《Science of the Total Environment》2020年研究学术报告：基于投入产出分析的中国水-能源-粮食纽带关系管理

作者及机构
本研究由清华大学环境学院的Hong-Mei Deng、Can Wang（通讯作者）、Wen-Jia Cai，日本一桥大学经济学院的Yuan Liu，以及北京师范大学环境学院的Li-Xiao Zhang共同完成，发表于2020年的《Science of the Total Environment》期刊（卷720，页码137635）。研究得到中国国家重点研发计划（2017YFA0603602）和污染控制环境模拟国家重点联合实验室专项基金（17L02ESPC）的支持。

学术背景
研究领域为资源管理中的“水-能源-粮食纽带关系”（Water-Energy-Food Nexus, WEF Nexus）。随着中国人口增长和气候变化压力加剧，水、能源、粮食资源的供需矛盾日益突出。传统单一资源管理政策常忽视系统间的关联性，可能导致资源利用效率低下或政策冲突。本研究基于投入产出模型（Input-Output Model）和结构路径分析（Structural Path Analysis, SPA），旨在揭示中国经济系统中三类资源的隐性关联，识别关键最终需求（Final Demands）和供应链路径，为跨部门协同治理提供科学依据。

研究流程与方法
1. 数据准备与模型构建
- 数据来源：整合2017年中国投入产出表（149部门）、环境统计年鉴（分部门水资源消耗）、能源统计年鉴（终端能源消费）及农业用地数据（替代粮食消费）。因2017年分部门水资源数据缺失，研究假设工业部门用水结构与2012年一致，通过比例分配估算。
- 模型选择：采用环境扩展型投入产出模型（Environmentally Extended Input-Output Model），剔除进口影响以聚焦国内资源流动。模型通过列昂惕夫逆矩阵（Leontief Inverse Matrix）量化最终需求对资源的直接与间接消耗。

1. 关键分析步骤
   
   • 最终需求驱动分析：将最终需求分为城镇居民消费、农村居民消费、政府消费、固定资产投资、库存增长和出口六大类，计算每类需求对水、能源、粮食资源的拉动比例。
     
   • 供应链路径识别：通过结构路径分析（SPA）分解资源流动路径，提取前20位关键供应链（覆盖水资源消耗的53.9%、能源的47.7%、粮食的78.3%），并识别同时影响三类资源的共性路径。
     
   • 敏感性验证：针对用水强度假设和进口比例分配进行敏感性分析，结果稳健性良好。
     

主要结果
1. 最终需求的影响
- 消费端：城镇居民消费对水（37.6%）和粮食（49.8%）消耗贡献最大，能源消耗则主要由固定资产投资（44.4%）驱动。
- 部门差异：农业（如农业支持服务部门）、建筑业和服务业是资源足迹最高的三大部门。例如，建筑业通过固定资产投资拉动31.2%的能源消耗和23.4%的水资源消耗。

1. 关键供应链路径
   六条共性路径被确定为资源管理的核心干预点，例如：
   
   • 路径1：固定资产投资→建筑业→制造业→制造业（占水资源消耗的23.4%）；
     
   • 路径2：城镇居民消费→农业部门（直接关联粮食生产与水资源消耗）。
     这些路径揭示了制造业和建筑业在资源流动中的枢纽作用。
     

结论与价值
1. 科学价值：首次通过投入产出模型量化了中国WEF Nexus的系统性关联，提出“调整最终需求+优化供应链效率”的双轨治理框架。
2. 应用价值：为政策制定者提供具体干预靶点，如控制建筑业过度投资、推动制造业技术升级以减少资源嵌入（Embodied Resources）。研究强调，协同管理可避免单一政策导致的跨系统负面效应（如节水政策可能增加能源需求）。

研究亮点
1. 方法创新：结合多源异构数据（经济、环境、能源），开发了适应中国高聚合度投入产出表的分部门资源核算方法。
2. 发现新颖性：揭示固定资产投资对三类资源的显著杠杆效应，为城镇化进程中的资源优化提供新视角。
3. 政策导向性：提出通过减少终端浪费（如降低建筑空置率）和提升供应链效率（如制造业清洁生产）实现协同减排。

其他价值
研究局限性包括部门用水数据的时间假设、粮食消费代理指标（农业用地）的包容性不足，以及未区分可再生能源与化石能源。未来可结合多区域模型（Multi-Regional Input-Output Model）进一步分析区域差异。