城乡居民膳食结构变化对中国水资源需求的影响——基于营养均衡的视角

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江文曲^,, 李晓云^,, 刘楚杰, 孙倩华中农业大学经济管理学院,武汉 430070

Impact of residents’ diet changes on water resource demand in China: From the perspective of nutritional balance

JIANG Wenqu^,, LI Xiaoyun^,, LIU Chujie, SUN QianCollege of Economics and Management, Huazhong Agricultural University, Wuhan 430070, China

通讯作者: 李晓云,女,福建邵武人,教授,研究方向为粮食与营养安全、农业资源与环境。E-mail： lixiaoyun@mail.hzau.edu.cn

收稿日期:2020-09-10修回日期:2021-02-9

基金资助:

教育部哲学社会科学研究重大课题攻关项目(20JZD015)
国家自然科学基金项目(71673102)
中央高校基本科研业务费专项(2662020JGPY004)

Received:2020-09-10Revised:2021-02-9
作者简介 About authors
江文曲,女,安徽潜山人,硕士研究生,研究方向为食物消费与营养。E-mail： jiangwq@webmail.hzau.edu.cn

摘要
随着收入的持续增长和城镇化的快速推进,中国居民的膳食结构不断发生变化,整体向增加高耗水的动物性食物消费趋势转变,不断加剧中国本已稀缺的水资源的压力。本文基于水足迹理论,利用城乡居民人均食物消费量和单位重量食物虚拟水含量数据,首先测算了城乡居民实际食物消费模式（S1）与膳食指南推荐的平衡膳食模式（S2）下的食物消费水足迹,比较分析两种膳食结构水足迹的构成和变化特征;然后基于两种膳食模式（S1、S2）和两种人口规模（2018年、2030年）构建了4种情境,估算未来人口规模和膳食结构变化下的城乡居民食物消费水足迹。结果表明：①1985—2018年,中国城乡居民人均食物消费水足迹均呈上升趋势,具体表现为人均植物性食物耗水量的减少和动物性食物耗水量的增加;②人口规模和膳食结构是食物消费水足迹变化的主要驱动因素,实现平衡膳食模式的膳食结构对食物消费水足迹变化的作用超过人口规模;③营养均衡目标下膳食结构变化将导致城镇居民食物消费水足迹增加1094.9亿m³,农村居民食物消费水足迹增加907.1亿m³;人口规模变化将导致城镇居民食物消费水足迹增加929.4亿m³,农村居民食物消费水足迹减少615.4亿m³,两个因素的共同作用将导致城镇居民食物消费水足迹总量增加2024.3亿m³,农村居民食物消费水足迹总量增加291.7亿m³,食物生产水资源的短缺局面进一步加剧。本文为未来通过调整食物消费结构途径降低食物生产水资源消耗提供了初步的研究视角,同时对引导中国城乡居民均衡营养饮食具有重要意义。
关键词： 膳食结构;食物消费;均衡营养;人口规模;水足迹;结构分解法;中国

Abstract

With the continuous growth of income and the rapid advancement of urbanization, the dietary structure of Chinese residents is constantly changing, and the overall trend of increasing consumption of animal foods with higher water consumption to produce has presented a huge challenge to water resources supply in China. Based on the water footprint theory and the data of urban and rural food consumption from 1985 to 2018 and virtual water content of foods in China, this study first calculated and compared the water footprints for different cases, the actual food consumption patterns of urban and rural residents (S1) and the balanced dietary patterns recommended by Chinese resident dietary guidelines (S2). Then we projected the water footprint of food consumption under four scenarios, including two dietary structures (S1,S2) and two population sizes (2018, 2030). The results show that: (1) Per capita urban and rural water footprints of food consumption from 1985 to 2018 in China presented an upward trend with decreasing per capita water consumption of plant foods and increasing per capita water consumption of animal foods; (2) Population size and dietary structure are the main driving factors for food consumption water footprint, with the effects of dietary structure exceeding the effects of population size under the S2 scenario; (3) The change in dietary structure under the nutrition balanced goal will increase the water footprint of urban resident food consumption by 109.49 billion m³ and the water footprint of rural resident food consumption by 90.71 billion m³, and the change of population size will increase the urban resident water footprint of food consumption by 92.94 billion m³ and decrease the rural resident water footprint of food consumption by 61.54 billion m³. The combined effect of the two factors will increase the total water footprint of urban residents’ food consumption by 202.43 billion m³, and the total water footprint of rural residents’ food consumption by 29.17 billion m³, and impose more pressure on the water resources in China. This article provides a new perspective for reducing water use in food production by adjusting dietary structure in the future, and has significance implications for guiding urban and rural residents to a balanced and nutritional diet.

Keywords：dietary structure;food consumption;nutritional balance;population size;water footprint;structural decomposition analysis;China

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本文引用格式
江文曲, 李晓云, 刘楚杰, 孙倩. 城乡居民膳食结构变化对中国水资源需求的影响——基于营养均衡的视角[J]. 资源科学, 2021, 43(8): 1662-1674 doi:10.18402/resci.2021.08.13
JIANG Wenqu, LI Xiaoyun, LIU Chujie, SUN Qian. Impact of residents’ diet changes on water resource demand in China: From the perspective of nutritional balance[J]. RESOURCES SCIENCE, 2021, 43(8): 1662-1674 doi:10.18402/resci.2021.08.13

1 引言

中国水资源总量丰富,但人均占有量低,仅为世界平均水平的1/4^[1],世界资源研究所发布的一项研究报告中预测,2030年中国水资源压力将在167个国家中排在第47位,属于缺水较严重国家^[2]。2019年,中国水资源使用总量为6021.2亿m³,其中农业用水3682.3亿m³,占比为61.2%,可知中国水资源主要是用于农业生产活动,而农业生产活动则由居民消费带动。随着中国城乡经济的快速发展,居民的食物消费观念逐渐改变,越来越追求膳食的丰富和营养,这种膳食结构的变化是否会驱使食物消费水资源需求的变化呢?同时,未来的人口规模扩张是否也会进一步加剧国内水资源的短缺问题?水资源成为约束中国食物与营养安全目标实现的重要制约因素,探究中国未来人口规模扩张以及城乡居民膳食结构变化对水资源消耗造成的影响,对于缓解当前农业水资源紧缺问题具有重要的作用。

近年来,学界关于食物生产、消费与水资源消耗的研究逐渐增多,主要集中在4个方面：①作物生产水足迹的相关研究。田园宏等^[3]、冯变变等^[4]基于联合国粮农组织的彭曼公式和CROPWAT 8.0软件测算了主要粮食作物的水足迹,分析其时空变化特征;付国睿等^[5]、侯庆丰等^[6]以降低粮食作物生产水足迹为主要约束条件,进行粮食作物种植结构优化研究,以减小缺水区的水资源压力;海洋等^[7]采用Cobb—Douglas生产函数定量分析了气象和技术因素对作物生产水足迹的影响程度;史利洁等^[8]、操信春等^[9]量化了作物生产水足迹以及当地的水资源禀赋,运用水资源压力指数评价研究区域的农业生产水资源压力。②食物消费水足迹变化的驱动因素研究。郑翔益等^[10]基于水足迹理论,采用结构分解法将城乡居民食物消费水足迹的影响因素分解为人口规模、人均食物消费量和食物消费结构。许菲等^[11]、张少春等^[12]利用非参数估计方法,着重考虑社会经济因素（收入增长、城镇化、老龄化等）与食物消费水足迹的相关性。③低耗水膳食模式的探究。Mirzaie—Nodoushan等^[13]以伊朗为研究区域,将耗水量少和满足饮食营养需求作为限制条件,运用多目标优化编程的方法,探究出两种崭新的饮食模式;张翠玲等^[14]运用多目标规划方法,以满足居民的营养需求为前提,探索获得成本与资源环境代价最小的饮食模式;苏芳等^[15]、Blas等^[16]分别将研究区域居民的当前饮食模式与德国营养协会推荐的健康饮食模式和地中海饮食模式比较,研究结果均表明当前居民的膳食结构耗水量大且营养不均衡,并提出了水资源需求量较少的饮食结构。④膳食结构变化对水资源需求影响的相关研究。Liu等^[17]、He等^[18]、Liu等^[19]、Souissi等^[20]基于水足迹和虚拟水理论,量化了居民食物消费结构对水资源需求的影响,研究结果均表明动物性食物消费量的持续增加是食物消费水足迹不断上升的主要原因。

已有研究虽然关注了当前膳食结构变化与水资源之间的关系,但尚未探究未来膳食结构变化的水资源消耗变化趋势,同时未将营养目标放入研究框架。当前中国以及世界居民的饮食模式正发生着巨大改变,同时这种改变不仅违背了均衡饮食的规律,而且将会对区域内的水资源可持续利用造成不利影响。目前,学术界测算食物消费的水资源需求,主要采用Allan^[21]提出的虚拟水理论或Hoekstra^[22]提出的水足迹方法。相较于虚拟水理论聚焦生产端,水足迹方法能够将居民食物消费端与水资源连接起来。本文基于水足迹方法,探究中国城乡居民食物消费变化对水资源需求的影响,比较分析中国城乡居民实际膳食模式以及平衡膳食模式下的水足迹消耗,然后估算基于两种人口规模和两种膳食结构构建的4种情境下的食物消费水足迹,厘清膳食结构变化与食物消费水足迹消耗的关系,为未来中国居民膳食结构的调整以及缓解水资源压力提供重要的信息和决策支持。

与已有的国内外文献研究相比较,本文的创新点主要体现在两个方面：①在计算满足中国城乡居民过去和当前膳食结构的水资源需求的同时,引入了《中国居民膳食指南2016》^[23]（后称《指南2016》）中推荐的平衡膳食结构,分析居民膳食结构调整的水足迹效应,并考察了营养均衡目标下食物生产的水资源缺口;②本文依据两种膳食结构（城乡居民实际食物消费结构、推荐的平衡膳食结构）和两种人口规模（2018年、2030年）构建了4种情境,可以有效比较膳食结构和人口规模的变化对水资源造成的不同压力。

2 研究方法与数据处理

2.1 研究方法

2.1.1 食物消费水足迹计算

食物消费水足迹计算公式如下：

（1）

DW F^{urban} = \overset{n}{\sum_{i = 1}} (V W_{i} \times C {Q_{i}}^{urban})

（2）

DW F^{rural} = \overset{n}{\sum_{i = 1}} (V W_{i} \times C {Q_{i}}^{rural})

（3）

DW F_{total}^{urban} = p^{urban} \times DW F^{urban}

（4）

DW F_{total}^{rural} = p^{rural} \times DW F^{rural}

式中：DWF^urban和DWF^rural分别为城镇和农村居民人均食物消费水足迹（dietary water footprint）（m³/a）;VW_i为第i类食物单位重量虚拟水（virtual water）含量（m³/kg）;

C Q_{i}^{urban}

和

C Q_{i}^{rural}

分别为城镇和农村居民第i类食物的人均消费量（consumption quantity）（kg/a）;n为食物的种类;

DW F_{total}^{urban}

和

DW F_{total}^{rural}

分别为城镇和农村居民食物消费水足迹总量（m³/a）;p^urban和p^rural分别为城镇和农村人口数。

2.1.2 平衡膳食结构下食物消费水足迹

首先,运用公式（1）和（2）的食物消费水足迹计算方法估算《指南2016》中推荐饮食结构的水足迹消耗,将其与当前居民实际食物消费水足迹进行比较分析;然后,基于平衡膳食模式的各类食物消费量比重,将2018年城乡居民食物消费总量按理想的比例结构进行相应的优化调整,计算基于平衡膳食模式调整后的各类食物消费量的水足迹,计算方法同公式（1）、（2）;并进一步比较调整后的食物消费水足迹与2018年实际食物消费水足迹的差异,分析膳食结构的变化对食物消费水需求的影响。

2.1.3 食物消费水足迹变化影响因素的结构分解

结构分解法（structural decomposition analysis,SDA）是因素分解法的一种,它可以将因变量的变化分解为各与之相关的自变量变动之和,以测度单自变量的变动对因变量变动的贡献率^[24]。近年来,结构分解法常常被用来研究资源能源利用、环境污染等问题^[25]。SDA基本原理如下：

（5）

\begin{array}{l} S = BY, Δ S = S_{2} - S_{1}, Δ B = B_{2} - B_{1}, Δ Y = Y_{2} - Y_{1} \\ Δ S = B_{2} Y_{2} - B_{1} Y_{1} \\ = (B_{2} - B_{1}) Y_{1} + B_{2} (Y_{2} - Y_{1}) + (B_{2} - B_{1}) (Y_{2} - Y_{1}) \\ = Δ B Y_{1} + B_{2} Δ Y + Δ B Δ Y \end{array}

式中：S、B、Y代表变量,并且S可以表示成B与Y乘积的形式;下标1和2表示两个时期、地区或部门等。本文参照结构分解法,将城乡居民食物消费水足迹在不同时期的变化量分解为由人口规模、人均食物消费量、食物消费结构3个因素引起的变化量。由于结构分解法不唯一,一般分解种类数是自变量的阶乘数。当前学界对于结果的采用有两种处理方式：所有方案的平均数和两个极端方案的平均数,本文采用后者。城镇居民食物消费水足迹变化结构分解方法如公式（6-8）所示,公式（6）和（7）是本文结构分解法的两种极端方案,公式（8）为两种极端方案做均值处理后的最终结果：

（6）

\begin{array}{l} Δ DW F_{total}^{u rban} = DW F_{total, t}^{urban} - DW F_{total, t - 1}^{urban} = \\ Δ p^{urban} \overset{n}{\sum_{i = 1}} v w_{i} \times C {Q_{t}}^{urban} \times q_{i, t}^{urban} + p_{t - 1}^{urban} \overset{n}{\sum_{i = 1}} v w_{i} \times \\ Δ C Q^{urban} \times q_{i, t}^{urban} + p_{t - 1}^{urban} \overset{n}{\sum_{i = 1}} v w_{i} \times C Q_{t - 1}^{urban} \times Δ q_{i}^{urban} \end{array}

（7）

\begin{array}{l} Δ DW F_{total}^{urban} = DW F_{total, t}^{urban} - DW F_{total, t - 1}^{urban} = \\ Δ p^{urban} \overset{n}{\sum_{i = 1}} v w_{i} \times C Q_{t - 1}^{urban} \times q_{i, t - 1}^{urban} + p_{t}^{urban} \overset{n}{\sum_{i = 1}} v w_{i} \times \\ Δ C Q^{urban} \times q_{i, t - 1}^{urban} + p_{t}^{urban} \overset{n}{\sum_{i = 1}} v w_{i} \times C Q_{t}^{urban} \times Δ q_{i}^{urban} \end{array}

（8）

\begin{array}{l} Δ DW F_{total}^{urban} = 0.5 Δ p^{urban} (\overset{n}{\sum_{i = 1}} v w_{i} \times C {Q_{t}}^{urban} \times q_{i, t}^{urban} + \\ \overset{n}{\sum_{i = 1}} v w_{i} \times C Q_{t - 1}^{urban} \times q_{i, t - 1}^{urban}) + 0.5 (p_{t - 1}^{urban} + p_{t}^{urban}) \\ (\overset{n}{\sum_{i = 1}} v w_{i} \times Δ C Q^{urban} \times q_{i, t}^{urban} + \overset{n}{\sum_{i = 1}} v w_{i} \times \\ Δ C Q^{urban} \times q_{i, t - 1}^{urban}) + 0.5 (p_{t - 1}^{urban} + p_{t}^{urban}) \\ (\overset{n}{\sum_{i = 1}} v w_{i} \times C Q_{t - 1}^{urban} \times Δ q_{i}^{urban} + \overset{n}{\sum_{i = 1}} v w_{i} \times C Q_{t}^{urban} \times Δ q_{i}^{urban}) \end{array}

式中：q_i表示各类食物消费量占食物消费总量的比重;公式（8）等式中由加号连接的三部分分别表示由人口规模、人均食物消费量、食物消费结构3个因素对城镇居民食物消费水足迹变动引起的变化量。农村居民食物消费水足迹变化的结构分解方法与城镇相同。

2.1.4 不同情境下的食物消费水足迹估算

基于当前（S1）和平衡（S2）两种膳食模式以及2018年、2030年两个年份的城乡人口数,假设4种情境（S1—2018、S2—2018、S1—2030、S2—2030）,分别为当前膳食模式和当前人口规模、平衡膳食模式和当前人口规模、当前膳食模式和2030年人口规模、平衡膳食模式和2030年人口规模,估算4种情境下的居民食物消费水足迹总量,并剥离出人口规模和膳食结构变化对食物消费水足迹变动的不同影响。另外,本文假设2030年的人均食物消费量与2018年相同。

2.2 数据来源

文中将居民消费的食物分为粮食、鲜菜、鲜瓜果、食用植物油、猪肉、牛羊肉、禽肉、鲜蛋、鲜奶九大类。1985—2018年的城乡居民人均食物消费量和人口数据来源于《中国统计年鉴》《中国价格及城镇居民家庭收支调查统计年鉴》《中国城市（镇）生活与价格年鉴》《中国城镇居民家庭收支调查资料》《中国农村统计年鉴》《中国农村住户调查年鉴》,各类食物单位重量虚拟水含量数据参考Hoekstra^[26]在中国区域的研究结果（表1）,猪肉、牛羊肉、禽肉的消费比例参考李哲敏^[27]的研究结果,文中推荐的平衡膳食模式依据《指南2016》构建（表2）,2030年城乡人口数量数据参考《国家人口发展规划（2016—2030年）》中对2030年城乡人口的预测结果。

Table 1
表1
表1单位重量食物虚拟水含量
Table 1Virtual water of unit weight food

食物类别	单位质量食物虚拟水含量/（m³/kg）
粮食	1.10
鲜菜	0.32
鲜瓜果	0.97
食用植物油	2.36
猪肉	6.10
牛羊肉	10.90
禽肉	3.97
鲜蛋	3.09
鲜奶	1.28

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Table 2
表2
表2推荐的平衡膳食结构
Table 2Recommended balanced diet (kg/a)

食物类别	下限	上限	平均值
谷薯类	91.3	146.0	118.7
蔬菜	109.5	182.5	146.0
水果	73.0	127.8	100.4
畜禽肉	14.6	27.4	21.0
蛋类	14.6	18.3	16.5
奶类	109.5	109.5	109.5
油	9.1	11.0	10.1

注：中国居民膳食指南中畜禽肉没有按照本文划分为猪肉、牛羊肉、禽肉,文中的畜禽肉消费比例借鉴李哲敏^[27]的成果,分别为猪肉66.63%、牛羊肉13.45%、禽肉19.92%。

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3 结果与分析

3.1 城乡居民人均食物消费量变化

3.1.1 人均食物消费量及其结构变化

1985—2018年,城乡居民人均食物消费量和结构发生了较大的变化,植物性食物人均消费量有增有减,但动物性食物人均消费量均呈增加态势,城乡居民的食物消费水平差距逐渐缩小。从城乡居民人均植物性食物消费量变化来看（图1a）,粮食消费量的减少最为显著,降幅分别达34.7%和42.3%,其次是对鲜菜的消费,2018年较1985年减少了31.42%和34.72%,鲜瓜果和食用植物油消费量均呈增加趋势,且农村居民消费增幅较城镇快,其鲜瓜果消费涨幅高达967.7%。从城乡居民人均动物性食物消费量变化来看（图1b）,人均动物性食物消费量呈波动上升趋势,城镇居民禽肉和鲜奶的人均消费量上升幅度分别高达205.3%和157.8%,农村居民猪肉的人均消费量急剧增加,幅度高达122.9%,是城镇居民猪肉人均消费增幅的3.5倍,另外,农村居民的鲜奶、禽肉、鲜蛋人均消费增幅分别为762.5%、676.7%和309.8%。

图1

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图11985—2018年城乡居民人均动植物性食物消费量变化

Figure 1Per capita consumption of animal and vegetable foods of urban and rural residents, 1985-2018

3.1.2 与推荐的平衡膳食结构比较

中国城乡居民膳食模式与推荐的平衡膳食模式存在一定差距,主要表现为城镇居民畜禽肉和农村居民粮食的过量消费、城乡居民鲜菜、鲜瓜果和蛋奶类消费的不足。2018年,城镇居民的各类食物消费水平只有粮食消费量与推荐值相接近,鲜菜、鲜瓜果、食用植物油、蛋奶类消费量均低于推荐值水平,但畜禽肉的人均消费量超过了推荐值,其中,鲜菜、鲜瓜果和奶类较推荐值分别低47.0、33.3和93.0 kg,畜禽肉较推荐值高15.7 kg。2018年,农村居民的各类食物消费水平与推荐值的关系和城镇居民基本保持一致,但农村居民的粮食人均消费量比推荐值高29.9 kg,同时鲜菜、鲜瓜果、奶类比推荐值分别低60.4、64.1和102.6 kg,畜禽肉比推荐值高12.1 kg。城镇居民的食物消费水平总体上优于农村居民,这是由城镇的经济发展水平、市场开放便利度以及居民收入优于农村所决定的。

3.2 城乡居民食物消费水足迹变化

3.2.1 人均食物消费水足迹

1985—2018年,城乡居民人均食物消费水足迹均呈波动上升趋势,人均植物性食物消费水足迹有增有减,但人均动物性食物消费水足迹均增加。1985—2018年城镇居民人均食物消费水足迹计算结果如图2a所示。从数量上来看,城镇居民人均食物消费水足迹在1985—2003年期间上下浮动较大,2003年后趋于平稳增加,2018年较1985年增加59.5 m³。从各类食物消费水足迹的消耗结构来看,粮食和鲜菜人均消费水足迹逐渐减少,尤其是粮食人均消费水足迹比重下降了17.6%;动物性食物的人均消费水足迹比重增加了17.7%,其中禽肉的人均消费水足迹比重变化最大,上升了4.8%,但猪肉的人均消费水足迹增加量最多,增加了36.7 m³,对人均消费水足迹总量上涨的贡献率高达61.8%。

图2

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图21985—2018年城乡居民人均食物消费水足迹变化

Figure 2Changes in per capita food consumption water footprint of urban and rural residents, 1985-2018

农村居民的人均食物消费水足迹的变化浮动性大于城镇居民（图2b）,农村居民人均食物消费水足迹在1985—2000年期间波动上升到峰值464.7 m³后缓慢下降至2012年的谷值,小于400.0 m³;2012—2013年,农村居民人均食物消费水足迹发生了较大程度上升,幅度达到了15.4%,2013年之后又缓慢增加至2018年的477.0 m³。各类食物消费水足迹的变化以及其对水足迹总量的贡献率变化规律与城镇居民一致,粮食和鲜菜人均消费水足迹量减少,鲜瓜果、食用植物油和动物性食物人均消费水足迹增加,其中,粮食人均消费水足迹减少了119.7 m³,鲜瓜果人均消费水足迹增加近10倍,畜禽肉人均消费水足迹增加了120.9 m³。植物性食物人均消费水足迹减少了87.5 m³;动物性食物人均消费水足迹增加148.3 m³,其中,猪肉人均消费水足迹的上升对农村居民食物消费人均水足迹总量上涨的贡献率达到了127.1%。

3.2.2 食物消费水足迹总量

城乡居民食物消费水足迹总量计算结果如图3所示。1985—2018年,城镇居民食物消费水足迹总量有较大上涨。2018年城镇居民食物消费水足迹总量为4208.0亿m³,较1985年增加近2.8倍,其中,动物性食物消费水足迹的增加为食物消费水足迹总量的上涨贡献了61.3%。从各类别食物的消费水足迹增加值来看,粮食和猪肉的消费水足迹上升最为显著,较1985年上涨540.5亿和896.3亿m³;从各类别食物消费水足迹的增幅来看,禽肉和鲜奶增幅较大,分别高达911.5%、754.1%。

图3

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图31985—2018年城乡居民食物消费水足迹总量变化

Figure 3Changes in total food consumption water footprint of urban and rural residents, 1985-2018

农村居民的食物消费水足迹总量变化特征与城镇居民差异较大,1985—2018年农村居民食物消费水足迹总量减少670.1亿m³,表现为粮食和鲜菜消费水足迹的减少量超过了其他种类食物消费水足迹的增加量。粮食消费水足迹下降1364.5亿m³,鲜瓜果消费水足迹上升171.4亿m³,畜禽肉消费水足迹上升501.1亿m³,蛋奶类消费水足迹上升137.0亿m³。从各类别食物消费水足迹的变化幅度来看,鲜瓜果和鲜奶最为显著,分别较1985年上涨645.7%、502.4%。农村居民食物消费水足迹总量下降的主要原因是城镇化的不断推进导致农村人口规模不断缩减。

整体上,中国居民食物消费水足迹总量呈上升趋势,由1985年的4481.4亿m³增加至2018年的6898.3亿m³。其中,植物性食物消费水足迹减少了113.7亿m³,动物性食物消费水足迹增加了2530.7亿m³。

3.3 城乡居民食物消费水足迹结构分解结果

城乡居民食物消费水足迹变化影响因素的结构分解结果如图4所示。图4a表示的是城镇的人口规模、人均食物消费总量、食物消费结构对食物消费水足迹变化的逐年效应。可以看出,城镇的人口规模对食物消费水足迹总量变化的作用最显著,食物消费结构对食物消费水足迹变化的作用仅在2001—2002年超过人口规模,人均食物消费量对食物消费水足迹变化的作用仅在2012—2013年超过人口规模,其余年份均为人口规模的作用最大。另外,人均食物消费量和食物消费结构对食物消费水足迹的作用在零值上下浮动,且前者呈波动下降,后者波动上升。图4c表示的是城镇的人口规模、人均食物消费总量、食物消费结构对食物消费水足迹变化的累积效应。2000—2018年,城镇的人口规模和食物消费结构对食物消费水足迹的累积作用呈正向,并且在当前的膳食结构下,人口规模的作用大于食物消费结构的作用,城镇的人口规模扩张累计带动食物消费水足迹上升2690.9亿m³,食物消费结构变化累计带动食物消费水足迹上升562.5亿m³。城镇的人均食物消费量对食物消费水足迹的累积作用逐渐增大,但一直呈现负向作用,抑制了食物消费水足迹的上涨。

图4

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图42000—2018年城乡居民食物消费水足迹结构分解结果

Figure 4Structural decomposition of food consumption water footprint of urban and rural residents, 1985-2018

农村的人口规模、人均食物消费量、食物消费结构对食物消费水足迹的逐年及累积作用如图4b、4d所示。可以看出,农村居民的食物消费结构对食物消费水足迹变化的作用最显著,累计带动了农村居民食物消费水足迹上涨1013.5亿m³,这主要是由农村居民肉类消费量尤其是猪肉和禽肉消费增幅较大所导致的。农村的人口规模对食物消费水足迹的逐年及累积作用均为负值,它是农村居民食物消费水足迹总量下降的主要原因,2000—2018年,农村人口数量逐年减少,累计减少了1067.0亿m³食物消费水足迹。农村居民人均食物消费量累计带动食物消费水足迹减少712.6亿m³。将城乡综合起来考虑,人口规模引起食物消费水足迹累计增长1623.9亿m³,人均食物消费消费量引起食物消费水足迹累计下降792.6亿m³,食物消费结构引起食物消费水足迹累计增长1576.0亿m³。

通过将城乡的人口规模、人均食物消费量、食物消费结构比较可以得知,城镇的人口规模对食物消费水足迹的促进作用最显著,其次为农村的食物消费结构和城镇的食物消费结构。随着中国社会经济的发展,城镇化是不可逆转的趋势,因此,减少食物消费水足迹的途径只能通过改变中国居民的饮食结构,在满足居民营养需求的同时,使饮食结构向节水型转变。

从以上影响因素分解结果来看,在不同时期城乡饮食结构对居民的食物消费水足迹有着显著影响,并且影响越来越大,通过计算比较城乡居民每类食物的消费量及其水足迹占比变化来剖析饮食结构如何影响食物消费水足迹,结果如图5所示。城镇各类食物消费量比重与其消费水足迹比重结果见图5a、5b。城镇的植物性食物（除食用植物油以外）消费水足迹比重均低于消费量比重,其中鲜菜的两者比重相差最大,动物性食物消费水足迹比重均高于消费量比重,其中猪肉的两者比重相差最大。这说明了植物性食物中增加对鲜菜的消费以及动物性食物中减少对猪肉的消费能够最大程度节约水资源。另外,1985—2018年,城镇粮食消费水足迹占比的降幅最大,禽肉增幅最大,同时消费水足迹占比最大与最小的食物类别由1985年的粮食和鲜奶变成了2018年的猪肉和食用植物油。从1985—2018年食物消费水足迹构成的雷达图形状变化来看,粮食和鲜菜消费水足迹比重的下降、鲜蛋和禽肉消费水足迹比重的上升导致了雷达图的整体形态发生改变。

图5

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图51985年和2018年城乡居民人均食物消费量与水足迹消耗的比重

Figure 5Proportion of per capita food consumption and food consumption water footprint by type of food in urban and rural areas, 1985 and 2018

农村各类食物消费量比重与其消费水足迹比重结果见图5c、5d。农村结果与城镇整体上保持一致,但有两处不同：①农村粮食和鲜奶的消费水足迹占比始终是最大值与最小值;②1985年的粮食消费水足迹比重高于消费量比重,这是由于早期农村经济发展缓慢,农民家庭贫困,获得成本最低的粮食的消费量远远大于城镇居民。与城镇相比,1985—2018年的农村居民食物消费水足迹构成的雷达图形状变化不大,但粮食和猪肉的顶点位置发生了较大的移动,粮食消费的水资源消耗比重显著降低,猪肉消费的水资源消耗比重快速上升。基于对城乡的食物消费水足迹和食物消费比重变化剖析可以得出,城乡居民人均食物消费水足迹的来源结构发生了较大改变,主要表现为人均动物性食物消费水足迹的上升和人均植物性食物消费水足迹的下降,同时,动物性食物消费水足迹的上涨幅度超过了植物性食物。就饮食结构内部而言,猪肉的人均消费量过多导致水足迹占比过高,可以考虑转向蛋奶类消费;适当减少粮食的消费量,转向鲜菜和鲜瓜果消费,从而最大程度上降低食物消费水足迹,节约水资源。

3.4 平衡膳食模式水足迹的计算与分析

3.4.1 平衡膳食模式的水足迹计算

《指南2016》中推荐的平衡膳食模式水足迹消耗计算结果如表3所示。按照平衡膳食模式进行食物消费,则人均食物消费水足迹的浮动区间为505.6~739.1 m³,实际上,1985—2018年中国居民人均食物消费水足迹的变动范围为423.4~494.4 m³,城镇和农村居民人均食物消费水足迹峰谷值分别为414.7~506.2 m³、398.3~477.0 m³,因此只有2018年的城镇居民人均食物消费水足迹在平衡膳食模式水足迹消耗范围内,其余年份的城乡居民食物消费水足迹均低于平衡膳食模式的水足迹消耗。这表明营养目标下,肉蛋奶消费量比当前水平高出很多,因此消耗更多的水资源。

Table 3
表3
表3平衡膳食模式的人均食物消费水足迹
Table 3Per capita food consumption water footprint of the balanced diet by type of food (m³)

	粮食	蔬菜	水果	食用油	畜禽肉	蛋类	奶类	总和
水足迹上下限	100.3~160.5	35.3~58.8	70.6~123.6	21.5~26.0	92.3~173.3	45.2~56.6	140.4	505.6~739.1
水足迹平均值	130.5	47.1	97.1	23.8	132.8	50.9	140.4	622.4

注：《指南2016》推荐的平衡膳食模式奶类消费量是固定值300 g/d,因此,平衡膳食模式中的人均奶类消费水足迹没有上限值和下限值。

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3.4.2 基于平衡膳食模式调整当前各类别食物消费量的水足迹消耗

在城乡居民人均食物消费总量不变的前提下,按照平衡膳食模式来调整2018年的城乡居民各类食物消费比重,调整后的各类别食物消费量结果见表4,调整前后的膳食结构水足迹结果如图6所示。

Table 4
表4
表4调整后的2018年城乡居民各类食物推荐人均摄入量
Table 4Adjusted per capita foods intake of urban and rural residents, 2018 (kg/a)

	粮食	鲜菜	鲜瓜果	食用植物油	畜禽肉	鲜蛋	鲜奶
城镇	84.0	92.1	63.3	6.3	13.2	10.4	69.0
农村	81.4	89.2	61.3	6.1	12.8	10.0	66.9

注：这里采用的平衡膳食模式的各类食物摄入量进行了一定的调整,具体调整方法借鉴胡小平等^[28]的调整方案,取2016年的平衡膳食宝塔中的各类食物消费量上下限的平均值,为了避免低估,再上调10%作为保险系数。

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图6

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图6调整前与调整后的2018年城乡居民膳食结构的食物消费水足迹总量

Figure 6Total food consumption water footprint of urban and rural residents on 2018 diet and adjusted diet

调整后的城镇和农村居民人均食物消费水足迹总量均低于当前,这表明居民膳食结构的改变会对水足迹消耗产生影响。从不同类别食物的水足迹消耗量来看,调整后的膳食结构中,人均畜禽肉消费量的减少是水足迹减少的重要原因,其对城镇居民食物消费水足迹总量下降的贡献率达到49.6%,但同时调整后的人均鲜奶消费量显著增加,导致农村居民人均鲜奶水足迹总量增加76.9 m³。

3.5 未来人口规模和膳食结构变化对水资源需求的影响

不同人口规模（2018年和2030年）和不同膳食模式（S1和S2）构建的4种情境下膳食结构水足迹总量的计算结果如表5所示,S1—2018情境是当前的城乡居民膳食结构的水资源实际消耗情况,为基准情境。城镇的未来人口规模和膳食结构变化对食物消费水足迹总量的影响：保持2018年的城镇人口规模不变,改变膳食模式S1至S2,食物消费水足迹总量将增加1094.9亿m³;保持2018年的膳食模式不变,人口规模由2018年的城镇人口数量变成2030年的城镇人口数量,食物消费水足迹总量将增加929.4亿m³,可见城镇居民膳食结构的改善对食物消费水足迹总量的作用超过了城镇人口规模扩张的作用。同样,农村居民膳食结构的改变增加了907.1亿m³水足迹,农村人口规模的缩减导致了615.4亿m³水足迹的减少,城镇的上述结论对于农村同样适用。另外,在人口规模和膳食结构的双重作用下,城镇和农村居民食物消费水足迹总量将分别增长2024.3亿和291.7亿m³。

Table 5
表5
表54种情境下的食物消费水足迹总量
Table 5Total water footprint of food consumption in the four scenarios (10⁸ m³)

	2018年（城镇）	2030年（城镇）	2018年（农村）	2030年（农村）
S1	4208.0	5137.4	2690.4	2075.0
S2	5302.9	6474.1	3597.5	2774.6
人口规模的作用		929.4		-615.4
膳食结构的作用	1094.9		907.1

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此外,从食物消费水足迹总量来看,当前城乡居民的食物消费水足迹分别为4208.0亿和2690.4亿m³,S2—2018情境下分别升至5302.9亿和3597.5亿m³,这意味着平衡膳食模式下的饮食模式会需要耗费更多的水资源来满足居民的食物营养需求。从两种膳食模式（S1、S2）的各类食物消费水足迹构成角度分析（图7）,畜禽肉和奶类消费水足迹总量差异较大：2018年平衡膳食模式下的城镇畜禽肉和奶类消费水足迹总量分别为1101.0亿和1167.1亿m³,2018年城镇居民膳食结构的畜禽肉和奶类消费水足迹总量分别为1855.9亿和175.9亿m³;2018年平衡膳食模式下的农村畜禽肉和奶类消费水足迹总量分别为746.9亿和791.7亿m³,2018年农村居民膳食结构的畜禽肉和奶类消费水足迹总量分别为1100.0亿和49.9亿m³。因此,未来可以考虑减少对畜禽肉的消费,转向对奶类的消费,在实现膳食营养目标的同时,减少水资源消耗。

图7

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图7S1、S2情境下未来城乡居民食物消费水足迹总量

Figure 7Total food consumption water footprint of urban and rural residents under S1 and S2 scenarios

4 结论与建议

4.1 结论

本文对中国城乡居民膳食结构和《指南2016》推荐的平衡膳食模式的水足迹消耗分别进行了计算与分析,结果表明：

（1）1985—2018年,中国城乡居民人均食物消费水足迹均呈上升趋势。上升的主要原因是居民膳食结构的改变,表现为耗水少的植物性食物人均消费量的减少和耗水多的动物性食物人均消费量的增加。将城乡人口数量考虑进来,1985—2018年,城镇居民食物消费水足迹总量呈不断上涨态势,农村居民食物消费水足迹总量呈不断下降趋势。

（2）人口规模和膳食结构是食物消费水足迹变化的主要驱动因素。在当前的膳食模式中,人口规模扩张以及城镇化率不断攀升是食物消费水足迹变化的主要原因;但在平衡膳食模式中,食物消费结构对水足迹的影响作用超过人口规模。

（3）以2018年城镇居民当前食物消费结构为基准情境,2030年城镇人口规模扩大将导致食物消费水足迹上升929.4亿m³,从当前膳食模式转变成推荐的平衡膳食模式的水足迹消耗将上升1094.9亿m³;以2018年农村居民当前食物消费结构为基准情境,2030年农村居民人口规模缩减将导致食物消费水足迹下降615.4亿m³,从当前膳食模式转变为推荐的平衡膳食模式的水足迹将上升907.1亿m³。另外,2030年人口规模变化与膳食结构改善的双重作用下,城镇和农村居民食物消费水足迹总量将分别上升2024.3亿和291.7亿m³。

4.2 建议

综上所述,在保障居民食物和营养需求的同时,应尽可能地节约水资源,可从以下三方面考虑：

（1）保障热量和营养需求的同时,促进城乡居民膳食结构的优化。居民的膳食结构对食物消费水资源消耗有较大影响,从当前饮食结构考察,植物性食物中鲜菜和鲜瓜果耗水较少,粮食耗水较多;动物性食物中猪肉耗水较多,牛羊肉和蛋奶耗水较少。因此,应适当增加蔬果、牛羊肉、蛋奶的消费和减少粮食、猪肉的消费,这既与推荐的平衡膳食模式相一致,又能在一定程度上节约水资源。

（2）采取措施降低单位食物生产耗水量,加强水资源管理,提高农业水资源的利用率。

（3）充分利用国际市场和国际资源,结构性进口耗水量大的食物。肉蛋奶等动物性食物耗水较大,且当前及未来中国居民对动物性食物的消费偏好只增不减,因此应充分开放农产品贸易市场,利用好国际虚拟水策略,结构性进口耗水多的食物,出口耗水少的食物。

本文从中国城乡居民膳食模式向耗水更多的动物性食物消费转变的现实出发,探讨了中国城乡居民膳食结构变化对水资源需求的影响,研究结论具有一定实践意义,但也存在一些局限性。文中的食物虚拟水含量没有考虑时间上的差异,可能导致食物消费水足迹的计算结果不是很精确;其次,《指南2016》推荐的平衡膳食模式可能需要较长时间去实现,值得进一步探讨研究。

参考文献原文顺序
文献年度倒序
文中引用次数倒序
被引期刊影响因子

[1]

万育生, 张国玉. 加快非常规水源开发利用的思考
[J]. 中国水利, 2012, (17):9-10.