综述：对中国水足迹的系统性、全面的历史概述与评估

《Ecological Indicators》：A systematic comprehensive historical overview assessment of water footprint in China

水足迹（WF）研究在中国经历了从单一产业/区域分析到多维整合的发展，揭示了区域水资源分布不均、污染加剧等问题，并提出了政策优化方向。

　　### 水足迹研究的回顾与展望：中国水足迹研究的历史演进、问题分析与未来方向

#### 引言：水足迹的提出与重要性

水是人类社会和自然环境中不可或缺的资源，其对于维持生态平衡、保障生活与生产活动具有基础性作用。随着城市化和人类活动的加剧，全球气候变化导致水资源供需矛盾日益突出，水安全问题成为各国关注的重点。联合国可持续发展目标（SDGs）明确提出要重视水资源的节约与管理，而中国作为水资源相对匮乏的国家，其水足迹研究具有特殊意义。水足迹（Water Footprint, WF）作为一种衡量人类对水资源利用和污染的综合指标，能够反映不同地区和行业对水资源的消耗情况，以及污染类型和程度。它不仅关注水资源的直接使用，还涉及间接的虚拟水资源流动和污染治理所需水量，为水资源管理提供了新的视角和方法。

中国拥有独特的水文环境、政策体系和生态挑战，为全球水足迹研究提供了重要的实践背景。水资源在中国的分布极不均衡，北方地区仅占全国水资源总量的19%，却承担了60%的耕地用水需求。这种“水土粮”错配现象促使了区域化、针对性的研究方法的出现。不同于全球范围内的宏观分析，中国的水足迹研究更注重具体地区和行业的动态变化，逐渐从单一的农业领域扩展到涵盖“水文—经济—政策”多维度的综合研究框架。

中国学者在水足迹研究方法上进行了创新，例如通过将SWAT模型与基尼系数相结合，对西北干旱地区等特殊地形进行水足迹空间异质性评估，为全球干旱地区水足迹量化提供了可复制的技术框架。同时，中国推行的“最严格水资源管理制度”促进了水足迹与政策工具的深度融合。通过分析吉林省农业水足迹强度下降37%的案例，建立了政策干预与水足迹响应之间的定量联系，填补了国际文献中关于政策效果评估的空白。此外，研究还首次解释了“红色水足迹”概念在极端水文事件中的响应机制，如中国年均受洪涝影响面积达1.8×10^4平方公里，这将灾难水文学纳入传统的水足迹框架，拓展了全球水足迹理论的生态维度。

本研究的目标是通过系统性和比较的方法，回顾中国水足迹研究的历史，分析其现状与问题，并提出未来研究的建议。通过梳理现有文献和官方文件，我们期望为中国提升水资源利用效率和优化水管理策略提供科学依据，同时为全球水安全议题提供参考。

#### 方法论：历史评估框架

本研究采用四阶段的研究框架，以确保对水足迹研究的全面回顾与深入分析。首先，我们对历史和当代文献进行了系统性的回顾，涵盖Web of Science、Google Scholar、Scopus以及中国知网等数据库，截至2024年12月，共收集到16,432篇相关文献。这些资料经过筛选，确保其可靠性与代表性。

其次，我们对水足迹研究的历史演变进行了深入分析，构建了一个详细的时序框架，以识别关键的发展节点。通过案例研究，我们探讨了不同区域水足迹的空间差异，并比较了中国与其他国家的研究重点、方法和政策影响。这一比较不仅揭示了中国水足迹研究的独特性，也帮助我们识别出当前研究中可能存在的局限性。

第三阶段是基于前两阶段的发现，我们对水足迹研究的历史进行了系统性回顾，重新审视以往的研究成果，并结合当前的水资源挑战进行重新解读。这一过程有助于我们识别知识空白和研究优先级，从而为未来研究提供方向。

最后，我们总结了当前水足迹研究面临的主要问题，并提出了未来研究的战略建议。这些问题包括数据的不完整性、方法论的不一致以及政策执行中的不足。通过这些分析，我们期望为水足迹研究提供更加科学和实用的指导，推动水资源管理向更可持续的方向发展。

#### 中国水足迹研究的历史演进与趋势

中国水足迹研究的发展经历了几个重要的阶段。最初，研究主要集中在农业领域，通过虚拟水概念和其量化方法，分析水资源的利用情况，为水资源管理提供了新的思路。例如，2003年首次在西北地区（包括新疆、青海、甘肃和山西）进行水足迹研究，揭示了水资源在农业和工业中的消耗情况，以及其对生态环境的影响。

随着研究的深入，水足迹的概念逐渐扩展到其他行业和区域。2010年以后，输入输出模型（IO model）成为研究水足迹的重要工具，用于分析经济活动对水资源的影响。研究者们开始关注不同行业和地区的水足迹差异，例如电力行业、农业和制造业等。同时，水足迹的评估方法也在不断改进，从传统的计算方法发展为结合多种模型和数据的综合分析。

近年来，水足迹研究更加强调与经济发展的脱钩关系，即如何在经济增长的同时减少对水资源的依赖。例如，2019年的一项研究分析了农业水足迹与经济增长之间的关系，探讨了水资源利用效率的提升路径。此外，研究还开始关注水足迹的动态变化，结合气候变化、土地利用和人口增长等因素，分析水足迹在不同时间尺度上的变化趋势。

值得注意的是，中国学者在水足迹研究中引入了“红色水足迹”这一新概念，用于描述因极端水文事件（如洪水和干旱）导致的水资源损失或位移。这一概念与国际上关于“水灾害足迹”的研究相呼应，强调了水足迹在评估水系统脆弱性中的作用。通过引入这一概念，中国水足迹研究进一步拓展了其在水安全和可持续发展方面的应用。

#### 水足迹研究的案例分析

为了更深入地理解中国水足迹研究的现状与问题，我们选择了三个典型案例进行分析，分别涉及工业压力、空间不平等和农业转型。

**案例一：工业压力与生态风险——电力行业的灰色水足迹**

电力行业是中国水足迹研究中的重要领域，其对水资源的影响尤为显著。灰色水足迹（Grey WF）指的是为稀释污染物而消耗的水量，通常与工业生产密切相关。以电力行业为例，灰色水足迹的评估不仅涉及污染物排放量，还包括其对水质和水生态系统的潜在影响。研究表明，灰色水足迹的计算方法依赖于污染物排放记录，而在中国，由于数据获取的难度，部分研究忽略了背景污染浓度的影响，导致评估结果不够准确。

此外，电力行业对水资源的依赖程度较高，尤其是在煤炭能源结构占主导的背景下。因此，提升电力行业的水处理技术和优化生产流程，成为降低灰色水足迹的重要策略。例如，通过改进煤炭开采和发电过程中的水循环利用，可以有效减少水资源的浪费和污染。这一研究方向不仅有助于缓解水资源短缺问题，也为其他高耗水行业提供了借鉴。

**案例二：空间不平等与政策驱动的水足迹分配——吉林省水足迹研究**

吉林省是中国农业资源丰富的省份之一，其水足迹分布具有明显的空间不均衡性。通过应用基尼系数和不平衡指数，研究者们分析了人口密度、GDP、耕地面积和自然水资源禀赋等因素对水足迹分配的影响。结果表明，人类活动在加剧水足迹不平等的同时，自然条件也起到了一定的限制作用。

该研究还强调了灰色水足迹在水管理中的重要性，指出其可以更直接地反映人类活动对水质的影响，并间接影响各地区的水足迹公平性。因此，未来研究应更加关注灰色水足迹的评估，以制定更具针对性的水管理政策。同时，研究者们建议在不同地区采用适合本地情况的水足迹计算方法，以提高研究的适用性和准确性。

**案例三：农业转型与水-经济脱钩——甘肃省农业水足迹研究**

甘肃省是中国重要的干旱农业区之一，其农业水足迹与经济增长之间的关系备受关注。研究者们采用了Tapio脱钩指数和对数平均Divisia指数（LMDI）等方法，分析了农业水足迹强度与经济增长之间的动态关系。这一研究揭示了农业现代化过程中水资源利用效率的提升潜力，同时也指出了数据缺失和模型精度不足等问题。

例如，由于缺乏详细的农业用水记录，研究者们只能依赖区域平均数据，这可能导致水足迹计算结果的偏差。此外，一些研究忽略了化学农药和肥料对水足迹的影响，导致评估结果不够全面。因此，未来研究应更加注重数据的准确性和完整性，以及模型的本地化校准，以提高水足迹研究的科学性和实用性。

#### 比较分析：中国与国际水足迹研究的异同

尽管全球范围内的水足迹研究方向基本一致，但不同国家和地区由于自然条件、经济结构和社会政策的差异，研究方法和侧重点也有所不同。例如，中国水足迹研究主要集中在农业和工业领域，尤其是干旱地区的水资源管理，而其他国家可能更关注能源行业或城市用水。此外，中国在水足迹研究中更强调政策干预的作用，例如通过“最严格水资源管理制度”来优化水足迹评估体系。

在方法论上，中国学者更多地采用混合模型和多指标分析，如结合SWAT模型和基尼系数，以评估不同地区的水足迹差异。而国际研究则倾向于使用先进的遥感技术和卫星数据，例如通过卫星植被指数和生物物理变量来评估作物的水足迹。这种技术手段在提高研究精度方面具有显著优势，但也存在数据获取难度大和成本高的问题。

此外，中国水足迹研究在数据质量和模型适用性方面仍面临挑战。例如，部分研究依赖于全国平均数据，这可能导致对区域水足迹的误判。同时，一些模型在计算时忽略了特定的自然背景和潜在影响，导致评估结果的不确定性。因此，未来研究应更加注重数据的本地化和模型的校准，以提高水足迹研究的准确性和适用性。

#### 当前研究的局限性与未来方向

尽管中国水足迹研究取得了显著进展，但仍存在一些亟待解决的问题。首先，数据的不完整性是制约研究进展的重要因素。许多研究依赖于有限的统计数据，导致对水足迹的评估不够精确。例如，部分研究未能全面考虑污染物的相互作用，使得评估结果存在偏差。

其次，研究方法的不一致也影响了水足迹评估的可靠性。不同研究采用不同的计算方法和模型，导致对同一研究对象的评估结果存在差异。例如，一些研究忽略了农业和工业之间的互动，而另一些则未能充分考虑气候变化对水足迹的影响。因此，未来研究应更加注重方法论的统一性，以及对多种影响因素的综合分析。

此外，水足迹研究的动态性不足也是当前面临的问题之一。许多研究仅关注静态的水足迹评估，而未能充分考虑时间维度上的变化。例如，农业水足迹在不同年份和不同气候条件下的波动，可能对水资源管理产生重要影响。因此，未来研究应更加注重时间序列分析，以更好地理解水足迹的动态变化及其对水安全的影响。

最后，水足迹研究的政策导向性仍需加强。虽然一些研究已经将水足迹与政策工具相结合，但如何将研究成果转化为具体的政策措施，仍是一个挑战。例如，如何在不同地区制定差异化的水资源管理策略，以实现水足迹的最小化，同时保障经济和社会发展的需求，是未来研究的重要方向。

#### 未来研究的方向与建议

为了进一步提升中国水足迹研究的科学性和实用性，未来研究应从以下几个方面进行拓展和深化：

1. **提升数据质量与完整性**：加强数据采集和处理能力，尤其是在农业、工业和水资源管理等领域，确保水足迹研究的准确性和可靠性。此外，应建立统一的数据标准，以便不同地区和行业的研究结果能够相互比较和验证。

2. **优化计算方法与模型**：当前的水足迹计算方法仍存在一定的局限性，例如未能充分考虑污染物的相互作用和不同地区的水文条件。因此，未来研究应探索更加精确的计算方法，如结合遥感技术和地理信息系统（GIS）进行空间分析，以提高水足迹研究的动态性和空间适应性。

3. **加强政策与管理的结合**：水足迹研究应更加注重政策制定和实施的结合，为水资源管理提供科学依据。例如，通过制定差异化的水资源管理策略，优化水足迹评估体系，提高水资源利用效率。同时，应推动水足迹研究与政策工具的深度融合，如建立水资源补偿机制，鼓励跨区域合作。

4. **推动跨学科研究与国际合作**：水足迹研究涉及多个学科领域，如环境科学、经济学和社会学。因此，未来研究应加强跨学科合作，结合不同领域的知识，以更全面地理解水足迹的影响因素。此外，应加强与国际研究团队的合作，借鉴先进的技术和方法，提高研究的国际竞争力。

5. **发展个人与企业层面的水足迹评估**：目前，水足迹研究主要集中在国家和区域层面，而个人和企业的水足迹评估仍较为薄弱。因此，未来研究应探索如何将水足迹概念推广到个人和企业层面，以提高公众和企业的节水意识。例如，开发个人水足迹计算器，帮助人们了解自身的水资源消耗情况，并采取相应的节水措施。

6. **推动水足迹与碳足迹、能源足迹的综合评估**：水足迹研究应与其他环境指标（如碳足迹和能源足迹）相结合，形成更全面的环境影响评估体系。通过整合不同足迹指标，可以更准确地衡量人类活动对环境的综合影响，为可持续发展提供科学依据。

#### 结论：中国水足迹研究的未来展望

综上所述，中国水足迹研究在历史演进过程中经历了从单一行业和区域研究向多维度、多学科综合研究的转变。这一研究框架不仅涵盖了农业、工业和城市用水，还结合了政策、经济和社会因素，形成了更加全面的水足迹评估体系。然而，研究仍面临数据不完整、方法不一致、政策实施不足等挑战。

未来，中国水足迹研究应更加注重技术的创新和数据的完善，以提高研究的科学性和实用性。同时，应加强与国际研究的合作，借鉴先进的评估方法和管理策略，推动水足迹研究向更国际化、标准化的方向发展。此外，水足迹研究还应更加关注个人和企业层面的节水实践，通过提高公众意识和政策支持，促进水资源的可持续利用。

最终，水足迹研究不仅是中国水资源管理的重要工具，也为全球水安全和可持续发展提供了宝贵的经验。通过不断优化研究方法、完善数据体系和加强政策引导，中国有望在水足迹研究领域取得更大的突破，为全球水资源治理贡献更多智慧和力量。