京津冀居民膳食虛擬水消費差異及影響因素分析

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　　摘要：虛擬水消費變化對水資源需求有很大影響，分析居民膳食虛擬水消費及其差異性對于構建健康的消費模式有重要意義。核算并分析2000-2015年京津冀居民膳食虛擬水的消費情況，并對造成虛擬水消費差異的影響因素進行分析。結果表明：北京、天津、河北年均居民膳食虛擬水消費為98.33億m3、57.44億m3和240.02億m3，虛擬水消費量呈明顯的上升趨勢，給區域水資源安全保障帶來更大壓力;人均居民膳食虛擬水消費區域差異明顯，整體表現為城鎮高于農村，北京市高于天津市高于河北省。居民膳食虛擬水消費多樣性指數整體呈現上升趨勢，城鄉差異顯著，城鎮居民高于農村居民，但城鄉差距逐漸縮小;肉類、食用油等單位質量虛擬水含量高的產品消費量不同是造成人均膳食虛擬水消費差異的重要原因，而且糧食生產力提高對于減少居民人均膳食虛擬水消費也有重要作用。根據研究結果，建議通過提高產品水產用水效率、構建合理的消費結構、引導健康的飲食消費習慣等對膳食虛擬水消費需求進行調控。
　　關鍵詞：水資源;虛擬水;消費模式;通徑分析
　　中圖分類號：TV213.4 文獻標志碼：A
　　Abstract：The characteristics of virtual water consumption have great impacts on water resources demand，therefore，it is of significance to investigate virtual water consumption and its differences of resident diet to build a healthy consumption model.This paper analyzed the residents′ dietary virtual water consumption in Beijing-Tianjin-Hebei region from 2000 to 2015，and explored their influencing factors.Results showed that a） The average annual dietary virtual water consumption during 2000-2015 was 9.833 billion m3，5.744 billion m3 and 24.002 billion m3 in Beijing，Tianjin and Hebei，respectively.The virtual water consumption also showed an obvious increasing trend，which could bring critical pressure to the regional water resources security;b）The residents′dietary virtual water consumption per capita was higher in Beijing than those of Tianjin and Hebei，and was higher in urban than that of rural areas;c） The consumption diversity index of residents′ dietary virtual water consumption also showed an upward trend，and it was higher in urban than that of rural areas as well.However，the gap was becoming narrowing gradually with time;d）The difference from consumption of high virtual water，such as meat and edible oil，was the main reasons for virtual water consumption.The improvement of grain productivity plays an important role in reducing the virtual water consumption per capita.The regulations of virtual water remand can be used to improve the efficiency of water consumption，construct a more reasonable consumption structure，and guide healthy consumption habits.
　　Key words：
　　water resources;virtual water;consumption pattern;path analysis
　　
　　 水是人類活動和社會生產不可或缺的資源，水資源供需矛盾逐漸成為社會經濟可持續發展的瓶頸。產品生產必然伴隨著水資源的消耗，居民消費及其結構變化從消費端引導產品生產結構的變化，最終對水資源的可持續利用產生壓力[1]。從消費需求角度研究人類對水資源的利用狀況，對解析不同消費模式對水資源的影響、探索水資源可持續利用方式具有一定的現實意義[2]。
　　虛擬水表示產品在生產過程中所消耗的水資源量[3]，對其貿易和流動進行調控被認為是緩解水資源問題的新途徑之一[4-5]。從消費需求角度探究虛擬水消費對于區域水資源的影響是虛擬水研究的重要內容。如龍愛華等[2]、劉俊國等[6]、Hoekstra和Mekonnen[7]分別研究了省級、國家和全球等不同區域尺度的消費水足跡;尚海洋等[8]對不同消費模式下的虛擬水消費狀況進行了對比分析;孫才志等[9]分析了我國膳食水足跡及其驅動因子;楊鑫等[1]研究了居民收入對食品虛擬水消費的影響。但目前對虛擬水消費差異性影響因素的相關研究還比較少。區域人口規模、消費模式和消費數量決定了產品的消費需求，而消費需求量、產品消費種類和單位產品虛擬水含量共同決定虛擬水消費的總量。不同區域在自然條件、經濟水平、生活習慣和宗教信仰等因素的影響下形成不同的消費結構和模式[2]。在生活水平提高、水資源利用效率不斷提升及氣候變化的背景下，區域消費結構、消費模式和產品單位質量虛擬水含量同樣發生變化。 　　京津冀是我國典型的資源型缺水地區[10]，同時也是我國水資源承載壓力、水資源安全保障難度最大的地區[11]。京津冀三個地區資源環境差異明顯，在區域生產條件、城鎮與農村人口結構和經濟水平等因素的差異下形成了不同的消費模式。本文以京津冀為研究對象，分析了城鎮居民和農村居民膳食虛擬水消費差異及不同區域的膳食虛擬水消費差異，利用通徑分析和貢獻率探討了區域膳食虛擬水消費差異的影響因素。研究結果有助于從消費需求角度為虛擬水消費、調控和區域水資源可持續利用決策提供有益參考。
　　1 數據和方法
　　1.1 數據來源
　　本文研究時段為2000-2015年，各作物種植面積和產量、城鄉居民主要產品消費量來源于各區域統計年鑒，農業用水數據來源于各區域水資源公報，氣象數據來源于國家氣象科學數據網（http：//data.cma.cn/）。
　　1.2 虛擬水消費量化方法
　　居民日常飲食消費產品種類多種多樣，主要包括農作物、畜牧產品和部分農業衍生產品。虛擬水消費量是居民消費產品所包含虛擬水量的總和，計算公式如下：
　　1.2.1 農作物虛擬水含量計算方法
　　作物單位質量虛擬水含量（WV，crop）可以用作物生長發育期內的耗水量除以作物產量獲得，作物耗水根據不同來源可以分為藍水和綠水，藍水來源于灌溉，綠水來源于降水[12]?？紤]京津冀水資源短缺的大背景下，農業種植過程中灌溉難以充分滿足作物藍水需求，為更準確地表示生產條件變化下作物虛擬水含量，結合用水數據，文中采用的作物單位質量虛擬水含量計算方法如下[13]：
　　1.2.2 畜牧和農業衍生品虛擬水含量計算方法
　　畜類活體的虛擬水含量取決于其整個生長過程中消耗的淡水資源量，包括飼養所用的作物包含的虛擬水含量、日常飲用用水和清潔圈舍和衛生所產生的服務用水[16]。畜牧產品的虛擬水含量則取決于牲畜的種類和在加工這種產品所消耗的水。農業衍生品虛擬水含量取決于原料本身所包含的虛擬水和生產加工過程中投入的水量。相關產品的虛擬水含量（藍水和綠水）計算難度較大，由此文中涉及的所有畜牧和農業衍生品單位質量虛擬水含量直接采用文獻[17-18]中中國地區數據成果，見表1。
　　1.3 虛擬水消費多樣性指數
　　消費結構多樣性指數是以不同消費類別虛擬水的比例作為測算消費結構與水資源利用效率（虛擬水消費量）之間關系的指標[19]。本文采用Shannon-Weaver公式度量虛擬水消費水平，公式如下所示：
　　1.4 虛擬水消費差異影響因素分析
　　本研究采用相關性和通徑分析確定各因素對人均虛擬水消費的影響程度。通徑分析是數量遺傳學家Sewall Wright于1921年提出的一種多元統計技術，它以多元回歸模型為基礎，分析多個自變量與因變量之間的線性關系。通徑系數表示相關變量間的因果關系，直接通徑、間接通徑和總通徑系數表示自變量對因變量的直接、間接和綜合影響[20-21]。為了更好地解析人均膳食虛擬水消費時間尺度上的變化和區域差異，本文采用貢獻率方法，進一步分析各影響因子對人均虛擬水消費的影響。
　　2 結果與分析
　　2.1 作物單位質量虛擬水含量
　　作物生產是區域虛擬水生產和消費的基礎，作物中蘊含的虛擬水一部分直接供給人類消費，另一部分作為飼料供給畜產品生產或者成為農業衍生品的基礎原料，作物單位質量虛擬水含量變化直接影響居民虛擬水消費量。表2為居民主要消費農產品2000-2015年間單位質量虛擬水含量變化，可以看出作物單位質量虛擬水含量為豆類>糧食>瓜果>蔬菜，豆類產品單位質量虛擬水含量遠高于其它三種作物，蔬菜單位質量虛擬水含量遠低于其它作物。從虛擬水角度考慮，在水資源短缺的情況下，豆類產品在該區域無種植優勢。
　　2000-2015年間，北京、天津和河北糧食作物單位質量虛擬水含量年均為1.035 m3/kg、0.906 m3/kg和0.746 m3/kg，分別以-27 m3/t、-9.4 m3/t和-17.6 m3/t的年速率變化;瓜果單位質量虛擬水含量年均為0.313 m3/kg、0.263 m3/kg和0.324 m3/kg，分別以-4.9 m3/t、1.9 m3/t和-10.3 m3/t的年速率變化;豆類單位質量虛擬水含量年均為2.296 m3/kg、3.058 m3/kg和2.178 m3/kg，分別以52.8 m3/t、16.1 m3/t和-66 m3/t的年速率變化;蔬菜單位質量虛擬水含量年均為0.101 m3/kg、0.076 m3/kg和0.050 m3/kg，分別以-1.5 m3/t、-0.6 m3/t和-0.7 m3/t的年速率變化。氣象條件和農業生產投入共同影響作物單位質量虛擬水含量，受氣象條件不確定性影響，京津冀作物單位質量虛擬水含量呈現上下波動狀態，2000-2015年間整體呈現出明顯的下降趨勢，這與持續的農業投入密切相關，同時也顯示區域水資源利用效率的提高。
　　河北省糧食、蔬菜和瓜果單位質量虛擬水含量低于北京和天津，需求程度較高的糧食和蔬菜產品單位質量虛擬水含量均表現出下降趨勢。豆類單位質量虛擬水含量北京、天津呈現略增長趨勢而河北省呈現下降趨勢，這與北京、天津作物種植結構調整有關，兩地豆類種植面積均大幅度減少，間接地影響豆類作物在農業投入和配套設施方面的分配，從而影響作物單位質量虛擬水含量的變化。
　　2.2 京津冀居民膳食虛擬水消費變化
　　居民膳食虛擬水消費變化主要體現為虛擬水消費總量的變化（表3）、人均虛擬水消費量和結構的變化（圖1），前者反映出[HJ2.3mm]區域膳食虛擬水消費規模，后者反映膳食虛擬水消費群體差異。北京、天津和河北20[HJ]00-2015年年均居民虛擬水消費量為98.33億m3、57.44億m3和240.02億m3，居民膳食虛擬水消費量呈上升趨勢，居民膳食虛擬水消費規模表現出河北>北京>天津。北京和天津城鎮虛擬水消費占主體地位，且呈增長趨勢。河北隨著人口結構變化，城鎮虛擬水消費呈上升趨勢，并逐漸占據消費的主體地位，農村虛擬水消費呈下降趨勢。 　　為研究居民膳食虛擬水消費區域和群體差異，本文選取2000-2005年、2006-2010年和2011-2015年三個時間段進行分析。
　　從居民年均膳食虛擬水消費量分析：[HJ1.9mm]北京城鎮居民為561.94 m3/a、554.01 m3/a和540.30 m3/a，農村居民為417.00 m3/a、385.29 m3/a和406.89 m3/a;天津城鎮居民474.07 m3/a、480.79 m3/a和505.57 m3/a，農村居民為424.12 m3/a、453.29 m3/a和425.11 m3/a;河北城鎮居民為382.76 m3/a、384.00 m3/a和386.68 m3/a，農村居民305.78 m3/a、287.73 m3/a和314.00 m3/a?？梢钥闯?，京津冀居民在三個時間段內年均膳食虛擬水消費量比較穩定，同一區域消費群體相同時，人均虛擬水消費時間序列上無顯著變化。
　　從消費群體分析：居民虛擬水消費整體表現為城鎮居民>農村居民，其中城鎮居民與農村居民虛擬水消費量天津差異幅度最小，北京差異幅度最大?？紤]地域因素居民虛擬水消費表現為北京城鎮>天津城鎮>河北城鎮，天津農村>北京農村>河北農村，虛擬水消費區域差異性較為明顯，2011-2015年人均虛擬水消費北京城鎮居民比河北城鎮居民高153.62 m3/a，比河北農村居民高226.30 m3/a。
　　從消費結構分析：京津冀糧食、肉類和食用油是居民虛擬水消費的主體，占膳食虛擬水消費量的70%～90%之間，城鎮和農村居民消費差異明顯，城鎮居民肉類虛擬水消費比重較大，農村居民糧食虛擬水消費比重較大。隨著生活水平的提高和消費習慣的改變，居民膳食虛擬水消費中糧食消費所占比重逐漸下降，肉類虛擬水消費農村地區所占比重呈上升趨勢而城鎮地區呈下降趨勢，食用油和蛋類虛擬水消費所占比例則略有上升，奶和瓜果虛擬水消費農村地區呈現出上升趨勢而城鎮地區無明顯變化。這種消費結構的變化反映出區域消費模式逐漸趨于均衡，城鎮和農村虛擬水消費結構差異逐漸變小，人們的飲食消費選擇逐漸豐富。
　　2.3 京津冀居民膳食虛擬水消費多樣性分析
　　利用Shannon-Weaver公式計算了京津冀居民膳食虛擬水消費多樣性指數（圖2）。結果表明，京[CM（22]津冀居民膳食虛擬水消費城鄉差異顯著，城鎮居民明顯高于農村，表明城鎮居民虛擬水消費比較均衡，消費水平高于農村，消費結構更為合理。京津冀城鎮居民虛擬水消費多樣性較為一致，而農村居民虛擬水消費多樣性表現出明顯的區域差異，北京農村>天津農村>河北農村。從時間序列角度分析，城鎮居民消費結構比較穩定，農村居民消費結構變化顯著，與城市居民消費結構差異逐漸縮短。農村居民飲食消費多樣性的改變，來源于消費產品的豐富和結構的調整，如對糧食消費的減少，肉類、蛋、奶和蔬菜等消費的增加，飲食消費趨于多樣化。
　　2.4 京津冀居民膳食虛擬水消費影響因素分析
　　影響區域人均虛擬水消費量的影響因素復雜多
　　樣，如氣象條件和生產投入影響消費產品的單位質量虛擬水含量，消費產品的種類和數量影響消費模式，而居民收入直接影響居民消費水平等。本文依據通徑分析，探討1.4節部分列出的9個因素和人均虛擬水消費量的直接通徑系數、間接通徑系數及總的影響，結果見表4。
　　 各影響因素的直接通徑系數絕對值從大到小依次為：X2、X1、X7、X6、X4、X3、X9、X8和X5。其中，肉類消費量對人均膳食虛擬水消費的直接影響最大，直接通徑系數為0.667，遠高于其它影響因素，主要原因是肉類單位質量虛擬水含量較高和所占消費比例較大;糧食消費量、單方水糧食生產率、蛋奶消費量等也有較大的直接影響，單方水糧食生產率和消費多樣性指數對人均虛擬水消費量直接通徑系數為負值，而蔬菜消費量、居民年均收入和消費多樣性指數對人均虛擬水消費直接影響較小。糧食消費量和消費多樣性指數的間接影響最為顯著。總影響因素表明肉類、瓜果、蛋奶消費影響程度在各影響因子中處于前三位，而糧食消費量與單方水糧食生產率對人均虛擬水消費總影響系數為負值。
　　利用式（11）和式（12）推求人均虛擬水消費量的產品消費因素和社會-環境因素的貢獻水平。為消除偶然性，選取天津城鎮2006-2010年和2011-2015年時間段，天津農村2011-2015年和天津城鎮2011-2015年，河北城鎮2011-2015年和天津城鎮2011-2015年三組不同形態下的消費模式進行分析（表5）。結果表明，人均居民膳食虛擬水消費量天津城鎮2011-2015年較2006-2010年高5.16%，肉類消費量增長了5.05%，產生的貢獻率達30.72%;產品消費因素貢獻率高達91.07%，單方水糧食生產率是減少人均虛擬水消費量的主要驅動力，貢獻率為-63.57%;居民年均收入變幅最大為57.83%，產生的貢獻率卻僅有32.04%;居民消費多樣性指數變化幅度較小，減少0.43%，貢獻率達10.75%。人均居民虛擬水消費天津城鎮2011-2015年較天津農村2011-2015年高出18.93%，農村和城鎮居民影響因素差異明顯，其中肉類消費量相差33.34%，貢獻率達63.65%;糧食消費差異為-19.72%，貢獻率-2.54%;收入水平相差95.78%，貢獻率僅為14.45%;農村和城鎮居民消費多樣性相差8.02%，貢獻度為-54%。人均居民虛擬水消費天津城鎮2011-2015年較河北城鎮2011-2015年高出30.75%，肉類消費差異41.95%，貢獻率達49.30%;糧食消費差異較小，但糧食生產條件差異-23.57%，貢獻率為20.68%;消費多樣性指數貢獻率為-7.37%。通過三組實際狀態下的消費模式可以看出，人均虛擬水消費差異主要是由肉類、蛋奶等單位質量虛擬水含量高的食品消費量差異引起的，生產條件和消費水平提高可以在一定程度減少虛擬水消費量。因此，為降低區域水資源安全保障難度，達到水資源可持續健康發展，可以采用提高產品用水效率、構建合理的膳食結構、提倡居民增加蔬菜、水果的綠色消費模式等調控措施，既益于居民飲食健康，又能減少虛擬水消費量。 　　2.5 研究結果的不確定性分析
　　本文研究過程中需要確定農作物、畜產品和農業衍生品的單位質量虛擬水含量，其農作物單位質量虛擬水的確定較容易，而畜產品和農業衍生品的確定較困難。北京、天津居民膳食消費中，農作物產品很大程度上依賴于外地輸入，而本研究計算過程采用的是本地作物的單位質量虛擬水含量，因此區域虛擬水消費量計算是有誤差的，但因為目前區域之間缺乏具體的產品輸入輸出數據，京津冀區域居民膳食虛擬水消費中，河北省農村居民糧食虛擬水消費比例較高，但河北省農業虛擬水是輸出狀態，按照生產地計算是可行的;北京、天津城市居民肉類、蛋類、奶類虛擬水所占比例很高，這部分數據核算采用的是Hoekstra關于單位質量水足跡中中國部分數據，來源地和消費地數值是一樣的，因此計算過程中，北京和天津城鎮居民膳食虛擬水存在數據誤差，但城鎮居民糧食虛擬水消費量所占比例較小，因此這種方法可以探討膳食虛擬水消費的整體影響因素狀況，結果具有一定的參考價值。本文應用定額法計算動物食品的虛擬水含量，由于生產技術的進步和氣象條件波動的影響，飼料糧和飼草的喂養比例每年都在變化，因此使用定額法可能無法準確描述年際的波動。此外研究中所需的資料來自于多個數據源而且存在部分數據缺失情況，雖然本研究已經盡力對缺失數據盡量推求和還原保證數據的可靠性，但由于數據統計口徑和統計誤差問題，仍然會對數據量化和分析結果產生影響;對居民人均膳食虛擬水消費影響因素進行分析時，僅選取了部分主要的影響因素，仍有許多因素未考慮在內，如肉類、蛋奶等虛擬水含量僅是依靠前人的計算基礎上進行引用，未能體現其在生產條件不斷改善下虛擬水含量的變動。
　　3 結論
　?。?）2000-2015年間，北京、天津和河北糧食作物單位質量虛擬水含量年均為1.035 m3/kg、0.906 m3/kg和0.746 m3/kg;瓜果單位質量虛擬水含量年均為0.313 m3/kg、0.263 m3/kg和0.324 m3/kg;豆類單位質量虛擬水含量年均2.296 m3/kg、3.058 m3/kg和2.178 m3/kg;蔬菜單位質量虛擬水含量年均0.101m3/kg、0.076 m3/kg和0.050 m3/kg。京津冀作物單位質量虛擬水含量在研究時段內整體呈現明顯的下降趨勢。
　?。?）2000-2015年間，北京、天津和河北年均居民膳食虛擬水消費量為98.33億m3、57.44億m3和240.02億m3，居民膳食虛擬水消費量呈現上升趨勢，從而對區域水資源安全保障提出更高的要求。
　　（3）人均居民膳食虛擬水消費整體表現為城鎮居民>農村居民，人均居民膳食虛擬水消費表現為北京城鎮>天津城鎮>河北城鎮，天津農村>北京農村>河北農村。京津冀居民膳食虛擬水消費多樣性指數整體呈現上升趨勢，城鄉差異顯著，城鎮居民明顯高于農村，但城鄉差距逐漸縮小。
　?。?）肉類，食用油等高單位質量虛擬水含量消費量的差異是造成虛擬水消費差異的主要原因，糧食生產力的提高對于減少居民人均虛擬水消費有重要的作用。提高產品用水效率，提倡綠色消費，增加蔬菜、水果的消費所占比例，構建合理的消費結構，建立健康的消費習慣和消費模式是虛擬水消費需求調控的基本手段。
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