冼超凡,歐陽(yáng)志云
1 中國(guó)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心,城市與區(qū)域生態(tài)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100085 2 中國(guó)科學(xué)院大學(xué),北京 100049
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城鄉(xiāng)居民食物氮足跡估算及其動(dòng)態(tài)分析
——以北京市為例
冼超凡1,2,歐陽(yáng)志云1,*
1 中國(guó)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心,城市與區(qū)域生態(tài)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京100085 2 中國(guó)科學(xué)院大學(xué),北京100049
摘要:氮足跡作為一種評(píng)價(jià)氮排放影響的新興測(cè)度方法,已被用來(lái)衡量人類(lèi)活動(dòng)造成的環(huán)境影響。食物消費(fèi)是城市營(yíng)養(yǎng)元素流動(dòng)的重要環(huán)節(jié),其產(chǎn)生的氮足跡反映了維持一個(gè)城市人口的基本食物需求所導(dǎo)致的活性氮排放以及對(duì)周邊環(huán)境的影響。以北京市為例,基于N-Calculator模型的基礎(chǔ)上,估算了1980—2012年居民食物氮足跡,分析其變化特點(diǎn)及其與經(jīng)濟(jì)社會(huì)因素之間的關(guān)系。結(jié)果表明:北京市居民人均食物氮足跡變化與食物消費(fèi)量變化趨勢(shì)相似,城鎮(zhèn)居民氮足跡呈持續(xù)增長(zhǎng)后漸趨平穩(wěn),在14.69—22.58 kg(N)/a之間波動(dòng),平均為17.78 kg(N)/a,接近發(fā)達(dá)國(guó)家水平;農(nóng)村居民氮足跡呈小幅減少趨勢(shì),在10.81—15.28 kg(N)/a之間波動(dòng),平均為12.72 kg(N)/a。其中,高氮含量食物在城鄉(xiāng)居民人均食物氮足跡中所占比例都有所增加,以肉類(lèi)為主的葷食比例分別由27%和10%上升至41%和31%;以奶類(lèi)為主的副食比例由7%和1%上升至18%和13%。城鎮(zhèn)居民食物氮足跡與人均可支配收入呈正相關(guān),與恩格爾系數(shù)和平均家庭人口數(shù)呈負(fù)相關(guān),而農(nóng)村居民食物氮足跡與各因子的相關(guān)關(guān)系則與前者相反。此外,北京市食物氮足跡總體呈增長(zhǎng)趨勢(shì),年均增加約8066 t(N)/a。城鎮(zhèn)居民當(dāng)前的飲食消費(fèi)模式不利于減緩北京區(qū)域食物氮足跡高通量的劇增趨勢(shì),更多的農(nóng)村及外來(lái)人口進(jìn)入城鎮(zhèn)將加速區(qū)域氮足跡增長(zhǎng)。食物氮足跡的估算能為居民改變高氮消費(fèi)模式提供參考,進(jìn)而促進(jìn)城市的低氮發(fā)展。
關(guān)鍵詞:城鄉(xiāng)居民;食物消費(fèi);氮足跡;氮計(jì)算模型;北京市
居民生活消費(fèi)是城市營(yíng)養(yǎng)元素代謝的主要驅(qū)動(dòng)力,而食物消費(fèi)是生活消費(fèi)的重要組成部分[1- 2]。隨著社會(huì)發(fā)展和經(jīng)濟(jì)水平的提高,人們的食物消費(fèi)需求不斷增長(zhǎng),食物消費(fèi)模式和飲食偏好也隨之發(fā)生改變。伴隨著食物的生產(chǎn)和消費(fèi),營(yíng)養(yǎng)元素氮通過(guò)食物鏈在城市中流動(dòng),但是,其中能被人類(lèi)有效吸收利用的部分只占小比例,大部分氮素都在生產(chǎn)過(guò)程中流失到環(huán)境,同時(shí)城市相對(duì)高的食物需求也驅(qū)動(dòng)著城郊地區(qū)高通量的食物氮生產(chǎn),增加了區(qū)域氮負(fù)荷量[3]。相關(guān)研究發(fā)現(xiàn),素食或肉食飲食方式能提供給人類(lèi)的蛋白質(zhì)中氮量?jī)H為生產(chǎn)投入的20%,即生產(chǎn)過(guò)程中絕大部分氮素都排放到環(huán)境[4],過(guò)量的氮素累積易導(dǎo)致酸雨、光化學(xué)煙霧和水體富營(yíng)養(yǎng)化等環(huán)境問(wèn)題[3],故城市居民食物消費(fèi)是氮污染產(chǎn)生的主要源頭之一。
氮足跡是繼生態(tài)足跡、碳足跡、水足跡等足跡研究后又一研究熱點(diǎn)[5],其可以定量評(píng)價(jià)人類(lèi)生產(chǎn)與生活方式對(duì)氮素排放的影響。氮足跡定義可借鑒碳足跡的概念理解為:產(chǎn)品或服務(wù)在其生產(chǎn)、運(yùn)輸、儲(chǔ)存以及消費(fèi)過(guò)程中直接或間接排放的活化氮總和[6]。在2010年末, Leach等[7]開(kāi)發(fā)了用于計(jì)算個(gè)人、家庭以及國(guó)家氮足跡的在線模型(N-Calculator,http://n- print.org),目前該模型能估算出美國(guó)、德國(guó)、荷蘭和英國(guó)的人均氮足跡,年均值分別約為38.0、23.6、23.0和27.1 kg,其中食物氮占有很大比例,分別占總氮足跡的73%、72%、88%和85%[8- 9]。由此可見(jiàn),個(gè)人食物氮足跡的減少是減輕城市氮代謝包袱的重要一部分[10]。雖然此模型目前不能直接用于估算中國(guó)的個(gè)人氮足跡,但可借鑒其計(jì)算框架來(lái)初步估算中國(guó)城市個(gè)人氮足跡。北京是我國(guó)的首都,是政治、文化和國(guó)際交流中心,作為世界上人口高度密集的城市之一,北京市人口的快速增長(zhǎng)和城市化的迅速發(fā)展導(dǎo)致氮素需求量增大。本文以城市個(gè)人氮代謝為基本思想,分別從北京城鎮(zhèn)與農(nóng)村居民食物氮素消費(fèi)的角度初步分析了1980—2012年北京市發(fā)展過(guò)程中居民食物氮足跡的動(dòng)態(tài)變化情況,為探討城市發(fā)展與居民食物消費(fèi)氮排放的關(guān)系提供依據(jù)。
1研究方法
1.1數(shù)據(jù)來(lái)源
本文的研究數(shù)據(jù)主要來(lái)自1980—2013年的《北京市統(tǒng)計(jì)年鑒》[11]與《北京六十年》統(tǒng)計(jì)報(bào)告[12]。由于1999年后北京市城鎮(zhèn)居民人均食物消費(fèi)量數(shù)據(jù)缺乏,故采用年鑒“千戶(hù)城鎮(zhèn)居民家庭平均每人年購(gòu)買(mǎi)食品支出”中的購(gòu)買(mǎi)食物支出除以當(dāng)年各類(lèi)食物價(jià)格得到。2000—2012年居民購(gòu)買(mǎi)各類(lèi)食物的價(jià)格,采用《2013中國(guó)價(jià)格統(tǒng)計(jì)年鑒》[13]中2012年北京市食物12個(gè)月份平均價(jià)格數(shù)據(jù),并利用歷年《北京市統(tǒng)計(jì)年鑒》中的居民消費(fèi)價(jià)格分類(lèi)指數(shù)推算得到。其中,某些年份居民奶類(lèi)消費(fèi)量數(shù)據(jù)缺乏,本文默認(rèn)農(nóng)村居民1985年前人均奶類(lèi)年消費(fèi)量為1985年消費(fèi)水平,因早年農(nóng)民奶類(lèi)消費(fèi)量極少且變化幅度不大[14],而1999年后城鎮(zhèn)居民人均奶類(lèi)消費(fèi)量統(tǒng)視為當(dāng)年北京農(nóng)村居民的4.6倍[15]。由于居民外出就餐數(shù)據(jù)難以獲取,因此,本研究只針對(duì)居民家庭的食物消費(fèi),不包括外出就餐。不同食物的氮含量參數(shù)來(lái)源于相關(guān)文獻(xiàn)。
1.2食物氮足跡計(jì)算方法
本研究過(guò)程中考慮的北京市居民食物氮足跡包含食物整個(gè)生命周期過(guò)程(生產(chǎn)-初加工-運(yùn)輸-再加工-食用消耗)中的氮排放,借鑒N- Calculator氮計(jì)算模型的主要框架來(lái)測(cè)算北京市食物氮足跡(圖1)。食物氮足跡(FPT)主要包括食物消費(fèi)氮足跡(FPC)和食物生產(chǎn)氮足跡(FPP),即:
FPT=FPC+FPP
(1)
圖1 食物生命周期過(guò)程中的氮足跡Fig.1 Nitrogen footprint during the food life cycle
種類(lèi)Item氮含量Nitrogencontent/(g/kg)虛擬氮因子VirtualNFactor糧食Grain14.401.4蔬菜Vegetable1.7610.6瓜果Fruit1.6010.6畜肉類(lèi)Livestock29.224.7禽肉類(lèi)Poultry29.903.4水產(chǎn)品AquaticProduct28.773.0蛋類(lèi)Egg20.483.4奶類(lèi)Dairy5.285.7
食物消費(fèi)氮足跡(即食物氮消費(fèi)量)的計(jì)算需要人均食物消費(fèi)量和食物氮含量?jī)蓚€(gè)參數(shù)。本文計(jì)算中,默認(rèn)食物消費(fèi)攝入成年人體內(nèi)的氮素全部最終以糞尿氮的形式,經(jīng)各種渠道最終排入環(huán)境中[7]。北京市居民主要消費(fèi)的素食、葷食與副食等食物主要包括糧食、蔬菜、瓜果、畜肉類(lèi)(豬肉為主)、禽肉類(lèi)、水產(chǎn)品、蛋類(lèi)、奶類(lèi)和豆制品,因豆制品占食物消費(fèi)總量比例低且缺失相關(guān)數(shù)據(jù),故其氮消費(fèi)予以忽略。不同食物氮含量見(jiàn)表1[9,16]。
食物生產(chǎn)氮足跡可視為虛擬氮(Virtual N),這指的是在食物生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的而不用于人類(lèi)直接消費(fèi)的那部分氮,包括農(nóng)田氮肥施用、畜禽喂養(yǎng)和食物處理加工過(guò)程中損失的所有氮素。虛擬氮因子在2012年最初被用于量化美國(guó)居民各類(lèi)食物消費(fèi)所導(dǎo)致的額外氮排放,其數(shù)據(jù)是建立在本國(guó)食物生命周期中消費(fèi)前端涉及的氮流失量的基礎(chǔ)上,這類(lèi)因子數(shù)據(jù)可適用于食物生產(chǎn)工業(yè)化的國(guó)家及地區(qū),用來(lái)初步估算食物消費(fèi)前的生產(chǎn)氮足跡,即居民餐桌上消費(fèi)的每一克氮素都伴隨著若干克氮素在消費(fèi)之前流失到環(huán)境。為了明確界限和避免重復(fù)計(jì)算,虛擬氮的計(jì)算一般不包括食物生產(chǎn)過(guò)程中涉及的能源消耗所產(chǎn)生的氮流失,而是把這部分流失的氮?dú)w于能源氮足跡分開(kāi)計(jì)算[7], 故在本文計(jì)算中,虛擬氮不包括食物生產(chǎn)、處理和運(yùn)輸過(guò)程中因能源消耗而排放的氮素。因此,可以通過(guò)各種食物的虛擬氮與消費(fèi)氮之間的關(guān)系,利用虛擬氮因子(表1)與食物消費(fèi)氮足跡相乘求出食物生產(chǎn)氮足跡。
2結(jié)果與分析
2.1居民食物氮足跡估算
北京市1980—2012年居民平均食物氮足跡估算結(jié)果如表2所示,進(jìn)入新世紀(jì)后,北京市居民葷食和副食食物氮足跡都有所增加,而素食食物氮足跡相應(yīng)減少。與1980年食物氮足跡水平相比,農(nóng)村居民各類(lèi)食物氮足跡(除糧食和蔬菜外)增加的幅度都比城鎮(zhèn)居民大,但城鎮(zhèn)居民歷年食物氮足跡平均水平較高。總體來(lái)講,除糧食消費(fèi)外,1980—2012年城鎮(zhèn)居民人均食物氮足跡比農(nóng)村居民的大,如畜肉類(lèi)(2.32倍)、禽肉類(lèi)(4.05倍)、水產(chǎn)品(3.95倍)、蔬菜(1.44倍)、瓜果(1.87倍)、蛋類(lèi)(1.97倍)、奶類(lèi)(5.55倍)。其差別大的原因可能是城鎮(zhèn)居民生活水平較高,飲食習(xí)慣一直偏向于營(yíng)養(yǎng)高的高氮葷食和副食,早年農(nóng)村地區(qū)居民日常食物消費(fèi)主要以糧食和蔬菜為主,隨著農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展,價(jià)格較高的葷食和副食食物消費(fèi)的比例有所增加,但十分有限。北京市個(gè)人平均氮足跡分別約為城鎮(zhèn)居民17.78 kg(N)/a和農(nóng)村居民12.72 kg(N)/a,隨著北京城市化的快速發(fā)展,城鎮(zhèn)居民人口數(shù)量劇增,其食物氮足跡2012年上升至20.02 kg(N)/a,高于德國(guó)平均水平16.99 kg(N)/a,接近荷蘭平均水平20.24 kg(N)/a,說(shuō)明了北京大部分城鎮(zhèn)居民傾向于發(fā)達(dá)國(guó)家的高氮生活模式,對(duì)于氮污染防治技術(shù)仍需完善的中國(guó)來(lái)講,這種生活模式使城市更易受到氮累積過(guò)量導(dǎo)致的環(huán)境問(wèn)題的威脅。
表2 北京市居民年均食物氮足跡
2.2居民與區(qū)域食物氮足跡變化趨勢(shì)
北京市1980—2012年城鄉(xiāng)居民氮足跡一直處于變化動(dòng)態(tài)中(圖2),可以看出,1980年城鎮(zhèn)與農(nóng)村居民食物氮足跡差別不大,隨著食物消費(fèi)量的變化,食物氮足跡同時(shí)也呈現(xiàn)出幾乎一致的趨勢(shì)。通過(guò)Spearman相關(guān)分析可知,兩者呈現(xiàn)顯著相關(guān)性。1980—2012年城鎮(zhèn)居民食物消費(fèi)量波動(dòng)增加(主要表現(xiàn)為蔬菜和肉奶類(lèi)消費(fèi)量增加),食物氮足跡隨之增大(r=0.912,P=0.000),在2002年達(dá)到頂峰22.58 kg(N)/a;農(nóng)村居民食物量消費(fèi)量逐年減少(主要表現(xiàn)為糧食和蔬菜消費(fèi)量大幅減少),食物氮足跡相應(yīng)降低(r=0.939,P=0.000)。其中,2005年食物消費(fèi)量突然增長(zhǎng)卻沒(méi)有直接導(dǎo)致食物氮足跡的增長(zhǎng),這可能因?yàn)榈枯^低食物如蔬菜等的消費(fèi)量雖然大幅增加,但高氮含量的畜肉類(lèi)消費(fèi)量卻減少,某種程度上,說(shuō)明高氮肉類(lèi)的消費(fèi)對(duì)食物氮足跡變化趨勢(shì)有很大的影響力。
圖2 1980—2012年北京市居民人均食物消費(fèi)量和食物氮足跡的變化Fig.2 Variation of food consumption and nitrogen footprints per capita per year of Beijing residents in 1980—2012
各類(lèi)食物占當(dāng)年食物氮足跡總量的比例變化如圖3所示,多年農(nóng)村居民日常食物消費(fèi)以糧食和蔬菜為主,而城鎮(zhèn)居民飲食結(jié)構(gòu)較為均衡,葷食與副食等食物氮足跡比例保持在34%至63%,同時(shí)期農(nóng)村居民同類(lèi)食物氮足跡比例只在11%與44%之間,雖然增加的比例比城鎮(zhèn)居民高很多,但其僅僅是城鎮(zhèn)居民的23%至43%,因?yàn)槿忸?lèi)和奶類(lèi)等食物的氮足跡要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于谷類(lèi)和碳水化合物[17],這導(dǎo)致長(zhǎng)年城鎮(zhèn)居民食物氮足跡要比農(nóng)村居民氮足跡大。就北京城鎮(zhèn)與農(nóng)村居民食物消費(fèi)結(jié)構(gòu)總體而言,以糧食、蔬菜為代表的素食食物氮足跡比例不斷降低,瓜果食物氮足跡比例相對(duì)有所提高或小幅起伏;以畜禽肉類(lèi)和水產(chǎn)品為代表的葷食氮足跡比例逐步增大,后漸趨于穩(wěn)定,分別由27%和10%上升至41%和31%;蛋類(lèi)與奶類(lèi)等副食消費(fèi)比例也逐漸增大,分別由7%和1%上升至18%和13%??梢钥闯?,隨著生活水平提高,北京城鄉(xiāng)居民傾向于高氮畜禽肉類(lèi)和水產(chǎn)品葷食的消費(fèi),素食食物選擇也更多地偏向于營(yíng)養(yǎng)豐富的瓜果,同時(shí)增加高蛋白的副食產(chǎn)品消費(fèi),日常食物消費(fèi)不再滿(mǎn)足于吃飽,而逐漸向吃精、吃好轉(zhuǎn)變。
圖3 1980—2012年北京市居民食物氮足跡結(jié)構(gòu)變化Fig.3 Structure of food nitrogen footprints per capita per year of rural and urban residents in Beijing in 1980—2012
另一方面,由于居民人均食物氮足跡的和區(qū)域常住人口的變化,北京市食物氮足跡呈現(xiàn)出大幅上升的趨勢(shì)(圖4),由1980年13.57萬(wàn) t(N)/a一直增加到2012年39.38萬(wàn) t(N)/a,平均每年增加8066 t(N)/a,其數(shù)量級(jí)超過(guò)1990—2010年間廣東省農(nóng)業(yè)人口年均食物消費(fèi)氮足跡總量[18]。尤其是在1994年后,氮足跡增長(zhǎng)速度加快,除了2002—2003年出現(xiàn)減少趨勢(shì)外,每年保持增長(zhǎng)率約5.66%。北京市在2009年就超過(guò)廣州市1980—2009年間峰值35萬(wàn) t(N)/a[9]。32年來(lái)北京市地域較廣農(nóng)村區(qū)域的食物氮足跡雖然有所減少,但人口數(shù)量占優(yōu)的城鎮(zhèn)區(qū)域食物氮足跡不斷增加,故城鎮(zhèn)居民人均食物氮足跡是影響北京全市食物氮足跡的重要因素(r=0.861,P=0.000),側(cè)面說(shuō)明了減緩北京食物氮足跡上升趨勢(shì)的關(guān)鍵在于城鎮(zhèn)居民人均食物氮足跡減少。
2.3北京居民食物氮足跡與社會(huì)經(jīng)濟(jì)因子的關(guān)系
居民的食物消費(fèi)量、消費(fèi)結(jié)構(gòu)及消費(fèi)模式等隨著社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展而發(fā)生轉(zhuǎn)變。于洋等[16]對(duì)廈門(mén)市居民食物氮消費(fèi)研究發(fā)現(xiàn),人均可支配收入、恩格爾系數(shù)、食物價(jià)格指數(shù)、家庭規(guī)模均與食物氮量消費(fèi)相關(guān)。因此,本文選取1980—2012年北京市城鄉(xiāng)居民家庭的人均可支配收入、恩格爾系數(shù)、食物價(jià)格指數(shù)以及平均家庭人口數(shù)等與食物氮足跡有關(guān)的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)因子,利用軟件SPSS 19.0進(jìn)行Spearman相關(guān)分析,對(duì)人均食物氮足跡變化相關(guān)的驅(qū)動(dòng)因子進(jìn)行探討。
由表3看出,1980—2012年間北京居民人均食物氮足跡與各經(jīng)濟(jì)、社會(huì)因子存在顯著相關(guān)關(guān)系。其中,城鎮(zhèn)居民食物氮足跡與人均可支配收入呈正相關(guān)關(guān)系,與城鎮(zhèn)恩格爾系數(shù)、食物價(jià)格指數(shù)、平均家庭人口數(shù)呈負(fù)相關(guān)關(guān)系,即食物氮足跡隨前者增長(zhǎng)而增長(zhǎng),隨后三者減少而增長(zhǎng),但食物氮足跡與食物價(jià)格指數(shù)相關(guān)性微弱。農(nóng)村居民食物氮足跡相關(guān)性情況與城鎮(zhèn)居民相異,其與農(nóng)村恩格爾系數(shù)和平均家庭人口數(shù)呈正相關(guān)關(guān)系,與人均可支配收入呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。進(jìn)一步將各類(lèi)食物氮足跡與所選取的社會(huì)經(jīng)濟(jì)因子進(jìn)行相關(guān)分析,可以發(fā)現(xiàn),城鎮(zhèn)居民肉奶類(lèi)氮足跡和社會(huì)經(jīng)濟(jì)因子的相關(guān)性與食物總量氮足跡高度相似,農(nóng)村居民糧蔬類(lèi)等素食氮足跡和各因子的相關(guān)性與食物總量氮足跡高度相似,說(shuō)明了隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展,城鎮(zhèn)居民肉類(lèi)與奶類(lèi)的消費(fèi)影響著著食物氮足跡變化趨勢(shì)的走向,而糧食和蔬菜消費(fèi)則主導(dǎo)著農(nóng)村居民氮足跡的走向。由此推斷,由于經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人們收入提高,食物支出占總支出的比例逐漸減小,食物價(jià)格和食物消費(fèi)支出對(duì)居民食物消費(fèi)的制約大為減少。另一方面,家庭規(guī)模隨著計(jì)劃生育政策的推行而逐漸縮小,家庭消費(fèi)負(fù)擔(dān)便有所減小。因此,北京城鎮(zhèn)居民更趨向于價(jià)格和營(yíng)養(yǎng)較高的肉奶類(lèi)消費(fèi),同時(shí)增加蔬菜類(lèi)消費(fèi)來(lái)保持營(yíng)養(yǎng)均衡,從而導(dǎo)致食物氮足跡的增長(zhǎng)。而對(duì)于生活水平較低的農(nóng)村居民,其受飲食習(xí)慣和食物選擇限制,日常食物消費(fèi)依然是以糧食和蔬菜為主,隨著農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展,食物消費(fèi)也從單一化朝向多元化發(fā)展,傳統(tǒng)主糧消費(fèi)量大為減少,而瓜果、葷食與副食消費(fèi)量有限地增長(zhǎng),這使得農(nóng)村居民食物氮足跡不但沒(méi)增長(zhǎng),反而顯略減趨勢(shì)。
圖4 1980—2012年北京區(qū)域食物氮足跡變化Fig.4 Variation of food nitrogen footprints of Beijing in 1980—2012
種類(lèi)Item恩格爾系數(shù)Engelcoefficient人均可支配收入PercapitaDisposableincome食物價(jià)格指數(shù)Foodpriceindex平均家庭人口數(shù)Averagenumberoffamilymembers城鎮(zhèn)人均總量Urbanareaperca-pita-0.834**0.808**-0.347*-0.829**糧食Grain0.721**-0.683**0.3220.662**蔬菜Vegetable-0.734**0.705**-0.346*-0.740**瓜果Fruit0.0170.0670.191-0.065畜肉類(lèi)Livestock-0.858**0.847**-0.387*-0.830**禽肉類(lèi)Poultry-0.810**0.827**-0.396*-0.816**水產(chǎn)品Aquaticproduct-0.850**0.857**-0.413*-0.838**蛋類(lèi)Egg-0.0880.144-0.190-0.142奶類(lèi)Dairy-0.907**0.843**-0.219-0.849**鄉(xiāng)村人均總量Ruralareapercapi-ta0.766**-0.865**0.0230.864**糧食Grain0.903**-0.983**0.1740.983**蔬菜Vegetable0.792**-0.823**0.2760.822**瓜果Fruit-0.850**0.954**-0.312-0.954**畜肉類(lèi)Livestock-0.655**0.718**-0.371*-0.721**禽肉類(lèi)Poultry-0.862**0.980**-0.173-0.980**水產(chǎn)品Aquaticproduct-0.860**0.964**-0.271-0.963**蛋類(lèi)Egg-0.861**0.879**-0.289-0.879**奶類(lèi)Dairy-0.821**0.863**-0.367*-0.863**
**其顯著水平為≤1%;*其顯著性水平≤5%
3討論
由估算結(jié)果可知,北京城鎮(zhèn)居民人均食物氮足跡32a來(lái)增幅約36%,而英國(guó)1970—2007年37a增幅僅約2%[8], 說(shuō)明中國(guó)城市化過(guò)程中居民食物氮足跡增加速度遠(yuǎn)比發(fā)達(dá)國(guó)家快。雖然農(nóng)村居民食物氮足跡有所下降,降幅達(dá)16%,但隨著農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展,城鄉(xiāng)居民收入差異縮小,農(nóng)村居民飲食習(xí)慣趨向于城鎮(zhèn)居民,逐漸對(duì)飲食營(yíng)養(yǎng)有更高的追求,高氮食物消費(fèi)量會(huì)逐漸增大,目前其葷食與副食消費(fèi)量離營(yíng)養(yǎng)平衡下限(表4)所需食物量[19]還差很多,故其食物氮足跡有很大的上升空間。由于城市化快速發(fā)展,導(dǎo)致更多農(nóng)村居民和外來(lái)人口進(jìn)入北京城鎮(zhèn)生活,即使以后北京居民食物氮足跡還能保持在2012年水平,假設(shè)未來(lái)北京市城鄉(xiāng)常住人口增長(zhǎng)率為“十一五”期間的平均增長(zhǎng)率,按照馬爾薩斯人口模型預(yù)測(cè),到2020年北京人口規(guī)模漲至3000萬(wàn)以上,城市區(qū)域食物氮足跡將達(dá)60.5萬(wàn) t(N)/a,比10a前的數(shù)量級(jí)37.5萬(wàn) t(N)/a增加近1倍??梢?jiàn),未來(lái)北京市區(qū)域氮負(fù)荷將承受更大的壓力。因此,在控制人口數(shù)量增長(zhǎng)的前提下,優(yōu)化城鎮(zhèn)居民食物消費(fèi)結(jié)構(gòu)和保持最低營(yíng)養(yǎng)平衡食物需求在某種程度上可以抑制個(gè)人食物氮足跡的無(wú)限增長(zhǎng),對(duì)城市低氮發(fā)展具有極其重要的意義。
表4 中國(guó)居民營(yíng)養(yǎng)平衡的年均食物消費(fèi)量與北京居民食物消費(fèi)量
本文估算的氮足跡結(jié)果低于李玉炫估算得出的廣州人均食物氮足跡25.98 kg(N)/a[9]。北京與廣州同屬?lài)?guó)內(nèi)大城市,其居民食物氮足跡差異大的原因一方面是因?yàn)槔钣耢攀澄锏阚E估算方法與本文不同,其食物氮足跡組成除了食物消費(fèi)氮足跡與食物生產(chǎn)氮足跡外,還包括食物生產(chǎn)消費(fèi)中涉及的能源氮足跡(其默認(rèn)為總氮足跡的25%)。本文遵循的是英國(guó)Stevens教授[8]的估算方法,其個(gè)人食物氮足跡不包含能源氮損失部分,而把這部分氮損失歸于能源氮足跡,故這估算方法的結(jié)果較于前者偏低;另一方面,本文采用美國(guó)的虛擬氮因子,虛擬氮因子的校正需要兼顧本國(guó)食物生產(chǎn)過(guò)程中的一些參數(shù),如食物氮量的效用率、浪費(fèi)率、循環(huán)率和流失率等[7- 8],因中國(guó)本土食物生產(chǎn)以傳統(tǒng)農(nóng)耕和粗放型養(yǎng)殖為主,成品處理與冷藏技術(shù)不及美國(guó)完善,加工垃圾處理率和循環(huán)利用率低效,造成食物在生命周期過(guò)程中氮損失量更大,故中國(guó)食物虛擬氮因子會(huì)更高些,這導(dǎo)致估算結(jié)果可能比現(xiàn)實(shí)小。同時(shí),由于缺乏居民在外就餐和外來(lái)人口食物消費(fèi)的相關(guān)統(tǒng)計(jì)資料,本文只涉及常住居民家庭食物消費(fèi),這也造成北京人均及區(qū)域食物氮足跡的低估。就估算結(jié)果準(zhǔn)確度而言,氮量換算的誤差主要來(lái)自于數(shù)據(jù)與相關(guān)文獻(xiàn)中的參數(shù),但統(tǒng)計(jì)年鑒中的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)多年使用的是同一個(gè)系統(tǒng),故不確定性不超過(guò)5%[20]。從本文結(jié)果可知,北京市1980—2008年城鎮(zhèn)居民食物氮足跡從15 kg(N)/a增加至21 kg(N)/a,與谷保靜[21]估算的同一時(shí)期中國(guó)人均食物氮足跡變化幅度16 kg(N)/a至22 kg(N)/a相似,故本研究的估算結(jié)果具有一定的參考性,同時(shí)也能為日后城市其他營(yíng)養(yǎng)元素足跡的測(cè)量提供方法參照。
4結(jié)論
本研究利用統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和相關(guān)文獻(xiàn)資料,在N-Calculator的氮足跡計(jì)算框架下,對(duì)北京市1980—2012年居民食物氮足跡變化動(dòng)態(tài)特征及其影響因子進(jìn)行了綜合分析。北京市城鎮(zhèn)居民人均食物氮足跡在14.69—22.58 kg(N)/a之間波動(dòng),平均為17.78 kg(N)/a;農(nóng)村居民人均食物氮足跡在10.81—15.28 kg(N)/a之間波動(dòng),平均為12.72 kg(N)/a,其中城鎮(zhèn)居民食物氮足跡接近發(fā)達(dá)國(guó)家高氮消費(fèi)水平。食物消費(fèi)量和消費(fèi)模式的改變對(duì)居民食物氮足跡有一定的影響,城鄉(xiāng)居民食物氮足跡結(jié)構(gòu)都發(fā)生較大改變,畜肉類(lèi)、禽肉類(lèi)和水產(chǎn)品等葷食和奶類(lèi)食物氮足跡比例逐年增加,素食食物中糧食和蔬菜比例大幅減少。城鎮(zhèn)居民食物氮足跡與人均可支配收入呈正相關(guān),與恩格爾系數(shù)和平均家庭人口數(shù)呈負(fù)相關(guān)。農(nóng)村居民食物氮足跡與各因子的相關(guān)關(guān)系則與前者相反。隨著北京城市化和人口快速增加,北京市區(qū)域食物氮足跡每年以約8066 t(N)/a的數(shù)量級(jí)快速增長(zhǎng),并保持增長(zhǎng)趨勢(shì),城鎮(zhèn)居民調(diào)整飲食結(jié)構(gòu)和保持合理低氮膳食是減緩區(qū)域氮足跡增長(zhǎng)的重要途徑。此外,由于居民在外就餐統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和符合中國(guó)實(shí)際情況的虛擬氮因子缺乏,對(duì)北京居民及城市區(qū)域的食物氮足跡核算帶來(lái)了不確定性,可能造成估算結(jié)果偏低。
5展望
氮素通過(guò)城鎮(zhèn)居民食物消費(fèi)在城市生態(tài)系統(tǒng)中流動(dòng),隨著中國(guó)城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展,居民高氮食物消費(fèi)比重的提高和城市人口膨脹導(dǎo)致了城市食物氮足跡增加。食物氮足跡強(qiáng)度的增加易干擾城市生態(tài)系統(tǒng)中的氮平衡,導(dǎo)致一系列環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)與問(wèn)題。目前,中國(guó)關(guān)于城市氮足跡的研究比較少。本文估算了北京多年居民食物氮足跡,探討其變化規(guī)律及其與相關(guān)社會(huì)經(jīng)濟(jì)因子間的關(guān)系。但由于相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和參數(shù)的缺乏,增大了氮足跡估算的難度和結(jié)果的誤差性,因此本文結(jié)果僅可以作為城市低氮管理的一個(gè)理論參考。加強(qiáng)基于中國(guó)本地情況的食物虛擬氮因子的研究,有利于提高食物氮足跡估算的精確度,也便于從食物生命周期角度來(lái)減少每個(gè)過(guò)程的氮浪費(fèi)。同時(shí),完善城市能源消耗氮排放因子,以進(jìn)一步準(zhǔn)確計(jì)算能源氮足跡。目前,氮足跡的計(jì)算僅是所有活性氮的質(zhì)量加總,缺乏對(duì)不同形態(tài)氮素的環(huán)境影響的量化[6],如碳足跡中的各類(lèi)溫室氣體都有其全球暖化潛勢(shì)因子等。引入此類(lèi)特征化因子,具體化各類(lèi)氮污染物在每個(gè)研究目標(biāo)中的權(quán)重,這樣便可以將氮足跡的應(yīng)用從目前的清單分析階段延伸到整個(gè)生命周期影響評(píng)價(jià)。在此基礎(chǔ)上,建立起適合中國(guó)情況的N-Calculator模型來(lái)計(jì)算個(gè)人氮足跡,在當(dāng)前城市人口膨脹的背景下,指引居民低氮生活,進(jìn)而減少城市有害氮排放,降低氮污染的風(fēng)險(xiǎn)。
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Calculation and dynamic analysis of the food nitrogen footprints of urban and rural residents in Beijing
XIAN Chaofan1,2, OUYANG Zhiyun1,*
1StateKeyLaboratoryofUrbanandRegionalEcology,ResearchCenterforEco-EnvironmentalSciences,ChineseAcademyofSciences,Beijing100085,China2UniversityofChineseAcademyofSciences,Beijing100049,China
Abstract:The impact of nitrogen emission was assessed using ‘nitrogen footprints’ to determine the effect of human activities on the environment. With rapid urbanization in China, city residents are playing increasingly important roles in the alteration of nutrient flow. Food consumption, as an important process of urban nutrient metabolism, is an important driver of environmental pollution in cities. The food nitrogen footprints of residents reflect reactive nitrogen emissions impacting the surroundings to feed the whole population of a city. Taking Beijing city as a case study, the food nitrogen footprints of residents from 1980—2012 were calculated based on the N-Calculator model. Meanwhile, the characteristic trends and associated economic and social factors were analyzed. The results showed that changes of food nitrogen footprints per capita of Beijing residents were consistent with changes of food consumption per capita. The food nitrogen footprints of urban residents increased from 1980 to 2002 and then remained between 14.69—22.58 kg (N) per capita per year. The average nitrogen footprint during the study period was 17.78 kg (N) per capita per year, which was similar to the nitrogen footprint of residents in developed countries. The food nitrogen footprints of rural residents, decreased slightly from 1982 to 2012, and then remained between 10.81—15.28 kg (N) per capita per year with 12.72 kg (N) per capita per year as the average. Meanwhile, the proportions of food with high nitrogen contents increased in the food nitrogen footprints of both urban and rural residents. Food with high animal meat contents increased from 27%—41% and 10%—31%, for urban and rural residents, respectively. Subsidiary food with high dairy contents also increased from 7%—18% and 1%—13% for urban and rural residents, respectively. The food nitrogen footprint of urban residents was positively correlated with per capita disposable income. Meanwhile, there were negative correlations between Engel′s coefficient, the average number of family members, and food nitrogen footprints per capita. The correlations between the food nitrogen footprints of rural residents and the socio-economic driving factors were contrary to those of urban residents. The food nitrogen footprints of rural residents were negatively correlated with per capita disposable incomes, and positively correlated with Engel′s coefficient and the average number of family members. During the study period, the food nitrogen footprints of Beijing residents increased 8066 t (N) on an average per year. Current food consumption patterns of urban residents contributed to the increasing food nitrogen footprints of the city, accelerated by rural and external population immigration. Calculation of food nitrogen footprints can provide theoretical support for residents to change their high nitrogen consumption patterns, contributing to the low nitrogen development of cities.
Key Words:urban and rural residents; food consumption; nitrogen footprint; N-calculator; Beijing
基金項(xiàng)目:國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目(41030744, G031202)
收稿日期:2014- 11- 04; 網(wǎng)絡(luò)出版日期:2015- 08- 18
*通訊作者
Corresponding author.E-mail: zyouyang@rcees.ac.cn
DOI:10.5846/stxb201411042165
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