将水质因素纳入食物与水资源的关联分析中，可以揭示技术进步所带来的隐性益处

《Journal of Cleaner Production》：Incorporating water quality into food-water nexus reveals hidden benefits of technological progress

水足迹研究首次整合水量与水质指标，揭示社会经济因素对食物-水资源纽带的影响。通过构建包含蓝水（水量）和灰水（水质）的积分稀缺水用量（integral SWU）指数，结合环境扩展多区域投入产出模型和结构分解分析，发现忽视水质会导致技术进步减排效益低估86%至57%，高估生产结构调整和消费结构变化的影响。研究识别出山西（需优化产业结构）和青海（需调整消费结构）等政策干预重点区域，证实水质量纳入是制定精准社会经济调控策略的必要前提，为SDGs 6.3和6.4目标提供科学支撑。

　　

李慧|丁志瑶|梁宇涵|李玉萌|刘庚源|Frederick Kwame Yeboah|周雄|梁赛

北京师范大学环境学院环境模拟与污染控制国家重点联合实验室，中国北京100875

摘要

在快速的社会经济转型背景下，水质在食物-水资源关系中起着关键作用。然而，在研究食物-水资源关系变化的社会经济驱动因素时，水质尚未得到充分考量。为了解决这一局限性，我们引入了一个综合稀缺水资源利用（integral SWU）指数，该指数同时涵盖了“蓝水”（表示水量）和“灰水”（表示水质）。通过应用一个包含结构分解分析的集成SWU扩展的多区域投入-产出模型，我们考察了2012年至2017年中国各省与食物相关的综合SWU变化的社会经济驱动因素。研究结果表明，当考虑水质因素时，SWU强度变化（反映技术进步）、生产结构变化和食物消费结构变化对省级食物相关综合SWU变化的贡献分别为[-86%，+36%]、[-6%，+11%]和[-34%，+2%]。相比之下，如果不考虑水质因素，这些贡献分别为[-57%，+50%]、[-14%，+11%]和[-36%，+25%]。这些差异表明，忽视水质会大大低估技术进步在减少SWU方面的作用，同时高估生产结构和食物消费结构变化的影响。此外，只有在将水质纳入SWU评估时，才能识别出关键的政策干预热点地区——例如山西（需要优化生产结构）和青海（需要调整食物消费结构）。这些发现强调了将水质纳入省级社会经济调整政策框架的必要性，从而支持更有效和可持续的食物-水资源系统管理。

引言

水资源短缺不仅源于水量的减少，还源于水质的恶化（Li等人，2022c；Wang等人，2024）。作为世界上最大的发展中国家，中国的人均水资源量仅为全球平均水平的四分之一，许多水体被归类为五级以下，无法使用（Ma等人，2020；Zhang等人，2024）。食物系统占总用水量的60%以上，并且对水污染有显著贡献，是水资源管理中的一个关键环节（Cai等人，2018b；D'Odorico等人，2018；Huntington等人，2021；Pastor等人，2019）。同时，随着工业化和城市化的进程，中国的快速社会经济转型正在重塑食物-水资源关系的系统特征（Liang等人，2021）。了解社会经济转型如何在水量和质量约束下影响食物-水资源关系，对于解决水资源短缺问题并实现可持续水资源管理至关重要。

水足迹的概念由水足迹网络提出，为评估食物系统中的水资源利用提供了全面的框架（Hoekstra和Mekonnen，2012；Yi等人，2024）。它包括三个组成部分：蓝水（消耗的地表水和地下水）、绿水（植物直接利用的有效降雨量和土壤湿度）以及灰水（将污染物稀释到可接受水平所需的理论淡水体积）（Govoni等人，2024；Hoekstra和Wiedmann，2014）。前两个是基于水量的指标，而绿水不能转移到非农业用途，因此不会直接导致水资源短缺（Mekonnen和Hoekstra，2011）。相比之下，灰水是水质的体积指标（Li等人，2021a）。大量研究量化了各种食品产品的蓝水足迹，包括农作物、牲畜和加工食品（Harris等人，2020；Hosseini和Bailey，2024；Petersson等人，2021；Weinzettel和Wood，2023）。跨区域食品供应链所促进的虚拟蓝水流动也被广泛研究，揭示了它们可能加剧或缓解区域水资源短缺的潜力（Hong等人，2025；Zhong等人，2025）。同样的蓝水使用量在不同地区可能造成截然不同的压力。为了解决这种异质性，研究人员引入了稀缺水资源利用（SWU）的概念，定义为蓝水使用量与当地水资源压力的乘积（Feng等人，2014；Pfister等人，2022；Yang等人，2024）。观察到不同饮食模式和地区之间的SWU存在显著差异（Heller等人，2021；Yan等人，2024）；然而，大多数研究主要关注水量，常常忽视了水质的关键作用。

食物系统还通过农业非点源污染和工业废水对水质恶化做出了重大贡献（Javan等人，2025；Wang等人，2023）。这种污染不仅加剧了水资源短缺，还通过污染物在作物中的积累和水体污染威胁食品安全（Lu等人，2015；Xiang等人，2024；Zhang等人，2025）。为了同时考虑水量和质量维度，最近的研究将SWU扩展为综合稀缺水资源利用（integral SWU），将蓝水和灰水整合为一个统一的指标（Li等人，2022b；Liang等人，2024）。然而，仍存在一个关键的知识空白：与食物相关的综合SWU变化的社会经济驱动因素尚未得到系统分析。这一空白限制了在快速社会经济转型期间设计准确有效的水资源管理策略的能力。社会经济因素，包括食物消费模式的变化、技术进步、生产结构的调整、人口增长和食物需求的增加，被广泛认为是塑造食物-水资源关系的关键驱动因素（Liang等人，2016；Sun和Mi，2023）。例如，向富含肉类和乳制品的饮食转变（即食物消费结构的变化）会由于动物产品的资源密集度更高而间接增加水资源短缺（Dou和Liu，2024；Hess等人，2016；Liu等人，2023）。技术进步直接影响水资源利用效率和水污染物的产生量，并已被证明在中国减少水资源短缺方面起着关键作用（Chen等人，2025；Shen和Yao，2023；Zhang等人，2020）。生产结构的变化，即部门间投入关系的调整，可以改变水资源密集型和污染密集型产业的相对重要性，从而间接影响水资源利用和污染水平（Cai等人，2019；Chen等人，2025；Liang等人，2020b；Wan等人，2016）。此外，人口增长和食物需求的增加，由于收入提高和城市化，会进一步加剧供应链上的水资源压力（Soligno等人，2019）。我们的分析表明，如果不考虑水质，可能会大大低估技术进步的影响，并忽略需要紧急干预的热点地区。因此，为了制定全面解决水资源短缺问题的稳健社会经济调整策略，分析社会经济转型如何影响与食物相关的综合SWU——同时考虑水量和质量维度——是必不可少的。

为了解决这一知识空白，我们将每个省/部门的综合SWU与一个环境扩展的多区域投入-产出（EE-MRIO）模型相结合，以评估2012年至2017年中国各省由食物需求驱动的综合SWU。最后，基于结构分解分析，研究了与食物相关的综合SWU变化背后的关键社会经济驱动因素。本研究首次在考察社会经济转型对食物-水资源关系的影响时同时考虑了水量和质量维度。我们的发现为政策制定者提供了在省级层面制定有效的水资源短缺缓解策略的指导，从而支持中国实现可持续发展目标6.3（改善水质）和6.4（确保可持续的淡水供应）。

部分摘录

直接综合SWU

传统的SWU指标主要关注水量。在本研究中，我们将其定义为直接基于水量的SWU，即特定省份中某个部门直接使用的稀缺水量。其计算公式如下：${DQ}_i^m={W\mathrm{SI}}_{\mathrm{qu}\mathrm{ua}}^{{\times \mathrm{WI}}_{\mathrm{im}}^{}}$${DQ}_i^{}\left(m^3\right)$表示省份$m$${\mathrm{WI}\mathrm{SI}}_{\mathrm{qu}\mathrm{ua}}^{}$（无量纲）表示部门$m$${DQ}_i^{}\left(m^3\right)$的直接基于水量的SWU。