馬維兢，李小哲，寇敬雯，張楚悅，楊海江，薛冰

（1. 蘭州大學(xué) 資源環(huán)境學(xué)院，甘肅 蘭州 730000；2. 蘭州大學(xué) 經(jīng)濟(jì)學(xué)院，甘肅 蘭州 730000；3. 中國科學(xué)院沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所，遼寧 沈陽 110016）

1 文獻(xiàn)綜述

食物消費(fèi)作為人類必不可少的基礎(chǔ)性消費(fèi)，隨著城鎮(zhèn)和農(nóng)村居民收入和生活水平的逐步提高，城鄉(xiāng)居民食物消費(fèi)結(jié)構(gòu)也在發(fā)生著深刻的改變[1]。居民食物消費(fèi)結(jié)構(gòu)逐漸由傳統(tǒng)的以五谷雜糧和蔬菜等植物源食物為主向?qū)ι鷳B(tài)環(huán)境影響較大的奶制品、肉類等動物源食物轉(zhuǎn)變[2-3]。據(jù)研究，在許多發(fā)達(dá)國家，伴隨著居民膳食方面消耗花費(fèi)的增加和飲食渠道形式的改變，例如飲食結(jié)構(gòu)、飲食品種類別等，家庭部門能源的耗損量已經(jīng)超過了工業(yè)部門，與此同時(shí)，食物消費(fèi)系統(tǒng)所產(chǎn)生的碳排放也不容忽視[4]。在水資源利用方面，中國最大的用水部門仍舊是與食物供給、消費(fèi)密切相關(guān)的農(nóng)業(yè)，食物消費(fèi)直接關(guān)系到中國淡水資源的供需安全[5-6]。另外，人類生產(chǎn)和消費(fèi)活動所導(dǎo)致的物質(zhì)循環(huán)比自然界物質(zhì)循環(huán)強(qiáng)度大得多。據(jù)相關(guān)資料，83%的氮素和85%的磷素都用于滿足人類的食物需求，而人類無序排放到土壤、水體中的含有氮素和磷素的生活廢物對生態(tài)系統(tǒng)造成了嚴(yán)重破壞[7]。因此，在全球人口數(shù)持續(xù)上漲和經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展的背景下，生產(chǎn)滿足人類需要的食物將會大幅增加人類對水資源的利用，并且加速碳、氮、磷等元素在全球范圍內(nèi)的流動，由此帶來一系列的資源環(huán)境脅迫問題，成為21 世紀(jì)人類面臨的重大挑戰(zhàn)之一[8-9]?；诖?，本文以黃河流域上游蘭州市為例，對近30 年城鄉(xiāng)食物消費(fèi)水、碳、氮、磷四種環(huán)境足跡進(jìn)行了估算，并進(jìn)一步測算了生態(tài)效率，著重關(guān)注其變化趨勢并分析誘因，最后提出相應(yīng)的優(yōu)化措施和政策建議，以期為黃河上游實(shí)現(xiàn)可持續(xù)食物消費(fèi)、緩解資源環(huán)境脅迫提供科學(xué)決策依據(jù)。

“代謝” 一詞源于生命科學(xué)，是生命體內(nèi)用于維持自身生存的一系列有序化學(xué)反應(yīng)的總稱[10]。社會生態(tài)系統(tǒng)中人類與生態(tài)系統(tǒng)的相互作用與生物的代謝過程相似，因此，物質(zhì)代謝是指有機(jī)物與環(huán)境之間物質(zhì)循環(huán)和能量流動的過程。在物質(zhì)從環(huán)境進(jìn)入生物體內(nèi)又回到環(huán)境這一循環(huán)過程中，食物代謝過程是實(shí)現(xiàn)資源優(yōu)化配置和要素循環(huán)流動的重要環(huán)節(jié)[11]。近年來，為了測度人類食物消費(fèi)活動對地球資源環(huán)境的影響，環(huán)境足跡理論得到了廣泛的應(yīng)用。1992 年，REES[12]初次提出了 “生態(tài)足跡” 的概念，用于定量評估人類對自然資本的需求和人地系統(tǒng)的可持續(xù)性。在生態(tài)足跡的基礎(chǔ)上，水足跡、碳足跡、氮足跡、磷足跡等一系列足跡類指標(biāo)相繼出現(xiàn)，統(tǒng)一稱為 “環(huán)境足跡” ，已成為全球和區(qū)域環(huán)境可持續(xù)性評估研究的重要手段和方法[13-14]。

水足跡理論最早由HOEKSTRA等[15]在2002年提出，是對虛擬水理論的進(jìn)一步補(bǔ)充和發(fā)展。 “水足跡” 是衡量特定研究對象在特定時(shí)間內(nèi)完成特定過程所需水資源的指標(biāo)，既包括直接用水量，也包括間接用水量，為測量人類消費(fèi)活動對水資源的真實(shí)消耗提供了新的思路[16]。在食物消費(fèi)水足跡方面，國內(nèi)外學(xué)者主要基于統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)或營養(yǎng)調(diào)查數(shù)據(jù)，從膳食結(jié)構(gòu)調(diào)整（動物源和植物源）、營養(yǎng)均衡與水資源節(jié)約等方面估算和模擬了食物消費(fèi)結(jié)構(gòu)對區(qū)域水資源利用的影響，并對其影響因素進(jìn)行了分析[3,6,17-18]。碳足跡主要是指某一活動全過程二氧化碳的排放量，包括直接碳排放和暗含的間接碳排放[19]。隨著全球氣候變暖和環(huán)境問題形勢愈發(fā)嚴(yán)峻，各國政府都面臨著巨大的溫室氣體減排的壓力，碳足跡作為一個(gè)能夠有效衡量溫室氣體排放的標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)階段已有眾多學(xué)者開展了關(guān)于碳足跡的科學(xué)研究。在食物消費(fèi)碳排放方面，已有研究主要探討了不同國家居民家庭食物消費(fèi)碳足跡[4]，對比分析了動物源和植物源食物的碳足跡，發(fā)現(xiàn)動物性食物相對植物性食物有更高的碳排放[20]。自生態(tài)足跡、碳足跡和水足跡之后，氮足跡已成為一個(gè)新的概念被用于評估人類活動對環(huán)境的影響。氮足跡通?？梢岳斫鉃槟撤N產(chǎn)品或者服務(wù)在其生產(chǎn)、運(yùn)輸、儲存和消費(fèi)過程中直接或間接排放的活性氮的總和。自氮足跡概念出現(xiàn)以來，越來越多的模型被創(chuàng)建出，為研究活動氮的流向以及研究氮足跡與環(huán)境污染問題之間的關(guān)系提供了更加豐富的理論基礎(chǔ)與計(jì)算方法[21-22]。在食物消費(fèi)領(lǐng)域，有學(xué)者[23-25]通過計(jì)算個(gè)人因消費(fèi)食物和能源而造成的活性氮排放總量，提出了個(gè)人氮足跡核算方法，并將其拓展到家庭乃至國家尺度。METSON 等[7]較早定義了磷足跡的概念，認(rèn)為它是滿足區(qū)域居民食物消費(fèi)所需開采的礦石磷量，WANG 等[9]首先采用磷足跡這一術(shù)語來表征食物生產(chǎn)系統(tǒng)磷流量。相關(guān)學(xué)者基于食物消費(fèi)數(shù)據(jù)研究了居民食物消費(fèi)中的養(yǎng)分流動，分析了磷素的輸入和輸出[26]，并發(fā)現(xiàn)動物性食品的生產(chǎn)和化肥的使用是食物系統(tǒng)中磷素增加的原因[7]。

綜上所述，盡管已有研究促進(jìn)了食物消費(fèi)環(huán)境足跡理論和核算方法的完善，但仍然存在以下不足：一是國內(nèi)現(xiàn)有研究大部分針對的都是東部地區(qū)，而對于位于國家西北地區(qū)的城鎮(zhèn)，例如蘭州——西北區(qū)域發(fā)展的重要引擎，卻很少有相關(guān)文獻(xiàn)研究探討；二是當(dāng)前研究中食物消費(fèi)帶來的資源環(huán)境影響基本上仍以獨(dú)立評價(jià)為主，缺乏涵蓋各類影響的綜合性評價(jià)指標(biāo)，而由于人類活動對地球環(huán)境影響的復(fù)雜性和關(guān)聯(lián)性，基于多維環(huán)境足跡的綜合評估和權(quán)衡分析更能從全局視角反映資源環(huán)境影響的嚴(yán)重性和精確性。因此，為了探究蘭州市城鄉(xiāng)食物代謝的動態(tài)過程及其環(huán)境效應(yīng)，揭示城鄉(xiāng)融合過程中食物消費(fèi)引起的元素代謝變化規(guī)律和代謝中存在的問題，本研究以蘭州市為研究對象，基于環(huán)境足跡理論，從食物代謝通量、食物代謝環(huán)境效應(yīng)和食物代謝生態(tài)效率等層面來解析1990—2020 年城鎮(zhèn)和農(nóng)村居民食物代謝的動態(tài)演變特征及城鄉(xiāng)差異，具體包括：（1）核算城鄉(xiāng)居民食物代謝通量，分析動物源和植物源食物在城鄉(xiāng)食物代謝結(jié)構(gòu)中的動態(tài)演變特征；（2）測算和分析城鄉(xiāng)居民食物代謝過程中對外部環(huán)境的影響的四種環(huán)境足跡（水、碳、氮、磷）；（3）提出能夠反映食物代謝綜合環(huán)境效應(yīng)的指標(biāo) “生態(tài)效率” 并進(jìn)行實(shí)證分析，進(jìn)而提出優(yōu)化食物代謝的有效途徑。研究結(jié)果將加深政府和公眾對蘭州市的食物消費(fèi)狀況的直觀認(rèn)識，并為統(tǒng)籌改善城鄉(xiāng)食物消費(fèi)結(jié)構(gòu)、實(shí)現(xiàn)可持續(xù)消費(fèi)提供定量化的決策依據(jù)。

2 研究區(qū)概況

蘭州市是中國西北部重要城鎮(zhèn)，地處北緯35°34′20″和東經(jīng)102°35′58″交匯處，位于黃河上游，也是中國唯一黃河穿越的省會城鎮(zhèn)，有著 “西部黃河之都，絲路山水名城” 的美譽(yù)。作為甘肅省省會，蘭州市不僅是全省政治、經(jīng)濟(jì)、文化和科教中心，也是 “一帶一路” 重要節(jié)點(diǎn)城鎮(zhèn)。蘭州市行政區(qū)劃面積為13 192 平方千米，市區(qū)建成面積282 平方千米，城鎮(zhèn)規(guī)模在西北地區(qū)位居第二。2021 年末全市常住人口438.43 萬人，其中，城鎮(zhèn)人口366.35 萬人，占常住人口比重（常住人口城鎮(zhèn)化率）為83.56%。2021 年全市地區(qū)生產(chǎn)總值3 231.29 億元，其中，第一產(chǎn)業(yè)增加值為62.52 億元，第二產(chǎn)業(yè)增加值為1 113.91 億元，第三產(chǎn)業(yè)增加值為2 054.86 億元，三次產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)比為2∶34∶64。按常住人口計(jì)算，人均地區(qū)生產(chǎn)總值73 807 元。2021 年全市農(nóng)林牧漁業(yè)增加值同比增長7.3%。糧食作物播種面積126.78 萬畝，增長1.4%。糧食總產(chǎn)量33.3 萬噸，下降1.0%。其中，夏糧產(chǎn)量11.17 萬噸，增長1.0%；秋糧產(chǎn)量22.13 萬噸，下降2.0%。蔬菜、瓜果、中藥材產(chǎn)量分別為208.26 萬噸、13.66 萬噸、4.0 萬噸，分別增長8.6%、11.0%和8.6%。生豬、肉牛、肉羊、家禽分別出欄52.71 萬頭、1.22 萬頭、47.66 萬只、235.18 萬只，分別增長25.0%、8.0%、14.0%和7.4%。

3 方法和數(shù)據(jù)

3.1 食物代謝環(huán)境足跡核算

本研究在核算蘭州市食物代謝的環(huán)境足跡時(shí)主要考慮了水足跡、碳足跡、氮足跡和磷足跡，各類足跡的計(jì)算公式如下：

式（1）、（2）中：F為食物代謝的環(huán)境足跡；fi為第i類食物產(chǎn)生的環(huán)境足跡；Wi為第i類食物的消費(fèi)量；ki為第i類食物的環(huán)境足跡系數(shù)[24,26-27]，如表1 所示。

表1 食物代謝環(huán)境足跡系數(shù)

3.2 食物代謝生態(tài)效率

物質(zhì)代謝的生態(tài)效率是指物質(zhì)代謝過程中單位資源消耗或環(huán)境影響所提供的產(chǎn)品和服務(wù)的價(jià)值，本研究以社會服務(wù)量可用人口數(shù)表示?；谏鲜鏊姆N環(huán)境足跡核算的結(jié)果，本研究借鑒相關(guān)研究[28]提出了食物代謝的生態(tài)效率指標(biāo)E，以此評估蘭州市城鎮(zhèn)及農(nóng)村地區(qū)食物代謝的生態(tài)效率，計(jì)算公式如下：

式（3）～（7）中：E代表食物代謝的生態(tài)效率；R和P分別代表資源效率（水）和環(huán)境效率（碳、氮、磷）；A表示常住人口；FW、FC、FN和FP分別表示食物代謝產(chǎn)生的水足跡、碳足跡、氮足跡和磷足跡。

3.3 數(shù)據(jù)來源

本研究選取植物源食物[糧食（包括水稻、小麥）、鮮菜]和動物源食物[畜肉（包括豬肉、牛肉、羊肉）、家禽（包括雞肉、鴨肉）、水產(chǎn)品、蛋類]共10 類食物代表蘭州市城鎮(zhèn)和農(nóng)村居民日常食物消費(fèi)情況。研究時(shí)段為1990—2020 年，相關(guān)食物消費(fèi)量數(shù)據(jù)主要來自1990—2020 年的《蘭州統(tǒng)計(jì)年鑒》。

4 結(jié)果分析

4.1 蘭州市食物代謝通量及其結(jié)構(gòu)演變

4.1.1 食物代謝通量數(shù)量分析

蘭州市1990—2020 年城鄉(xiāng)食物代謝通量動態(tài)變化趨勢如圖1 所示。2020 年蘭州市城鎮(zhèn)食物代謝通量為54.6萬噸，是1990 年的1.3 倍。其中，動物源食物為11.5 萬噸，增長了1.4 倍；植物源食物為43.0 萬噸，增長了0.2倍。2020 年蘭州市農(nóng)村食物代謝通量為23.0 萬噸，減少為1990 年的0.53 倍。其中，動物源食物為2.7 萬噸，增長了0.4 倍；植物源食物為20.2 萬噸，減少了50%。

圖1 蘭州市1990—2020年食物代謝通量

蘭州市城鎮(zhèn)居民和農(nóng)村居民食物代謝通量與人口增速變化情況如圖2 所示。1990—2020 年，蘭州市城鎮(zhèn)食物代謝通量和城鎮(zhèn)人口的變化規(guī)律不完全一致，但總體上均呈現(xiàn)波動上升趨勢（圖2a）。具體而言，可以分為四個(gè)階段：①1990—2000 年，城鎮(zhèn)人口和食物代謝增速相反，即城鎮(zhèn)人口在不斷增加，而食物代謝卻在不斷減少。在這一階段，蘭州市城鎮(zhèn)食物代謝通量從41.0萬噸下降到35.2 萬噸，下降了14.1%，而城鎮(zhèn)人口從127.1 萬人增加到159.8 萬人，增長了25.7%。這主要是因?yàn)殡S著蘭州市城鎮(zhèn)化進(jìn)程不斷推進(jìn)，城鎮(zhèn)居民食物消費(fèi)結(jié)構(gòu)不斷升級、逐漸趨向多元化，主食消費(fèi)有所減少。此外，這一時(shí)期福利制度并不完善，人們在住房醫(yī)療等方面支出過多，能夠花費(fèi)在食物上的支出相對較少，人們的消費(fèi)水平受到了收入水平的限制。②2000—2005年，城鎮(zhèn)人口繼續(xù)增加，食物代謝通量變化速度呈現(xiàn) “先減后增” 的特點(diǎn)，并最終超過人口增長速度。蘭州市城鎮(zhèn)食物代謝通量從36.0 萬噸增長到44.7 萬噸，增長了24.1%。③2005—2015 年，城鎮(zhèn)人口和城鎮(zhèn)食物代謝通量的增速趨緩，并且食物代謝通量增速的降低幅度要大于人口增速的降低幅度。④2015 年之后，城鎮(zhèn)食物代謝通量增速降低，但人口增速卻急劇升高，從2015 年的214.1 萬人增加為2020 年的246.1 萬人，除了城鎮(zhèn)化導(dǎo)致的人口遷移，蘭州市于2016 年1 月1 日起實(shí)施的全面二孩政策以及由此帶來的一系列二孩福利也一定程度上推進(jìn)了人口的增長。

圖2 1990—2020年蘭州市人口及食物代謝增長率

在農(nóng)村人口和農(nóng)村食物代謝方面，1990—2020 年，蘭州市農(nóng)村人口數(shù)量增速 “先增后減” ，而農(nóng)村食物代謝通量增速一直為負(fù)，即始終在下降，盡管下降速率在不同時(shí)期存在差異（圖2b）。具體來說，1990—2000 年，蘭州市農(nóng)村人口在以緩慢的速度上升，但食物代謝通量卻在急劇下降，這是因?yàn)檗r(nóng)村食物消費(fèi)結(jié)構(gòu)改變，主食消費(fèi)減少，且交通運(yùn)輸業(yè)的發(fā)展促使更多糧食流向城鎮(zhèn)地區(qū)，使得農(nóng)村地區(qū)食物消費(fèi)進(jìn)一步減少。2000—2020年，隨著城鎮(zhèn)化的持續(xù)推進(jìn)，農(nóng)村人口不斷減少，并很快進(jìn)入了負(fù)增長階段，此后人口數(shù)量降低的速度越來越快，從130.9 萬人減少到了87.9 萬人，但由于經(jīng)濟(jì)發(fā)展、農(nóng)村居民收入水平提高和消費(fèi)方式轉(zhuǎn)變等因素，食物代謝通量降低的速度卻是先減后增。

4.1.2 食物代謝通量結(jié)構(gòu)分析

蘭州市食物代謝通量在不斷變化的同時(shí)，結(jié)構(gòu)也在不斷發(fā)生改變?？傮w上，由 “溫飽型” 向 “小康型” 轉(zhuǎn)變，主要表現(xiàn)為從以糧食消費(fèi)為主變?yōu)橹鞲笔程娲?，植物源食物消費(fèi)占比逐漸降低，動物源食物消費(fèi)占比開始提高，飲食消費(fèi)結(jié)構(gòu)逐漸豐富。

如圖3a 所示，城鎮(zhèn)動物源食物的代謝量由1990 年的4.8 萬噸增長為2020 年的11.5 萬噸，所占食物代謝總量的比例也呈上升趨勢，由1990 年的12%增長為2020 年的21%。在動物源食物中，畜肉占比基本維持穩(wěn)定，而禽肉、水產(chǎn)品和蛋類所占比例均有不同程度的增長，其中蛋類增長最為明顯，由1990 年的2%增長為2020 年的7%，動物源食物組成結(jié)構(gòu)逐漸由單一的畜肉類型向多樣的肉蛋組成轉(zhuǎn)變。植物源食物代謝比例逐漸下降，由1990 年的88%降低為2020 年的79%，其中糧食消費(fèi)占比劇烈下降，由46%下降為23%，鮮菜消費(fèi)顯著上升，由42%提高到了56%。

圖3 1990—2020年蘭州市食物代謝結(jié)構(gòu)

如圖3b 所示，農(nóng)村動物源食物的代謝量由1990 年的1.9 萬噸增長為2020 年的2.7 萬噸，所占食物代謝總量比例由4%增長為12%，其中，有較為明顯變化的仍是蛋類，由0.4%增長為3.6%，動物源食物結(jié)構(gòu)組成日趨豐富。植物源食物代謝比例由96%下降為88%，其中糧食消費(fèi)占比大幅下降，由71%降低為58%，鮮菜占比小幅增長，由1990 年的25%增長為2020 年的30%，這是因?yàn)楸M管植物源食物消費(fèi)種類逐漸多樣化，但甘肅省耕地仍以種植糧食為主。數(shù)據(jù)表明，2016 年，甘肅省糧食種植面積占耕地面積的65%，因此鮮菜消費(fèi)占比的增長并不明顯。

綜合城鄉(xiāng)食物消費(fèi)情況來看，這些變化的產(chǎn)生原因：一是經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會福利水平的提高使得人們擁有了能夠消費(fèi)更多數(shù)量和更加多元食物的能力；二是交通運(yùn)輸業(yè)的發(fā)展使得人們得到食物的方式更加便捷，降低了人們獲取和消費(fèi)食物的成本；三是隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，居民飲食觀念和習(xí)慣發(fā)生了改變。

4.2 蘭州市食物代謝環(huán)境足跡效應(yīng)

4.2.1 食物代謝環(huán)境足跡動態(tài)變化分析

蘭州市食物代謝的四種環(huán)境足跡（水、碳、氮、磷）的變化趨勢如圖4 所示。在城鎮(zhèn)地區(qū)，食物代謝的四種環(huán)境足跡均呈上升趨勢，其中水足跡由1990 年的8.31億立方米增長為2020 年的11.77 億立方米，增長了41.6%；碳足跡由67.96 萬噸增長為98.58 萬噸，增長了45.0%；氮足跡由435.45 萬千克增長到537.34 萬千克，增長了23.4%，磷足跡由103.13 萬千克增長到104.50萬千克，增長了1.3%。與城鎮(zhèn)地區(qū)相反，蘭州市農(nóng)村地區(qū)食物代謝的四種環(huán)境足跡在不斷下降，其中，水足跡由1990 年的7.13 億立方米降低為2020 年的3.94 億立方米，降低了43.7%，碳足跡由63.68 萬千克降低為35.30 萬千克，降低了45.3%，氮足跡由517.28 萬千克降低為264.34 萬千克，減少了49.0%，磷足跡由131.29萬千克降低為61.66 萬千克，減少了52.3%。四種足跡在城鎮(zhèn)和農(nóng)村展現(xiàn)出不同變化趨勢的原因主要有兩個(gè)方面，一方面是由于城鎮(zhèn)化導(dǎo)致城鎮(zhèn)人口增長，食物消費(fèi)增多，而農(nóng)村人口數(shù)量降低，食物消費(fèi)總量減少；另一方面是由于人們消費(fèi)結(jié)構(gòu)的改變導(dǎo)致的，本文所統(tǒng)計(jì)的食物消費(fèi)種類中，單位動物源食物的足跡系數(shù)遠(yuǎn)大于植物源食物，因此隨著動物源食物足跡的升高，城鎮(zhèn)地區(qū)各環(huán)境足跡顯著上升，但農(nóng)村地區(qū)食物消費(fèi)結(jié)構(gòu)改變的影響沒能抵過食物消費(fèi)總量減少的影響，因此環(huán)境足跡總量在不斷下降。

圖4 1990—2020年蘭州市食物代謝環(huán)境足跡數(shù)量變化

4.2.2 食物消費(fèi)環(huán)境足跡結(jié)構(gòu)演變分析

蘭州市城鎮(zhèn)與農(nóng)村食物代謝環(huán)境足跡結(jié)構(gòu)變化如圖5 所示。從水足跡結(jié)構(gòu)演化過程來看（圖5a 和圖5b），1990 年城鎮(zhèn)地區(qū)動物源食物與植物源食物產(chǎn)生的水足跡之比約為3∶2。其中，產(chǎn)生水足跡最多的為畜肉和糧食，分別占水足跡總量的55%和32%；但在2020 年，動物源食物與植物源食物產(chǎn)生水足跡之比變?yōu)?∶1，動物源水足跡的比例有較為明顯的上升。其中，產(chǎn)生水足跡最多的仍是畜肉和糧食，分別占55%和15%。1990年農(nóng)村地區(qū)動物源與植物源食物產(chǎn)生的水足跡之比約為7∶13，產(chǎn)生水足跡最多的也是畜肉和糧食，分別占34%和61%，到了2020 年，這一比例變?yōu)?2∶13，占比最大的畜肉與糧食分別占36%和48%。

圖5 1990—2020年蘭州市食物代謝環(huán)境足跡結(jié)構(gòu)變化

從碳足跡結(jié)構(gòu)演化過程來看（圖5c 和圖5d），1990年，城鎮(zhèn)地區(qū)動物源與植物源食物所產(chǎn)生的碳足跡之比約為4∶6，其中占比最大的為糧食、蔬菜和畜肉，分別占比38%、24%和25%；2020 年，這一比例變?yōu)?0∶9，糧食、蔬菜和畜肉分別占比17%、29%和30%。1990 年，農(nóng)村地區(qū)動物源與植物源食物所產(chǎn)生的碳足跡之比約為1∶4，占比最大的糧食、蔬菜和畜肉分別占比66%、16%和17%；2020 年這一比例變?yōu)?∶7，以上三種食物分別占比51%、19%和17%。

從氮足跡結(jié)構(gòu)演化過程來看（圖5e 和圖5f），1990年城鎮(zhèn)地區(qū)動物源與植物源食物產(chǎn)生氮足跡之比約為3∶7，糧食與畜肉占比最多，分別為63%和21%；2020年這一比例變?yōu)?∶11，糧食與畜肉分別占比33%和24%。1990 年農(nóng)村地區(qū)動物源與植物源食物產(chǎn)生氮足跡之比約為1∶9，糧食與畜肉分別占比86%和9%；2020年這一比例變?yōu)?∶7，糧食與畜肉占比73%和10%。

從磷足跡結(jié)構(gòu)演化過程來看（圖5g 和圖5h），1990年城鎮(zhèn)地區(qū)動物源與植物源食物產(chǎn)生磷足跡之比約為1∶4，占比最多的為糧食、豬肉和蔬菜，分別為71%、14%和10%；2020 年變?yōu)?∶2，這三種食物消費(fèi)占比變?yōu)?6%、17%和18%。1990 年農(nóng)村地區(qū)動物源與植物源食物產(chǎn)生磷足跡之比約為1∶19，糧食、蔬菜、畜肉占比最多，分別為90%、5%和4%；2020 年這一比例變?yōu)?∶9，三種食物消費(fèi)占比變?yōu)?3%、7%和5%。通過對比可以發(fā)現(xiàn)，不論是在城鎮(zhèn)還是農(nóng)村地區(qū)，產(chǎn)生環(huán)境足跡占比最大的均為糧食，且在農(nóng)村地區(qū)，糧食產(chǎn)生的氮足跡和磷足跡幾乎均占80%以上。

從上述數(shù)據(jù)中可以看到，城鎮(zhèn)與農(nóng)村地區(qū)食物代謝環(huán)境足跡結(jié)構(gòu)最大的不同就是動物源食物與植物源食物的占比。2020 年，城鎮(zhèn)地區(qū)這一比例比農(nóng)村地區(qū)要高，可見由于經(jīng)濟(jì)發(fā)展和物流業(yè)等水平的不同所帶來城鎮(zhèn)與農(nóng)村消費(fèi)結(jié)構(gòu)的巨大差異，導(dǎo)致植物源食物產(chǎn)生的環(huán)境足跡總量整體上比動物源植物多，但二者比例基本在10 以內(nèi)。但就代謝總量而言，植物源食物的消費(fèi)是遠(yuǎn)高于動物源食物的，所以總體上每單位動物源食物消耗的水和產(chǎn)生的二氧化碳是遠(yuǎn)高于植物源食物的。綜上所述，不論是蘭州市城鎮(zhèn)地區(qū)還是農(nóng)村地區(qū)，四種足跡結(jié)構(gòu)的變化趨勢存在著極高的相似度。因此合理調(diào)整居民飲食結(jié)構(gòu)，尤其是對于有替代關(guān)系的食物消費(fèi)進(jìn)行引導(dǎo)將會大幅降低四種足跡，減少環(huán)境負(fù)擔(dān)。例如，對于單位消費(fèi)量的畜肉和禽肉來說，畜肉的磷排放量是禽肉的1.2 倍，碳排放量是禽肉的1.9 倍，耗水量更是高達(dá)3.3 倍，因此應(yīng)當(dāng)鼓勵居民適當(dāng)以禽肉消費(fèi)替代畜肉消費(fèi)。

4.3 蘭州市人均食物代謝環(huán)境足跡和效率分析

蘭州市人均食物代謝環(huán)境足跡和食物代謝生態(tài)效率的變化情況見圖6。1990—2020 年，蘭州市城鎮(zhèn)人均水足跡由654.2 立方米降低為478.4 立方米，下降了27%；人均碳足跡由534.7 千克降低為400.5 千克，下降了25%；人均氮足跡由3.4 千克降低為2.2 千克，下降了36%；人均磷足跡由0.8 千克減少為0.4 千克，下降了48%，生態(tài)效率指標(biāo)由1.3 增長為2.4，提高了89%。相較于1990 年，2020 年蘭州市農(nóng)村人均水足跡由572.0 立方米減少為448.3 立方米，降低為原來的22%；碳足跡由511.1 千克減少為401.7 千克，下降了21%；氮足跡由4.2 千克減少為3.0 千克，下降了28%；磷足跡由1.1 千克減少為7.0 千克，下降了33%，生態(tài)效率指標(biāo)由1.0 增長為1.5，提高了4%。

圖6 1990—2020年蘭州市人均食物代謝環(huán)境足跡及生態(tài)效率

總體來看，隨著人們食物消費(fèi)結(jié)構(gòu)不斷豐富，植物源食物居主導(dǎo)地位，動物源食物占比有所下降，這使得蘭州市生態(tài)效率不斷提高。此外，近年來為響應(yīng)保護(hù)生態(tài)環(huán)境的號召，蘭州市積極調(diào)整優(yōu)化農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，發(fā)展特色農(nóng)業(yè)，實(shí)現(xiàn)蘭州百合等特色農(nóng)產(chǎn)品的現(xiàn)代化、規(guī)模化生產(chǎn)，提高其市場化水平，并不斷發(fā)展綠色生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)，推廣應(yīng)用測土配方和水肥一體等技術(shù)并大力開發(fā)有機(jī)肥等產(chǎn)品，積極發(fā)展農(nóng)產(chǎn)品綠色低碳運(yùn)輸，為低碳環(huán)保事業(yè)貢獻(xiàn)自己的力量，這一系列措施進(jìn)一步完善了農(nóng)作物產(chǎn)業(yè)鏈，也使綠色消費(fèi)觀念深入人心，于是更多人將消費(fèi)對象轉(zhuǎn)向蔬菜水果這些足跡系數(shù)較低的產(chǎn)物，提高了生態(tài)效率。但農(nóng)村地區(qū)的食物消費(fèi)結(jié)構(gòu)較為單一，其中糧食消費(fèi)占了大頭，而糧食的四種足跡系數(shù)是要遠(yuǎn)高于其他植物源食物的，因此農(nóng)村生態(tài)效率低于城鎮(zhèn)地區(qū)。

5 蘭州市食物代謝優(yōu)化路徑與政策建議

5.1 在保證營養(yǎng)攝入的前提下優(yōu)化居民膳食結(jié)構(gòu)

居民膳食結(jié)構(gòu)會對資源環(huán)境產(chǎn)生極大影響。因此，為降低各類環(huán)境足跡，可以鼓勵以植物性消費(fèi)為主的居民更多地消費(fèi)蔬菜、水果，因?yàn)槭卟撕退淖阚E系數(shù)都相對較小，二者的平均足跡系數(shù)分別為糧食的0.17 倍和0.21 倍，也就意味著在單位消費(fèi)量的情況下，這些食物將消耗更少的水或產(chǎn)生更少的二氧化碳。與此相對，以動物性消費(fèi)結(jié)構(gòu)為主的居民所食用的畜肉較多，但畜肉足跡系數(shù)較高，尤其是畜肉產(chǎn)品中的豬肉，而禽肉足跡系數(shù)相對較小。因此，應(yīng)當(dāng)盡量增加蔬菜、水果和禽肉的消費(fèi)，減少畜肉尤其是豬肉的消費(fèi)。蘭州市的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)以 “豬—糧” 為主，所以需要對蘭州市畜牧業(yè)結(jié)構(gòu)做出較大調(diào)整：從供給端來說，可以通過政策激勵，提供相應(yīng)福利以使畜牧業(yè)資源更多地從豬肉傾斜到其他方向；從消費(fèi)端就是要利用好禽肉和畜肉的替代性關(guān)系，優(yōu)化食物代謝結(jié)構(gòu)。如圖7 所示，蘭州市城鎮(zhèn)居民肉類消費(fèi)量和農(nóng)村居民糧食消費(fèi)量要高于全國膳食營養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)值[28]，因此城鎮(zhèn)居民可以適當(dāng)減少畜肉消費(fèi)，增加糧食消費(fèi)，農(nóng)村居民也應(yīng)減少糧食消費(fèi)量，這樣不僅能提高城鄉(xiāng)居民的健康水平，也能在一定程度上優(yōu)化代謝結(jié)構(gòu)，從而提高生態(tài)效率。

圖7 1990—2020年蘭州市人均食物代謝量

5.2 采用新型農(nóng)業(yè)技術(shù)，減少生產(chǎn)過程中的消耗與排放

本研究計(jì)算了水、碳、氮、磷四種食物消費(fèi)環(huán)境足跡，其中氮、磷是制造化肥的主流元素，因此氮足跡和磷足跡將很大程度上受到肥料施用量的影響。由圖4 可知，2015 年以來，城鎮(zhèn)地區(qū)氮磷足跡總量呈下降趨勢，這不僅是因?yàn)槿藗兪澄锵M(fèi)結(jié)構(gòu)的改變，也是由于近年來政府和社會對環(huán)保的呼吁，使得農(nóng)藥化肥使用量有所減少，綠色有機(jī)食品得以流行。但總體而言，蘭州市氮磷足跡總量依然較高，因此要想進(jìn)一步減輕環(huán)境負(fù)擔(dān)，就要從技術(shù)和管理兩方面展開綜合治理。從技術(shù)層面來講，要加大對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的研發(fā)投入，提高農(nóng)業(yè)機(jī)械數(shù)量，推動農(nóng)機(jī)作業(yè)服務(wù)體系，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)機(jī)械化。從管理層面來講，要提高農(nóng)業(yè)管理水平，規(guī)范生產(chǎn)者合理使用化肥等化學(xué)物質(zhì)，運(yùn)用科學(xué)合理的肥料管理措施，如推廣測土配方施肥方法以提高化肥利用率。此外，政府應(yīng)當(dāng)出臺相應(yīng)的農(nóng)業(yè)環(huán)境管理政策，在提高農(nóng)業(yè)產(chǎn)量的同時(shí)減輕農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對環(huán)境的影響，加強(qiáng)對農(nóng)業(yè)廢棄物的循環(huán)利用，如施用農(nóng)家肥、進(jìn)行秸稈還田等，減少單位食物生產(chǎn)的消耗量，盡量避免資源浪費(fèi)，做到環(huán)境友好型生產(chǎn)。

5.3 提高食物自給率，減少運(yùn)輸過程中的資源浪費(fèi)

除了生產(chǎn)過程中的消耗與排放，運(yùn)輸過程中產(chǎn)生的資源環(huán)境成本也是巨大的，如運(yùn)輸過程中交通工具排放的廢氣，食物貯存時(shí)占用的大量土地、水電等資源，因此要盡量保證糧食自給，以減少排放與無謂的資源損耗[29]。甘肅省是以 “豬—糧” 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)為主的省份，蘭州作為其省會，2020 年糧食消費(fèi)量約25.80 萬噸，自產(chǎn)糧食10.73 萬噸左右，自給率僅41.6%，豬肉消費(fèi)量為4.22萬噸，生產(chǎn)量3.09 萬噸，自給率為73.2%?？梢钥吹剑m州市的食物自給尤其是糧食自給能力相較豬肉而言還有很大提升空間，這就需要政府出臺相關(guān)農(nóng)業(yè)扶持和福利政策，如給予農(nóng)戶相關(guān)補(bǔ)貼，加大轉(zhuǎn)移支付力度。此外，提高食物自給率還應(yīng)結(jié)合現(xiàn)實(shí)環(huán)境因素的影響，當(dāng)前蘭州市還有很多未利用的荒地，如荒草地、林地等，在全面考察各類荒地土壤肥力、農(nóng)業(yè)產(chǎn)出、土地承載力等社會經(jīng)濟(jì)和生態(tài)環(huán)境效益的基礎(chǔ)上，因地制宜，有重點(diǎn)地發(fā)展不同畜群，種植不同植物源食物，以期實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)產(chǎn)量最大化。

6 結(jié)論與展望

6.1 結(jié)論

在生態(tài)文明建設(shè)和城鄉(xiāng)融合背景下，為探究城鎮(zhèn)化進(jìn)程中蘭州市城鄉(xiāng)食物代謝的動態(tài)過程及其資源環(huán)境效應(yīng)，揭示城市化過程中食物消費(fèi)引起的元素代謝變化規(guī)律和代謝中存在的問題，本文基于物質(zhì)代謝理論，運(yùn)用環(huán)境足跡方法和模型，對蘭州市1990—2020 年城鎮(zhèn)和農(nóng)村食物代謝環(huán)境效應(yīng)及生態(tài)效率進(jìn)行了測算和對比分析，主要結(jié)論如下。

（1）2020 年，蘭州市城鎮(zhèn)食物代謝通量為54.6 萬噸，相較1990 年增長了0.3 倍，其中主要增長的是動物源食物；農(nóng)村食物代謝通量為23.0 萬噸，減少了47%，其中動物源食物在增加，植物源食物在減少。此外，30年間居民消費(fèi)結(jié)構(gòu)也發(fā)生了巨大改變，由 “溫飽型” 逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)?“小康型” ，主要體現(xiàn)在食物消費(fèi)由以主食消費(fèi)為主轉(zhuǎn)變?yōu)橹鞲笔程娲?，由植物源食物消費(fèi)為主轉(zhuǎn)變?yōu)閯又参镌词澄锊⒅亍?/p>

（2）1990—2020 年，城鎮(zhèn)地區(qū)四種足跡大體呈上漲趨勢，水足跡增長了40.5%，碳足跡增長了45.6%，氮足跡增長了23.9%，磷足跡增長了4.0%；與此同時(shí)，農(nóng)村地區(qū)四種足跡卻在下降，水足跡降低了43.7%，碳足跡降低了45.3%，氮足跡減少了49.0%，磷足跡減少了52.3%，這與城鎮(zhèn)化進(jìn)程密切相關(guān)。在此過程中，蘭州市動植物源食物產(chǎn)生的四種足跡之比基本都有明顯上升，這很大程度上是因?yàn)樾笕庀M(fèi)的增加。

（3）相較于1990 年，2020 年城鎮(zhèn)地區(qū)生態(tài)效率提高了0.9 倍，農(nóng)村地區(qū)提高了0.5 倍，這主要得益于人們消費(fèi)結(jié)構(gòu)的改變和蘭州市農(nóng)業(yè)體系的調(diào)整和農(nóng)業(yè)讓技術(shù)的優(yōu)化。在此基礎(chǔ)上，本研究提出一系列措施來進(jìn)一步提高生態(tài)效率，包括優(yōu)化居民膳食結(jié)構(gòu)、合理使用有機(jī)肥、出臺相關(guān)農(nóng)業(yè)扶持政策等。

研究結(jié)果有助于增加政府和公眾對蘭州市食物消費(fèi)環(huán)境影響的直觀認(rèn)識，為引導(dǎo)公眾改善食物消費(fèi)結(jié)構(gòu)，推進(jìn)城鄉(xiāng)生態(tài)環(huán)境改善提供科學(xué)、定量化的決策依據(jù)。

6.2 展望

本文通過統(tǒng)計(jì)蘭州市1990—2020 年食物消費(fèi)情況，估算了食物代謝水、碳、氮、磷四種環(huán)境足跡，并計(jì)算了蘭州市30 年來的生態(tài)效率變化情況。但由于相關(guān)數(shù)據(jù)缺失等原因，計(jì)算過程中存在許多估算得來的結(jié)果，因此最終數(shù)據(jù)可能并不精確，只能作為一個(gè)大概的參考。在未來的研究中，我們希望能夠通過實(shí)地調(diào)研等方式來對結(jié)果進(jìn)行修正，使之更加準(zhǔn)確。此外，本文中所提到的四種足跡等一系列變量的改變很大程度上是由于人們消費(fèi)結(jié)構(gòu)的改變，但改變原因目前只進(jìn)行了較為表面的分析，未來將對于導(dǎo)致消費(fèi)結(jié)構(gòu)改變的背后行為動機(jī)進(jìn)行進(jìn)一步研究，并且將不僅僅停留在環(huán)境效應(yīng)層面，還會向經(jīng)濟(jì)效益加以延伸，以進(jìn)行更全面、更有社會意義的探討。