解密黄河流域水-能源-食物系统的韧性：时空演变、内部障碍与外部驱动因素

《Journal of Cleaner Production》：Decrypting water–energy–food nexus resilience in the Yellow River Basin: Spatiotemporal evolution, internal obstacles, and external drivers

基于进化韧性理论构建水-能-粮 Nexus韧性评估框架，以黄河流域为案例，通过熵权-Kantiray法、核密度估计和空间自相关分析，揭示2011-2022年韧性空间分异特征（上游>中游>下游）及内部制约因素（能源产能、人均耕地、单位面积水资源）与外部驱动机制（降水、经济结构、科技创新投入等），为跨区域韧性提升提供实证依据。

　　

牛星超|何正琦|陈燕|刘阳

中国江苏省常州市河海大学经济与金融学院，邮编213200

摘要

在日益增加的环境和社会经济压力下，理解和增强水-能源-食物（WEFNR）的韧性对于促进区域可持续发展至关重要。本文基于进化韧性理论，构建了一个以三种核心能力为基础的WEFNR评估框架：稳健性、恢复能力和适应性。以中国黄河流域（YRB）为案例研究，我们构建了一个适应区域特点的城市级指标体系，并评估了2011年至2022年间WEFNR的时空演变情况。通过障碍程度模型和地理时间加权回归（GTWR）方法，识别了内部障碍和外部驱动因素。研究结果表明，YRB地区的WEFNR整体有所提升，但城市间的差异有所扩大。从空间上看，呈现出“下游>中游>上游”的分布特征。内部障碍主要包括能源生产和储存能力、人均耕地面积以及单位面积的水资源可用性。外部因素如年平均降水量、气温、经济发展水平、产业结构合理性、人口密度、对科学、技术和教育的财政投入以及数字包容性金融等方面，在不同时间和空间范围内产生了显著但异质性的影响。这些发现深化了对WEFNR的概念和实证理解，并为提高YRB及其他类似地区的韧性提供了政策启示。

引言

水、能源和食物（WEF）是维持人类生存和城市繁荣的基本战略资源（Ju等人，2023；Ru等人，2024）。然而，在经济发展、人口增长、城市化加速和气候变化的综合压力下，这些资源面临着需求激增而供应受限的挑战（Martinez-Hernandez等人，2017）。其生产和消费过程中产生的环境污染进一步加剧了脆弱性，对可持续性和人类福祉构成了重大风险（Javan等人，2025）。这三个领域相互关联且相互制约，其安全直接关联到联合国可持续发展目标（SDGs）2、6和7，同时与其他14个SDGs也存在广泛的直接和间接联系（Niet等人，2021）。一旦某个领域受到破坏，可能会引发一系列连锁反应，从而破坏整体稳定性和阻碍可持续发展路径（Ali和Acquaye，2024；Zeng等人，2024）。在这种背景下，提高城市韧性变得十分紧迫且不可或缺（Shi等人，2021；Wang等人，2023）。因此，将韧性思维融入WEF研究对于增强WEF安全性和支持SDGs的及时实现至关重要。

水、能源和食物安全之间的相互联系最初在2011年德国波恩会议上被概念化为“水-能源-食物纽带”（WEFN），这一概念引发了大量基于纽带思维的研究（Hoff，2011）。WEFN框架为分析资源安全之间的权衡和协同作用提供了有价值的视角，同时强调了多层级和跨部门治理的必要性（Lalawmpuii和Rai，2023；Ogbolumani和Nwulu，2022）。自诞生以来，WEFN研究从单一系统分析发展到二元关联研究，最终迈向了整体系统协调的范式（Hao等人，2022；Xie等人，2020）。定量评估和驱动因素的识别一直是WEFN研究的核心内容，包括耦合协调（Li和Zhang，2020）、耦合风险（Li等人，2023）、应力状态（Zhang等人，2022）和资源效率（Qin和Tong，2021）等方面。然而，由于WEFN的边界模糊且具有内在开放性，研究重点存在很大差异。例如，Zhi等人（2020）提出了WEF系统适应性的概念，考虑了与外部社会-经济-环境系统的互动；而Huang等人（2023）则刻意排除了这些互动，以评估WEF本身的内在协同作用。尽管这种方法多样性丰富了该领域，但也增加了跨研究的可比性难度。因此，明确界定系统边界对于减少WEFN研究中的概念模糊性至关重要。

气候风险的加剧、COVID-19大流行以及地缘政治冲击使得韧性成为WEFN研究的前沿（Karri等人，2026；Wang等人，2023）。韧性概念最初源于工程学，经历了工程韧性、生态韧性，最终发展到进化韧性阶段。随着时间的推移，其含义得到扩展，现在广泛采用进化韧性这一概念。进化韧性强调三个核心能力：（1）吸收和抵御外部冲击；（2）在受到干扰后迅速恢复到平衡状态；（3）在长期不确定性下学习、适应和转型（Gatto和Drago，2020；Guo等人，2024a；Sun和Meng，2020）。因此，进化韧性为理解和指导WEFN的动态适应和转型提供了理论基础（Liu等人，2023）。文献中出现了关于WEFNR韧性的概念化和评估方法，主要使用基于指标的系统来进行评估。主要分歧在于韧性的定义方式：一种研究视角强调WEFNR在压力下保持稳健性和持续提供关键资源的能力（Khourchid等人，2024；Tye等人，2024）；另一种则强调WEFNR在结构上适应外部挑战并协调系统间响应的能力（An等人，2024；Zhang等人，2024）。此外，Tian等人（2025）应用Geodetector模型识别WEFNR的关键决定因素，强调了气候条件和创新能力的作用。尽管取得了这些进展，但WEFN研究仍处于早期阶段，仍存在一些局限性：（1）WEFNR的定义大多基于理论，缺乏共识，阻碍了实际应用；（2）现有的评估框架零散且不够全面，尤其是在WEF基础设施方面；（3）对脆弱组成部分及其受影响机制的详细分析仍不充分。

为填补这些空白，本研究提出了一个综合分析框架，以深化对WEFNR的理解。其核心目标是从进化韧性的角度概念化WEFNR，开发一个全面的、适应区域特点的指标体系，系统评估WEFNR的时空动态，并识别塑造其演变的内部障碍和外部驱动力。选择黄河流域（YRB）作为实证案例，因为该地区的WEF冲突尤为突出。本研究的主要贡献在于：（1）提供了一个理论上有依据且可操作的WEFNR定义和测量框架；（2）揭示了YRB地区WEFNR的时空模式、内部障碍和外部驱动因素，为改善该地区的WEF相关资源管理提供了基于证据的见解。

部分摘录

材料与方法

本研究的具体设计分为三个主要步骤（见图1）。首先，基于进化韧性构建了WEFNR的概念框架，并为YRB定制了城市级指标体系。其次，使用熵-Kantiray（EW-KW）加权方法、核密度估计和空间自相关分析来量化YRB地区WEFNR的水平和时空演变。最后，分析了WEFNR的内部障碍和外部驱动因素

WEFNR的时空特征

在探讨WEFNR的时空变化之前，我们简要总结了基于数据驱动的EW-KW方法得出的复合权重的主要特征（详见附录B，表B1）。由于指标体系包含44个变量，我们报告了每个子系统中权重最高的五个指标，以突出主导因素。在水资源子系统中，W2、W1、W7、W8和W13的权重最高，表明水资源禀赋、供应能力和结构

WEFNR时空异质性的原因

通过比较WEFNR评估结果，本研究分析了时空异质性的原因，并评估了所提出的WEFNR框架、指标体系和方法的有效性和稳健性。

从时间演变的角度来看，YRB地区的WEFNR在研究期间保持在较低水平，但呈现出温和的上升趋势，这与Yin等人（2023）的发现一致。时间序列显示了两个明显的转折点：一个稳定期和一个逐渐

结论

随着全球不确定性的加剧，系统地探讨什么是WEFNR以及如何提升它对于实现区域可持续发展至关重要。本研究从进化韧性的角度创新性地概念化了WEFNR。以YRB为例，我们开发了一个本地化的WEFNR指标体系来评估和分析其演变过程。分析还识别了WEFNR的内部和外部驱动因素。

CRediT作者贡献声明

牛星超：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原稿，验证，方法论，概念化。何正琦：撰写 – 审稿与编辑，监督，资金获取，概念化。陈燕：撰写 – 审稿与编辑。刘阳：撰写 – 审稿与编辑，数据整理。

资助

本研究得到了国家社会科学基金 [项目编号：21CGL064]和中央高校基本科研业务费（编号：B250207016）的支持。

利益冲突声明

作者声明以下可能被视为潜在利益冲突的财务利益/个人关系：何正琦报告获得了国家社会科学基金（项目编号：21CGL064）和中央高校基本科研业务费（编号：B250207016）的财务支持。如果还有其他作者，他们声明没有已知的财务利益或个人关系