中国区域-产业复合尺度虚拟水贸易视角下的水碳时空关联与碳中和效益分析

本研究创新构建区域-产业嵌套分析框架，首次提出虚拟水流溢出效率（VWFSE）与潜在碳中和效益（PCNB）指标，揭示粮食贸易引发的跨行业水-碳转移机制。通过耦合社会公平原则与最小成本最大流算法，量化中国省际虚拟水-碳流时空演变，并开发“区域碳减排-水资源效率提升”协同优化技术，为农业可持续管理提供科学范式。

　　

Highlight

本研究通过整合社会公平原则与优化版最小成本最大流算法，构建了中国区域-产业复合尺度的粮食虚拟水-碳流时空分析框架，并建立了“区域碳减排-水资源效率提升”协同优化方法论，可实现资源-环境系统的双优化路径精准识别。

Materials and methods

本研究基于历史与未来情景（后者通过气候生产潜力模型预测粮食产量），采用耦合社会公平原则的最小成本最大流模型构建粮食贸易网络。运用多部门投入产出法计算省际虚拟水-碳流；进而开发虚拟水流溢出效率（Virtual Water Flow Spillover Efficiency, VWFSE）和潜在碳中和效益（Potential Carbon Neutrality Benefit, PCNB）指标以量化协同效应。

Spatiotemporal evolution analysis of virtual water?carbon flows

研究期内，虚拟水流从341.7 × 10⁸ m³增至403.7 × 10⁸ m³，虚拟碳流从46.4 × 10⁶ t升至54.9 × 10⁶ t，呈现稳定增长趋势。东北地区成为虚拟水主要输出地，而沿海省份转向净进口状态，加剧区域水资源失衡。

Patterns and determinants of virtual water–carbon flows in agriculture

实证表明省份虚拟水流与粮食贸易量并非严格正相关。虚拟水体积反映部门用水与资源产出的关系，并与水资源生产率及资源市场动态紧密关联。人口规模与粮食产量共同决定贸易量，同时作物价格与第一产业水资源生产率的耦合进一步影响虚拟水流动的规模和方向。

Conclusion

研究显示，虚拟水-碳流及潜在碳中和效益在全国呈持续上升态势。黑龙江、安徽和内蒙古显著增长，而广东、浙江等沿海省份因产业结构调整呈现下降。关键路径如河北-天津和山西-广东被识别为资源-环境双优通道，促进大规模农业贸易系统内水-碳建设性协作。