基于不同视角的区域水—土—能—碳耦合关系分析

区域“水—土—能—碳”耦合作用可以从不同的角度来理解，本文主要从微观角度、产业活动、土地利用等不同视角来分析其耦合作用机制。

1.微观视角

微观视角主要是指农业生产过程中“水—土—能—碳”的耦合。农业生产涵盖水资源开发、土地利用及人工能源投入等不同的过程，其主要环节如下：①水资源开发和利用过程。农业生产水资源的开发利用（如引水、蓄水、输水及灌溉等）过程既需要占用土地资源，又需要人类辅助能的投入，并因此带来一定的碳排放；②土地开发与利用。土地开发、翻耕、灌溉、除草、收获等不同环节，需要水、能资源的投入，并产生相应的碳排放；③能源生产与投入。农业能源投入包含太阳能和人工能源两种，其中以太阳能为主，人工能源的投入主要集中在水资源利用、土地开发与耕种、肥料生产等环节；④农作物生长过程中的碳交换。除人为过程带来的碳排放以外，作物光合作用会带来一定的碳吸收，同时，农作物与土壤之间也存在着碳交换。以上四个环节共同构成了农业生产中“水—土—能—碳”耦合作用过程（图3）。

图3　微观视角的“水—土—能—碳”的耦合作用

2.产业活动视角

基于产业生命周期的角度，从原料开采、运输、仓储、加工、产品生产、销售和废弃物处理等不同的环节都需要投入大量的能源和水资源，并占用一定的土地空间；区域产业类型复杂多样，不同产业活动下水、土、能耦合作用方式和强度不同。土地具有生产和承载的双重功能，作为生产功能的产业活动（如农业、工业生产等），一般具有较大的需水量，而作为承载功能的产业活动（如商业、市政服务等），一般具有较大的能源需求。因此，产业活动既有能源消费的直接碳排放，也有土地开发、占用和水处理过程中的虚拟碳排放（间接碳排放），只是不同产业类型的碳排放强度及构成有所差异。因此，从产业层面开展“水—土—能—碳”的耦合机制分析，要注意以下几个环节：①产业全生命周期过程中能源消费的直接碳排放；②因产业活动对水资源的需求而带来的水资源开发、供应和处理等过程中的能源消费的碳排放；③产业活动过程中土地占用和开发带来的能源消费的碳排放；④土地及其变化带来的直接碳排放；⑤产业活动及其能源供应中水土资源的消耗及强度（图4）。对这些环节进行分析，有助于深入了解产业活动中“水—土—能—碳”的耦合作用机制。(www.xing528.com)

图4　产业活动生命周期过程中“水—土—能—碳”耦合作用机制

3.土地利用视角

土地利用是区域人类社会经济活动的基础。人类主要的社会经济活动（如农业耕作、工业生产和城市建设等）都与土地利用密切相关。因此，对任何一种人类活动方式而言，从土地平整、开发到土地生产和废弃等不同的环节都有一定的水、能资源的消耗（图5）。从土地利用视角分析“水—土—能—碳”的耦合关系，要注意两点：首先，要区分不同的土地利用类型，并分析不同土地利用方式下土地利用全过程中的水能投入及其组合关系。比如，对农业活动而言，能源投入主要是土地平整、耕种、灌溉、收获等过程的农业机械能及电能的使用，水资源的投入主要是灌溉用水；对工业活动而言，能源投入主要包括厂房建设、原料及产品运输、工业生产及运营等过程中的能源消耗，水资源的投入主要是工业生产用水或冷却用水；对城市建设活动来讲，水能投入主要是土地开发、城市建设和建筑物运行等过程中的水、能资源的消耗。其次，开展不同土地利用方式下的水能利用效率和碳排放效率的关系研究，从而对不同土地利用活动的资源利用效率和环境影响进行综合评估，以便确定不同人类经济活动下的适度的土地利用强度及资源开发强度。

图5　土地利用过程的“水—土—能—碳”耦合作用机制