《Cell Reports Sustainability》：Asymmetrical resource behaviors shape key leverage points for sustainability synergies and trade-offs across China’s food supply chain
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本研究针对中国食品供应链(FSC)中水资源与土地资源利用严重失衡的问题，构建了一个包含92个区域-部门-产品节点的超网络框架。研究发现，为满足食品需求，高达87%-97%的区域将突破水或土地使用的行星边界；其中1%的高资源强度活动（如西部猪肉生产、沿海大豆贸易）贡献了12%-20%的水消耗和28%-31%的土地占用。研究指出，中游环节（加工、储存、物流）的升级可实现高达177%的效率提升，是改善粮食安全最具潜力的路径。
养活全球近五分之一的人口是一项巨大的挑战，而中国的食品供应链(Food Supply Chain, FSC)正面临着日益严峻的水资源和土地资源约束。随着人口增长、城市化进程加快以及饮食结构变化，食品生产与消费在地理空间上的分离使得资源压力分布极不均衡。更令人担忧的是，传统的农业生产模式以及低效的加工、储存和物流环节，导致了大量的资源浪费和环境压力。如果按照现有模式发展，到2050年，全球可能有高达50亿人面临水资源短缺，近三分之一的土地面临荒漠化风险，粮食不安全状况将几乎翻倍。在这种背景下，如何精确诊断食品供应链中的资源消耗热点和效率瓶颈，并找到最有效的干预点，成为实现可持续发展目标(Sustainable Development Goals, SDGs)，特别是“零饥饿”(SDG 2)和“负责任消费和生产”(SDG 12)的关键。
以往的研究多聚焦于上游的农业生产环节，对于中游（加工、存储、物流）和下游（贸易、消费）活动的资源行为缺乏细致刻画。传统的生命周期评估(Life Cycle Assessment, LCA)和多区域投入产出(Multi-Regional Input-Output, MRIO)模型往往将供应链视为线性过程或单一层面的交换，难以捕捉资源在不同环节间转化、转移和损失的复杂动态，尤其是中下游环节的低效和浪费问题常常被忽视。这种“碎片化”的视角难以揭示资源过度使用和效率低下在整个供应链中引发的连锁性脆弱性。
为了克服这些局限，由Zheng等人开展并发表在《Cell Reports Sustainability》上的研究，创新性地开发了一个“超网络”(Supernetwork)框架，来精细刻画中国食品供应链的复杂结构。该研究分析了2017年的基线情况，并预测了2050年在共享社会经济路径(Shared Socioeconomic Pathways, SSP2)下的情景，揭示了资源行为的不对称性如何塑造了整个供应链可持续性的关键权衡与协同点。
为了精准剖析中国食品供应链的资源代谢脉络，研究人员构建了一个创新的超网络分析框架。该框架整合了32个区域节点、18类主要食品产品节点和42个经济部门节点，通过“超边”(Superedges)连接不同层面的节点（例如，将“湖北-水稻-上游生产”这一具体活动作为一个整体单元），从而能够同时捕捉区域、部门和产品级别的交互作用。研究量化了物理及虚拟的水资源消耗（包括蓝水、绿水和灰水）和土地利用（直接、间接及虚拟土地占用），并设定了水与土地使用的行星边界(Planetary Boundary)以评估其可持续性。通过计算供应链中心性(SCentrality)指标，评估了各节点在资源流动中的重要性。此外，研究基于弹性理论量化了每条超边的资源流动关联效应(Flow Nexus Effect)，以此衡量特定供应链活动的资源效率。未来情景分析则结合了SSPs和代表性浓度路径(Representative Concentration Pathways, RCPs)，重点分析了SSP2（中间路径）基线下的发展趋势，并辅以SSP126、SSP370和SSP585情景进行不确定性分析，确保了研究结论的稳健性。
结果
食品供应链中日益加剧的水土资源稀缺性
分析显示，从2017年到2050年，中国国家的食品自给率(Self-Sufficiency Ratio, SSR)略有上升（+0.98%），但外部依存度(External Dependence, ED)却显著增加（+6.74%），这表明对国际食品市场的依赖加深。区域间差异显著，经济发达的沿海地区（如上海、广东）由于本地资源约束，SSR较低而ED较高，面临更大的食品不安全风险。到2050年，全国水资源压力和土地压力将分别上升55.22%和3.19%，超出其最大可用资源边界。尤为严峻的是，高达87.10%–96.77%的区域需要突破水或土地使用的行星边界来满足食品需求，其中22.22%的区域面临严重的资源稀缺。上海的水资源使用超出宽松边界达36倍以上，土地占用超出69倍以上，凸显了资源压力的空间不匹配。
供应链节点功能角色与资源消耗的变迁
从供应链环节看，上游环节（生产）无疑是资源消耗和系统重要性的核心。然而，从2017年到2050年，水资源消耗总体增加（+13.36%），且增长主要来自下游（+7.33%）；土地利用略有减少（-5.06%），主要得益于上游生产环节的节约（-8.32%），这反映了土地利用实践趋于集约和高效。在产品层面，猪肉、大豆和油籽是水资源消耗大户，而猪肉、大豆和玉米则占据了最多的土地。值得注意的是，猪肉在供应链中始终保持着关键地位。在区域层面，广东、新疆和江苏是水资源消耗大省，而西藏、新疆、内蒙古和青海尽管土地利用量有所下降，仍是最大的土地占用者。供应链中心性分析表明，水资源消耗大的区域通常扮演更关键的角色，而土地利用与重要性呈倒U型关系，中等土地利用强度的区域（如河南、湖北）重要性更高。
供应链超边资源效率与消耗的不对称性
研究发现资源消耗高度集中，顶端1%的资源密集型超边贡献了14.64%的水消耗和29.86%的土地利用。这些超边主要集中在上游，例如山东和湖南的大豆生产、西藏、青海和新疆的猪肉生产。资源效率在不同超边间差异巨大，上游超边的效率远高于中游和下游。上游水资源消耗与食品产量高度相关，而下游与大豆贸易相关的超边（如广东、江苏、上海）则表现出高资源消耗但低效率的特点。时间变化上，42.77%的超边表现为水、土消耗双增，且以下游超边为主（48.60%），反映了下游资源需求的加剧。相反，22.28%的超边消耗减少，其中中游超边占比最高（52.82%），显示了中游技术改进的巨大潜力。效率提升方面，中游活动表现最为突出，无论资源消耗如何变化，均能实现稳健且显著的效率提升（平均158.66%，范围132.79%–177.18%），远超上游和下游的增益。
讨论与结论
本研究通过超网络框架揭示了中国食品供应链中深刻的资源行为不对称性。这种不对称性体现在空间上（资源富集区与贸易枢纽错位）、环节上（资源消耗集中于少数上游活动但效率提升潜力在中游）以及效率增益的不平衡。这些不对称性加剧了食品不安全、环境退化和系统脆弱性。
研究最重要的发现之一是指出了中游环节被长期忽视的协同潜力。与通常关注的农业生产效率提升或消费端改变相比，对食品加工、仓储和物流等中游环节进行优化和绿色技术升级，能够在不过度增加资源消耗的前提下，带来巨大的系统效率提升和韧性增强，是实现可持续粮食安全更具性价比和可持续性的路径。
针对这些发现，研究者建议中国的食品供应链策略需要从传统的注重农业增产，转向更具适应性的、网络驱动的系统性优化。政策干预应优先考虑提升供应链的适应能力，减少对进口大豆等关键资源的过度依赖，并通过区域协同（如内陆生产区与沿海物流枢纽的联动）、数字技术应用（如精准农业、智慧物流）以及促进国内蛋白饲料（如玉米）多样化等措施，来平衡资源分配，降低系统性风险。
该研究不仅为中国，也为其他面临类似资源约束的大型经济体提供了重要的决策支持。它强调了在分析复杂食品系统时，采用能够捕捉跨层级相互作用的方法（如超网络）的重要性，并为识别关键杠杆点、最大化可持续性效益提供了科学依据。通过聚焦中游环节的创新和效率提升，中国乃至全球的食品供应链有望在满足未来粮食需求的同时，更好地守护珍贵的水土资源，迈向更具韧性和可持续的未来。
