水、土、能、碳不仅是地球表层系统的关键要素，也是自然和社会经济生活的重要资源基础。“水”是生命活动必需的物质和介质，也是大部分产业生产过程的原料；“土”是各种人类活动的基础和场所，也是植物生长的养分来源；“能”是生命活动与经济社会运行的动力源；“碳”既是生物体和主要能源的物质基础，也是人类各种社会经济活动的排放和代谢产物。水、土、能三种资源的开发利用相互联系、相互作用，并带来了大量碳排放。由于区域系统十分复杂，具有较大的空间异质性，因此区域不同自然和社会地域、不同产业具有不同的水土能的组合关系和碳排放强度。
从图1可以看出，水、土、能、碳四大要素涵盖了区域人类活动的原料、场所、动力及影响，并以水循环、土地利用活动（产业活动或其他社会经济活动）、能量流通、碳循环等的形式构成了区域社会经济系统的主要内容，即区域“水—土—能—碳”耦合系统。该系统既体现了地表四大圈层（水圈、岩石圈、生物圈和大气圈）的相互作用，也是“自然—经济—社会”巨系统功能和过程的集中表现。其中，“水—土—能”是区域资源系统的核心，这三种资源及其支撑生态系统构成了人类经济社会发展的基础。它们通过人类社会经济活动与自然生态系统之间的“供给—需求”关系而相互耦合、相互联系；它们之间的相互作用存在着复杂的非线性和反馈关系，这主要取决于各要素的位置、数量、质量、组合特征及其时空格局。该系统涵盖自然和“社会—经济”系统，因此要素之间的相互作用也具有明显的“二元”特征。同时，“水—土—能”系统也具有明显的地域分异特征，在不同状态的资源供给和需求条件下，以及不同的人类活动强度影响下，各要素作用机制、强度和过程明显不同，这进一步影响了系统的功能及其碳排放特征[4]。“水—土—能”系统代表了“社会—经济—环境”巨系统的基础要素，水土关系、土能关系和水能关系分别构成了社会、经济和环境系统的主体。而碳排放表示人类社会对环境的影响。因此，区域“水—土—能—碳”的耦合作用不仅反映了区域各种资源匹配关系和开发利用效率，而且体现了人类社会对环境的影响程度。该系统的功能、过程和效率受政府管制、社会经济发展、全球化和技术创新等因素的影响，并随着社会经济的发展不断演化。“水—土—能—碳”系统格局、功能和过程的改变体现了区域资源赋存、经济社会活动方式、产业结构等条件的改变。研究的最终目标是通过对区域“水—土—能—碳”耦合系统的调控，实现能源、土地和食物安全、区域社会的公平持续发展和生态系统的自我修复，从而实现区域水土能资源高效利用、碳减排和社会生产优化的目标。(www.xing528.com)
图1 区域“水—土—能—碳”耦合作用系统[4，7]
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