基于層次分析法和熵權法的糧食系統評價模型

許貝恒 董宇軒 顧展豪

摘要：在世界快速發展下，糧食系統已有很大發展，但是糧食體系當下的狀態并不盡如人意，發展可持續性迫在眉睫。為了使各國或地區對自己的糧食系統有一個全面而又明確的認識和衡量，我們從每個收入群體中選取5個具有代表性的國家，共構建了20個國家的樣本。我們將層次分析法（AHP）和熵權法（EWM）相結合，構建了糧食系統評價模型。當我們選擇20個發展水平不同的國家進行分析時，我們發現它們在三個頂級指標上的差異比在目標水平上的差異要大得多。

關鍵詞：糧食體系；層次分析法；熵權法

1. 背景

在世界各國的共同努力下，一個傳承了幾個世紀的社會、經濟和技術發展的全球糧食體系已經構建起來。代表聯合國世界糧食安全委員會（CFS）科學-政策界面的高級別專家小組（HLPE）將糧食系統定義為包括與糧食生產、加工、分配、準備和消費相關的所有要素和活動，用于其治理的市場和機構網絡，以及這些活動的社會-經濟和環境成果（HLPE，2017）。

當前全球糧食系統取得了重大成就。2007-2017年，農業增加值在10年內從1.94萬億美元增長到3.324萬億美元，谷物產量在10年內增長27.3%。但同時，這一制度的弊端也非常明顯。它的重點在于效率和盈利能力，即使是以犧牲社會公平和生態可持續性為代價。當前的糧食體系并不像我們想象的那樣穩定，因此構建可持續的糧食體系迫在眉睫。可持續性意味著在不損害子孫后代滿足自身需求的能力的情況下，滿足我們的需求。除了自然資源，我們還需要社會和經濟資源。在大多數可持續發展的定義中，我們也發現了對社會公平和經濟發展的擔憂。

2. 食品系統評價模型

2.1指標選擇

今天，盡管我們的糧食系統在經濟上是相當有生產力的，但對社會和生態方面的關注卻很少，因此造成了相當大的破壞。毫無疑問，在經濟效益（效率和盈利）、社會效益（公平）和生態效益（可持續性）之間保持平衡是至關重要的。因此，我們構建的評價模型包含了上述三個因素。為保證模型的準確性和明確性，將模型分為目標層A、頂層指標B和子指標C三個層次，進一步選取既便于獲取又便于比較的指標，從不同角度反映一個區域的食物系統。最后，將11個子指標分為經濟、社會和生態三大類，構建了食物系統的三級評價模型。

（1）經濟指標FSEI1

谷物產量（千克/公頃）：以每公頃收獲的土地千克為單位。它反映了農業單位生產能力。糧食產量高（千克/公頃），表明該地區農業生產效益很大。

物流績效指數：它反映了與貿易和運輸相關的基礎設施的質量。如果物流績效指數很高，那么這個地區的食品運輸，無論是進口、出口還是在本國幾乎不流通，都是相當高效的。

農業人均國內生產總值：是指一個部門的凈產出加上全部產出減去中間投入后的平均數，反映了一個地區的農業經濟發展狀況。農業人均GDP越高，區域農業經濟盈利能力越強。

（2）社會指標FSEI2

人均糧食產量（KG）：指的是一國的平均糧食產量，反映了理論上個人獲得糧食的可獲得性。人均糧食產量的高水平表明，這個國家的人們更有可能（盡管不一定）有足夠的糧食。

嚴重糧食不安全的流行率：指生活在被歸類為嚴重糧食不安全的家庭中的人口所占的百分比。如果一個家庭中至少有一個成年人報告說，在一年中的某些時候接觸到了FIE問題中描述的幾種最嚴重的經歷，那么這個家庭就被歸類為嚴重的糧食不安全。指標越高，情況就越糟糕。

營養不良患病率（占人口百分比）：指低于膳食能量消耗最低水平的人口，指的是食物攝入量不足以持續滿足膳食能量需求的人口所占的百分比。這一指標的高水平表明，該國人民更有可能遭受營養不良之苦。

中學入學率（占總人數的%）：指不分年齡的中學招生總數對該年齡段人口的影響，反映了本地區的教育水平。該指標越高，該地區的受教育程度通常就越高。

農業人口相對收入水平：指農村人均國內生產總值與全國人均國內生產總值之比，反映了糧食系統勞動者受到的待遇。水平越高，他們得到的待遇就越好。

（3）生態指標FSEI3

耕地面積比例：耕地包括短期農作物用地（種植兩熟作物只計算一次）、短期割草或放牧用地、菜園和私家菜園、臨時休閑用地。不包括因改變耕作方式而休耕的土地。這一指標反映了一定地區農業擴張的速度。指標越高，反映出農業擴張越快，對生態系統的影響越大，生態可持續性越差。

人均二氧化碳排放量：指該地區的人均二氧化碳排放量。它們包括固體、液體和氣體燃料以及天然氣燃燒過程中產生的二氧化碳。它是反映一個地區自然環境和生態系統可持續性的重要指標。一個地區的人均二氧化碳排放量越高，該地區的生態系統就越脆弱，可持續性就越差。

含氮量：土壤含氮量是指該地區土壤中氮素的比例，反映了該地區土地的健康程度和集約化程度。當土壤含氮量高于一定值時，反映出該地區土壤集約化程度過高，可持續性變差。

2.2 數據規范化

選擇用來評估這些指標的數據來自各種數據庫，包括世界銀行。值得注意的是，如果沒有特定地區的數據，我們不會為了獲得最準確的結果而評估該地區的食物系統。

經過深思熟慮，根據世界銀行的說法，我們將世界上所有的國家按收入分為四類：高收入、中等收入、中低收入和低收入。我們從每個收入群體中選取5個具有代表性的國家，共構建了20個國家的樣本。值得注意的是，評價指標既有正負指標，也有正負指標，大多數指標在維度上存在差異，我們采用以下歸一化方法對數據進行歸一化處理。

在對我們所獲得的數據進行分析的過程中，我們發現它們可以分為兩類。符號+表示對于指標而言，越高越好。同樣，符號？表示越低越好。

2.3 權重測定

指標權重的確定至關重要，直接影響評價結果的準確性。熵權法（EWM）是一種客觀賦權方法。為此，我們利用該方法來確定指標的權重。

首先，我們將第i個國家第j個指標除以所有國家第j個指標的加總之和，計算得出第i個國家該指標的權重。

根據信息論領域中的自信息和熵的概念，可以計算出每個評價指標的信息熵ej ，即用每個國家該指標的權重乘以權重的自然對數并相加，最后乘以乘數k，其中k=1/log（n）且n=20。

接下來，我們將1減去信息熵得到變異系數gj 。

最后，用每一個指標的變異系數除以所有指標變異系數的加總，進一步計算得到前面定義的各個評價指標的權重Wj 。

在確定每個子指標的權重后，我們將每個子指標加權并求和，得到三個頂級指標的得分：

其中m等于每個指示器的子指示器的數目。

其次，在征求專家意見的基礎上，考慮到當前形勢的緊迫性，運用層次分析法計算出權重。

3. 結論

當我們選擇20個發展水平不同的國家進行分析時，發現它們在三個頂級指標上的差異比在目標水平上的差異要大得多。如圖1所示，與發達國家相比，發展水平相當低的國家在FSEI1中得分較低，但在FSEI3中得分明顯較高。例如，阿富汗在FSEI1上的得分為0.94，幾乎是德國的兩倍，后者的得分為0.44。然而，這兩個國家在FSEI1方面相去甚遠，因為阿富汗的得分只有0.035分，而德國的得分為0.47分。至于FSEI2，差別不是很大，但確實存在發達國家表現好于發展中國家的模式。