《Review of Materials Research》：Priorities for enhancing resilience of SDG causal network from a human-nature perspective
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本研究通过整合机器学习与网络分析，评估了全球粮食-水-能源-经济-气候-生态（FWEECE）可持续发展目标的协调与均衡进展，发现2000-2023年间协调指数增长4.28%，但均衡性不足。基于门控循环单元、面板向量自回归和链接预测模型，构建了包含33个目标的因果网络，并利用网络渗透理论识别关键节点。优先行动聚焦于缓解可持续林业管理（15.2）与经济生产力（8.2）间的贸易-offs，同时强化以水资源相关生态系统（6.6）到粮食价格稳定（2.c）为主导的84%协同效应，为全球人地系统治理提供新范式。
苏一鸣|周光金|王明远|李晓云|梁涛|王玲清|胡健|高继熙|赵文武|陶思远|Peter E. Holm|J?rg Rinklebe|张日奇|刘从强|龚蓉|欢一忠
中国科学院地理科学与自然资源研究所土地表面格局与模拟重点实验室，北京，中国
摘要
六个可持续发展目标（SDGs）——食物（2）、水（6）、能源（7）、经济（8）、气候（13）和生态（15）（FWEECE）之间的强烈相互作用反映了全球变化背景下人与自然关系的核心联系。然而，关于它们之间因果关系的研究仍然有限，全球转型的优先事项也尚未明确。在这里，我们开发了一个综合指数来评估SDG协调性的全球进展，并应用了门控循环单元模型、面板向量自回归模型和链接预测模型来捕捉FWEECE中33个目标之间的SDG因果网络。通过机器学习和网络分析，我们对SDG目标进行了优先级排序。我们进一步模拟了网络扰动，以确定能够增强网络韧性的优先行动。结果表明，自2000年以来，这些SDG在协调性和均衡性方面取得的进展有限，其中目标2.4（可持续农业）被确定为未来进展的关键重点。缓解高权重的权衡，特别是从目标15.2（可持续森林管理）到目标8.2（经济生产力）之间的权衡，同时加强84%的协同效应，特别是由目标6.6（与水相关的生态系统）到目标2.c（食品价格稳定）所引领的协同效应，是推进FWEECE的有效策略。我们的研究为人类-地球耦合提供了新的见解，为2030年议程的全球治理转型做出了贡献。
引言
实现可持续发展取决于促进人与自然关系的协调（Fu等人，2024；Liu等人，2025）。然而，全球经济的扩张加剧了对自然资源的需求，而水开发、能源生产和食品生产中的不可持续做法加速了气候变化，并威胁到了生态系统。这些过程产生了反馈，削弱了它们自身的可持续性，增加了食物-水-能源与经济、气候和生态系统之间互动的不确定性（Wang等人，2021；IPCC，2023）。鉴于气候变化、能源危机和生物多样性丧失等全球挑战（Achakulwisut等人，2023；Richardson等人，2023；Zhou等人，2023），迫切需要关注人类-自然系统中的六个紧密相互关联的领域：食物、水、能源、经济、气候和生态（FWEECE），这些领域对应于联合国2015年提出的六个可持续发展目标（SDGs 2、6、7、8、13和15）（联合国，2015）。这些SDGs旨在2030年前实现，以构建一个更美好的未来（Zhang等人，2022）。然而，自2020年以来，大多数目标的进展有限，甚至有所倒退（Sachs等人，2024），这突显了采取转型行动的紧迫性。
作为典型的紧密耦合的SDG领域，FWEECE反映了全球变化背景下的人与自然关系。监测其进展的均衡性和协调性，以及识别整体表现的关键驱动因素，可以揭示传统基于平均值的指数常常掩盖的全球可持续发展中的关键挑战（Liu等人，2024），并突出可能作为战略杠杆点的SDG目标（Asadikia等人，2022；Huan等人，2026）。然而，这类研究仍然很少。此外，旨在推进一个SDG的行动可能会与其他SDG产生协同效应或权衡（Warchold等人，2021），理解和利用这些互动机制，并制定全球优先行动以加强协同效应和缓解权衡，对于实现SDGs和综合的人类-地球系统治理至关重要。尽管如此，大多数SDG互动研究都集中在相关性分析上（Anderson等人，2022；Laumann等人，2022；Huan等人，2023b），而对FWEECE内部双向因果机制的定量研究仍然有限。实施挑战和未来的行动优先事项仍不清楚。
自2016年以来，出现了许多关于不同尺度上SDG互动的研究，包括基于专家咨询的定性研究（Nerini等人，2019；Huan等人，2025；Su等人，2025）或元分析（Nerini等人，2018；Pham-Truffert等人，2020；Huan和Zhu，2023），以及基于相关性分析（Scharlemann等人，2020；Anderson等人，2022；Huan等人，2023b）、网络分析（Lusseau和Mancini，2019；Singh等人，2021；Laumann等人，2022）或回归模型（Tremblay等人，2020；Zhang等人，2022；Cao等人，2023）的定量研究。在这些研究中，网络分析在系统思维的应用中发挥了核心作用（Swain和Ranganathan，2021；Bennich等人，2023）。识别和利用SDG互动网络中的关键节点（Laumann等人，2022）对于加强FWEECE的协同效应和有效治理至关重要。然而，大多数SDG互动网络研究都集中在评估节点之间的直接互动上（Lusseau和Mancini，2019；Singh等人，2021；Cao等人，2023），忽略了更高层次的互动（即间接效应）。此外，常用的网络中心性度量方法（例如介数中心性、接近中心性和PageRank中心性）往往是启发式的，往往无法在识别单一关键节点时提供最优解（Morone和Makse，2015）。网络渗透理论通过评估在随机故障或故意攻击下网络稳定性和脆弱性的变化，可以识别出最优的关键节点或边（Morone和Makse，2015；Artime等人，2024）。尽管这些节点或边的中心性值可能不高，但它们充当了“弱链接”桥梁，其移除会显著降低网络对外部干扰或内部故障的韧性（即网络韧性）（Liu等人，2022）。然而，特别是在全球挑战背景下，关于SDG互动网络的研究在识别维持网络韧性的关键节点方面却很大程度上被忽视了。
缓解权衡和加强协同效应以推进SDG实现已成为一个紧迫的挑战（Pradhan等人，2024）。如果将不同程度的权衡减少和协同效应增强视为可能扰乱SDG互动网络的不同政策干预情景，并将SDG的推进视为加强网络韧性，那么这一挑战可以概念化为在多种干扰情景下SDG互动网络的韧性优化。通过提高网络对这些干扰的适应性和恢复能力，我们可以确定最大化协同效应同时最小化权衡的最有效策略，从而促进人类-地球系统的可持续发展。尽管在各个领域已经出现了多情景拓扑干扰研究（例如生态网络（Dang等人，2024）和贸易竞争网络（Zhao等人，2024）），但现有的SDG互动网络研究仍然集中在静态评估上，忽略了在多情景干扰下的网络韧性增强。
为了填补这些知识空白，本研究旨在回答三个关键问题：（1）哪些目标对SDG协调性和均衡性的整体进展贡献最大？（2）FWEECE中SDG目标之间的因果互动机制是什么，哪些目标在因果网络中至关重要？（3）在外部扰动下，加强SDG因果网络韧性的全球优先行动是什么？为此，我们开发并应用了一个综合方法框架（第2节），使用了2000年至2026年间162个国家的33个SDG目标的进展数据。该框架结合了计量经济学建模、机器学习、网络分析和网络优化。基于结果（第3节），我们确定了增强网络韧性的关键目标，并提出了减少FWEECE中SDG之间权衡和增强协同效应的全球优先事项（第4节）。我们的发现为SDG目标之间的因果互动机制提供了新的见解，为全球人类-地球治理中的转型和优先行动提供了依据。
数据收集与处理
首先，根据独立性、可比性和数据可用性的原则，我们选择了45个指标来评估FWEECE中的33个目标和六个目标（表S1），这些指标参考了联合国（联合国统计司，2024）、世界银行（世界银行，2024）、可持续发展解决方案网络（Sachs等人，2024）、Our World in Data（Our World in Data，2024）和世界卫生组织（世界卫生组织）开发的全球具有影响力的SDG指标框架。
方法
我们开发了一个包含四个主要步骤的综合方法框架（图2）。首先，我们应用了梯度提升机（GBM）来评估33个SDG目标对人类-地球系统整体SDG指数的贡献。其次，我们应用了面板向量自回归（PVAR）模型来量化SDG目标之间的双向关系，同时使用链接预测算法来评估潜在的互动并构建一个完整的加权有向网络。
SDG协调性和均衡性的全球进展及关键目标
我们计算了2000年至2023年间FWEECE中全球SDGs的CCD、ES和ICE的变化。总体而言，CCD指数从2000年的44.2增加到2023年的46.3，增长了4.28%（图4a）。这表明全球SDG实施不同部门之间的协同效应得到了增强。相比之下，ES的波动较小，呈非线性趋势，中心值约为72.6（图4a），表明尽管SDG取得了进展，但各目标之间的不均衡仍然存在。
讨论
我们的研究表明，2000年至2023年间，FWEECE相关SDG在协调性和均衡性方面的全球进展有限（图4），这与先前的研究结果一致（Sachs等人，2024；Liu等人，2024）。这些限制可能归因于COVID-19大流行、气候变化的加剧以及地缘政治不稳定性的增加（IPCC，2023；联合国，2024）。面对这些全球挑战，根据其对整体表现的贡献和影响，识别关键SDG目标至关重要
结论
从人与自然的角度来看，我们评估了SDG目标对FWEECE全球SDG协调性和均衡性的相对影响，并确定了SDG因果网络中的关键节点，特别是目标2.4（可持续农业）。我们提出了增强网络韧性的未来优先事项：重点缓解高权重的权衡，特别是从目标15.2（可持续森林管理）到目标8.2（经济生产力）之间的权衡，同时加强84%的协同效应，其中由目标6.6（与水相关的生态系统）所引领。
资助
本研究得到了国家自然科学基金（编号42471322、42361144882、42571366和72434002）和中国教育部哲学与社会科学重大项目（编号2025JZDZ049和23JZD042）的资助。
CRediT作者贡献声明
苏一鸣：撰写——原始草稿、可视化、方法论、形式分析、数据整理、概念化。周光金：撰写——审稿与编辑。王明远：撰写——审稿与编辑。李晓云：撰写——审稿与编辑。梁涛：撰写——审稿与编辑、监督、资金获取。王玲清：撰写——审稿与编辑。胡健：撰写——审稿与编辑。高继熙：撰写——审稿与编辑。赵文武：撰写——审稿与编辑。陶思远：撰写——
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能会影响本文所述工作的竞争性财务利益或个人关系。
