在气候变化背景下，重新配置中国各省间的水稻分配以支持低碳目标

《Resources, Conservation and Recycling》：Reconfiguring China’s interprovincial rice distribution to support low-carbon goals under climate change

中国跨省水稻分销网络低碳优化研究：基于实际贸易数据与场景模拟的实证分析，整合GAEZ-FLUS模型预测2030年供需变化，提出场景驱动线性规划优化方案，发现实际贸易的长距离特征及减排潜力达16.1%-20.5%。

　　

杨金涛|赵方和|李满春|姜鹏辉|胡哲鹏

中国农业大学全球食品经济与政策学院，北京100083，中国

摘要

目前对低碳食品分配的理解受到缺乏观测到的粮食流动数据和前瞻性情景分析的局限。在这项研究中，我们利用30,524条观测到的贸易记录构建了2020年中国省际间大米分配网络。然后，我们使用全球农业生态区（GAEZ）和未来土地利用模拟（FLUS）模型，在四种共享社会经济路径（SSP）情景下预测了2030年的省级大米供需动态。随后，我们应用基于情景的线性规划框架来探索优化的低碳贸易配置。结果表明，与仅关注最小化运输成本的模拟相比，观测到的贸易流动捕捉到了基于成本的模型往往忽略的大量长距离省际交换。此外，优化的流动可以在2030年将大米分配的总碳排放量减少16.1%-20.5%。这些发现为重新配置粮食分配系统和支持未来气候变化下的区域特定适应策略提供了有力的实证和建模证据。

引言

快速的城市化和持续的人口增长加剧了食品供应系统的经济和环境压力（Deconinck和Toyama，2022；Karakoc和Konar，2025）。一个主要的结构性挑战是关键农业生产区与主要城市消费中心之间的空间不匹配，这两个区域通常相隔相当大的地理距离（Xuan等人，2023）。这种空间错位不仅增加了运输成本，还显著加剧了温室气体排放（Liu等人，2023；Zuo等人，2023）。此外，粮食生产的地理集中增加了生产区对气候诱导风险的暴露，并加速了环境退化（Chen等人，2025；Shi等人，2024）。在这种情况下，了解气候变化如何与区域间食品分配系统相互作用，并探索增强韧性和可持续性的粮食分配战略重组至关重要。

随着食品分配网络的扩大，准确捕捉区域间食品流动对于评估其隐含的环境影响（包括碳排放、土地利用、水消耗和养分流动）至关重要（Yang等人，2025；Bai等人，2024；Chen等人，2023；Sun等人，2023；Wu等人，2018）。然而，由于缺乏关于实际区域间食品流动的实证数据，大多数研究依赖于基于模拟的流动或从生产-消费平衡和成本最小化假设（例如最短路径路由）得出的代理分配（Croft等人，2018；Liu等人，2025）。虽然这种方法在方法上方便，但这些代理可能忽略了塑造现实世界物流的制度、基础设施和气候复杂性（Yang等人，2021）。因此，对空间分布的环境足迹的估计可能会失真，从而削弱了分配环境责任和制定有效、以可持续性为导向的政策干预措施的努力。

除了数据和方法上的限制外，农业生产系统的动态演变也给食品分配网络的准确描述带来了进一步的挑战。土地利用变化已经引发了各地区耕地分布模式的重大变化（Bosma和Hein，2023；Bununu等人，2023；Winkler等人，2021），而气候变化则导致作物产量的区域差异（Kumar等人，2022；Liang等人，2023）。这些相互作用的土地利用和气候动态可能会从根本上重塑省际间粮食分配，给食品供应链的空间组织带来重大不确定性（EPA，2023）。为了应对这些挑战，研究人员越来越多地使用GAEZ模型（Liang等人，2023；Liao和Wei，2021）、基于过程的作物模型（Gunawat等人，2022；Yue等人，2022）和综合气候情景路径（例如SSP-RCP）来评估生物物理变化对农业生产力的潜在影响（M. Li等人，2023）。鉴于分配系统本质上依赖于生产的地理分布，未能纳入这些动态的分析框架可能会低估食品系统的脆弱性和适应能力。这种遗漏可能会限制在加速气候变化背景下制定有效的脱碳和气候适应策略的发展。

为了解决这些研究空白，本研究通过将关于实际大米贸易流动的独特实证数据与基于情景的气候和土地利用变化预测相结合，分析了中国的省际间大米分配。这种综合方法有助于在不断变化的环境条件下更稳健和前瞻性地评估碳效率高的粮食供应系统。具体来说，我们的目标是：（1）实证绘制2020年的省级大米贸易流动图并量化其相关的碳排放，从而克服模拟数据固有的局限性；（2）预测2030年在各种气候和土地利用情景下的省级大米生产模式变化，并评估这些变化可能如何影响省际间大米分配；（3）探索优化策略，以重新组织未来的大米分配，从而最小化消费者端的碳足迹。通过结合观测到的贸易模式、基于情景的建模和优化方法，我们的发现提供了现实的评估和实用见解，为在中国实现低碳食品系统提供政策支持。

部分摘录

分析框架和方法

我们提出了一个综合的三阶段分析框架，用于分析中国的省际间大米分配模式和碳足迹，以确定在预测的气候和土地利用变化下的低碳分配：当前状态描述→未来预测→优化和重组（图1）。在数据整合层面，我们汇编了监测、预测和模拟数据集，以构建一个全面的数据库，捕捉大米的生产-需求平衡、贸易流动等。

中国省际间大米贸易的空间模式

图2展示了2020年基准年的中国省际间大米贸易情况。空间分布显示了各省间大米供需的显著区域差异。主要的大米生产省份，特别是黑龙江（HLJ）、吉林（JL）、湖北（HUB）和江西（JX），合计占全国大米出口总量的大约63%，形成了国家大米贸易网络中的关键供应枢纽。主要的大米进口省份包括广东

讨论

这项研究提供了关于中国省际间大米分配系统及其在当前和未来条件下食品贸易中嵌入的碳排放的新颖实证见解。与普遍认为贸易遵循最小化距离逻辑的观点相反，我们的分析揭示了由复杂的社会经济、制度和基础设施因素塑造的广泛长距离大米流动，而不仅仅是运输成本。观测到的分配网络

政策含义

我们的发现强调了将大米生产和分配系统与气候适应和碳减排目标相一致的重要性。通过省际间大米贸易重新分配嵌入的碳排放揭示了综合政策设计的关键切入点。

首先，我们的预测表明，在气候和土地利用变化下，大米生产潜力将发生空间转移（图3）。将这些未来动态纳入国家食品安全规划是

结论

本研究整合了实证观察到的省际间大米贸易数据、基于情景的土地利用和气候变化预测以及以碳为中心的优化建模，以描述中国大米分配网络中嵌入的空间模式和未来轨迹。我们的结果显示，当前的贸易流动将大量的生产端排放转移到主要消费中心，各省的碳存在明显的空间异质性

CRediT作者贡献声明

杨金涛：撰写——审阅与编辑，撰写——初稿，监督，资金获取，正式分析，概念化。赵方和：撰写——审阅与编辑，可视化，方法论，正式分析，数据管理。李满春：验证，方法论，正式分析，数据管理。姜鹏辉：验证，方法论，正式分析，数据管理。胡哲鹏：撰写——审阅与编辑，验证，项目管理，资金获取，正式分析。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文所述工作的竞争性财务利益或个人关系。

致谢

本研究得到了人文社会科学部项目（资助编号24YJCZH374）、国家自然科学基金（资助编号42501528, 42501531）、中国博士后科学基金（资助编号2024M763573, GZC20250244）、中国科学技术协会青年精英科学家资助计划（资助编号2021QNRC001）以及地理信息科学技术国家重点实验室的资助。