2023年3月2日，我院孟凡鑫副教授在Nature旗下期刊npj Urban Sustainability发表题为“The food-water-energy nexus and green roofs in Sao Jose dos Campos, Brazil, and Johannesburg, South Africa”的最新研究成果。

随着城市不断扩张，资源消耗加剧，诸如食物安全、能源危机和水资源短缺等城市生态安全挑战日益严峻，尤其是气候变化和新冠疫情给城市带来诸多复杂的未知风险，对城市资源供应链及韧性管理提出更大的挑战。传统上基于部门分割视角下的城市生态管理体系与政策，难以应对当前复杂的城市生态问题，食物-能源-水耦合思想作为环境管理新范式，为后疫情时代城市韧性提升与资源可持续管理提供了系统思路及新视角。然而，当前食物-能源-水耦合研究多停留在理论层面的探讨，尚缺少有力的着力点来突破食物-能源-水耦合理论难以指导城市可持续管理实践的桎梏。

针对上述管理瓶颈，作者团队以典型城市蓝绿基础设施—绿色屋顶为主要抓手，通过蔬菜生产、建筑节能、雨水收集、碳固定等生态效益发挥，将城市自然生态系统与社会经济系统耦合，以期找到城市生态管理实践的突破口。由于城市系统自身的开放性及其对资源的高强度消耗，微观尺度绿色屋顶产生的食物、能源、水相关的直接生态效益，通过三者之间的耦合作用及供应链传递机制，实现了城市当地资源与环境问题在跨区域尺度上的级联效应，塑造了城市绿色屋顶对食物-能源-水耦合从微观到宏观的尺度拓展、以及从局地到全球的多维影响格局。比如，屋顶农业在提升本地蔬菜自给率的同时，可在一定程度上规避城市外调蔬菜在食物里程及供应链上的隐含资源环境压力（例如，能源足迹、水足迹和碳足迹等）。如何有效量化模拟城市绿色屋顶驱动的食物-能源-水耦合网络中多种资源环境要素的代谢过程及动态耦联规律，以及导致该规律存在空间异质性的关键因素及内在机制，是推动食物-能源-水耦合思想切实融入到城市资源可持续管理实践的关键科学问题。

为此，作者团队将生态系统服务评估纳入生命周期框架体系，集成代谢方法学及遥感技术构建了具有普适性的城市绿色屋顶对食物-能源-水耦联模拟的方法学模型，并以全球南半球城市（巴西São José dos Campos，SJC和南非Johannesburg）绿色屋顶为例验证了该模型的有效性及稳健性。研究结果表明，从生命周期视角来看，绿色屋顶具有碳中性、净能源消耗属性。如果案例城市将可用屋顶100%铺设为绿色屋顶，其生命周期能源消耗占到城市用能需求的8%–45%，然而由绿色屋顶直接效益所间接规避的跨边界能源足迹，达到其净能源消耗量的3.3–5.6倍。绿色屋顶在雨水利用方面，因城市气候条件等因素呈现出差异化的特征，虽可以在一定程度上替代自来水来满足蔬菜的灌溉需求，但是比起自来水供应会额外产生1.2倍的能源消耗。研究还发现，绿色屋顶在跨边界环境足迹规避方面具有较好的间接效益，由于城市外调食物、能源和水在上游供应链的贸易结构及隐含环境影响不同，导致绿色屋顶可间接规避的跨边界能源-水-碳足迹的驱动结构具有显著差异。研究结果可指导利益相关方找准绿色屋顶关键功能规划方向，可为全球（特别是发展中国家）城市生态规划与资源环境管理提供决策辅助，推动了将食物-能源-水耦合理论切实应用于指导城市可持续管理实践。

该文第一作者为金沙孟凡鑫副教授，第二作者为金沙硕士生袁秋玲，通讯作者为金沙杨志峰教授，合作者还包括刘耕源教授、耶鲁大学Karen C. Seto教授以及巴西FGV大学、复旦大学、武汉大学、厦门大学的相关学者。研究得到国家自然科学基金项目、欧盟国际创新合作项目（Belmont Forum-IFWEN：https://ifwen.org/）支持。该研究成果直接应用于项目团队联合开发的城市资源可持续管理指南（《An Implementation Guide for Cities and Subnational Governments》），该指南已在第11届世界城市论坛（波兰，2022.6）及联合国《生物多样性公约》第十五次缔约方大会（COP15）（加拿大蒙特利尔，2022.12）正式公开发布。

《npj Urban Sustainability》是自然出版集团旗下期刊，致力于出版城市可持续性领域高影响力论文，期刊发文量极少，2022年仅发表24篇研究论文，近三年来刊发的中国学者署名论文仅10余篇。

论文链接：https://www.nature.com/articles/s42949-023-00091-3