增长以维持市场平衡。此外，亚洲等发展中国家的咖啡消费自2018年以来增长超过14%（CoBank, 2024; International Coffee Organization and UNIDO, 2024）。在中国，咖啡消费也呈现出快速增长的趋势，其年均增长率达到15%，远高于全球平均水平的2%（China Report, 2022）。尽管中国以茶叶生产闻名，但近年来其咖啡产业迅速发展，特别是在云南地区。云南的高海拔和适宜的气候条件，使其成为中国的中心咖啡产区。到2021年，云南的咖啡产量已占中国总产量的98%（YNCIEG, 2022）。云南的咖啡产业以小农户为主，混合雨养系统占主导地位，并具有较强的出口导向性。该产业占全球咖啡种植面积的0.8%和全球咖啡产量的1.1%（YNCIEG, 2022）。

图1显示，直到20世纪90年代，中国的咖啡生产与消费仍处于较低水平，但此后两者均迅速增长。国内消费在2010年左右超过生产，这一差距主要由即溶和烘焙咖啡的进口来填补，反映了消费者行为在全球趋势影响下的变化（YNARA, 2023; YNCIEG, 2022）。这种转变揭示了社会层面广泛的文化和经济变迁，尤其是在年轻一代中，近年来的生活方式和文化偏好推动了中国国内咖啡市场的扩张。尽管中国在全球咖啡消费中仅占2.6%，但其需求的持续增长，部分导致了全球范围内的咖啡豆价格上涨，从2000年初的每公斤0.3美元涨至2025年的每公斤8美元（增长约2000%）。这种需求的激增对云南，作为中国主要的咖啡产区，带来了日益严重的压力。尽管到2021年云南已有超过420家咖啡企业，但由于种植面积有限、农业体系分散以及水资源短缺，云南的咖啡产量仍无法满足全国需求（Neilson and Wang, 2019; YNCIEG, 2022）。

随着中国国内咖啡需求的持续上升，云南咖啡面临日益严重的土地和水资源压力。虽然近年来在提高用水效率和多元化市场需求方面（如对可持续或雨养咖啡的偏好）取得了一些进展，缓解了部分压力，但咖啡生产仍然高度依赖水资源，并对气候变化的波动非常敏感。不均匀的降雨和严重的干旱继续对云南咖啡的长期可持续性构成重大威胁（Yunnan Network, 2024）。为应对这一挑战，生产商采取了结合本地适应与供应多样化的双重策略。在本地，努力包括推广节水型农业实践（如扩大雨养种植、改进种植方法以及通过公共和私营项目支持节水计划）。一些农场也迁移到省内降雨更稳定的地区。与此同时，一些生产商通过合作伙伴关系或土地收购投资海外种植园，尽管国家层面的政策支持有限。到2021年，云南已积极推动与超过30个国家的国际合作和贸易（YNCIEG, 2022; YNPG, 2022b; Zhang and Yang, 2024）。

为了确保未来的可持续发展，云南咖啡应采用节水型生产方法，推广可持续咖啡消费理念，并考虑通过进口或从水资源丰富的地区获取供应来补充国内需求。如果中国的每人咖啡消费量达到全球平均水平，那么对水资源的需求可能上升到约53亿立方米。这种国内需求的增加以及贸易的扩展，可能使中国成为全球最大的咖啡市场，从而对已经有限的水资源造成额外压力。

本研究旨在探讨这一挑战，重点分析云南咖啡产业的用水动态，关注生产、消费与更广泛的全球贸易体系之间的相互作用。系统动力学（SD）模型已被广泛应用于研究水资源和水文挑战（Su?nik et al., 2012）。它可以将灌溉与降雨联系起来，支持灵活的政策制定（Moore et al., 2024）。尽管早期的SD研究主要模拟水文流动，但后来的应用扩展到了更广泛的水资源管理领域。然而，许多模型仍将系统视为静态，并集中于单一尺度，优先考虑结构性方面而非市场动态或多层次的社会经济过程（Chen and Wei, 2014; Mashaly and Fernald, 2020; Mirchi et al., 2012）。非SD方法，如多重有界离散选择模型或多区域投入产出模型，常用于研究用水和水质（Wang et al., 2013; Dong et al., 2019）。然而，这些方法往往只关注系统中的孤立部分，并部分捕捉了农业、贸易和治理之间的复杂联系（Li et al., 2015; Keith et al., 2017; Yin et al., 2020）。因此，尽管方法上有所进步，SD和非SD研究在表现用水动态、多层次特征方面仍存在局限。这种局限性在像云南这样的新兴生产地区尤为明显，因为当地的环境条件和全球经济动态正在越来越多地塑造用水情况。在这样的背景下，静态的SD模型很少考虑影响本地用水的外部驱动因素。此外，大多数关于咖啡用水的研究主要集中在已经成熟的生产与消费国家，对像云南这样的新兴地区分析较少（Chapagain and Hoekstra, 2007; Usva et al., 2020; Leal-Echeverri and Tobón, 2021）。尽管中国90%的水资源用于国内消费，但外部因素（如出口需求和贸易政策）仍可能影响农业生产和水资源分配（Hoekstra and Mekonnen, 2012）。在云南，这可能导致内部农场迁移或投资海外种植园，以缓解本地水资源压力，同时满足国际市场需求。

当前研究和建模实践中的这些空白凸显了对更动态和综合方法的需求。为此，本研究开发了一个动态多层级SD模型，将云南的咖啡产业用水与产业变化及更广泛的经济条件联系起来。与静态和单一经济体的SD模型不同，该方法整合了国内和全球经济联系，展示了贸易、生产与消费模式如何塑造本地用水情况。在此框架下，可计算一般均衡（CGE）冲击被引入作为情景输入，以代表不同的全球政策和市场条件（Burfisher, 2021; Bolarinwa, 2024）。这种综合模型能够进行多尺度的定量评估，分析在国内外背景下，云南的咖啡生产与消费如何影响水资源使用。本研究主要聚焦于三个核心研究问题：（1）云南咖啡产业如何影响区域水资源？（2）在中国政策和全球贸易的推动下，云南的咖啡生产在面临水资源压力时，如何实现部分迁移和可持续转型？（3）推广节水型咖啡消费如何有助于缓解水资源压力并增强中国在全球咖啡市场中的地位？本研究为可持续农业提供了案例分析，并为发展中国家的政策制定者和利益相关者提供了有价值的见解。

云南的咖啡产业自1884年通过台湾由欧洲传教士和早期商人引入中国后，逐渐发展到云南地区。云南的温和年均气温（15–22°C）和适中的降雨量（1000–1500毫米）为咖啡种植提供了有利条件（Huang and Luo, 2018; YNARA, 2023; YNPG, 2022b; NBS, 2024）。在过去二十年中，云南已成为中国的主要咖啡产区，被誉为“咖啡之乡”。随着咖啡产业的快速发展，云南的农业结构和社会经济状况也在发生变化。越来越多的农民开始转向咖啡种植，这不仅改变了当地的农业格局，也对水资源管理提出了新的挑战。云南的咖啡种植主要依赖于雨养系统，而这种系统在面对气候变化和水资源短缺时显得尤为脆弱。因此，如何在保持咖啡产量的同时，实现水资源的高效利用，成为云南咖啡产业可持续发展的关键。

本研究采用的系统动力学模型，旨在全面模拟云南咖啡产业的用水情况，涵盖从2001年到2040年的不同情景。该模型不仅关注咖啡种植本身，还考虑了生产、消费以及全球贸易之间的复杂关系。通过引入可计算一般均衡（CGE）冲击，模型能够模拟不同政策和市场条件下的水资源使用变化。这种综合方法有助于更准确地预测未来水资源供需状况，并为政策制定提供科学依据。模型的四个子系统分别对应不同的研究维度：（1）云南咖啡生产与资源，（2）人口与行为动态，（3）经济与贸易，以及（4）政策与法规。每个子系统都反映了影响咖啡产业用水的不同因素，如气候条件、市场需求、政策支持以及农民行为变化。

研究结果表明，云南咖啡产业的用水情况受到多种因素的共同影响，包括生产模式、消费趋势以及全球贸易政策。在基线情景下，云南的咖啡用水量保持相对稳定，平均为906.8亿立方米。而在全球贸易情景下，模拟显示水资源使用量略有上升，达到908.8亿立方米（+0.2%）。这反映了全球贸易对云南咖啡产业的影响，以及水资源供需之间的动态关系。在水资源平衡政策情景下，模拟结果显示用水量上升至93亿立方米（+2.6%），表明政策调整对水资源使用的影响。然而，在推广节水型消费趋势的情景下，水资源使用量显著下降至67.65亿立方米（?25.4%），这显示了消费模式变化对水资源使用的重大影响。研究进一步指出，综合性的政策和市场调整能够最大程度地减少水资源使用，这表明在应对水资源压力时，需要采取多层面的协调策略。

本研究的发现强调了在农业生产中，实现高效生产与可持续消费之间的协调，对于减少水资源使用、支持更加可持续的咖啡贸易具有重要意义。云南的咖啡产业案例为农业水资源管理提供了实际的参考，尤其是在发展中国家。研究还表明，通过改变消费模式，如推广雨养咖啡或可持续咖啡，可以有效缓解水资源压力，并增强中国在全球咖啡市场中的竞争力。此外，通过国际合作和贸易，云南可以减少对本地水资源的依赖，同时满足国际市场需求。这种策略不仅有助于云南咖啡产业的可持续发展，也为其他发展中国家的农业水资源管理提供了借鉴。

本研究的模型框架能够有效整合生产、消费与贸易之间的复杂关系，从而更全面地评估水资源使用的动态变化。在模型中，咖啡生产与消费被纳入不同的子系统，以反映其对水资源的影响。同时，全球贸易政策和市场条件也被纳入模型，以模拟不同情景下的水资源供需变化。这种多层级的建模方法能够更好地捕捉农业、贸易与治理之间的多层次互动，从而为政策制定者提供更科学的决策依据。研究还表明，通过调整政策和市场条件，可以优化水资源使用，实现更加可持续的农业发展。例如，在水资源平衡政策情景下，通过优化地下水使用，可以减少对水资源的过度依赖，同时提高生产效率。这种政策调整对于缓解云南的水资源压力具有重要意义。

本研究的发现对于全球农业水资源管理具有广泛的借鉴意义。随着全球气候变化的加剧，水资源短缺问题将更加严峻，这要求农业生产必须更加注重水资源的高效利用。云南的咖啡产业案例表明，通过调整生产模式和消费趋势，可以有效缓解水资源压力，同时推动农业的可持续发展。此外，通过国际合作和贸易，云南可以减少对本地水资源的依赖，同时满足国际市场需求。这种策略不仅有助于云南咖啡产业的可持续发展，也为其他发展中国家的农业水资源管理提供了参考。在全球范围内，农业水资源管理需要更加综合和动态的方法，以应对日益复杂的水资源供需关系。云南的案例表明，通过系统动力学模型，可以更准确地预测水资源使用变化，并为政策制定提供科学依据。

本研究的结论表明，气候变化加剧了水资源短缺，这对农业构成了重大威胁。咖啡作为一种高水需求作物，其生产受到水资源状况的显著影响。云南作为中国主要的咖啡产区，其咖啡产量占全国的95%以上，因此面临着日益严重的水资源压力。研究采用系统动力学模型，评估了不同情景下的可持续水资源使用情况，结果显示通过国际合作和贸易，可以有效缓解云南的水资源压力。同时，研究强调了在农业生产中，实现高效生产与可持续消费之间的协调，对于减少水资源使用、支持更加可持续的咖啡贸易具有重要意义。云南的案例为农业水资源管理提供了实际的参考，特别是在发展中国家。研究还指出，通过推广节水型消费趋势，可以有效减少水资源使用，同时增强中国在全球咖啡市场中的地位。这种策略不仅有助于云南咖啡产业的可持续发展，也为其他地区的农业水资源管理提供了借鉴。

本研究的发现对于全球农业水资源管理具有重要的启示。随着全球气候变化的加剧，水资源短缺问题日益严峻，这对农业的可持续发展构成了重大挑战。咖啡作为一种高水需求作物，其生产受到水资源状况的显著影响。云南作为中国主要的咖啡产区，其咖啡产量占全国的95%以上，因此面临着日益严重的水资源压力。研究采用系统动力学模型，评估了不同情景下的可持续水资源使用情况，结果显示通过国际合作和贸易，可以有效缓解云南的水资源压力。同时，研究强调了在农业生产中，实现高效生产与可持续消费之间的协调，对于减少水资源使用、支持更加可持续的咖啡贸易具有重要意义。云南的案例为农业水资源管理提供了实际的参考，特别是在发展中国家。研究还指出，通过推广节水型消费趋势，可以有效减少水资源使用，同时增强中国在全球咖啡市场中的地位。这种策略不仅有助于云南咖啡产业的可持续发展，也为其他地区的农业水资源管理提供了借鉴。

通过本研究，我们希望为农业水资源管理提供新的视角和方法，特别是在面对全球气候变化和日益增长的市场需求时。云南的咖啡产业案例表明，通过调整生产模式和消费趋势，可以有效缓解水资源压力，同时推动农业的可持续发展。此外，通过国际合作和贸易，云南可以减少对本地水资源的依赖，从而实现更加可持续的农业发展。这种策略不仅适用于云南，也为其他发展中国家的农业水资源管理提供了借鉴。在全球范围内，农业水资源管理需要更加综合和动态的方法，以应对日益复杂的水资源供需关系。通过系统动力学模型，可以更准确地预测水资源使用变化，并为政策制定提供科学依据。这种模型的应用不仅有助于减少水资源使用，还支持全球范围内的水资源保护工作。因此，本研究的发现对于全球农业水资源管理具有重要的参考价值，特别是在应对气候变化和水资源短缺的背景下。