水-能源-粮食关联关系:区域可持续发展研究的新视角

李桂君 黄道涵 李玉龙

一、引言

水、能源和粮食是可持续发展研究领域的重要问题。作为单独的研究领域,这三大问题一直备受关注。然而,将它们三者作为一个整体,却并没有受到足够的重视。直到2011年,水、能源和粮食关联关系(Water-Energy-Food Nexus,WEF-Nexus)的研究才开始成为各种研究机构的研究热点(Hoff,2011[1])。2011年1月,世界经济论坛发布的《全球风险报告(第六版)》[2]将“Water-Energy-Food Nexus”风险群作为三大重要风险群之一。同年11月,德国联邦政府在波恩召开了探讨WEF-Nexus安全的国际性会议,以探索绿色经济的发展路径。该会议指出,全球气候变化和社会变化影响着水、能源和粮食资源的生产与消耗,同时指出这三种资源间的复杂关联关系,尤其是在生产、消耗与管理过程中普遍存在权衡取舍与潜在冲突,任意基于单一资源的战略都将会产生严重的不可预期的后果(Hoff,2011[1])。研究WEF-Nexus的大幕也由此拉开。

Endo曾于2014年6月以“Water-Energy-Food Nexus”为关键词,运用谷歌搜索引擎获得了53 000条相关结果[3]；本文作者于2016年5月采用相同的关键词从谷歌搜索引擎中获得约441 000条相关结果。由此而显示出的增长速度是惊人的,尽管以“Water-Energy-Food Nexus”为关键词搜索到的词条并不全是研究性的内容,而这却更值得我们学术界重视。可以说,在可持续发展领域,WEF-Nexus已经成为一个绕不开的内容。目前,学术机构、公益机构、政府部门以及区域发展组织等主体都在围绕WEF-Nexus开展各种活动,世界范围内关于WEFNexus的会议、项目和研究报告也层出不穷(Endo等,2015[3])。

国外对WEF-Nexus的研究是非常活跃的,可持续发展领域的主流学术期刊均有相应的研究成果发表。其研究的成果主要集中在两个方面:一方面集中于WEF-Nexus关系的阐明(Hoff,2011[1]；Howell等,2013[4]；Oz Sahin等,2014[5]),并显示出其“地方特性”(Place Specific)的特征(Guillaume,2015[6])；另一方面集中于生态环境与社会变化影响下,WEF-Nexus关系的动态变化特征与应对策略(Pittock等,2013[7]；Schreiner和Baleta,2015[8])。这些研究对充分认识WEF间的复杂关联关系、制定具有地方特性的可行政策具有重要意义。但是现有研究也呈现出零散性的特征,在概念上缺乏对“Nexus”的清晰界定,在行动上缺乏统一的形式,在关联关系的量化方面存在方法论上的障碍(Endo等,2015[3]；Chang等,2016[9]),这些不足表明现有WEF-Nexus研究仍处于起步阶段(Ebrahim,2015[10])。然而,学者们从不同角度,运用不同方法,围绕WEF-Nexus展开理论探讨与实证检验,不断充实并丰富了水、能源和粮食关联系统的研究,为实现从概念到行动的过程积累了丰富的经验。

国内对WEF-Nexus的研究则相对沉闷,缺乏以“WEF-Nexus”为主题的研究成果。其中,米红和周伟(2010)[11]运用SD模型对我国淡水-能源-粮食系统进行了仿真,但是其对关联结构的刻画尚不能充分反映WEF-Nexus的复杂关联特征。而部分期刊编辑还在问为什么是WEF-Nexus系统,而不是其他的关联系统,说明WEF-Nexus系统研究的重要性尚未能得到足够的认识。

基于此,本文首先从WEF-Nexus的概念界定出发,通过分析该领域研究的发展脉络,尝试回答什么是WEF-Nexus以及为什么是WEF-Nexus这两个基本问题；然后进一步梳理、指明该领域正在进行哪些问题的研究、运用什么样的工具和方法、面临着什么样的挑战；最后,展现我们对这个领域研究发展趋势的判断与讨论。

二、WEF-Nexus概念的界定

WEF-Nexus目前并不存在一个学术界共同认可的定义,甚至对Nexus的基本理解也存在差异。牛津字典中将Nexus界定为“将两个或多个事物连接起来的一个或一系列联系”①英文原文“A‘Nexus’is a‘connection or series of connections linking two or more things’”。,基于此而衍生出目前被广泛采用的“联系论”(Allouche等,2015[12]；Biba,2016[13]),即认为,Nexus表明了不同主体间存在紧密且复杂的联系；而Endo等(2015)[3]则将“联系论”进一步扩展为“过程论”,即Nexus是为实现目标而连接不同利益相关者思想与行动的一个过程。此外,Conway等(2015)[14]将Nexus视为资源间的悖论(Resource Trilemma),以反映水、能源和粮食间的权衡取舍与潜在冲突。这些差异化的认识不仅展现出了Nexus的丰富内涵,还表明Nexus比Relationship和Network等词汇更能反映水、能源和粮食间的复杂关联关系。目前,尽管WEF-Nexus的定义范围仍受到研究尺度和发展目标期限等影响(Ringler等,2013[15]),但是对WEF-Nexus不同视角的理解正在逐步形成。在实践操作中,从安全、管理和功能三个视角进行界定,更有助于理解WEF-Nexus。

首先,安全视角的认识。Hoff(2011)[1]认为WEF-Nexus是一种应对资源稀缺性的治理路径,能够确保水、能源和粮食的安全,因为它可以增强三种核心资源在生产和消费中的协同度,并提高三种资源的利用效率,还可通过实现跨部门的治理来增强WEF-Nexus系统弹性。但是该定义属于狭义的WEFNexus安全性,因为其过于强调资源系统的安全性,而未纳入生态系统和资源获取路径的安全性。

其次,管理视角的认识。FAO(2014)[16]从资源系统自身和资源管理两个层面定义了WEF-Nexus,并将生态系统纳入定义中,强调资源管理中纳入与资源利用相关的利益相关者。这一定义扩大了Hoff(2011)[1]的定义范围,但是其依旧未纳入资源获取的不公平性。

最后,功能视角的认识。Gunn(2009)[17]和Endo等(2015)[3]分别从适应性和水资源治理的角度理解Nexus,前者认为WEF-Nexus是适应气候变化的绝佳路径,而后者强调WEF-Nexus能实现对水资源及其相关流程的全寿命周期处理,提高水资源治理效率,但是两者均基于功能实现的需要,属于片面定义而非一般化的定义。这三个界定视角中,管理视角是对安全视角的扩展,而功能视角是管理视角和安全视角的重要补充。

然而,上述三者在定义WEF-Nexus中均局限了定义的范围,尤其是未纳入资源获取的公平性。定义的完善及细化是以研究问题的逐渐清晰为基础的,在研究问题还不够清晰的情况下,一个广泛而包容的定义是更为合适的选择。因此,WEF-Nexus的定义需要具有更广泛的包容性,以通过关联关系反映区域现状和人类需求(Allouche等,2015[12])。而更为通俗的解释则是,WEF-Nexus是一个连接水、能源与粮食不同利益相关者意识与行动的过程,该过程包含三个层面的关系(Verhoeven,2015[18]):环境层面,关注环境变化及人类在该变化中的角色,说明需要考虑资源系统与人类的行动边界；制度层面,关注制度影响关联关系的强弱,说明需要管理行为；政治层面,关注身份的完全非政治化,说明需要公平性。WEF-Nexus的定义包括了代表自然科学的资源系统、代表社会科学的行动方案两个维度,既要强调资源系统内部复杂的关联关系,也要关注对资源系统所采取的行动方案,比如管理行为、资源可获取性、公平性等。

三、WEF-Nexus的提出与发展

（一）WEF-Nexus提出的背景

为什么是WEF-Nexus,而不是其他资源的Nexus？当前该领域的文献研究可以揭示出一些端倪。一方面,水、能源和粮食三种资源不仅是人类生存和发展的必需资源,还是区域可持续发展系统的“慢变量”,通过增进三者的协同、提升其整体利用效率,更有助于实现区域可持续发展；另一方面,类似于水-能源、水-粮食和能源-粮食的两两关联关系的研究成果已经不足以支撑决策方案的制定与执行,甚至有误导决策制定的可能。例如,印度电力价格补贴政策曾导致印度北部村庄地下水的枯竭(Sharma等,2006[19])。同时,以单一资源为“单中心”的资源整合研究,譬如水资源研究,不仅无法满足水资源治理向“问题治理”转变的需要,且难以有效应对未来的气候变化、经济和人口增长需要(Muller,2015[20])。因此,由“单中心”或“双中心”向“多中心”的转变,通过三种资源的整体研究有助于提高可持续发展决策的有效性(Hoff,2011[1])。也就是说,WEF-Nexus的提出背景可大致被“慢变量观”和“资源整合观”这两个观点来解释。

“慢变量观”从资源稀缺性角度认为,水、能源和粮食三种资源是区域可持续发展系统的“慢变量”或“短板”,此三种资源的整体变化情况是制约地区实现可持续发展目标的关键。该观点起源于2007—2008年国际市场的震荡,其理论基础为协同学、可持续发展。由于受欧美生物能源政策、次贷危机的间接影响,国际粮食与石油价格飞速上涨,导致超过10亿人口无法获取充足的粮食资源,且只有有限的途径获取干净的水、卫生设备、现代能源资源(Hoff,2011[1]；罗叶,2012[21])。外界的冲击深刻反映了水、能源和粮食间的复杂关联关系及其对实现地区可持续发展的作用,而面对此三种资源未来需求的大幅增加和供给的不确定性,将加剧粮食生产与生物能源生产间的竞争(Lawford等,2013[22]),迫切需要重视水、能源和粮食的整体变化情况。据估计,到2030年全球对能源和粮食的需求量将增加50%、水资源为30%；而受生态环境变化的影响,水和粮食资源的供给将面临严峻挑战(Allouche等,2014[23])。因此,“慢变量观”强调通过增强水、能源和粮食在生产、消费和管理中的协同度,提升WEF-Nexus系统弹性,从而有效应对外部冲击的威胁；该观点中“慢变量”的提出来源于实践的观察,重点强调水、能源和粮食资源自身而并未强调三种资源间复杂的关联关系。

“资源整合观”从关联关系角度,认为水、能源和粮食三种资源无论在生产、消费还是管理过程中都存在复杂的非线性关系,任何只考虑单一资源的战略都将会导致无法预期的严重后果；同时,WEF-Nexus是伴随着水资源治理从“流域治理”转向“问题治理”的必要举措(Muller,2015[20]),是继整合水资源管理(Integrated Water Resource Management,IWRM)和适应性水资源管理(Adaptive Water Management,AWM)之后水资源治理的新阶段。该观点起源于IWRM和AWM的治理困境,由于IWRM和AWM未能实现人类发展和环境保护的预期目标,其实践证明现有理论无法获得有效执行,难以有效应对未来的气候变化、经济和人口增长(Muller,2015[20]),故需一个“涅槃概念”(Molle,2008[24])去处理与应对未来的挑战,即“Nexus”。通过将水、能源和粮食资源集成为完善的结构化方式,实现水资源管理由“整合”(Integrated)向“协同”(Synergy)的转变。因为在以水资源为核心的单中心整合过程中,研究者们发现线性的整合已无法合理阐释水-能源-粮食间的复杂关联关系,而WEF-Nexus作为一个复杂系统,需要采取非线性的运动模式,即协同,才可更有助于阐释WEF-Nexus的动态复杂关联关系。该观点的核心为水、能源和粮食间复杂关联关系的阐明,并将关联思维纳入资源管理行为中,通过关联路径的方式保障水资源的可持续性(Allan等,2015[25])；但是,其局限是将水资源作为单中心,而不是Nexus应有的多中心模式,如图1所示。

图1 WEF-Nexus的单中心（左）与多中心（右）示意图

尽管两大观点各有所侧重,但是均反映出WEFNexus的特征和发展趋势,其特征包括:存在多方约束、高度非线性的复杂关系、协同而非整合的过程。同时,两大观点还包含一些共同点,即实践中的困惑、实现可持续发展的瓶颈、治理转型的需要。这些共同点即为WEF-Nexus出现的理由,而这些共同点也是学术界和实践者们值得深入研究的领域。而遗憾的是两大观点均来源于实践观察与经验总结,缺乏强有力的理论验证。

（二）WEF-Nexus发展的几个阶段

WEF-Nexus的发展历程并不是水、能源和粮食自然整合的过程,而是经历了在两者关联关系中逐步融入第三者的过程。Scott等(2015)[26]指出WEF-Nexus研究的雏形可追溯至2006年在印度海德拉巴举行的专题研究会。而以2011年德国波恩会议为里程碑,WEF-Nexus研究的简短发展历程可分为两个阶段:起步阶段(2006—2011)和共识阶段(2012至今)。

1.起步阶段(2006—2011)。

WEF-Nexus研究的初始关注点在印度(Scott等,2015[26]),尤其是印度农田中的地下水灌溉与电力资源间的关联关系,即“Groundwater-Electricity Nexus”(Shah等,2007a[27]),粮食生产中水-能源关联关系为研究热点之一(Khan和Hanjra,2009[28]；Jackson,2009[29])。此时的研究重点依旧为两种资源间的关联关系,但已显示出正向三种资源间的交互关系进行过渡。直到2008年,WEF-Nexus的概念才被正式提出(Hellegers等,2008[30]；Siegfried等,2008[31]；Scott等,2015[26]),但将三种资源平等的放置于同一框架内的研究依旧较少,WEF-Nexus研究的主要关注点包括:适应气候变化(Gunn,2009[17])、提高农业产量(Lazarus,2010[32])、确保资源安全(Hoff,2011[1])。同时WEF-Nexus自身也处于不断变化中,部分学者关注Land-Climate-Energy Nexus(LCE-Nexus)、Water-Energy-Climate Nexus(WEC-Nexus)等(Dale,2011[33]；Scott,2011[34])。尽管无论是WEF自身,还是其关注点都处于不断变化中,但此时已基本形成WEF三种资源的整体性研究视角,包括从资源安全、决策支持的角度(Bazilian等,2011[35]),逐步拉开了资源整合管理的新篇章。此阶段的研究方法偏向于定性描述,以案例研究为主(McCornick等,2008[36]),WEF-Nexus的量化研究较少。

2.共识阶段(2012至今)。

2011年波恩会议之后,德国联邦政府建立了WEF-Nexus的资源整合平台,为资源整合提供了制度保障。随后WEF-Nexus的研究项目逐渐增多,比如联合国亚太经合组织评价了亚洲和太平洋地区WEF-Nexus的现状(Taniguchi等,2015[37])、国际可持续发展机构从投资和风险管理的角度评价了WEF-Nexus的执行计划与决策支持框架(Endo等,2015[3])。这些研究项目的开展表明WEF-Nexus研究已具备一定的认可度并获得相应的重视,此时制约WEF-Nexus研究展开的关键因素为模糊的WEF-Nexus系统边界与WEF间的复杂关联关系。尽管学者们已从适应性和安全性等角度提出了Nexus的定义,但是并没有一个固定的、获得广泛认可的Nexus概念(Endo等,2015[3])。联合国粮农组织(FAO,2014[16])从管理角度的解释获得了广泛支持并促进WEF-Nexus研究的进一步发展。然而,需要明确的是,对WEF-Nexus主题达成共识是一回事,形成清晰的界定和明确的研究边界则是另一回事,目前学术界正处于WEF-Nexus概念形成的过程中。随着研究目的进一步清晰化,WEF-Nexus研究进入到了理论与实践相结合的新时期,研究的层次、内容呈现多样化特征,包括地方、区域和国家等层次；研究方法也逐步丰富,学者们不再局限于案例分析与描述统计等定性研究,尝试着通过概念框架设计并运用SD-model、SWAT模型对WEF间的交互关系进行量化模拟。但是,当前的量化研究依旧较少,且存在数据可获取性问题。同时,作为跨学科的研究领域,WEF-Nexus研究需注重不同学科间的整合,以完善其理论框架,为WEF的有效管理提供理论支撑。

从现有研究来看,WEF-Nexus经历了简短而快速的发展历程并呈现出良好的发展势头,WEF-Nexus问题的研究已经成为共识,且作为实现可持续发展目标的重要手段之一,已在实践中逐步获得认可。但是,WEF-Nexus系统边界及关联关系的模糊,导致其无法有效发挥指导实践的作用,这是该领域研究发展的阶段表现,也是WEF-Nexus进一步发展必然需要克服的困难。

四、WEF-Nexus关系的描述

WEF-Nexus的关系可以分为核心关联关系与外围关联关系。其核心关联关系是指WEF资源系统内部核心资源间的关联关系,即水、能源和粮食间复杂关联关系；而外围关联关系是指生态环境系统和社会系统与WEF资源系统之间的关联关系,包括社会子系统、经济子系统和环境子系统,如图2所示。对核心关联关系的阐释是WEF-Nexus研究的核心内容之一,因为通过增加复杂关联关系的认知,可以避免未来资源供给的瓶颈并保障人们平等使用资源的权利(Granit和Claassen,2013[38])。但是,要实现WEFNexus从概念到行动的转变,则需要更为系统的观念和视角(Bazilian等,2011[35]；Allouche等,2014[23]),既要关注WEF资源系统自身,更需要全局视野,从而构建以WEF为核心、囊括生态环境系统和社会系统的概念框架,进而展开该领域的深入研究。

图2 水-能源-粮食关联关系框架图

（一）关联关系描述

WEF关联关系的阐释需包含三方面:一是WEF三种资源中两两关系的特征(静态特征)；二是WEF三种资源及其关联领域变化后所展现的行为特征(动态特征)；三是WEF-Nexus对政策制定与执行的启示(Bizikova等,2013[39])。现有的关联关系描述以WEF静态特征的定性描述为主,展现形式多为概念框架图。其中,外围关联关系的边界难以界定,导致外围关联关系的描述较少；而核心关联关系分析是决策工具有效使用的基础(Allouche等,2014[23]),因此,目前对核心关联关系的静态阐释,以及其动态的变化是研究重点,也是学术界和实践者们还需要进一步深入探讨的领域。

对核心关联关系而言,在静态描述层面,粮食和能源资源均为水资源的消费者；而水和粮食资源既是能源资源的消费者,又是能源资源生产的投入量；同时,水和能源资源均为粮食生产的投入量,粮食资源也可转化为能源资源,如表1所示(Hellegers等,2008[30]；Bazilian等,2011[35]；Gulati等,2013[40]；Chang等,2016[9])。通过静态描述可知三种资源之间存在着紧密的两两关系,但是却不能反映资源利用与管理实践中核心关联关系的复杂性。在动态描述层面,复杂性起源于资源的分配,表现于资源使用和管理过程中的权衡取舍与潜在冲突。首先,在单一资源方面,单一资源的分配影响其他两种资源的关联关系。水资源在能源和粮食间的权衡取舍,即通过大坝的修建实现河流水资源在能源生产和粮食生产间的分配,有效增加了能源供给,却对河流生态环境和大坝下游地区的粮食生产造成威胁。其次,在两种资源方面,两种资源间的转化、消耗、运输过程中的权衡取舍,对未来可持续发展产生冲突。在粮食和生物能源间的转化过程中,虽有利于环境保护并增加能源供给,但是却对粮食安全造成威胁。最后,在“核心-外围”关联关系方面,“外围”的影响因素会直接恶化核心关联关系的冲突,气候变化会影响粮食生产、城镇化会增加能源需求；“核心-外围”间的相互作用将形成加强型回路,进一步加剧资源间生产与消耗的张力,恶化核心关联关系冲突。粮食生产需要抽取地下水,抽取地下水的能源消耗和地下水水位下降会导致区域气候发生变化,进而影响粮食产量(Gulati等,2013[40]；Rasul和Sharna,2015[41])。

表1 核心关联关系静态特征

虽然关联关系描述的重点在于核心关联关系的静态和动态变化描述,且以定性描述为主,但是Bazilian等(2011)[35]、Halbe等(2015)[42]等学者已经尝试运用量化的方式展开核心关联关系的动态分析。然而,要探讨关联关系对政策制定和执行的启示,需构建全局的概念框架,统筹考虑生态环境系统和社会系统中的利益相关者,明确其影响因素及作用路径。

目前,对影响因素及作用路径的研究分为效率与公平两个维度。在效率维度上,引入市场作为资源分配的机制,将资源系统提供的资源视为商品,从“供给-需求”两侧明确外围关联关系的影响因素及作用路径。具体而言,需求侧的主要影响因素包括人口规模、经济发展水平、城镇化水平等,此类因素立足于社会系统,其变化影响资源需求总量和需求结构,显示出资源稀缺性特征,对核心关联关系形成冲击；供给侧的主要影响因素包括制度、全球化、气候变化、环境污染等,此类因素立足于生态环境系统,其变化会影响资源供给的规模、渠道和质量等,加剧了资源的稀缺性,对资源安全形成威胁(Bizikova,2011[39]；Lawford等,2013[22])。但是影响因素具有动态变化的特征,故供-需两侧的划分只具相对有效性,特定情况下会出现相互转换。例如,对于环境污染而言,虽然其直接影响水和粮食的供给,但是大规模的环境污染治理必然增加水和能源的需求。另外,基础设施、地缘政治冲突、技术进步等因素会同时影响区域内三种资源的供给与需求(Khan和Hanjra,2009[28]；Lele等,2013[43])。在公平维度上,一方面关注弱势群体对WEF三种核心资源的可获取性(Hoff,2011[1]),可通过确保资源的可获取性,实现反贫困和可持续发展的目标。此时的市场机制将无法有效发挥作用,而合理的制度是影响资源获取与分配公平性的重要影响因素(Allouche等,2015[12]；Middleton等,2015[44]),这既包括国内的制度,也包括地缘政治制度和国际规则。另一方面,将WEF三种资源视为政治商品,认为三种资源间的冲突与权衡取舍需要通过竞争才能获取资源,故需要避免寻租行为,以保障资源获取的公平性(Verhoeven,2015[18])。

（二）WEF-Nexus概念框架图

概念框架图是基于关联关系的描述和研究目的而构建,可直观、简化反映出WEF-Nexus关系的“核心-外围”与“静态-动态”特征。现有研究所采用的概念框架图可分为全景图与核心图两类,在实践中两者各有优劣、相互补充,适用于不同的研究目的。全景图主要从宏观视角描述了WEF-Nexus从概念到行动的全过程,既包括资源系统的核心关联关系,也包括外围影响因素及作用路径。虽然全景图有利于展示WEF-Nexus关系,但是却不利于具体行动方案的选择。经典的全景图(图3)由Hoff(2011)[1],于波恩会议提出,该框架图囊括了相应的利益相关者,但其从安全的角度将水资源视为Nexus核心；随后Conway等(2015)[14]对该概念框架图进行完善,使其一般化,并结合南非的案例,展现了包含区域特征的一般化概念框架图,如图4所示。

图3 波恩会议的Nexus全景图

图4 一般化的Nexus全景图

然而在实践中,鉴于全景图对水、能源和粮食间关联关系的粗糙展示,学者们需要通过构建核心图作为有效补充,以重点显示三种资源间的关联关系、所面临的潜在冲突及所包含的利益相关者。而全景图与核心图的有机结合将更有利于决策工具的使用,Rasul和Sharma(2015)[41][45]在阐释通过关联路径以提升对气候变化的适应能力时,从适应性的视角采取了全景图与核心图有机结合的方式进行关联关系的阐释,如图5和图6所示。现有研究中采用的核心图主要包括三角式(图6)、矩阵式(图7)、网状式(图8)(Stein等,2014[46]；Rasul和Sharma,2015[41]；Biggs等,2015[47])。

图6 三角式核心图

图7 矩阵式核心图

不同形式的概念框架图在展现效果方面各有优劣,三角式和矩阵式有利于直观展示三者的关联关系和动态变化情况,其中矩阵式在反映具体的行动、利益相关者方面更具优势,但是此两者均未能反映资源内部关联关系；网状式虽可反映资源内部的关联关系,但是其动态变化特征的展现和模拟的难度比较大。从WEF-Nexus研究的系统性本质上来看,为清晰地描述和阐释关联关系,系统的网状结构及其特征的研究是该领域不可逾越的内容。所以WEF-Nexus概念框架图的未来发展,应该是矩阵式核心图与网状式核心图的进一步完善与提升。

五、WEF-Nexus实证研究

随着WEF-Nexus关注度的提高,其被广泛应用于实现区域可持续发展的目标。依赖于前述系统概念框架,实证研究也在平面维度和具体时空尺度上展开,主要围绕不同空间尺度上资源系统和社会系统,在安全性、适应性及变化趋势等方面进行探讨。

（一）平面维度的关联关系研究

平面维度是指WEF-Nexus系统的研究对象,可归结为资源系统和社会系统。资源系统作为WEFNexus的核心系统,狭义上仅包括水、能源和粮食三种核心资源,而广义上还应包括生态环境系统。资源系统的研究属于自然科学的范畴,目前主要基于安全性视角(Hoff,2011[1]；Lawford等,2013[22]；Leese和Meisch,2015[48]),即通过确保资源系统的安全,以实现既能应对外界冲击、满足自身发展条件,还能确保区域内资源有效供给的目标。一方面,从单一资源的安全性视角,WEF-Nexus作为保障单一资源安全的有效工具,将水和粮食视为WEF-Nexus的核心,通过关联路径来提高水资源利用效率,确保在气候变化、环境污染等条件下的水和粮食安全(Hanjra和Qureshi,2010[49]；Haie,2015[50]；King和Jaafar,2015[51])；另一方面,从资源系统整体的安全性视角,将生物能源、磷、生态服务、自然基础设施、农业和土地等要素融入WEF-Nexus系统,通过合理分配资源、加强系统内部循环、缓解潜在冲突,以适应外界因素的变化,增强系统弹性,提高应对外界冲击能力,确保地区资源系统安全(Rasul和Sharma,2015[45]；Mirzabaev等,2014[52]；Miara等,2014[53]；Jarvie等,2015[54]；Mvller等,2015[55]；Ozment等,2015[56])。虽然资源系统的安全性有助于阐释水、能源和粮食的重要性,但是如果缺乏有效的可实施路径和具体落实措施,则资源系统的安全性将只停留于概念层面,故需将资源系统的安全性落实于社会系统中。

社会系统是资源系统安全性由概念到行动的落脚点,尤其是人类的谋生之道(Livelihood)与WEFNexus的结合更有助于实现可持续发展(Biggs等,2015[47])。社会系统的研究属于社会科学的范畴,目前的研究主要基于公平性的视角,既包括人类社会的公平,也包括生态环境的公平(Groenfeldt,2010[57]；Bazilian等,2011[35]；Middleton等,2015[44])。一方面,强调WEF-Nexus的核心在于有效治理,通过制度设计、政策选择、技术进步和金融支持等软件条件建设,不仅能确保资源的安全,还可以保障社会底层人们对水、能源和粮食资源的平等获取权,有利于维持社会稳定(Lele等,2013[43]；Stein等,2014[46]；Halbe等,2015[42])；另一方面,通过基础设施的投资等硬件条件建设,可加强资源系统的保护,同时通过知识的传播可改善人类的行为习惯,逐步提高资源的利用效率(Hanjra等,2010[49]；Rasul,2012[58]；Bennett等,2016[59])。而社会系统中所采取的行动方案与人类社会发展的可持续发展目标、反贫困计划、后2015议程等目标密切相关。

平面维度的实证研究从资源系统的安全性和社会系统的公平性两个角度展开,结合具体案例为政策制定与执行提供相应启示,但是由于关联关系具有“地方特性”和“时间有效性”的特征,因此,有效的行动方案还应与具体的空间和时间维度相适应。

（二）空间与时间维度的关联关系研究

空间维度是指WEF-Nexus研究的具体区域,一般而言包括地区、国家、区域和全球四个空间维度。具体而言,地区维度主要是指一个国家内部的局部地区,包括农村地区(Djanibekov等,2012[60])、城市地区(Walker等,2014[61]；Chirisa等,2015[62])和国内流域地区(Karlberg等,2015[63])；区域维度主要是指跨国区域,既包括以资源为核心的跨国流域,比如湄公河流域(Foran,2015[64])、阿姆河盆地(Jalilov等,2015[65]),又包括以经济发展为核心的跨国地区,比如南非发展共同体(Schreiner和Baleta,2015[8])、中亚地区(Guillaume等,2015[6])。然而,现有研究中空间维度的选择由于受“资源整合观”的影响,沿袭了IWRM的研究视角,即聚焦于区域维度,尤其是为水资源为核心的跨国流域,而对地区维度的研究则较少。以流域为研究对象能形象地描述和展现WEF-Nexus关系,具有较好的适应性(Lawford等,2013[22]),但是随着城镇化的进程,越来越多的人口集聚于城市,如何保障城市、城市群、都市圈WEF-Nexus安全将成为未来可持续发展的关键,地区维度的研究越来越值得学术界和实践者们重视。

时间维度是指具体空间维度下WEF-Nexus的动态变化情况,包括年内季节性变化和跨年度气候变化对WEF-Nexus的影响。但是由于数据和量化方法的局限,目前对关联关系动态变化的研究较少,只注重于通过设计可视化评价工具来评价区域当前的可持续发展状态(Daher和Mohtarb,2015[66]),包括多元统计描述的方式(Gulati等,2013[40])和系统动力学动态模拟的方法(Halbe等,2015[42])。前者主要是通过历史数据来展现地区水、能源和粮食资源的变化情况,而后者基于关联关系的量化,通过方案模拟,实现对未来变化情况的进一步预测。时间维度的研究目标在于实现对具体空间维度下WEF-Nexus系统的实时动态监测,也是未来值得深入探讨的领域。

（三）WEF-Nexus研究的数据与工具

目前WEF-Nexus研究的主要数据来源包括:各国和国际组织统计数据(Taniguchi等,2015[37])、问卷调查数据(Lawford等,2013[22])、工程项目资料数据(Bennett等,2016[59])。实践中可基于研究的空间维度而采取相应的数据获取途径,一般而言,全球和国家维度的数据来源以国际组织和各国的统计数据为主,比如联合国粮农组织(FAO)、国际能源机构(IEA)的统计数据；跨流域维度则以各国家和具体工程项目资料数据为主；地区维度,尤其是农村维度的数据来源以问卷调查较为普遍。当前关键数据难以获取的原因在于数据的缺失(Karabulut等,2015[67])和因数据散落为地区差异而导致数据无法共享(Lele等,2013[43])。目前,数据可获取性已成为制约关联关系量化的重要议题。但是Nexus Tool 2.0①Nexus Tool 2.0中集成的核心单一资源分析工具是水资源评价与规划(Water Evaluation and Planning,WEAP)和长期能源替代规划系统(Long-range Energy Alternatives Planning System,LEAP)。和CLEWS(Climate,Land-use,Energy and Water System)[68]框架,从三种资源“投入-产出”视角,采取单一资源分析工具集成的路径,构建了相应的关联分析工具,为解决当前数据无法获取的问题提供了新方向。然而,此类框架只是实现了不同资源系统间的“外部连接”,而要实现资源系统的“内部连接”,则应通过构建合理的治理框架并建立综合信息池,才能为实现资源系统“内部连接”提供数据支撑。

WEF-Nexus的研究工具可分为定性和定量两类,如表2所示。尽管水、能源和粮食间的两两关系已实现合理的描述与量化,但是对于存在多元反馈回路的三者关系而言,在关系量化上依旧存在方法论层面的障碍(Chang等,2016[9])。目前的部分研究依旧延续了两两关系量化的研究方法,比如实体模型评价法,这严重地影响评价结果的有效性。而由关联关系的描述可知WEF-Nexus系统是一个开放式复杂系统,其系统边界具有动态性特征(Stucki和Sojamo,2012[69]),同时由于数据的难以获取,说明适用于两两关系分析的方法与研究范式已经难以支撑WEF-Nexus研究的开展。部分学者开始借助系统科学领域的研究工具,比如系统动力学、复杂网络分析,并取得了比较好的进展。此外,协同论的提出与完善、现代计算技术的进步、大数据时代的到来等,均从理论和工具层面为WEF-Nexus的深入研究提供了重要支撑。

表2 WEF-Nexus研究方法与类别

六、总结与展望

以上对WEF-Nexus研究诸多视角的分析,由因致果地讨论了WEF-Nexus研究的概念界定、背景与发展阶段、关联关系描述和实证研究发展,回答了“什么是WEF-Nexus和为什么是WEF-Nexus”这两大基本问题。从不同的视角,为进一步探究WEF-Nexus提供了理论依据和案例借鉴。但是,作为可持续发展领域资源管理研究的新视角,目前WEF-Nexus研究的理论基础和理论体系并未实现系统完整的构建,其提出背景依旧模糊,空间和时间维度的实证仍有待加强,尤其在研究视角、维度和工具等方面仍需做大量的工作。

首先,在研究视角方面。虽然现有的案例研究有助于制定可行的政策,但却难以获得政策制定的一般化路径。随着实践经验的不断积累,应将研究视角转向WEF-Nexus的理论探究,以发挥对实践的指导作用。一方面,应理顺提出背景,因为对提出背景的不同理解代表着研究中理论基础的差异。目前对提出背景的研究较少且零散,并未实现全方位的深入挖掘。另一方面,还应实现对水、能源和粮食三者作为“慢变量”的理论证明,以明确其核心地位,并实现WEF-Nexus研究的科学发展。同时,基于大数据的收集与分析技术,更应进一步推进关联关系的量化,构建不同尺度的数据信息池,为实现跨部门、跨区域的治理提供支撑。

其次,在研究维度方面。现有研究主要集中于跨国流域的区域维度上,在跨国流域中,由于地缘政治的不确定性,会增加WEF-Nexus系统外部风险并扩大系统边界,也不利于行动方案的执行。而随着城镇化的推进,城市维度的人口规模将扩大,城市的水、能源和粮食的安全问题将会更为突出且紧迫,但是目前对城市维度的研究较少。同时,城市聚落作为成熟的人类聚集区域,其基础设施布局较完善,投资的集聚效应更高,并且在数据可获取性方面具有更大的优势,更有利于WEF-Nexus研究的开展,因此,研究维度宜向城市维度转变。

最后,在研究工具方面。现有研究工具沿袭了两两关系的研究范式,目前以定性研究工具为主,部分学者已开始尝试关联关系的量化研究,少数学者运用系统科学的方法进行了定量化的模拟。但是WEFNexus系统作为开放式复杂系统,系统边界具有动态性特征,原有两两关系的分析范式已经无法有效支撑现有研究的开展,因此需要借助于系统动力学、复杂网络分析等系统科学领域的分析工具,加强系统科学领域分析工具的应用。

总体而言,虽然现实中的数据问题、制度障碍等会对行动方案的执行形成制约,但是现有研究已为WEF-Nexus后续研究的开展积累了丰富的实践经验,且经过上述讨论更进一步明确了未来努力的方向,以期引起学术界和实践者们对这一问题的深入研究与探讨。

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