京津冀地區(qū)居民食物消費變化及其對虛擬水的影響

夏文雪，韓靜艷，何明霞，崔 旭，張 兵

（1.天津師范大學天津市水資源與水環(huán)境重點實驗室，天津300387；2.天津師范大學地理與環(huán)境科學學院，天津300387；3.天津農(nóng)學院水利工程學院，天津300392）

食物和水是人類生存發(fā)展的前提條件，是影響地區(qū)經(jīng)濟和社會發(fā)展的兩大戰(zhàn)略資源，也是保障地區(qū)可持續(xù)發(fā)展的基本支撐點[1-2].水的可持續(xù)利用與食物的安全保障是社會經(jīng)濟持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展的基本支柱[3].因此，探索食物消費趨勢，保障水安全具有重要的現(xiàn)實意義.

20世紀90年代，英國學者Allan[4]首次提出虛擬水的概念，用于表示產(chǎn)品生產(chǎn)和服務中所需的水資源數(shù)量，保障區(qū)域的水和糧食安全.虛擬水連接水、糧食和人口消費，為緩解水資源短缺提供了新途徑[5].針對食物虛擬水、保障區(qū)域水安全和食物安全等問題，許多學者從虛擬水理論及前景綜述[6]、方法與展望[7]、合理協(xié)調(diào)水-糧食關系[1，8]、居民膳食水足跡[9]以及食物虛擬水貿(mào)易[10]等方面進行研究，為保障水安全和糧食安全，促進區(qū)域間水、糧食和經(jīng)濟等協(xié)同發(fā)展提供借鑒[11-12].目前，食物虛擬水消費的研究多集中于全球[13]、國家[14-15]和省市[16]區(qū)域尺度，而針對城市群和經(jīng)濟區(qū)尺度的虛擬水研究相對較少.

地處海河流域的京津冀地區(qū)是北方重要的經(jīng)濟核心區(qū)和糧食主產(chǎn)區(qū)，屬于資源型嚴重缺水地區(qū)，人口高度集聚、食物需求量巨大以及水資源短缺問題是阻礙該地區(qū)高速發(fā)展的關鍵[17-18]，厘清食物消費與虛擬水的關系可為京津冀食物消費結構調(diào)整和農(nóng)業(yè)水資源高效利用提供參考.本研究通過定量計算京津冀口糧、蔬菜、魚肉蛋食物消費量及食物虛擬水消費量，從時間與空間、整體與局部的角度探索研究區(qū)內(nèi)食物消費變化趨勢及其對虛擬水的影響，以期為食物的生產(chǎn)、消費和農(nóng)業(yè)虛擬水流動提供參考.

1 數(shù)據(jù)與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

本文的研究時段為2000—2018年，共計19 a，涉及的食物消費數(shù)據(jù)包括人均口糧消費量、人均蔬菜消費量和人均魚肉蛋類消費量，分別參照統(tǒng)計年鑒中糧食（原糧）、鮮菜以及肉類、魚類和蛋類的數(shù)據(jù).2000—2018年，北京、天津和河北的食物消費數(shù)據(jù)、人口數(shù)據(jù)和水資源總量數(shù)據(jù)主要來源于《北京市統(tǒng)計年鑒》、《天津市統(tǒng)計年鑒》、《河北省統(tǒng)計年鑒》和《中國統(tǒng)計年鑒》.京津冀地區(qū)各食物的單位質(zhì)量虛擬水含量參照文獻[19]，部分食物消費量參考文獻[20-23].此外，仍有部分食物消費缺失數(shù)據(jù)，本文根據(jù)已有數(shù)據(jù)進行插補延長處理，即對于某一年份缺失的消費數(shù)據(jù)，利用其前后2個年份消費數(shù)據(jù)取均值進行插補；多個年份數(shù)據(jù)缺失的情況則利用Origin軟件做擬合曲線，選擇最優(yōu)曲線，進行延長處理.

1.2 研究方法

1.2.1 食物虛擬水消費量

目前，虛擬水的定量計算方法主要有2種，分別為自上而下法（如生產(chǎn)樹法）和自下而上法（如投入產(chǎn)出法）.前者根據(jù)食物（農(nóng)產(chǎn)品）的消費量計算某一食物（農(nóng)產(chǎn)品）虛擬水消費量；后者借助研究區(qū)域投入產(chǎn)出表計算產(chǎn)品消費中資源的使用量等數(shù)據(jù)，直接或間接地得到區(qū)域食物虛擬水消費量及貿(mào)易量.本文未研究區(qū)域間貿(mào)易聯(lián)系，故采用第1種方法計算京津冀食物虛擬水消費量.由于食物種類較多，根據(jù)《中國居民膳食指南》（2016版）[24]（以下簡稱中國膳食寶塔）選取口糧、蔬菜和魚肉蛋3類基礎食物種類.食物虛擬水的計算主要用于分析居民單位食物消費中所包含的虛擬水量，故基于消費的食物虛擬水量化方法，食物虛擬水消費量為

式（1）中：Pi為第i種食物的人均消費量，單位為kg；Wi為第i種食物的單位虛擬水含量，單位為m3/kg.

1.2.2 農(nóng)作物虛擬水含量

農(nóng)作物單位質(zhì)量虛擬水含量的計算可用農(nóng)作物生長發(fā)育過程中消耗的水資源量除以農(nóng)作物的總產(chǎn)量，其中農(nóng)作物所消耗的水資源按照來源不同分為綠水和藍水.由于綠水數(shù)據(jù)不易獲取，故參考文獻[25]對區(qū)域農(nóng)作物虛擬水的計算方法，得到農(nóng)作物單位質(zhì)量虛擬水含量為

式（2）中：Wcrop，j為第j種農(nóng)作物單位質(zhì)量的虛擬水含量，單位為m3/kg；mj為農(nóng)作物j的產(chǎn)量，單位為kg.

1.2.3 畜牧產(chǎn)品虛擬水含量

畜牧產(chǎn)品中蘊含的虛擬水含量取決于畜牧的種類以及加工畜牧產(chǎn)品時消耗的水資源量[25].不同地區(qū)飼養(yǎng)方式、地理位置、飼料構成和加工方式等因素不同，會導致畜牧產(chǎn)品虛擬水含量的差異.由于計算畜牧產(chǎn)品虛擬水含量的公式較為復雜，所以該部分虛擬水含量借鑒文獻[19]，相關數(shù)據(jù)如表1所示.本文研究的畜牧產(chǎn)品范圍為魚肉蛋類動物性食物，包括肉類（豬肉、禽類、牛羊肉）、魚類和蛋類.

表1 食物單位虛擬水含量Tab.1 Virtual water content of per food unit

2 結果與分析

2.1 京津冀地區(qū)居民食物消費量

在整理京津冀地區(qū)統(tǒng)計年鑒中實際統(tǒng)計數(shù)據(jù)的基礎上，得到2000—2018年京津冀各省市年人均食物消費量以及消費總量的變化情況，結果如圖1所示.

由圖1可以看出，京津冀地區(qū)人均食物消費總量整體下降，且3類食物消費量存在差異，具體表現(xiàn)為人均口糧消費量總體下降，人均蔬菜消費量穩(wěn)定，人均魚肉蛋類消費量上升.2000—2018年，研究區(qū)人均食物消費總量歷年均值為285.9 kg/a，下降幅度為4.4%（圖1（a））.北京、天津和河北的人均口糧消費量年均變化率分別為0.06%、-0.25%和-1.50%.與2000年相比，2018年北京、天津和河北的人均口糧消費量均有所下降，下降比例分別為2.38%、6.82%和27.09%（圖1（b））.北京人均蔬菜消費量呈階段性增減變化，整體為下降趨勢，年均變化率為1.3%；天津和河北人均蔬菜消費量呈現(xiàn)波動上升趨勢，年遞增率分別為8.8%和0.8%（圖1（c））.2002—2018年京津冀人均魚肉蛋類消費量表現(xiàn)為天津＞北京＞河北；天津魚肉蛋類消費量增幅最大，為67.1%；其次為河北，增長了52.5%；同期北京增長幅度最小，為36.8%（圖1（d））.京津冀地區(qū)植物性食物消費量逐年降低，動物性食物消費量持續(xù)增長，可能是因為居民生活水平與消費質(zhì)量不斷提高[26].

圖1 京津冀地區(qū)居民年人均食物消費量的變化情況Fig.1 Change of annual per capita food consumption of residents in Beijing-Tianjin-Hebei region

根據(jù)中國膳食寶塔[24]（2016版）中食物攝入量的建議數(shù)據(jù)進行計算，得到最佳人均口糧消費量、人均蔬菜消費量和人均魚肉蛋類消費量分別為109.5~182.5、146.0~182.5和45.6~73.0 kg/a.結合人均食物攝入建議量最低標準，分析2018年京津冀地區(qū)人均食物消費量，北京人均口糧消費量和人均蔬菜消費量分別為99.7 kg/a和106.5 kg/a，均低于最低人均攝入標準值；人均魚肉蛋類消費量為55.0 kg/a，處于適宜范圍內(nèi).天津人均蔬菜消費量為113.6 kg/a，比最低人均蔬菜攝入標準值（146.0 kg/a）少32.4 kg/a；人均口糧消費量和人均魚肉蛋類消費量均處于適宜范圍內(nèi).河北人均蔬菜消費量僅為95.6 kg/a，為最低人均蔬菜攝入標準值的65.5%；人均魚肉蛋類消費量為47.6 kg/a，略高于最低人均魚肉蛋攝入量標準值，超出2.3 kg/a；人均口糧消費量處于適宜范圍內(nèi).京津冀三省市人均食物攝入量存在差異的原因可能是城鄉(xiāng)人口結構及經(jīng)濟發(fā)展水平等因素的不同造成不同地區(qū)食物消費的差異[25].

2.2 京津冀居民食物消費結構

2000—2018 年京津冀地區(qū)居民年人均食物消費結構動態(tài)變化情況如圖2所示.

圖2 京津冀地區(qū)居民年人均食物消費結構的變化情況Fig.2 Changes in per capita food consumption structure of residents in Beijing-Tianjin-Hebei region

由圖2（a）可知，京津冀地區(qū)動物性食物消費比重增加，植物性食物消費比重下降，具體表現(xiàn)為動物性食物消費人均年增長率為2.48%；2000—2018年植物性食物消費比重下降8.0%，但仍居主體地位.北京居民人均口糧消費量占總量的比重由2000年的17.3%上升到2018年的19.1%；同期，人均蔬菜消費占比下降5.5%；人均魚肉蛋類消費增長緩慢，所占比例由2000年的6.8%增加到2018年的10.5%（圖2（b））.天津居民人均口糧消費量占比由2000年的50.3%降低到2018年的43.1%；人均蔬菜消費量占比波動幅度絕對值為0.7%~1.6%，變化不大；人均魚肉蛋類消費量總體呈現(xiàn)增長趨勢，年遞增率為3.3%（圖2（c））.河北省居民人均口糧消費量逐年減少，年遞減率為1.5%.人均蔬菜消費比重上升，2018年比2000年增加了3.8%.人均魚肉蛋類消費比重由2000年的10.4%增加到2018年的17.6%，年遞增率為2.4%（圖2（d））.食物消費結構的變化說明隨著收入和生產(chǎn)力水平的提高，受需求的驅(qū)動，部分植物性食物被動物性食物所替代，食物消費結構向營養(yǎng)化、均衡化方向調(diào)整[27].

2.3 食物消費對虛擬水的影響

在食物消費中，水資源常以虛擬水的形式存在于食物中，因此食物消費的改變會使食物虛擬水消費量發(fā)生變化，2000—2018年京津冀地區(qū)居民食物虛擬水消費量的變化情況如圖3所示.

由圖3可以看出，京津冀地區(qū)食物虛擬水消費量整體呈上升趨勢，魚肉蛋虛擬水變化幅度大，蔬菜虛擬水變化小，區(qū)域間食物虛擬水消費差異顯著.口糧虛擬水消費量略有下降，年均遞減率為0.10%；蔬菜虛擬水消費量變化較小，2000—2018年均值為6.50×108m3；動物性食物虛擬水消費量顯著上升，年均遞增率為4.4%，2005—2006年增長最快，幅度為24.9%（圖3（a）），這可能是因為隨著收入增加，居民開始追求更高的食物營養(yǎng)價值[26]，造成動物性食物消費量增加.北京口糧虛擬水消費量呈增長趨勢，2018年（1.98×109m3）較2000年（1.10×109m3）增長了75.40%；蔬菜虛擬水消費量呈減少趨勢，與2000年比，2018年減少了46.5%；動物性食物虛擬水消費呈增長趨勢，2018年較2000年增長了79.8%（圖3（b））.天津口糧、蔬菜和魚肉蛋3類食物虛擬水消費量均呈增長趨勢，研究時段年均遞增率分別為2.5%、2.6%和4.2%（圖3（c））.2018年河北口糧虛擬水消費量為4.90×109m3，較2000年的6.15×109m3減少了20.2%；此外，2018年蔬菜和動物性食物虛擬水消費量分別比2000年的2.60×108m3和4.19×108m3增長了39.4%和137.0%（圖3（d））.

圖3 京津冀地區(qū)居民食物虛擬水消費量變化Fig.3 Food virtual water consumption change of residents in Beijing-Tianjin-Hebei region

食物虛擬水消費量的大小取決于食物消費量及單位食物虛擬水含量，其中單位食物虛擬水含量起主導作用.動物性食物消費量占比的增加（圖2）和單位質(zhì)量動物性食物虛擬水含量較高（表1）是京津冀地區(qū)食物虛擬水消費量逐年增長的主要原因.食物消費的不斷變化對水資源提出了更高的要求，食物虛擬水消費可以直觀地反映居民食物消費量的變化，為食物消費模式的研究提供了新的視角[28].虛擬水消費年際總量的變化客觀反映了一定時間內(nèi)京津冀地區(qū)食物虛擬水消費總量的變化趨勢，體現(xiàn)了區(qū)域食物虛擬水消費規(guī)模的差異[29].京津冀地區(qū)3類食物虛擬水消費之和以及歷年農(nóng)業(yè)用水量的變化情況如表2所示.

表2 京津冀地區(qū)食物消費虛擬水與農(nóng)業(yè)用水量變化Tab.2 Changes of food consumption virtual water and agricultural water consumption in Beijing-Tianjin-Hebei region

由表2可以看出，2000—2018年，京津冀地區(qū)歷年虛擬水消費總量均高于農(nóng)業(yè)用水量，兩者差值逐年增加，且省市差異顯著.研究時段內(nèi)，北京、天津和河北農(nóng)業(yè)用水量均呈下降趨勢，歷年均值分別為1.10×109、1.18×109和1.44×1010m3.隨著節(jié)水農(nóng)業(yè)的逐步推進，為保持種植作物的最低灌溉量，預計京津冀地區(qū)農(nóng)業(yè)用水量會維持在臨界值附近，而居民食物消費虛擬水量會繼續(xù)增加.研究期內(nèi)北京食物虛擬水消費量增速最快，年均遞增率為4.1%；其次為天津，年均遞增率為3.6%；增速最小的是河北，年均遞增率為2.2%.同時，區(qū)域內(nèi)食物消費虛擬水與農(nóng)業(yè)用水量的差值逐漸變大，2000—2018年，北京、天津和河北食物消費虛擬水與農(nóng)業(yè)用水量差值分別提高了1.37倍、1.03倍和2.87倍.截至2018年，河北食物虛擬水總量在京津冀地區(qū)占比最大，約占區(qū)域虛擬水總量的64.0%；北京次之，約占20.6%.

區(qū)域間食物虛擬水消費量的差異可能與當?shù)厝丝谧兓闆r有關.根據(jù)統(tǒng)計年鑒中的人口數(shù)據(jù)，北京、天津和河北的常住人口數(shù)不斷增加，分別由2000年的1 363.6萬人、1 001.1萬人和6 674.0萬人增長到2018年的2 154.2萬人、1 559.6萬人和7 556.0萬人，人口數(shù)量的增加引起消費需求的增加，必然導致食物虛擬水消費量的進一步增長.人口結構變化也會引起消費需求的調(diào)整，使食物虛擬水消費量進一步上升.京津冀65歲以上老年人口的比重分別由2000年的8.36%、8.33%和6.86%增長到2018年的11.3%、10.9%和12.7%，地區(qū)人口老齡化程度加深.人口結構對口糧有正向影響，可能會使動物性食物消費增長減緩[30].此外，人口結構還包括人口城鄉(xiāng)結構，其變化也會對食物消費產(chǎn)生一定影響[31]，后續(xù)研究應進一步分析.同時，虛擬水消費總量變化與地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展水平相關，其總量的增長說明京津冀地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展速度加快，當?shù)鼐用裆钏讲粩嗵岣遊14].

本研究討論了京津冀地區(qū)食物消費和食物虛擬水消費的變化，對區(qū)域糧食安全具有重要的理論意義和現(xiàn)實意義.在食物消費結構方面，動物性食物消費量不斷增加，植物性食物消費量下降.食物消費結構的變動會影響糧食供需平衡，對糧食安全提出了新的要求.在虛擬水方面，需加強對虛擬水含量較高的食物的進口，合理開展地區(qū)間虛擬水貿(mào)易.京津冀地區(qū)為水資源短缺地區(qū)，在虛擬水消耗持續(xù)增加的過程中，應加強水資源管理，合理運用虛擬水戰(zhàn)略.此外，北京和天津為虛擬水凈流入?yún)^(qū)，河北為虛擬水凈流出區(qū)，總體上屬于虛擬水凈流入地區(qū)[32]，這可能會導致京津冀地區(qū)水資源外部依賴性加劇，對輸入地區(qū)水資源提出了更高的要求，應通過加強水資源管理提高水資源的利用效率.因此，從食物虛擬水角度出發(fā)，通過研究京津冀地區(qū)食物消費結構的變化，結合食物虛擬水變化情況，為京津冀協(xié)同發(fā)展做好糧食儲備和供應，保障糧食安全.

3 結論

本研究基于虛擬水視角對京津冀地區(qū)口糧、蔬菜和魚肉蛋3類食物消費變化特征進行分析，在此基礎上探討了食物消費變化對食物虛擬水消費的影響，得到以下結論：

（1）京津冀地區(qū)食物消費總量在研究時段內(nèi)整體呈現(xiàn)下降趨勢，食物消費結構也發(fā)生改變，具體表現(xiàn)為動物性食物消費占比上升，植物性食物消費占比下降.與中國居民膳食均衡標準對比可知，若京津冀地區(qū)居民人均食物消費均達到膳食標準范圍內(nèi)，人均食物消費總量至少還需增加129.8 kg/a，食物消費結構將會不斷調(diào)整.

（2）食物消費結構及單位質(zhì)量食物虛擬水含量是虛擬水消費增加的主要驅(qū)動因素.區(qū)域內(nèi)居民食物虛擬水消費量呈逐年上升趨勢，年均增加3.92×1010m3.此外，人口因素也是食物虛擬水消費變化的原因，其數(shù)量和結構的變化直接影響食物的消費需求.河北水資源及食物虛擬水消費總量居京津冀地區(qū)首位，需進一步關注該地區(qū)水資源利用情況.

（3）堅果、油脂和奶類等食物均含有虛擬水，其變化也會對區(qū)域食物虛擬水產(chǎn)生影響.本文僅分析了口糧、蔬菜和魚肉蛋3類基礎食物消費量變化及其對虛擬水的影響，未分析油脂和奶類等食物消費的變化.擬計劃在下一步研究中，擴大食物種類的研究范圍，考慮貿(mào)易等因素，細化虛擬水流動路徑，構建區(qū)域食物虛擬水圖譜.