通过贸易网络揭示中国农村居民的时空虚拟水消耗情况

《Journal of Rural Studies》：Unveiling the spatial-temporal virtual water use of China's rural residents through trade network

　　•揭示了中国313个地区农村居民虚拟水使用的时空演变规律。•指出邻近地区和发达地区是农村驱动的虚拟水使用的主要接收地。•强调农业和食品行业是导致农村居民间接用水量增加的主要因素。•显示东部发达地区的虚拟水消耗量较高，但用水效率较低。

引言
水是一种至关重要的自然资源，对中国地区的可持续发展以及全球可持续发展的目标都具有不可替代的作用。根据联合国2024年世界水资源发展报告，截至2022年，全球约一半的人口在一年中的部分时间面临严重的水资源短缺问题，而四分之一的全球人口则处于“极端”水资源压力之下，即当地可再生淡水供应量每年被消耗超过80%（联合国，2024年）。2002年至2021年间，全球干旱影响了14亿多人的生活与生计。此外，在过去的四十年里，全球用水量以每年约1%的速度增长，其中大部分增长发生在低收入和中等收入国家，尤其是新兴经济体中（联合国，2023年）。作为世界上最大的新兴经济体之一，中国面临着严峻的水资源短缺问题。其人均水资源占有量仅为世界平均水平的四分之一（Cao等人，2023b），但却是全球最大的用水国（He等人，2021年）。2023年，中国的水资源量低于长期平均水平（中华人民共和国水利部，2024年），极端干旱严重影响了云南省等地区，这些地区经历了自1961年以来最长的干旱期（中华人民共和国水利部，2024年）。

农村居民是中国人口的重要组成部分，他们直接或间接地影响着全国的水资源消耗。根据第七次全国人口普查，农村居民人数达5.0979亿，占中国总人口的36.11%（国家统计局，2021年）。然而实际上，农村居民对水资源造成的压力往往被忽视，尤其是他们消费需求所引发的水资源压力。例如，当农村居民对工业产品的需求增加时，就会促使当地或其他地区的工业部门加大生产力度。而这一生产过程又会消耗大量水资源（Chapagain等人，2006年；Hoekstra和Mekonnen，2012年）。可以说，这部分水资源消耗实际上是由农村居民的消费需求所驱动的。从技术层面讲，这种隐含在贸易和消费中的水资源使用被称为“虚拟水”——即嵌入在商品和服务生产过程中的淡水（Allan，1998年）。当商品在地区间和产业间流动时，虚拟水便随之转移，从而将农村的消费与远处的水资源系统联系起来。然而，在水资源管理和政策制定中，这类间接的水流往往被忽视，因为人们通常更关注直接用水量或总体国家层面的数据。在中国水资源分布不均且区域间贸易日益频繁的背景下，分析农村居民的虚拟水足迹为理解农村需求如何影响本地及其他地区的水资源压力提供了有力的视角。

回顾以往的研究，已有许多关于虚拟水理论基础和量化方法的深入研究。首先，在虚拟水理论的发展过程中，有人首次定义了“虚拟水”，并认为虚拟水可以作为一种战略资源来解决区域性的水资源短缺问题；随后Ay（2003年）提出了虚拟水贸易的量化方法，并分析了国际农业贸易中虚拟水的流动方向。其次，在量化方法方面，Hoekstra和Mekonnen（2012年）进一步量化了全球人类活动所消耗的虚拟水，并分析了不同国家及行业的虚拟水流动情况。Feng等人（2014年）则量化了中国各省份的虚拟水流动及其对水资源压力的影响。

在虚拟水的理论框架下，学者们在不同层面展开了广泛的研究，包括全球、国家、省和城市层面。在全球层面，Chini和Peer（2021年）将能源领域的虚拟水估算值与国际贸易数据相结合，构建了一个用于全球水资源管理分析的虚拟水贸易网络。在国家层面，Lenzen和Foran（2001年）基于投入产出模型，分析了澳大利亚各行业用水量和虚拟水流动的最新趋势。在省级层面，Yan等人（2024年）聚焦于2015年至2019年中国各省的饮食状况核算与可持续性评估，旨在减少中国居民在饮食方面偏离健康指南的情况。为了更好地进行水资源精细化管理并辅助决策制定，学者们逐渐将研究重点转向更细致的城市层面研究。Cai等人（2022年）描述了中国337个地级市的农业虚拟水特征，发现西部农业欠发达地区的农业虚拟水含量相对较低。在能源领域，Jin等人（2024年）绘制了中国313个地级市的虚拟水贸易网络图，并进行了深入分析。在针对单个城市进行研究时，研究人员往往会选择具有代表性的大城市作为案例研究对象。例如，Kolahi等人（2024年）对伊朗第二大城市马什哈德的虚拟水状况进行了评估，为缓解该地区因水资源供应问题带来的短缺和冲突提供了政策建议。同样，Feng等人（2019年）以底特律大都会区为案例，运用投入产出模型量化了水资源流动情况，并为城市建立了食物-能源-水物理投入产出模型。

此外，针对中国的虚拟水问题也开展了大量研究，这些研究主要可分为两大类。第一类侧重于区域虚拟水核算与分析。由于中国的水资源在广阔的国土上分布不均，因此虚拟水研究在中国有着独特的背景（Tan等人，2025年）。正因如此，区域研究成为了学术界的重点研究方向。例如，Zhu等人（2022年）研究了中国人口最多、最为发达的都市圈——长江三角洲地区的虚拟水状况，发现家庭消费是城市层面虚拟水消耗的最大来源，由此提出了缓解城市水资源压力的政策建议，同时也揭示了家庭消费对水资源的深远影响。此外，干旱地区也引起了学者的极大关注。例如，Shen等人（2024年）评估了中国西北地区的虚拟水流动情况，发现该地区的虚拟水外流主要是由食品贸易驱动的，流向以京津冀地区和北部沿海地区为主。

第二类研究则聚焦于产业或产品层面的虚拟水核算与分析。例如，Li等人（2024年）运用多区域投入产出模型，全面评估了中国的工业虚拟水状况，并探讨了工业用水与区域水资源短缺之间的关系。在食品领域，作物虚拟水的流动被认为能够有效缓解水资源匮乏地区的粮食供应压力，因此农业领域和各类作物成为了研究的重点。例如，针对全球虚拟水贸易可能对水资源消耗和枯竭带来的负面影响，Tian等人（2023年）证明，尽管中国进口的农业虚拟水数量不断增加，但这些进口与出口国的水资源状况是相匹配的。这不仅有助于保障中国的粮食安全，也有利于全球水资源的可持续利用。不过，目前关于中国水资源足迹的研究大多没有关注农村地区的水资源足迹，现有研究主要聚焦于全体人口的水资源足迹，对农村居民的关注相对较少。由于这些局限性，目前还缺乏对中国农村居民整体用水状况的全面了解。

为填补这一空白，本文旨在利用中国313个城市42个行业的投入产出表以及同年各城市级别的用水数据，定量分析2012年、2015年和2017年农村居民的虚拟水使用情况。此外，本文还分析了全国范围内不同行业虚拟水的时空特征，识别出了高耗水行业和消费网络。本研究的主要创新点和贡献体现在两个方面：首先，它从城市层面农村居民最终需求的角度出发，探讨了虚拟水消耗问题，为理解城乡系统之间的水资源相互依存关系提供了新的视角。其次，本研究在城市层面识别出了高耗水地区、高耗水行业以及由区域间消费驱动的虚拟水网络，从而为区域水资源管理和行业针对性政策制定提供了更有针对性的依据。

方法
投入产出分析最初由Leontief在1936年提出，用于研究一个国家内各经济主体之间的经济相互依赖关系（Leontief，1936年）。它的优势在于能够从消费者的角度研究这些依赖关系，区分不同的工业部门，并能按照时间序列进行分析。此外，由于它直接使用经济统计数据而非数值近似值，因此能够减少或避免截断误差。从那以后，这种核算方法被广泛应用于……

图1展示了与中国农村居民相关的虚拟水使用的时空分布情况（图1a），以及中国七个不同区域的差异（图1b）。从时间维度来看，中国农村居民的总体虚拟水使用量呈现“先下降后上升”的趋势，2012年达到峰值，2015年出现低谷。从空间分布来看，各地区之间存在显著的不平衡，总体上呈现出东部地区用水量较高的特点……

讨论
为填补研究空白，本研究利用2012年、2015年和2017年的城市层面多区域投入产出表，系统分析了中国313个地区和42个行业中由农村居民驱动的虚拟水消费的时空格局。同时，通过识别关键行业、关键地区以及主要的区域间关联，明确了农村家庭消费与虚拟水使用之间的关系。最后，本研究提出了相应的水资源管理建议……

结论
在本研究中，我们利用多区域投入产出表，对中国2012年、2015年和2017年城市层面农村居民的虚拟水状况进行了详细分析。我们研究了虚拟水及其消费关联在时间和空间上的分布特征。研究发现，中国东部地区的农村居民虚拟水使用量较高，而西部地区则较低；总体而言，发达地区的农村居民虚拟水使用量也更高。此外，……

资金支持
陈曦感谢国家自然科学基金（52200221）的支持。孙顺强感谢中央高校基本科研业务费（SWU1709208）的支持。帅晨阳感谢国家自然科学基金（52200209 & 52370192）的支持。

作者贡献声明
陈曦：概念构建、方法设计、初稿撰写。杨雅琪：正式分析、可视化处理、初稿撰写。孙顺强：审稿与编辑协助、论文撰写。余欣叶：数据整理。王成龙：审稿与编辑协助、论文撰写。帅晨阳：概念构建、研究指导、审稿与编辑协助。赵布：审稿与编辑协助。

利益冲突声明
作者声明不存在任何利益冲突。

陈曦|杨雅琪|孙顺强|余欣叶|王成龙|帅晨阳|赵布