水足跡：緩解水危機的隱形抓手

2025-03-24 11:46:30 來源：科技日報

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當你擰開一瓶容量為500毫升的可樂，可能想到其背后消耗的水資源多達309升嗎？

生產可樂會產生大量無形水資源消耗，會留下隱秘的足跡：其所需的制糖原料甘蔗可能源自古巴，這些甘蔗的生長汲取了當地大量的水；可樂中包含的另一種成分咖啡因也許來自哥倫比亞，那里的河流可能受到咖啡豆種植園肥料的污染，處理這些污染又要消耗大量的水資源。

不只是可樂，生產商品的耗水量不僅包括直接使用量，還包括供應鏈各環節的原材料消耗與污染所帶來的間接用水量。這些直接和間接的水資源使用量，被稱為水足跡。

3月22日是第三十三個“世界水日”，全球水資源緊缺的嚴峻現實再次被推至聚光燈下。如何重新認識水、用好水？破解水足跡“密碼”，或許可以幫我們開出一張緩解水危機的“綠色處方”。

　　看不見的水足跡

碳足跡已是家喻戶曉的環保概念，但水足跡這一環境影響指標卻鮮為人知。

“水足跡包含那些看不見的虛擬水。根據世界水足跡網絡測算數據，全球消費的內嵌在各類產品和服務中看不見的虛擬水，占人類消費水資源總量的比重高達96.2%，而直接消耗的物理形態的水資源僅占3.8%。”3月15日，西北農林科技大學水利與建筑工程學院副院長孫世坤向科技日報記者介紹。

1993年，英國學者安東尼·艾倫提出虛擬水概念，顛覆了傳統的用水認知，揭示了蘊含在產品和服務中巨大的虛擬水量。

2002年，荷蘭學者、特文特大學教授阿爾杰恩基于虛擬水理念，進一步提出了水足跡理論。他也因此被稱為“水足跡之父”。阿爾杰恩將水足跡細分為藍水（地表及地下水）、綠水（儲藏在土壤中的有效降水）和灰水（污染治理用水），它們涵蓋了產品的全生命周期。他認為，水不僅是寶貴的區域資源，更是全球共享資源；而商品的買賣，實質上就是虛擬水的貿易流通。

“傳統上，我們監測的是‘江河湖泊、地下、土壤中物理形態的水’，但經濟全球化讓‘商品里的水’流動了起來。”孫世坤翻開桌上的研究報告。在一張虛擬水流動圖譜上，密集的藍色箭頭從中國東北及中西部干旱地區指向東部沿海。這張圖展示了一個冷知識：在我國中西部和東北地區，生產一噸糧食大約消耗900噸水，而這些虛擬水隨著糧食貿易流向全國。

“我們吃的不僅是糧食，還是流動的‘水’。”孫世坤的比喻折射出“北水南調”的現實。自1990年以來，我國“北糧南運”的格局逐漸形成，每年輸送到南方地區的糧食中蘊含的水資源量（藍水與綠水之和），已經從200億噸增長至近期的1000億噸以上。

西北農林科技大學研究員卓拉師從阿爾杰恩，她介紹，作為我國重要的生態屏障，黃河流域多年的平均降水量僅為全國平均水平的70%，而其水資源量只占全國的2%，然而，其承擔了我國近1/3的糧食產量。同時，黃河流域的灌溉水有效利用系數距國內先進水平仍存在一定差距。

隨著灌溉面積的擴大，流域藍水足跡增幅高于綠水足跡，水資源直接消耗壓力日益加劇。“在黃河流域主要作物生產產生的藍水足跡中，小麥和玉米相關水足跡達83%。”卓拉說，“若不考慮稻谷，黃河流域為虛擬水凈輸出地區。自2000年以來，該流域作物生產耗水的40%以上，形成了虛擬水輸出。”

西北農林科技大學校長吳普特已從事農業水土工程方面研究40個年頭，是孫世坤和卓拉這兩位青年教師所在團隊的負責人。他一直在思考如何更有效地管理水資源。“未來十年，水資源短缺和水環境污染問題會持續加劇，或將引發經濟發展、環境保護與可持續性、糧食安全等多方面的連鎖反應。”吳普特告訴記者。

農業生產占全球水足跡的92%。因此，從農業產品入手開展水足跡研究，無疑是全面系統進行水足跡管理的突破口。

吳普特表示，通過計算和分析水足跡，我們可以精準量化水資源的需求和消耗，為制定更加科學合理的水資源管理政策提供有力支撐。同時，水足跡還可以引導企業和個人節約用水，滿足經濟社會的可持續發展需求。

　　重新審視水價值

《2024年聯合國世界水發展報告》顯示，全球近半數人口正深陷水資源匱乏困境。更令人憂慮的是，預計到2050年，全球糧食需求將激增60%，而淡水資源短缺將成為滿足這一需求的巨大阻礙。

迫在眉睫的水危機，促使各界重新審視水的價值。

造紙業是典型的“水老虎”。吳普特教授團隊與阿爾杰恩聯合出版的《現代消費社會水足跡》對有關案例進行了分析，發現每生產一張標準的A4打印紙，因木材產地差異，其水足跡在2升至13升之間。

回收紙張與降低廢水排放可以有效削減水足跡。“雙面打印或無紙化辦公，省下的不僅是紙張，更是流淌在纖維間的生命之源。”孫世坤說。

卓拉告訴記者，團隊此前發表在《美國科學院院報》（PNAS）上的一項研究，對我國快遞瓦楞紙箱全生命周期水碳足跡演變特征進行了深入評估。

他們發現，盡管瓦楞紙箱單位產品的水資源利用效率提升，且生產過程中的減污與減排效果顯著，但國際供應鏈結構變化導致單位產品綠水足跡回升，環境壓力外溢。值得注意的是，消費規模爆炸式增長產生的規模效應，使國家層面的總水足跡與碳足跡分別激增102倍和25倍。

“因此，只有通過供應鏈、消費端以及消費后端的聯合調控，我們才有可能在2035年實現24%至44%的節水減排潛力。”卓拉說。

城市水足跡與經濟社會發展也緊密關聯。在十三朝古都西安，水足跡畫出了一條先揚后抑的拋物線：2013年，水足跡開始上升；2018年達到17.798億噸峰值后，逐年回落。一項長安大學水利與環境學院的研究顯示，經濟增長與人口擴張是初期水足跡攀升的主因，而節水技術的應用有效抑制了這一增長。

這為城市水資源管理提供了寶貴啟示：構建水足跡實時監測體系，動態精準調控水資源，可以確保城市水足跡平穩，護航水資源可持續供應。

一些企業已開始踐行水足跡理念。內蒙古伊利實業集團股份有限公司2022年成為國內食品行業水足跡認證的“拓荒者”。2024年，該公司完成了5家工廠和3款產品的水足跡認證，并帶動51家合作伙伴加入“全球低水足跡倡議聯盟”。該公司副總裁張軼鵬表示，自然環境是乳業根基，水足跡管理關聯成本、效率，更承載企業社會責任與長遠發展。

光伏企業同樣面臨挑戰。2023年，隆基綠能科技股份有限公司在內蒙古鄂爾多斯投建硅片及電池項目時，引入綜合節水設施，投產當年就實現了用水“零排放”。該公司可持續發展官張海濛直言，重視產品水足跡，依照產品類型精細規劃用水計劃、嚴控水耗強度，既可應對水荒，又能降本增效，更是助力企業出海、鍛造國際競爭力的法寶。

　　實踐應用道阻且長

水是經濟社會發展的命脈。然而，公開數據揭示出我國水資源緊缺的現狀：人均水資源占有量僅為世界平均水平的35%，且時空分布極不均衡。

在此背景下，強化水足跡管理成為破解資源約束、推動可持續發展的關鍵路徑。近年來，以吳普特為代表的科研團隊，在水足跡研究領域取得了顯著進展，不僅在理論框架構建方面取得突破，在跨學科方法創新及國際標準參與方面也取得長足發展。然而，推動學科系統化發展并促進相關知識邁向實踐應用仍道阻且長。

數據是水足跡核算的基石。吳普特教授團隊在研究過程中，面臨著數據獲取難、時空分辨率低、過度依賴國際開源平臺等壁壘。他說：“目前科研所需大量水資源、氣象數據，多依賴國際開源平臺。國內數據庫建設滯后，地下水水位、農業灌溉量等關鍵數據，政府間跨部門調取都困難重重，更別說給外界使用。”

2023年11月，水利部官網的一則公告令人警醒：由于申報時提供的用水總量等關鍵數據嚴重不實，甘肅民勤兩項節水榮譽被撤銷。對此，相關專家表示，因緊密關聯政府履職考核，民勤縣的地下水數據不便對外公開。而像《中國水利統計年鑒》這類本應提供信息支撐的公開資料，也僅公布宏觀層面的概括數據。若想進一步深挖，獲取縣級乃至更精細尺度的翔實信息，也是困難重重。

政策與標準體系的短板同樣突出。一方面，國家強制認證標準的缺失使得企業核算無章可循，科學性難以判斷；另一方面，我國國際話語權弱，使得我們在全球貿易虛擬水博弈中處于被動地位。記者查閱文件資料發現，盡管國內多領域已出臺水足跡相關辦法，但多為行業、團體標準，尚未上升至國家層面，業內人士認為，這一現狀導致標準缺乏權威性和普適性，企業執行動力不足。

吳普特說：“現行水資源管理體系過于側重區域尺度的生產端藍水調控，沒有統籌全球化分工引發的水資源跨域流動。”在他看來，水資源治理的核心矛盾在于“區域管控剛性”與“全球協同彈性”的結構性沖突。中亞棉花貿易致咸海枯竭就是例證，其枯竭原因是區域管理割裂跨境生態鏈。

因此，專家們呼吁，當務之急是加快構建國家統一的水足跡管理標準體系，以科學管控水資源，保障可持續發展，守護生命之源。

　　構建“水立方”式管理模式

在中糧可口可樂飲料（陜西）有限公司的工廠，工程師對清洗飲料容器的沖洗噴水嘴進行結構優化，力求在確保洗凈度的同時，將沖洗用水量降至最低。

由此，該工廠碳酸飲料制造端的綜合水利用率，從2023年的1.60升/升，優化至2024年的1.52升/升。

相較于學術研究領域面臨的數據獲取難、標準不統一等困境，企業的水足跡實踐更為現實。然而，目前市場上認證機構良莠不齊，企業算出的水足跡數值缺乏權威衡量標準，真偽難辨；同時，技改往往成本高昂，若無外力推動，企業自愿推廣的動力顯然不足。

正如張海濛所言，推動企業開展水足跡核算，首先應構建水生態保護補償標準體系。而且政府應發揮引導作用，通過試點先行、獎懲并舉等方式，多管齊下推動企業積極參與水足跡管理。

吳普特說，當前我國亟須建立完善國家層面的水足跡管理體系，這是關乎水資源安全的戰略性頂層設計。

去年10月，西北農林科技大學發布《中國糧食生產水足跡與區域虛擬水流動報告（1997—2023）》。這份報告深入剖析了近30年來我國糧食生產環節中水的消耗過程與區域虛擬水的流動特征，直擊水土資源不匹配導致的供需矛盾核心。

“我們呼吁將水足跡控制標準納入‘最嚴格水資源管理制度’。比如，通過制定總量（區域水資源）與效率（單產作物水足跡）上限的雙紅線，來平衡消費端和虛擬水貿易的調控矛盾。”吳普特說。

吳普特正籌劃推動水足跡從學術研究走向實際應用，“團隊將積極聯合有關協會推出相關水足跡行業標準，優先覆蓋農業和重點工業領域。”他說。

“設想修建一個大型灌溉工程，上游地區負責水庫建設，下游地區只管田間灌溉。然而，要使整個系統發揮最大效能，就必須從系統的視角出發，綜合考慮需求、供給和全環節的水資源優化調度。”有專家打了個比方，當前，我國水資源管理模式猶如“鐵路警察各管一段”，不同部門的科技項目申報指南猶如不同體系的密碼本，導致地方在整合資源時“對不上暗號”。

該專家建議，構建“水立方”式管理模式，即由國家設立專項工程，整合水利、農業、經濟等多領域資源，將田間節水技術、糧食貿易格局、虛擬水輸出和生態補償政策納入統一評估框架，形成從水源到餐桌的精準管理方案。

同時，受訪專家們也開出了一劑劑破局良方：加大科研資金投入，促進多學科融合攻關；完善法規政策，籌劃建設水足跡背景數據庫，統一水足跡核算標準，豐富水足跡應用場景；推動“一帶一路”合作伙伴開展農業合作，輸出中國農業節水技術，強化國際協同與國內區域協調；加強宣傳教育，凝聚節水合力，形成全社會共同參與水資源保護的良好氛圍。