食品系統(tǒng)公平性與可持續(xù)評價模型

當(dāng)今，食品系統(tǒng)面臨重大的挑戰(zhàn)，如何養(yǎng)活不斷增長的世界人口，如何根據(jù)全球環(huán)境變化管理生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)品和服務(wù)。我們基于效率、盈利能力、公平和可持續(xù)發(fā)展四個方面構(gòu)建了食品系統(tǒng)評價的四級指標(biāo)體系。然后采用熵權(quán)法（EWM）和變異系數(shù)法（CVM）將指標(biāo)整合到食品系統(tǒng)指數(shù)（FSI）中，得到了食品系統(tǒng)評價模型（FSE）。

背景

全球食品問題一直備受關(guān)注，目前的食品系統(tǒng)養(yǎng)活了世界上絕大多數(shù)人口，但世界農(nóng)業(yè)面臨著重大挑戰(zhàn)，包括如何養(yǎng)活不斷增長的世界人口以及如何減少世界營養(yǎng)不良人口和發(fā)育遲緩兒童。同時，食品系統(tǒng)被認(rèn)為是全球環(huán)境變化最大原因之一，導(dǎo)致土壤退化，淡水資源枯竭等。因此如何全面合理地評價傳統(tǒng)的食品系統(tǒng)，并在此基礎(chǔ)上對公平和可持續(xù)進(jìn)行優(yōu)化是我們要考慮的問題。

模型假設(shè)

為了簡化問題，方便我們深入研究，我們做了以下基本假設(shè)，每一個假設(shè)都是合理的。我們假設(shè)一個食品系統(tǒng)是一個整體，不考慮其內(nèi)部不同區(qū)域的差異。該假設(shè)是我們深入研究的前提，一個系統(tǒng)內(nèi)部不同區(qū)域可能存在的政策、發(fā)展不均衡等差異。為了方便我們建立模型，我們選擇忽略此差異帶來的影響。我們假設(shè)各指標(biāo)的相對重要性不隨時間改變。此外，我們忽略了可能由于系統(tǒng)自身原因?qū)е轮笜?biāo)的相對重要性發(fā)生改變的因素。針對一個系統(tǒng)的權(quán)重不隨時間而發(fā)生改變。

食品評價系統(tǒng)

效率指標(biāo)

食品生產(chǎn)效率：在這一部分中，我們將從該國的谷物產(chǎn)量、可食用谷物總產(chǎn)量、人均耕地面積和每公頃谷物產(chǎn)量這四個方面計(jì)算生產(chǎn)效率，其中包括：各國食品總產(chǎn)量(噸每年)、人均耕地面積(畝).、每公頃食品產(chǎn)量(噸).。

盈利能力

食品進(jìn)出口額 ( 美元)：一國出口總額與進(jìn)口總額之差表示盈利盈余或盈利赤字。

公平

聯(lián)合國食品與農(nóng)業(yè)組織（FAO）先后對“食品安全”作過三次定義，提出由“食品供給、食物獲取、食物利用和其他3 個維度隨時間的穩(wěn)定性”構(gòu)成的食品安全框架。因此，本文以FAOSTAT 作為食品公平評價因子的數(shù)據(jù)來源，根據(jù)可用數(shù)據(jù)進(jìn)一步細(xì)化、完善食品公平框架，形成以食品供給、食物短缺、經(jīng)濟(jì)與政治穩(wěn)定性為二級指標(biāo)，人均食品產(chǎn)量等9 個變量為三級指標(biāo)的食品公平評價指標(biāo)體系。

食品供給情況

食物短缺情況

經(jīng)濟(jì)與政治不穩(wěn)定因素

可持續(xù)

在對食品系統(tǒng)進(jìn)行可持續(xù)性的評估時，我們參考了克里斯多夫·貝恩的論文中開發(fā)和提出的方法。環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的五個維度被列入分析。

空氣

水

在生產(chǎn)食品的過程中，一些生物過程會排放或產(chǎn)生導(dǎo)致國家河流或湖泊pH 值波動的物質(zhì)，故我們用水pH 值來反映食物系統(tǒng)對水質(zhì)的影響。農(nóng)業(yè)用水量（回收量）可以在一定程度上反映生產(chǎn)食物所需要的灌溉水量，從而反映食物系統(tǒng)對水資源的消耗水平。

農(nóng)業(yè)用地指直接或間接為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)所利用的土地；耕地指種植農(nóng)作物的土地。農(nóng)業(yè)用地占耕地的百分比來反映土地使用情況。

生 生

物物多多樣樣性

該指標(biāo)計(jì)算為農(nóng)業(yè)和林業(yè)一次能源占能源總產(chǎn)量的比重。用農(nóng)林能源用能占能源使用總量的比例的百分比代表食物系統(tǒng)能源使用情況。

權(quán)重指標(biāo)的確定

熵權(quán)法

按照信息論基本原理的解釋，信息是系統(tǒng)有序程度的一個度量，熵是系統(tǒng)無序程度的一個度量；根據(jù)信息熵的定義，對于某項(xiàng)指標(biāo)，可以用熵值來判斷某個指標(biāo)的離散程度，其信息熵值越小，指標(biāo)的離散程度越大， 該指標(biāo)對綜合評價的影響（即權(quán)重）就越大，如果某項(xiàng)指標(biāo)的值全部相等，則該指標(biāo)在綜合評價中不起作用。因此，本文使用熵權(quán)法(EWM)計(jì)算上述的27 個指標(biāo)。

首先采用標(biāo)準(zhǔn)0-1 變換和給定最優(yōu)區(qū)間法進(jìn)行無維歸一化，由于在指標(biāo)中有產(chǎn)生正向影響的指標(biāo)，也有產(chǎn)生負(fù)向作用的指標(biāo)，因此，為了使所有指標(biāo)值越大代表評分越高，

對正向影響的指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化轉(zhuǎn)換函數(shù)為：

對負(fù)向影響的指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化轉(zhuǎn)換函數(shù)為：

接下來，根據(jù)信息論中的自我信息和熵的定義，我們可以計(jì)算各評價指標(biāo)的信息熵

根據(jù)信息熵，我們可以進(jìn)一步計(jì)算各評價指標(biāo)的權(quán)重

在得到各評價指標(biāo)的權(quán)重后，我們即可通過賦權(quán)評分得到效率、盈利能力、可持續(xù)四個綜合指標(biāo)。將其簡寫為EFI，EAI，EQI 和SUI：

變異系數(shù)法

接下來，我們要采用變異系數(shù)法（CVM）進(jìn)一步將這四個綜合指標(biāo)整合為一個總指標(biāo)，直接評價一個食品系統(tǒng)。

變異系數(shù)的計(jì)算方式為：

最后我們根據(jù)這四個綜合指標(biāo)的權(quán)重，可以推導(dǎo)出食品系統(tǒng)評價總指標(biāo)，簡稱FSI：

結(jié)語

綜上所述，為了建立一個可以評價不同食品系統(tǒng)的模型，我們建立了多級指標(biāo)體系，從效率、盈利能力、公平和可持續(xù)發(fā)展四個方面引入了27 個與其密切相關(guān)的指標(biāo)。然后采用熵權(quán)法（EWM）和變異系數(shù)法（CVM）將指標(biāo)整合到食品系統(tǒng)指數(shù)（FSI）中，得到了食品系統(tǒng)評價模型（FSE1）。

該模型建立了一套較為完整的指標(biāo)體系，可以從效率、盈利能力、公平和可持續(xù)發(fā)展四個方面來評價一個食品系統(tǒng)，可為一個區(qū)域的政府或管理者調(diào)整其食品系統(tǒng)時提供參考，可以從單一角度來調(diào)整優(yōu)化其系統(tǒng)，也可以整體優(yōu)化。采用熵權(quán)法和變異系數(shù)法確定食品體系評價指標(biāo)的權(quán)重，保證了權(quán)重的客觀性，避免了單一方法可能帶來的主觀性或其他影響，且該模型適用于不同大小的食品系統(tǒng)，具有良好的適應(yīng)性。