夏文雪，韓靜艷，何明霞，崔 旭，張 兵

（1.天津師范大學(xué)天津市水資源與水環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津300387；2.天津師范大學(xué)地理與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，天津300387；3.天津農(nóng)學(xué)院水利工程學(xué)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(jì)和社會(huì)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(diǎn)[1-2].水的可持續(xù)利用與食物的安全保障是社會(huì)經(jīng)濟(jì)持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展的基本支柱[3].因此，探索食物消費(fèi)趨勢，保障水安全具有重要的現(xiàn)實(shí)意義.

20世紀(jì)90年代，英國學(xué)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(wù)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(fèi)，為緩解水資源短缺提供了新途徑[5].針對(duì)食物虛擬水、保障區(qū)域水安全和食物安全等問題，許多學(xué)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(guān)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(jìn)行研究，為保障水安全和糧食安全，促進(jìn)區(qū)域間水、糧食和經(jīng)濟(jì)等協(xié)同發(fā)展提供借鑒[11-12].目前，食物虛擬水消費(fèi)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(duì)城市群和經(jīng)濟(jì)區(qū)尺度的虛擬水研究相對(duì)較少.

地處海河流域的京津冀地區(qū)是北方重要的經(jīng)濟(jì)核心區(qū)和糧食主產(chǎn)區(qū)，屬于資源型嚴(yán)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(guān)鍵[17-18]，厘清食物消費(fèi)與虛擬水的關(guān)系可為京津冀食物消費(fèi)結(jié)構(gòu)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(jì)算京津冀口糧、蔬菜、魚肉蛋食物消費(fèi)量及食物虛擬水消費(fèi)量，從時(shí)間與空間、整體與局部的角度探索研究區(qū)內(nèi)食物消費(fèi)變化趨勢及其對(duì)虛擬水的影響，以期為食物的生產(chǎn)、消費(fèi)和農(nóng)業(yè)虛擬水流動(dòng)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(shí)段為2000—2018年，共計(jì)19 a，涉及的食物消費(fèi)數(shù)據(jù)包括人均口糧消費(fèi)量、人均蔬菜消費(fèi)量和人均魚肉蛋類消費(fèi)量，分別參照統(tǒng)計(jì)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(fèi)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(jì)年鑒》、《天津市統(tǒng)計(jì)年鑒》、《河北省統(tǒng)計(jì)年鑒》和《中國統(tǒng)計(jì)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(xiàn)[19]，部分食物消費(fèi)量參考文獻(xiàn)[20-23].此外，仍有部分食物消費(fèi)缺失數(shù)據(jù)，本文根據(jù)已有數(shù)據(jù)進(jìn)行插補(bǔ)延長處理，即對(duì)于某一年份缺失的消費(fèi)數(shù)據(jù)，利用其前后2個(gè)年份消費(fèi)數(shù)據(jù)取均值進(jìn)行插補(bǔ)；多個(gè)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(jìn)行延長處理.

1.2 研究方法

1.2.1 食物虛擬水消費(fèi)量

目前，虛擬水的定量計(jì)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(fèi)量計(jì)算某一食物（農(nóng)產(chǎn)品）虛擬水消費(fèi)量；后者借助研究區(qū)域投入產(chǎn)出表計(jì)算產(chǎn)品消費(fèi)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(fèi)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(jì)算京津冀食物虛擬水消費(fèi)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(chǔ)食物種類.食物虛擬水的計(jì)算主要用于分析居民單位食物消費(fèi)中所包含的虛擬水量，故基于消費(fèi)的食物虛擬水量化方法，食物虛擬水消費(fèi)量為

式（1）中：Pi為第i種食物的人均消費(fèi)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(jì)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(lán)水.由于綠水?dāng)?shù)據(jù)不易獲取，故參考文獻(xiàn)[25]對(duì)區(qū)域農(nóng)作物虛擬水的計(jì)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(yùn)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(shí)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(gòu)成和加工方式等因素不同，會(huì)導(dǎo)致畜牧產(chǎn)品虛擬水含量的差異.由于計(jì)算畜牧產(chǎn)品虛擬水含量的公式較為復(fù)雜，所以該部分虛擬水含量借鑒文獻(xiàn)[19]，相關(guān)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(dòng)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(jié)果與分析

2.1 京津冀地區(qū)居民食物消費(fèi)量

在整理京津冀地區(qū)統(tǒng)計(jì)年鑒中實(shí)際統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，得到2000—2018年京津冀各省市年人均食物消費(fèi)量以及消費(fèi)總量的變化情況，結(jié)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(fèi)總量整體下降，且3類食物消費(fèi)量存在差異，具體表現(xiàn)為人均口糧消費(fèi)量總體下降，人均蔬菜消費(fèi)量穩(wěn)定，人均魚肉蛋類消費(fèi)量上升.2000—2018年，研究區(qū)人均食物消費(fèi)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(fèi)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(fèi)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(fèi)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(fèi)量呈現(xiàn)波動(dòng)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(fèi)量表現(xiàn)為天津＞北京＞河北；天津魚肉蛋類消費(fèi)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(fèi)量逐年降低，動(dòng)物性食物消費(fèi)量持續(xù)增長，可能是因?yàn)榫用裆钏脚c消費(fèi)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(fèi)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(jìn)行計(jì)算，得到最佳人均口糧消費(fèi)量、人均蔬菜消費(fèi)量和人均魚肉蛋類消費(fèi)量分別為109.5~182.5、146.0~182.5和45.6~73.0 kg/a.結(jié)合人均食物攝入建議量最低標(biāo)準(zhǔn)，分析2018年京津冀地區(qū)人均食物消費(fèi)量，北京人均口糧消費(fèi)量和人均蔬菜消費(fèi)量分別為99.7 kg/a和106.5 kg/a，均低于最低人均攝入標(biāo)準(zhǔn)值；人均魚肉蛋類消費(fèi)量為55.0 kg/a，處于適宜范圍內(nèi).天津人均蔬菜消費(fèi)量為113.6 kg/a，比最低人均蔬菜攝入標(biāo)準(zhǔn)值（146.0 kg/a）少32.4 kg/a；人均口糧消費(fèi)量和人均魚肉蛋類消費(fèi)量均處于適宜范圍內(nèi).河北人均蔬菜消費(fèi)量僅為95.6 kg/a，為最低人均蔬菜攝入標(biāo)準(zhǔn)值的65.5%；人均魚肉蛋類消費(fèi)量為47.6 kg/a，略高于最低人均魚肉蛋攝入量標(biāo)準(zhǔn)值，超出2.3 kg/a；人均口糧消費(fèi)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(jié)構(gòu)及經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平等因素的不同造成不同地區(qū)食物消費(fèi)的差異[25].

2.2 京津冀居民食物消費(fèi)結(jié)構(gòu)

2000—2018 年京津冀地區(qū)居民年人均食物消費(fèi)結(jié)構(gòu)動(dòng)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(fèi)結(jié)構(gòu)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(dòng)物性食物消費(fèi)比重增加，植物性食物消費(fèi)比重下降，具體表現(xiàn)為動(dòng)物性食物消費(fèi)人均年增長率為2.48%；2000—2018年植物性食物消費(fèi)比重下降8.0%，但仍居主體地位.北京居民人均口糧消費(fèi)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(fèi)占比下降5.5%；人均魚肉蛋類消費(fèi)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(fèi)量占比由2000年的50.3%降低到2018年的43.1%；人均蔬菜消費(fèi)量占比波動(dòng)幅度絕對(duì)值為0.7%~1.6%，變化不大；人均魚肉蛋類消費(fèi)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(fèi)量逐年減少，年遞減率為1.5%.人均蔬菜消費(fèi)比重上升，2018年比2000年增加了3.8%.人均魚肉蛋類消費(fèi)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(fèi)結(jié)構(gòu)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(dòng)，部分植物性食物被動(dòng)物性食物所替代，食物消費(fèi)結(jié)構(gòu)向營養(yǎng)化、均衡化方向調(diào)整[27].

2.3 食物消費(fèi)對(duì)虛擬水的影響

在食物消費(fèi)中，水資源常以虛擬水的形式存在于食物中，因此食物消費(fèi)的改變會(huì)使食物虛擬水消費(fèi)量發(fā)生變化，2000—2018年京津冀地區(qū)居民食物虛擬水消費(fèi)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(fèi)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(fèi)差異顯著.口糧虛擬水消費(fèi)量略有下降，年均遞減率為0.10%；蔬菜虛擬水消費(fèi)量變化較小，2000—2018年均值為6.50×108m3；動(dòng)物性食物虛擬水消費(fèi)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?yàn)殡S著收入增加，居民開始追求更高的食物營養(yǎng)價(jià)值[26]，造成動(dòng)物性食物消費(fèi)量增加.北京口糧虛擬水消費(fèi)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(fèi)量呈減少趨勢，與2000年比，2018年減少了46.5%；動(dòng)物性食物虛擬水消費(fèi)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(fèi)量均呈增長趨勢，研究時(shí)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(fèi)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(dòng)物性食物虛擬水消費(fèi)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(fèi)量變化Fig.3 Food virtual water consumption change of residents in Beijing-Tianjin-Hebei region

食物虛擬水消費(fèi)量的大小取決于食物消費(fèi)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(dǎo)作用.動(dòng)物性食物消費(fèi)量占比的增加（圖2）和單位質(zhì)量動(dòng)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(fèi)量逐年增長的主要原因.食物消費(fèi)的不斷變化對(duì)水資源提出了更高的要求，食物虛擬水消費(fèi)可以直觀地反映居民食物消費(fèi)量的變化，為食物消費(fèi)模式的研究提供了新的視角[28].虛擬水消費(fèi)年際總量的變化客觀反映了一定時(shí)間內(nèi)京津冀地區(qū)食物虛擬水消費(fèi)總量的變化趨勢，體現(xiàn)了區(qū)域食物虛擬水消費(fèi)規(guī)模的差異[29].京津冀地區(qū)3類食物虛擬水消費(fèi)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(fèi)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(fèi)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(shí)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(jìn)，為保持種植作物的最低灌溉量，預(yù)計(jì)京津冀地區(qū)農(nóng)業(yè)用水量會(huì)維持在臨界值附近，而居民食物消費(fèi)虛擬水量會(huì)繼續(xù)增加.研究期內(nèi)北京食物虛擬水消費(fèi)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(shí)，區(qū)域內(nèi)食物消費(fèi)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(fèi)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(fèi)量的差異可能與當(dāng)?shù)厝丝谧兓闆r有關(guān).根據(jù)統(tǒng)計(jì)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(fèi)需求的增加，必然導(dǎo)致食物虛擬水消費(fèi)量的進(jìn)一步增長.人口結(jié)構(gòu)變化也會(huì)引起消費(fèi)需求的調(diào)整，使食物虛擬水消費(fèi)量進(jìn)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(jié)構(gòu)對(duì)口糧有正向影響，可能會(huì)使動(dòng)物性食物消費(fèi)增長減緩[30].此外，人口結(jié)構(gòu)還包括人口城鄉(xiāng)結(jié)構(gòu)，其變化也會(huì)對(duì)食物消費(fèi)產(chǎn)生一定影響[31]，后續(xù)研究應(yīng)進(jìn)一步分析.同時(shí)，虛擬水消費(fèi)總量變化與地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平相關(guān)，其總量的增長說明京津冀地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度加快，當(dāng)?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(fèi)和食物虛擬水消費(fèi)的變化，對(duì)區(qū)域糧食安全具有重要的理論意義和現(xiàn)實(shí)意義.在食物消費(fèi)結(jié)構(gòu)方面，動(dòng)物性食物消費(fèi)量不斷增加，植物性食物消費(fèi)量下降.食物消費(fèi)結(jié)構(gòu)的變動(dòng)會(huì)影響糧食供需平衡，對(duì)糧食安全提出了新的要求.在虛擬水方面，需加強(qiáng)對(duì)虛擬水含量較高的食物的進(jìn)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(yīng)加強(qiáng)水資源管理，合理運(yùn)用虛擬水戰(zhàn)略.此外，北京和天津?yàn)樘摂M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(huì)導(dǎo)致京津冀地區(qū)水資源外部依賴性加劇，對(duì)輸入地區(qū)水資源提出了更高的要求，應(yīng)通過加強(qiáng)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(fèi)結(jié)構(gòu)的變化，結(jié)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(chǔ)備和供應(yīng)，保障糧食安全.

3 結(jié)論

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

（1）京津冀地區(qū)食物消費(fèi)總量在研究時(shí)段內(nèi)整體呈現(xiàn)下降趨勢，食物消費(fèi)結(jié)構(gòu)也發(fā)生改變，具體表現(xiàn)為動(dòng)物性食物消費(fèi)占比上升，植物性食物消費(fèi)占比下降.與中國居民膳食均衡標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比可知，若京津冀地區(qū)居民人均食物消費(fèi)均達(dá)到膳食標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，人均食物消費(fèi)總量至少還需增加129.8 kg/a，食物消費(fèi)結(jié)構(gòu)將會(huì)不斷調(diào)整.

（2）食物消費(fèi)結(jié)構(gòu)及單位質(zhì)量食物虛擬水含量是虛擬水消費(fèi)增加的主要驅(qū)動(dòng)因素.區(qū)域內(nèi)居民食物虛擬水消費(fèi)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(fèi)變化的原因，其數(shù)量和結(jié)構(gòu)的變化直接影響食物的消費(fèi)需求.河北水資源及食物虛擬水消費(fèi)總量居京津冀地區(qū)首位，需進(jìn)一步關(guān)注該地區(qū)水資源利用情況.

（3）堅(jiān)果、油脂和奶類等食物均含有虛擬水，其變化也會(huì)對(duì)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(chǔ)食物消費(fèi)量變化及其對(duì)虛擬水的影響，未分析油脂和奶類等食物消費(fèi)的變化.擬計(jì)劃在下一步研究中，擴(kuò)大食物種類的研究范圍，考慮貿(mào)易等因素，細(xì)化虛擬水流動(dòng)路徑，構(gòu)建區(qū)域食物虛擬水圖譜.