不同尺度下水-能-碳系統(tǒng)空間關(guān)聯(lián)關(guān)系分析

鄭靖偉, 孫才志

(1.遼寧師范大學(xué) 地理科學(xué)學(xué)院,遼寧 大連 116029;2.遼寧師范大學(xué) 海洋經(jīng)濟(jì)與可持續(xù)發(fā)展研究中心,遼寧 大連 116029)

隨著全球氣候變化和資源短缺壓力的影響,各個國家不斷加強節(jié)水、節(jié)能和減排的力度,制定合理的政策和措施。水資源、能源和碳排放伴隨著區(qū)域間的貿(mào)易聯(lián)系而不斷流動,同時三種要素之間也存在一定的關(guān)聯(lián)關(guān)系,例如:各種能源在開發(fā)和利用的過程中需要消耗大量的水資源,并排放一定的溫室氣體,其中水資源的開采、運輸和處理等過程,需要能源作為動力支撐,同時排放一定的溫室氣體。在調(diào)整水資源政策以滿足消費需求變化和應(yīng)對氣候變化等方面的過程中,增加能源收入[1],從而增加溫室氣體的排放。因此,厘清“資源-環(huán)境-經(jīng)濟(jì)”系統(tǒng)協(xié)調(diào)下水資源消耗、能源消耗和碳排放之間的交互機(jī)制,探討三者的空間轉(zhuǎn)移規(guī)律和產(chǎn)業(yè)關(guān)聯(lián)效應(yīng),以及水-能-碳的關(guān)聯(lián)關(guān)系變化,對應(yīng)對氣候變化和推進(jìn)綠色可持續(xù)發(fā)展進(jìn)程具有重要借鑒意義。

盡管我們對水資源、能源和碳排放管理已經(jīng)取得了一定的成就,但是對于資源要素之間的協(xié)同管理仍然有所欠缺,而這三者的協(xié)同管理對環(huán)境、經(jīng)濟(jì)和社會的穩(wěn)定發(fā)展具有重要的影響。現(xiàn)有研究中,對水資源、能源和碳排放協(xié)同研究大多集中在其中兩種或三種要素之間。在兩種要素的關(guān)聯(lián)研究中,水-能關(guān)系的研究較為廣泛。關(guān)偉等[2]研究了五種能源水足跡的時空演化特征,以及與水資源的空間匹配狀況。王鳳初等[3]、張戴煒[4]運用耦合協(xié)調(diào)度模型,分析了虛擬水和能源的耦合協(xié)調(diào)水平。ACKERMAN F等[5]提出四種假設(shè)來解決水-能關(guān)系所引發(fā)的相關(guān)資源問題。LEE M等[6]討論了能源使用和溫室氣體排放對城市現(xiàn)有水資源系統(tǒng)的影響,描述了水風(fēng)險對水-能關(guān)系的影響。徐佩琦[7]、曾萌等[8]對水資源開發(fā)利用過程的能源和能源生產(chǎn)過程中的水資源消耗量進(jìn)行了定量分析。除水-能關(guān)系以外,還有少量關(guān)于水-碳關(guān)系和能-碳關(guān)系的研究:王小辣等[9]建立并驗證了珠江流域水-碳耦合模擬模型;FANG D L等[10]識別了各個經(jīng)濟(jì)部門的水資源消耗和CO2排放,以及供應(yīng)鏈中碳足跡的具體路徑;JIA L等[11]探索作物生產(chǎn)對水資源利用和溫室氣體排放的影響;IVANOVA D等[12]首次研究了歐盟各個國家家庭規(guī)模的差異對減少能源使用和溫室氣體排放的影響。

水-能-碳關(guān)系的研究逐漸豐富,但現(xiàn)有的研究多為少數(shù)區(qū)域或產(chǎn)業(yè)、少量研究區(qū)域間因產(chǎn)業(yè)關(guān)聯(lián)造成的資源要素流動情況。馮夢雨[13]、趙榮欽等[14]、VENKATESH G等[15]、GU Y等[16]和余嬌等[17]分別探討了快速城市化、城市水系統(tǒng)、城市供水、城市污水處理等對水-能-碳關(guān)聯(lián)關(guān)系的影響,分析了其與環(huán)境和氣候變化之間的相互作用。陸瑤等[18]、余錦如等[19]、WANG X C等[20～21]和LIANG M S等[22]對不同空間尺度的水-能-碳關(guān)聯(lián)關(guān)系進(jìn)行了評估。杜景新等[23]基于“水-能”關(guān)聯(lián)關(guān)系對河南省48 個典型村莊不同作物灌溉過程的碳排放進(jìn)行了核算。田沛佩[24]基于MRIO模型對中國各個省份的水-能-碳耦合關(guān)系進(jìn)行定量分析。GHENAI C[25]、LI H等[26]和WANG X C等[27]分別對水-能-碳的關(guān)聯(lián)關(guān)系進(jìn)行了詳細(xì)的綜述,為促進(jìn)社會經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的可持續(xù)性發(fā)展具有重要的意義。ALGHAMDI A等[28]和LI R S等[29]分別測算了校園尺度的水、能源和碳的流量,分析水-能-碳的空間格局和空間關(guān)聯(lián)特征。隨著對電力需求的不斷增加,電力系統(tǒng)的水資源消耗量和碳排放量始終較大,YANG S J等[30]和HAIDER N等[31]分別探討了中國和中巴經(jīng)濟(jì)走廊電力系統(tǒng)的水-能-碳關(guān)聯(lián)關(guān)系,并根據(jù)不同情景條件來制定相應(yīng)的政策措施。TRUBETSKAYA A等[32]和PLATIS D P等[33]分別核算了工業(yè)和農(nóng)業(yè)水-能-碳總量以及關(guān)聯(lián)關(guān)系。

綜上所述,近幾年關(guān)于水-能-碳的研究大多集中在基于最終消費所產(chǎn)生的水、能消耗量和碳排放量以及其間的關(guān)聯(lián)關(guān)系,且研究尺度大多集中在某一區(qū)域或產(chǎn)業(yè),較少有研究在不同空間和時間尺度下具體分析水-能-碳的消耗情況和相互作用關(guān)系,探討由于產(chǎn)業(yè)關(guān)聯(lián)造成的水資源、能源和碳排放的空間關(guān)聯(lián)格局和重要產(chǎn)業(yè)鏈接路徑,區(qū)分“生產(chǎn)者”和“消費者”在貿(mào)易往來中所承擔(dān)的責(zé)任。因此,本文以中國的30個省份為研究區(qū)域,采用多區(qū)域投入產(chǎn)出模型,從本地、省際和國際三個空間尺度,研究本地、省際流動和國際進(jìn)出口所產(chǎn)生的水和能消耗情況和與碳排放的關(guān)聯(lián)關(guān)系。通過產(chǎn)業(yè)關(guān)聯(lián)效應(yīng)強度和鏈接路徑流量變化情況,分析三種要素影響較大的重點產(chǎn)業(yè),識別水資源壓力、能源壓力和碳排放壓力的主要區(qū)域和產(chǎn)業(yè),并通過相關(guān)產(chǎn)業(yè)的水資源、能源和碳排放強度的關(guān)系,進(jìn)一步分析水-能-碳的關(guān)聯(lián)關(guān)系,為制定節(jié)水、節(jié)能、減排以及水-能-碳協(xié)同管理政策和措施提供一定的理論支撐。

1 研究方法與數(shù)據(jù)來源

1.1 研究方法

1.1.1 農(nóng)業(yè)綠水資源

由于綠水資源在農(nóng)作物生長過程中發(fā)揮了較大作用,為了能更加準(zhǔn)確地體現(xiàn)農(nóng)業(yè)耗水量,在農(nóng)業(yè)藍(lán)水資源的基礎(chǔ)上,加入了農(nóng)作物和農(nóng)畜產(chǎn)品綠水資源消耗量。中國30個省份(不包括西藏、香港、澳門和臺灣)的農(nóng)作物綠水資源消耗量根據(jù)彭曼公式計算得出,由于缺乏各個省份部分農(nóng)畜產(chǎn)品的詳細(xì)數(shù)據(jù),因此本文只計算牛、羊和奶類的綠水資源消耗量,具體的計算過程[21]已在以往的研究成果[34]中詳細(xì)說明,不再做過多的描述。

1.1.2 多區(qū)域投入產(chǎn)出模型

運用多區(qū)域投入產(chǎn)出模型,從本地、省際和國際三個尺度上研究中國水、能、碳三者的關(guān)聯(lián),如圖1所示。

圖1 三尺度多區(qū)域投入產(chǎn)出分析

三個尺度投入產(chǎn)出表的構(gòu)建過程見文獻(xiàn)[35],多區(qū)域投入產(chǎn)出模型的具體計算如下:

直接消耗系數(shù):

(1)

(2)

直接消耗系數(shù)矩陣為:

(3)

(4)

完全消耗系數(shù):

δ=∑σ[I-A]-1。

(5)

式中:δ是區(qū)域完全水資源和能源消耗、碳排放系數(shù)矩陣;I是單位矩陣。

最終資源消耗量:

(6)

(7)

(8)

(9)

(10)

1.2 數(shù)據(jù)來源

多區(qū)域投入產(chǎn)出模型數(shù)據(jù)可分為三大類。第一類為投入產(chǎn)出表。本文2002年、2007年和2012年多區(qū)域投入產(chǎn)出表來源于國家統(tǒng)計局,2017年多區(qū)域投入產(chǎn)出表來源于文獻(xiàn)[36],世界多區(qū)域投入產(chǎn)出表來源于EXIOBASE數(shù)據(jù)庫,對以上數(shù)據(jù)進(jìn)行合并,各部門名稱及其代碼見表1。第二類為各個區(qū)域和產(chǎn)業(yè)的直接用水?dāng)?shù)據(jù),30個省份農(nóng)業(yè)藍(lán)水資源、工業(yè)和服務(wù)業(yè)數(shù)據(jù)來源于《中國水資源公報》,農(nóng)作物綠水資源所需要的數(shù)據(jù)來自中國氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)(http://data.cma.cn/),世界各國各產(chǎn)業(yè)直接用水?dāng)?shù)據(jù)來源于EXIOBASE數(shù)據(jù)庫。第三類為各個區(qū)域和產(chǎn)業(yè)的直接能源消耗數(shù)據(jù),30個省份的42個產(chǎn)業(yè)碳排放數(shù)據(jù)來源于中國碳核算數(shù)據(jù)庫,世界各國的能源消耗數(shù)據(jù)來源于EXIOBASE數(shù)據(jù)庫。

表1 各產(chǎn)業(yè)及其代碼

2 結(jié)果分析

2.1 各省份水足跡、能源足跡與碳足跡貿(mào)易

中國30個省份水足跡貿(mào)易情況如圖2所示。絕大部分省份當(dāng)?shù)氐乃阚E占比最大,流入、流出和出口水足跡總量分別下降了48.24%、58.82%和45.77%,進(jìn)口水足跡量逐漸增大,從433.81 億m3增長到1 888.81 億m3。流入、出口和進(jìn)口水足跡較高的省份主要集中在中國東部地區(qū),流出水足跡較高的省份大多分布在中國中部地區(qū),少數(shù)分布在中國東部和西部地區(qū)。凈流入和凈進(jìn)口數(shù)值較高的省份主要分布在中國東部地區(qū),到研究末期,幾乎所有省份均為凈進(jìn)口地區(qū),凈流出和凈出口省份在中國中部和西部地區(qū)分布較多,表明中國水資源空間轉(zhuǎn)移的重心始終分布在東部地區(qū),通過產(chǎn)業(yè)關(guān)聯(lián)效應(yīng),從其他地區(qū)調(diào)入大量的水資源。盡管省際產(chǎn)業(yè)鏈接路徑的流量大幅度縮減,但進(jìn)口水足跡量呈直線上升趨勢,少數(shù)省份的進(jìn)口水足跡量要高于國內(nèi)其他省份流入水足跡量,而中國水資源分布東多西少,現(xiàn)有的空間轉(zhuǎn)移格局仍然不利于改善中國水資源空間分布不均衡的現(xiàn)象。同時,中國水足跡貿(mào)易結(jié)構(gòu)已經(jīng)發(fā)生了很大的轉(zhuǎn)變,省際水足跡貿(mào)易不斷縮減,中國從水資源凈出口國轉(zhuǎn)變?yōu)閮暨M(jìn)口國。通過進(jìn)口高耗水產(chǎn)品,特別是產(chǎn)業(yè)01和06(這兩個產(chǎn)業(yè)并不是進(jìn)口總值最高的產(chǎn)業(yè),卻是進(jìn)口水足跡較高的產(chǎn)業(yè)),在一定程度上緩解了中國水資源短缺的現(xiàn)狀,減緩了中國中部和西部地區(qū)的部分水資源壓力同時,可能會加重部分國家的水資源壓力,加強了中國對其他國家水資源的依賴程度。

圖2 2002—2017年中國30個省份水足跡貿(mào)易

中國能源足跡貿(mào)易結(jié)構(gòu)均有不同程度的變化態(tài)勢,如圖3所示。絕大多數(shù)省份當(dāng)?shù)啬茉醋阚E占比最大,且均有不同程度的增長,各省區(qū)流入與流出能源足跡在2007年大幅下降,之后保持穩(wěn)定增長趨勢,但占比始終最小。出口和進(jìn)口能源足跡總量均呈先上升后下降的趨勢,但始終保持較高數(shù)值。能源足跡數(shù)值流入與流出較高的省份始終集中在經(jīng)濟(jì)規(guī)模較大或者能源密集型產(chǎn)業(yè)較多的東部或中部地區(qū),能源足跡數(shù)值流入較高的省份如:北京、天津、上海、江蘇、廣東等地;流出能源足跡數(shù)值較高的地區(qū)如:河北、山西、內(nèi)蒙古、遼寧、廣東等地。進(jìn)出口能源足跡較高的省份大多集中在經(jīng)濟(jì)規(guī)模較大且交通便利的東部沿海地區(qū),如:上海、江蘇、浙江、廣東、山東等。研究期間,能源足跡凈流入省份不斷增加,且主要集中在東部地區(qū),到研究末期,所有省份均為能源凈進(jìn)口地區(qū),且數(shù)值較高的省份主要集中在東部地區(qū),表明中國能源貿(mào)易空間轉(zhuǎn)移的重心主要分布在東部地區(qū),特別是與其他國家的產(chǎn)業(yè)貿(mào)易區(qū)。

圖3 2002—2017年中國30個省份能源足跡貿(mào)易

盡管中部和西部能源足跡的貿(mào)易總量在不斷增長,各省份的省際產(chǎn)業(yè)關(guān)聯(lián)路徑流量的差異不斷縮減,但較高的進(jìn)口能源足跡不利于中國能源空間均衡發(fā)展趨勢,也不利于中國乃至全球節(jié)能減排目標(biāo)的推進(jìn)。因此,在保障能源安全的前提下,仍需繼續(xù)完善能源交易體系和制度,加快推進(jìn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級。

圖4顯示了碳足跡貿(mào)易的構(gòu)成變化情況。絕大部分省份的當(dāng)?shù)睾统隹谔甲阚E量大致呈增長趨勢,流入、流出和進(jìn)口碳足跡量均有不同程度減少。流入碳足跡數(shù)值較高的省份主要集聚在東部地區(qū),特別是天津、上海、江蘇、山東、河北等地,流出碳足跡較高的省份主要聚集在中國中部地區(qū)與東部地區(qū)少數(shù)省份,特別是河北、山西、內(nèi)蒙古、江蘇等。出口和進(jìn)口碳足跡較多的省份主要聚集在東部地區(qū),如廣東、江蘇、上海、浙江、山東等。碳足跡凈流入省份較少,高數(shù)值主要分布在中部地區(qū)與東部地區(qū)少數(shù)省份。幾乎所有省份均是碳足跡凈出口地區(qū),且東部沿海地區(qū)絕大多數(shù)省份的數(shù)值較大,說明中國碳排放空間轉(zhuǎn)移的重心位于東部地區(qū),出口碳足跡在一定程度上加大了碳排放空間分布的不均衡性,并且,中國從碳排放凈進(jìn)口國,轉(zhuǎn)變?yōu)樘寂欧艃舫隹趪?承擔(dān)了世界其他國家的部分碳排放量,從而加重了中國碳排放的壓力。

圖4 2002—2017年中國30個省份碳足跡貿(mào)易

2.2 中國30個省份水-能-碳系統(tǒng)關(guān)聯(lián)

為了更深入地厘清“資源-環(huán)境-經(jīng)濟(jì)”系統(tǒng)協(xié)調(diào)下水資源消耗、能源消耗和碳排放之間的交互機(jī)制,找尋三種要素協(xié)同管理的方向和措施,本文參照以往的研究成果,通過計算水資源、能源生產(chǎn)部門單位產(chǎn)出消耗的能源、水資源、碳排放,分析水-能-碳系統(tǒng)關(guān)聯(lián)關(guān)系。選取產(chǎn)業(yè)27(水的生產(chǎn)和供應(yīng)業(yè))分析水生產(chǎn)部門單位產(chǎn)出的能源足跡和碳足跡,選取產(chǎn)業(yè)02(煤炭采選業(yè))、03(石油和天然氣開采業(yè)、11(石油、煉焦產(chǎn)品和核燃料加工業(yè))、25(電力、熱力的生產(chǎn)和供應(yīng)業(yè))、26(燃?xì)馍a(chǎn)和供應(yīng)業(yè))等能源相關(guān)產(chǎn)業(yè),分析能源產(chǎn)業(yè)單位產(chǎn)出的水足跡和碳足跡。

2.2.1 水生產(chǎn)部門的能源消費

水生產(chǎn)部門完全能源消耗量(能源足跡)如圖5所示。各個省份產(chǎn)業(yè)27的每萬元產(chǎn)出能源足跡僅在2002年數(shù)值較高,之后始終保持穩(wěn)定的低水平狀態(tài),但能源足跡較高的省份在研究期間有所差異,2002年依次為青海(78.72 GJ/萬元)、甘肅(38.98 GJ/萬元)、新疆(17.48 GJ/萬元),2007年依次為內(nèi)蒙古(0.65 GJ/萬元)、河南(0.44 GJ/萬元)、海南(0.43 GJ/萬元),2012年依次為吉林(1.18 GJ/萬元)、天津(0.94 GJ/萬元)、廣東(0.53 GJ/萬元),2017年依次為廣東(3.40 GJ/萬元)、上海(3.01 GJ/萬元)、陜西(2.70 GJ/萬元)。產(chǎn)業(yè)27與其他省份的產(chǎn)業(yè)關(guān)聯(lián)強效應(yīng)主要集中在產(chǎn)業(yè)2、產(chǎn)業(yè)12～14、產(chǎn)業(yè)25、產(chǎn)業(yè)27～29,特別是產(chǎn)業(yè)27和29,通過生產(chǎn)鏈的不同層級增加了產(chǎn)業(yè)27的能源消耗總量。絕大多數(shù)省份的產(chǎn)業(yè)27與其他產(chǎn)業(yè)關(guān)聯(lián)存在普遍的弱效應(yīng),甚至存在較多省份的產(chǎn)業(yè)27與其他省份產(chǎn)業(yè)沒有任何關(guān)聯(lián)效應(yīng)。強效應(yīng)更多地集中在省內(nèi)各個產(chǎn)業(yè)間,少數(shù)集中在個別省份間產(chǎn)業(yè)關(guān)聯(lián)路徑上,特別是到2017年,這種關(guān)聯(lián)效應(yīng)更加明顯,如廣東-上海(產(chǎn)業(yè)27～31、33～40)、浙江(產(chǎn)業(yè)27、28、31)、河南(產(chǎn)業(yè)1～21、25、26、28～42)、陜西-江蘇(產(chǎn)業(yè)1～42)、吉林-江蘇(產(chǎn)業(yè)2～42)、山東-上海(產(chǎn)業(yè)12、27、28、30、31)、江蘇(產(chǎn)業(yè)6～10、12～21、25、27～31、33～42)等。盡管產(chǎn)業(yè)鏈接路徑流量有所減少,但生產(chǎn)鏈的中下游省份多為經(jīng)濟(jì)規(guī)模和需求量較大的東部地區(qū),生產(chǎn)和消費需求的變化會通過鏈接路徑反饋到上游省份,影響這些省份產(chǎn)業(yè)27的能源消耗總量。

圖5 2002—2017年中國30個省份水的生產(chǎn)和供應(yīng)業(yè)能源足跡

由圖5可知,2002年青海的能源足跡最高,且之后下降幅度較大,主要原因在于,2002年青海的水生產(chǎn)產(chǎn)業(yè)具有相對較高的總產(chǎn)出,雖然直接能源消耗系數(shù)相對較小,但完全耗能系數(shù)在研究期間最大,因此該產(chǎn)業(yè)的間接消耗較大,從而造成單位產(chǎn)出的能源足跡較大。從整體來看,中國各個省份水生產(chǎn)產(chǎn)業(yè)每萬元產(chǎn)出的完全能源消耗強度較低,說明各個省份水生產(chǎn)產(chǎn)業(yè)的完全用能效率較高,在經(jīng)濟(jì)總產(chǎn)值不斷增長的同時,水資源在省際產(chǎn)業(yè)關(guān)聯(lián)路徑上流量不斷減少,與水資源生產(chǎn)相關(guān)的耗能量也隨之減少。但到研究末期,所有省份產(chǎn)業(yè)27每萬元產(chǎn)出能源足跡呈小幅度上升趨勢,直接能源消耗強度也有所上升,且直接能源消耗強度遠(yuǎn)高于完全能源消耗強度,這不僅與本地的消費需求有關(guān),生產(chǎn)技術(shù)條件和貿(mào)易結(jié)構(gòu)也在一定程度上促進(jìn)了生產(chǎn)能源消耗。因此,各省份應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)和消費需求,制定合理的政策和措施,促進(jìn)水生產(chǎn)部門的節(jié)能發(fā)展。

2.2.2 水生產(chǎn)部門的碳排放

圖6為2002—2017年水生產(chǎn)產(chǎn)業(yè)的完全碳排放量(碳足跡)的變化情況。

圖6 2002—2017年中國30個省份水的生產(chǎn)和供應(yīng)業(yè)碳足跡

與能源消耗相似,絕大多數(shù)省份的產(chǎn)業(yè)27每萬元產(chǎn)出碳足跡僅在2002年數(shù)值相對較高,之后保持穩(wěn)定的較小數(shù)值,并且在研究末期呈小幅度上升趨勢,但碳足跡較高的省份與能源足跡有所差異。2002年依次為寧夏(6.67 t/萬元)、青海(5.50 t/萬元)、海南(5.54 t/萬元),2007年依次為山西(0.03 t/萬元)、遼寧(0.02 t/萬元)、四川(0.02 t/萬元),2012年依次為吉林(0.17 t/萬元)、甘肅(0.13 t/萬元)、廣東(0.13 t/萬元),2017年依次為甘肅(5.38 t/萬元)、新疆(3.21 t/萬元)、陜西(3.15 t/萬元)。碳排放總量的變化與能源類型、消耗總量和利用率有密切的關(guān)系,能源消費結(jié)構(gòu)不斷發(fā)生變化,傳統(tǒng)能源使用占比從75.81%下降到64.27%,在一定程度上減少了碳排放總量,而產(chǎn)業(yè)27的完全能源消耗量呈穩(wěn)定的低水平狀態(tài),產(chǎn)業(yè)27碳排放的關(guān)聯(lián)產(chǎn)業(yè)與能源關(guān)聯(lián)產(chǎn)業(yè)相同,產(chǎn)業(yè)關(guān)聯(lián)強效應(yīng)主要集中于產(chǎn)業(yè)2、產(chǎn)業(yè)12～14、產(chǎn)業(yè)25、產(chǎn)業(yè)27～29。綜上來看,中國絕大多數(shù)省份生產(chǎn)萬元水資源的完全碳排放強度相對較低,說明絕大多數(shù)省份完全用能效率較高,特別是東部地區(qū),除此之外,少數(shù)省份的完全碳排放效率在研究末期呈現(xiàn)出下降的趨勢,如天津、吉林、上海、陜西、甘肅等。因此,需要結(jié)合各個省份的實際情況,找出水生產(chǎn)產(chǎn)業(yè)完全碳排放強度上升的具體原因,同時需繼續(xù)向綠色低碳轉(zhuǎn)型,增加低碳能源的使用占比。

2.2.3 能源生產(chǎn)產(chǎn)業(yè)的水資源消耗

研究期間,五個能源生產(chǎn)部門每萬元產(chǎn)出的完全用水量(水足跡)呈動態(tài)變化趨勢,如圖7所示。整體上,絕大多數(shù)省份產(chǎn)業(yè)02、03、11的水足跡總量呈直線下降趨勢,產(chǎn)業(yè)25和26呈波動下降,五個產(chǎn)業(yè)之間完全用水強度差值在2017年達(dá)到最小。2002年,幾乎所有省份的產(chǎn)業(yè)02、03、11、25每萬元產(chǎn)出的水足跡總量遠(yuǎn)高于產(chǎn)業(yè)26,特別是產(chǎn)業(yè)25,如寧夏(4 168.69 m3/萬元)、安徽(2 985.68 m3/萬元)、河南(2 290.46 m3/萬元),產(chǎn)業(yè)26數(shù)值較高的省份依次為吉林(54.01 m3/萬元)、福建(44.73 m3/萬元)、江西(38.39 m3/萬元)。2007年,產(chǎn)業(yè)02、03、25的水足跡量較小,產(chǎn)業(yè)11和26的水足跡數(shù)值較大,安徽(926.31 m3/萬元)、云南(891.90 m3/萬元)、廣西(813.84 m3/萬元)為產(chǎn)業(yè)26的水足跡數(shù)值較高的省份,江西(225.35 m3/萬元)、寧夏(194.05 m3/萬元)、陜西(141.35 m3/萬元)為產(chǎn)業(yè)02水足跡數(shù)值較高的省份。2012年,產(chǎn)業(yè)02、03、11、26的水足跡數(shù)值大幅度下降,并且絕大多數(shù)省份產(chǎn)業(yè)02的單位產(chǎn)出水足跡量最小,幾乎所有省份產(chǎn)業(yè)25的水足跡數(shù)值大幅度上升,數(shù)值遠(yuǎn)超過2002年最高數(shù)值,如貴州(6 710.71 m3/萬元)、安徽(5 807.21 m3/萬元)、湖南(5 745.96 m3/萬元),與水足跡最小值產(chǎn)業(yè)之間的差值達(dá)到最大,產(chǎn)業(yè)02的水足跡數(shù)值較高的省份依次為青海(52.91 m3/萬元)、北京(49.31 m3/萬元)、黑龍江(44.31 m3/萬元)。2017年,五個能源生產(chǎn)部門的水足跡數(shù)值達(dá)到最小值,幾乎所有省份產(chǎn)業(yè)25數(shù)值最大,產(chǎn)業(yè)02的水足跡數(shù)值最小,兩者之間的差值在研究期間達(dá)到最小值,陜西(73.16 m3/萬元)、廣西(70.31 m3/萬元)、湖南(61.29 m3/萬元)為產(chǎn)業(yè)25的水足跡數(shù)值最高的省份,寧夏(11.47 m3/萬元)、山西(2.85 m3/萬元)和云南(2.10 m3/萬元)為產(chǎn)業(yè)02的水足跡數(shù)值最高的省份。

圖7 2002—2017年中國30個省份能源生產(chǎn)部門水足跡

綜上可知,能源生產(chǎn)產(chǎn)業(yè)每萬元產(chǎn)出完全用水量最高的產(chǎn)業(yè)幾乎均是產(chǎn)業(yè)25,主要原因在于:①電力和熱力生產(chǎn)與供應(yīng)業(yè)需要水資源作為其生產(chǎn)過程的一部分原料,造成產(chǎn)業(yè)25有較多的水資源投入。②產(chǎn)業(yè)25與各個產(chǎn)業(yè)之間通過生產(chǎn)鏈的鏈接路徑,存在普遍的產(chǎn)業(yè)關(guān)聯(lián)效應(yīng),強效應(yīng)主要集中在產(chǎn)業(yè)02～06、12～14、25、28～31之間,特別是東部和中部地區(qū)的絕大部分省份,產(chǎn)業(yè)25與各個產(chǎn)業(yè)之間均存在較強的產(chǎn)業(yè)關(guān)聯(lián)效應(yīng),通過生產(chǎn)鏈增加了產(chǎn)業(yè)25的生產(chǎn)耗水量。各個省份產(chǎn)業(yè)02和11與其他省份的絕大多數(shù)產(chǎn)業(yè)之間也存在普遍且較強的產(chǎn)業(yè)關(guān)聯(lián)效應(yīng),產(chǎn)業(yè)02通過鏈接路徑將大量的水資源流向產(chǎn)業(yè)02、11～14、25、28,產(chǎn)業(yè)11的強效應(yīng)主要集中在產(chǎn)業(yè)11～14、28～30。產(chǎn)業(yè)03和26的產(chǎn)業(yè)關(guān)聯(lián)效應(yīng)最弱,且多集中在少數(shù)省份內(nèi),從而造成兩者的用水量也較小。

2.2.4 能源生產(chǎn)部門的碳排放

能源生產(chǎn)部門每萬元產(chǎn)出完全碳排放量(碳足跡)呈波動的變化趨勢,如圖8所示。

圖8 2002—2017年中國30個省份能源生產(chǎn)部門碳足跡

從整體來看,5個能源生產(chǎn)部門在研究期間碳排放呈下降的趨勢,到2017年達(dá)到最小值,各產(chǎn)業(yè)之間的碳排放量差值逐漸縮減。從產(chǎn)業(yè)層面來看,不同區(qū)域和產(chǎn)業(yè)的能源需求量、使用結(jié)構(gòu)、利用效率等不同,造成區(qū)域和產(chǎn)業(yè)的碳排放總量與強度有明顯差異性。研究期間,產(chǎn)業(yè)25始終是絕大多數(shù)省份單位產(chǎn)出碳足跡最高的能源部門,并且呈波動變化趨勢,數(shù)值較高的省份分別為2002年的河北(652.16 t/萬元)、山西(567.51 t/萬元)和河南(294.36 t/萬元),2007年的四川(0.12 t/萬元)、重慶(0.09 t/萬元)和新疆(0.09 t/萬元),2012年的青海(225.24 t/萬元)、貴州(116.60 t/萬元)和云南(110.89 t/萬元),2017年的山西(19.13 t/萬元)、海南(13.07 t/萬元)和新疆(6.31 t/萬元)。其余四個產(chǎn)業(yè)始終保持著較低的碳排放數(shù)值,產(chǎn)業(yè)26僅在2002年為碳足跡數(shù)量最小的產(chǎn)業(yè),數(shù)值較高的省份分別為寧夏(38.96 t/萬元)、海南(1.96 t/萬元)和山西(0.74 t/萬元)。2007年、2012年和2017年為產(chǎn)業(yè)03碳足跡數(shù)值最低的年份,數(shù)值較高的省份依次為:2007年的湖北(0.07 t/萬元)、青海(0.04 t/萬元)和江蘇(0.03 t/萬元),2012年的江蘇(5.13 t/萬元)、北京(1.59 t/萬元)和寧夏(1.50 t/萬元),2017年的新疆(5.36 t/萬元)、青海(2.29 t/萬元)和北京(1.08 t/萬元)。綜上來看,盡管完全碳排放量最低與最高的部門之間的完全碳排放存在一定差距,但完全碳排放最高的數(shù)值不斷下降,且與完全碳排放最低部門的數(shù)據(jù)的差值大幅度縮小,說明中國不斷針對性的解決能源生產(chǎn)部門的碳排放問題,并取得了很大的進(jìn)展。

2.3 中國水-能-碳系統(tǒng)協(xié)同發(fā)展

水資源、能源和碳排放的協(xié)同管理對促進(jìn)區(qū)域可持續(xù)發(fā)展具有重要意義,節(jié)約水資源可以緩解用水壓力,減少因過度開采水源而造成一系列的環(huán)境和氣候問題,節(jié)約能源可以減少二氧化碳等溫室氣體的排放,有利于碳達(dá)峰和碳中和的實現(xiàn),緩解全球氣候變化所產(chǎn)生的一系列問題,社會經(jīng)濟(jì)也不斷朝著更安全、更綠色、可持續(xù)性和高質(zhì)量發(fā)展。

根據(jù)上述分析可知,節(jié)水、節(jié)能和減排已經(jīng)取得了一定的進(jìn)展,三種要素的直接和完全消耗總量均有不同程度的減少,利用效率不斷提升,并且節(jié)水政策實施的過程中并沒有造成能源消耗和碳排放量的劇增,在低碳發(fā)展和綠色轉(zhuǎn)型的背景下,能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型的過程中也沒有導(dǎo)致水資源消耗和碳排放量的劇增。除了上述的水生產(chǎn)產(chǎn)業(yè)和能源生產(chǎn)部門之外,其他產(chǎn)業(yè)的水資源消耗強度、能源消耗強度和碳排放強度也需格外注意,如產(chǎn)業(yè)01直接和完全水資源消耗強度始終最大,能源消耗和碳排放強度雖然不是最大的,但始終保持較高的數(shù)值,加之產(chǎn)業(yè)01的產(chǎn)業(yè)關(guān)聯(lián)效應(yīng)較強,中游和下游各產(chǎn)業(yè)對產(chǎn)業(yè)01的反饋作用,在很大程度上影響產(chǎn)業(yè)01的各種資源要素消耗變化;其次為產(chǎn)業(yè)06、12、25,三種資源要素消耗高于大部分產(chǎn)業(yè)。少數(shù)產(chǎn)業(yè)雖然耗水量較少,但是能源消耗強度和碳排放強度較高,如產(chǎn)業(yè)04、05、30。因此,對于不同地區(qū)不同產(chǎn)業(yè)的節(jié)水、節(jié)能和減排政策應(yīng)該不斷根據(jù)實際情況做出及時調(diào)整和更新,在當(dāng)下轉(zhuǎn)變生產(chǎn)方式和調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的進(jìn)程中,還應(yīng)該根據(jù)不同產(chǎn)業(yè)的特性和產(chǎn)業(yè)關(guān)聯(lián)效應(yīng),合理調(diào)控敏感產(chǎn)業(yè)的資源要素,加強對重點產(chǎn)業(yè)的綠色改造和升級工程,堅持從生產(chǎn)-流通-分配-消費-再生產(chǎn)的全過程來促進(jìn)發(fā)展方式和消費模式的轉(zhuǎn)變,從而推動中國乃至全球社會經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展的進(jìn)程。

中國作為面積和人口眾多的發(fā)展中國家之一,積極落實全球節(jié)水、節(jié)能、減排的目標(biāo)要求,同時在應(yīng)對全球氣候變化中,做出了積極的努力和貢獻(xiàn)。為緩解中國水資源分布南多北少的空間現(xiàn)狀,啟動并實施了南水北調(diào)等大型水利工程。作為碳排放量較多的國家之一,中國積極落實節(jié)能減排工作,2015年向聯(lián)合國提交了應(yīng)對氣候變化國家自主貢獻(xiàn)目標(biāo),確定在2030年碳排放達(dá)到最大值。2020年新的國家自主貢獻(xiàn)目標(biāo):CO2排放量力爭于2030年前達(dá)到峰值,到2030年,單位國內(nèi)生產(chǎn)總值CO2排放量比2005年的下降65%以上。并且,在40國全球氣候變化峰會上做出承諾:力爭2030年實現(xiàn)碳達(dá)峰,2060年實現(xiàn)碳中和。因此,中國根據(jù)不同階段經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r和節(jié)能減排壓力,制定了相應(yīng)的節(jié)能減排目標(biāo)和重點工程,旨在積極應(yīng)對全球氣候變化影響,促進(jìn)自身經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型,從而為其他國家提供一條低碳可持續(xù)發(fā)展示范路徑,促進(jìn)全球加快轉(zhuǎn)型。

3 結(jié)論

1)中國水資源、能源和碳排放空間轉(zhuǎn)移的重心均位于東部地區(qū),三者的凈流入和凈進(jìn)口數(shù)值較高的省份主要集中在東部地區(qū)。盡管省際水足跡、能源足跡和碳足跡貿(mào)易在產(chǎn)業(yè)關(guān)聯(lián)路徑的流量不斷縮減,但國際貿(mào)易產(chǎn)業(yè)關(guān)聯(lián)路徑流量的增加不利于改善中國資源空間分布不均衡的問題。研究末期,幾乎所有省份均為水足跡凈進(jìn)口地區(qū),所有省份均為能源足跡凈進(jìn)口地區(qū)和碳足跡凈出口地區(qū)。

2)中國30個省份水生產(chǎn)部門每萬元產(chǎn)值的完全能源消耗量已經(jīng)保持在較為穩(wěn)定的低水平,而直接能源消耗量呈動態(tài)的變化趨勢,且數(shù)值仍然高于完全能源消耗量。完全用能效率高于直接用能效率,并且水生產(chǎn)部門的直接與完全能源消耗量較高的省份有所差異。水生產(chǎn)部門每萬元產(chǎn)出的完全碳排放量高于直接碳排放量的情況居多,但兩者的數(shù)值均保持在較為穩(wěn)定的低水平狀態(tài),絕大多數(shù)省份直接和完全碳排放效率較高。水生產(chǎn)部門直接與完全碳排放量較高省份的空間分布大致相似。

3)五個能源生產(chǎn)部門每萬元產(chǎn)出直接和完全用水量與碳排放量均呈下降的趨勢,最高與最低部門之間的差值較大,差值在研究期間呈上升-下降的趨勢,且下降幅度較大。電力和熱力的生產(chǎn)和供應(yīng)業(yè)始終是直接和完全用水量與碳排放量最高的部門,且直接用水與碳排放量高于完全用水和碳排放量,完全碳排放量最高的產(chǎn)業(yè)的數(shù)據(jù)不斷發(fā)生變化,但是數(shù)值均大幅度下降,同時,完全碳排放量最低產(chǎn)業(yè)的完全碳排放量在研究末期有超過直接碳排放量的趨勢。

4 討論與建議

本文從本地、省際和國際三個空間尺度,研究水-能-碳消耗情況和關(guān)聯(lián)關(guān)系,分析重點消耗、排放區(qū)域及其構(gòu)成成分,并通過相關(guān)關(guān)聯(lián)產(chǎn)業(yè),進(jìn)一步分析水-能-碳的關(guān)聯(lián)關(guān)系,對于掌握水資源消耗、能源消耗和碳排放規(guī)律,制定相應(yīng)的節(jié)水、節(jié)能和減排措施具有一定的理論支撐,對于調(diào)控重點消耗、排放地區(qū)和產(chǎn)業(yè),改善不合理消耗、排放空間格局具有一定的實踐意義。同時,有利于協(xié)同管理水資源-能源-碳系統(tǒng),協(xié)調(diào)社會經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)和生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展。

由于本文使用的多區(qū)域投入產(chǎn)出表的編制過程較為繁瑣,數(shù)據(jù)更新較慢,以五年為周期更新數(shù)據(jù),最新的數(shù)據(jù)只到2017年,使研究結(jié)果的時效性有所不足,在之后的研究中,會不斷關(guān)注數(shù)據(jù)的更新,及時更新最新數(shù)據(jù)的研究結(jié)果。

水資源消耗、能源消耗和碳排放主要集中在東部和中部地區(qū),但各構(gòu)成部分的占比有所差異,因此在制定節(jié)水、節(jié)能和減碳政策和措施時,要具體問題具體分析,根據(jù)資源消耗、碳排放的主導(dǎo)成分和產(chǎn)業(yè)關(guān)聯(lián)效應(yīng),結(jié)合各個省份在資源消耗、碳排放網(wǎng)絡(luò)中的地位和作用,制定中國整體的宏觀政策和目標(biāo),各個地區(qū)在宏觀的基礎(chǔ)上因地制宜地制定微觀政策和目標(biāo)。

水資源和能源進(jìn)口發(fā)揮著一定的補給作用,對于碳排放,出口發(fā)揮著較大的貢獻(xiàn)力。隨著“雙循環(huán)”發(fā)展格局的形成,不能單單只調(diào)控國內(nèi)資源循環(huán),國際資源循環(huán)同樣發(fā)揮著不可替代的作用,這就對我們現(xiàn)階段資源調(diào)控增加了新的要求,要形成良性且高質(zhì)量的“雙循環(huán)”格局,充分發(fā)揮資源空間流動在實現(xiàn)中國資源空間均衡方面的重要作用。

社會經(jīng)濟(jì)貿(mào)易聯(lián)系包含資源的空間流動,產(chǎn)業(yè)關(guān)聯(lián)效應(yīng)的強弱在很大程度上影響著資源消耗、碳排放的空間關(guān)聯(lián)性,進(jìn)而影響資源消耗、碳排放空間格局的形成。因此,要不斷協(xié)調(diào)資源生態(tài)系統(tǒng)與社會經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)之間的關(guān)系,在節(jié)水、節(jié)能、減排的進(jìn)程中,保障社會經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定且高質(zhì)量的持續(xù)發(fā)展,實現(xiàn)資源生態(tài)系統(tǒng)與社會經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展。