中国农业大学水院石羊河团队刘文丰教授课题组在全球多维水短缺评价领域取得重要进展
2025/07/02
6526月24日，水利与土木工程学院石羊河团队刘文丰教授课题组在国际著名综合学术期刊《美国科学院院刊》（PNAS, Proceedings of The National Academy of Sciences of the United States of America）在线发表了题为《全球被忽视的多维水短缺》（Global overlooked multidimensional water scarcity）的研究论文，首次提出了“蓝水-绿水-水质”的多维水短缺概念及其评价框架，为认识全球水短缺的时空分布格局提供了全新视角。
在气候变化和人口增长的双重压力下，全球水资源短缺问题日益突出。人类及生态用水需求与水资源量的时空分布不匹配，导致全球范围内广泛的蓝水（地表/地下水）、绿水（土壤水）和水质等多维水短缺问题。然而，以往研究大多仅关注蓝水短缺，而对绿水短缺和水质短缺的关注有限，导致对全球水短缺的整体认识存在不足，掩盖了诸多地区面临的“隐性水危机”。因此，亟需一种系统整合蓝水、绿水和水质的多维评价框架，弥补现有理论与方法在识别多维水短缺格局上的缺陷。
针对这一科学问题，课题组首次提出了“蓝水-绿水-水质”的多维水短缺概念及其综合评价框架。通过构建全球尺度的水文-作物耦合模型，将水短缺的三个维度纳入统一框架并进行了系统评估，量化了全球土地和人口在年和季节水平上的多维水短缺情况。
图1 不同水短缺类型的全球空间分布格局
研究结果显示，全球多维水短缺问题普遍存在且呈现显著的空间变异性（图1）。22%–26%的陆地面积和58%–64%的人口在全年面临至少一种水短缺，其中面临多维水短缺（BWS+GWS+QWS）影响的人口占所有水短缺类型影响人口的12%，达5.3亿，主要集中在亚洲（如印度、巴基斯坦和中国），分别占全球受多维水短缺影响面积和人口的73%和88%。从季节上来看，全球有10%的人口每年至少经历一个月的多维水资源短缺（图2）。其中南亚、东亚和地中海沿岸是多维水短缺的热点地区，且水短缺在季节上呈现显著的变化特征，每年2月至5月为最严重的水短缺时段，受影响人口最多（图3），而7月至9月则集中在中东和地中海地区。这些结果表明，仅关注蓝水资源的短缺严重低估了水资源短缺的复杂性。
图2 全年不同月份长度面临水短缺的人口和土地面积占比：任一水短缺类型(a)和多维水短缺（BWS+GWS+QWS，b）
图3 全球各大洲不同月份面临水短缺影响的人口比例
基于多维水短缺的评估框架，课题组进一步提出了针对性的水短缺缓解措施（图4）。例如，对于仅面临蓝水短缺的区域，优先提高工业和生活用水效率以减轻地表水和地下水的压力；对于仅面临绿水短缺的区域，可通过科学调控灌溉补充土壤水分；对于仅面临水质短缺的区域，建议通过人工湿地建设等措施改善水质；对于多维水资源短缺的区域，则需综合采用节水、污染治理和生态修复等多种手段，系统性地解决水资源短缺问题。
图4 基于多维水短缺框架的水短缺问题针对性解决方案
该研究成果系统揭示了全球水短缺远比传统认知更为复杂和具有普遍性，不仅拓展了对水短缺的科学定义，推动了水短缺评价体系从“单一维度”向“多维度”跨越，更从不同维度为未来识别、诊断和应对水资源危机提供了科学依据和实践路径。
中国农业大学水利与土木工程学院刘文丰教授和博士研究生付中皞为共同第一作者，刘文丰教授、杜太生教授和美国特拉华大学Kyle Frankel Davis教授为共同通讯作者。中国农业大学康绍忠院士和法国气候与环境科学实验室Philippe Ciais院士参与并指导了该项工作。水利与土木工程学院方瑜副教授、硕士研究生鲍雨壮和白亚玮，乌勒特支大学Michelle T. H. van Vliet教授，普林斯顿大学殷尊博士和阿卜杜拉国王科技大学Yoshihide Wada教授参与了该项工作。
该研究得到了国家自然科学基金重点项目和国家重点研发计划青年科学家项目等的资助。
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