京津冀地区居民食物消费变化及其对虚拟水的影响

夏文雪，韩静艳，何明霞，崔 旭，张 兵

（1.天津师范大学天津市水资源与水环境重点实验室，天津300387；2.天津师范大学地理与环境科学学院，天津300387；3.天津农学院水利工程学院，天津300392）

食物和水是人类生存发展的前提条件，是影响地区经济和社会发展的两大战略资源，也是保障地区可持续发展的基本支撑点[1-2].水的可持续利用与食物的安全保障是社会经济持续稳定发展的基本支柱[3].因此，探索食物消费趋势，保障水安全具有重要的现实意义.

20世纪90年代，英国学者Allan[4]首次提出虚拟水的概念，用于表示产品生产和服务中所需的水资源数量，保障区域的水和粮食安全.虚拟水连接水、粮食和人口消费，为缓解水资源短缺提供了新途径[5].针对食物虚拟水、保障区域水安全和食物安全等问题，许多学者从虚拟水理论及前景综述[6]、方法与展望[7]、合理协调水-粮食关系[1，8]、居民膳食水足迹[9]以及食物虚拟水贸易[10]等方面进行研究，为保障水安全和粮食安全，促进区域间水、粮食和经济等协同发展提供借鉴[11-12].目前，食物虚拟水消费的研究多集中于全球[13]、国家[14-15]和省市[16]区域尺度，而针对城市群和经济区尺度的虚拟水研究相对较少.

地处海河流域的京津冀地区是北方重要的经济核心区和粮食主产区，属于资源型严重缺水地区，人口高度集聚、食物需求量巨大以及水资源短缺问题是阻碍该地区高速发展的关键[17-18]，厘清食物消费与虚拟水的关系可为京津冀食物消费结构调整和农业水资源高效利用提供参考.本研究通过定量计算京津冀口粮、蔬菜、鱼肉蛋食物消费量及食物虚拟水消费量，从时间与空间、整体与局部的角度探索研究区内食物消费变化趋势及其对虚拟水的影响，以期为食物的生产、消费和农业虚拟水流动提供参考.

1 数据与方法

1.1 数据来源

本文的研究时段为2000—2018年，共计19 a，涉及的食物消费数据包括人均口粮消费量、人均蔬菜消费量和人均鱼肉蛋类消费量，分别参照统计年鉴中粮食（原粮）、鲜菜以及肉类、鱼类和蛋类的数据.2000—2018年，北京、天津和河北的食物消费数据、人口数据和水资源总量数据主要来源于《北京市统计年鉴》、《天津市统计年鉴》、《河北省统计年鉴》和《中国统计年鉴》.京津冀地区各食物的单位质量虚拟水含量参照文献[19]，部分食物消费量参考文献[20-23].此外，仍有部分食物消费缺失数据，本文根据已有数据进行插补延长处理，即对于某一年份缺失的消费数据，利用其前后2个年份消费数据取均值进行插补；多个年份数据缺失的情况则利用Origin软件做拟合曲线，选择最优曲线，进行延长处理.

1.2 研究方法

1.2.1 食物虚拟水消费量

目前，虚拟水的定量计算方法主要有2种，分别为自上而下法（如生产树法）和自下而上法（如投入产出法）.前者根据食物（农产品）的消费量计算某一食物（农产品）虚拟水消费量；后者借助研究区域投入产出表计算产品消费中资源的使用量等数据，直接或间接地得到区域食物虚拟水消费量及贸易量.本文未研究区域间贸易联系，故采用第1种方法计算京津冀食物虚拟水消费量.由于食物种类较多，根据《中国居民膳食指南》（2016版）[24]（以下简称中国膳食宝塔）选取口粮、蔬菜和鱼肉蛋3类基础食物种类.食物虚拟水的计算主要用于分析居民单位食物消费中所包含的虚拟水量，故基于消费的食物虚拟水量化方法，食物虚拟水消费量为

式（1）中：Pi为第i种食物的人均消费量，单位为kg；Wi为第i种食物的单位虚拟水含量，单位为m3/kg.

1.2.2 农作物虚拟水含量

农作物单位质量虚拟水含量的计算可用农作物生长发育过程中消耗的水资源量除以农作物的总产量，其中农作物所消耗的水资源按照来源不同分为绿水和蓝水.由于绿水数据不易获取，故参考文献[25]对区域农作物虚拟水的计算方法，得到农作物单位质量虚拟水含量为

式（2）中：Wcrop，j为第j种农作物单位质量的虚拟水含量，单位为m3/kg；mj为农作物j的产量，单位为kg.

1.2.3 畜牧产品虚拟水含量

畜牧产品中蕴含的虚拟水含量取决于畜牧的种类以及加工畜牧产品时消耗的水资源量[25].不同地区饲养方式、地理位置、饲料构成和加工方式等因素不同，会导致畜牧产品虚拟水含量的差异.由于计算畜牧产品虚拟水含量的公式较为复杂，所以该部分虚拟水含量借鉴文献[19]，相关数据如表1所示.本文研究的畜牧产品范围为鱼肉蛋类动物性食物，包括肉类（猪肉、禽类、牛羊肉）、鱼类和蛋类.

表1 食物单位虚拟水含量Tab.1 Virtual water content of per food unit

2 结果与分析

2.1 京津冀地区居民食物消费量

在整理京津冀地区统计年鉴中实际统计数据的基础上，得到2000—2018年京津冀各省市年人均食物消费量以及消费总量的变化情况，结果如图1所示.

由图1可以看出，京津冀地区人均食物消费总量整体下降，且3类食物消费量存在差异，具体表现为人均口粮消费量总体下降，人均蔬菜消费量稳定，人均鱼肉蛋类消费量上升.2000—2018年，研究区人均食物消费总量历年均值为285.9 kg/a，下降幅度为4.4%（图1（a））.北京、天津和河北的人均口粮消费量年均变化率分别为0.06%、-0.25%和-1.50%.与2000年相比，2018年北京、天津和河北的人均口粮消费量均有所下降，下降比例分别为2.38%、6.82%和27.09%（图1（b））.北京人均蔬菜消费量呈阶段性增减变化，整体为下降趋势，年均变化率为1.3%；天津和河北人均蔬菜消费量呈现波动上升趋势，年递增率分别为8.8%和0.8%（图1（c））.2002—2018年京津冀人均鱼肉蛋类消费量表现为天津＞北京＞河北；天津鱼肉蛋类消费量增幅最大，为67.1%；其次为河北，增长了52.5%；同期北京增长幅度最小，为36.8%（图1（d））.京津冀地区植物性食物消费量逐年降低，动物性食物消费量持续增长，可能是因为居民生活水平与消费质量不断提高[26].

图1 京津冀地区居民年人均食物消费量的变化情况Fig.1 Change of annual per capita food consumption of residents in Beijing-Tianjin-Hebei region

根据中国膳食宝塔[24]（2016版）中食物摄入量的建议数据进行计算，得到最佳人均口粮消费量、人均蔬菜消费量和人均鱼肉蛋类消费量分别为109.5~182.5、146.0~182.5和45.6~73.0 kg/a.结合人均食物摄入建议量最低标准，分析2018年京津冀地区人均食物消费量，北京人均口粮消费量和人均蔬菜消费量分别为99.7 kg/a和106.5 kg/a，均低于最低人均摄入标准值；人均鱼肉蛋类消费量为55.0 kg/a，处于适宜范围内.天津人均蔬菜消费量为113.6 kg/a，比最低人均蔬菜摄入标准值（146.0 kg/a）少32.4 kg/a；人均口粮消费量和人均鱼肉蛋类消费量均处于适宜范围内.河北人均蔬菜消费量仅为95.6 kg/a，为最低人均蔬菜摄入标准值的65.5%；人均鱼肉蛋类消费量为47.6 kg/a，略高于最低人均鱼肉蛋摄入量标准值，超出2.3 kg/a；人均口粮消费量处于适宜范围内.京津冀三省市人均食物摄入量存在差异的原因可能是城乡人口结构及经济发展水平等因素的不同造成不同地区食物消费的差异[25].

2.2 京津冀居民食物消费结构

2000—2018 年京津冀地区居民年人均食物消费结构动态变化情况如图2所示.

图2 京津冀地区居民年人均食物消费结构的变化情况Fig.2 Changes in per capita food consumption structure of residents in Beijing-Tianjin-Hebei region

由图2（a）可知，京津冀地区动物性食物消费比重增加，植物性食物消费比重下降，具体表现为动物性食物消费人均年增长率为2.48%；2000—2018年植物性食物消费比重下降8.0%，但仍居主体地位.北京居民人均口粮消费量占总量的比重由2000年的17.3%上升到2018年的19.1%；同期，人均蔬菜消费占比下降5.5%；人均鱼肉蛋类消费增长缓慢，所占比例由2000年的6.8%增加到2018年的10.5%（图2（b））.天津居民人均口粮消费量占比由2000年的50.3%降低到2018年的43.1%；人均蔬菜消费量占比波动幅度绝对值为0.7%~1.6%，变化不大；人均鱼肉蛋类消费量总体呈现增长趋势，年递增率为3.3%（图2（c））.河北省居民人均口粮消费量逐年减少，年递减率为1.5%.人均蔬菜消费比重上升，2018年比2000年增加了3.8%.人均鱼肉蛋类消费比重由2000年的10.4%增加到2018年的17.6%，年递增率为2.4%（图2（d））.食物消费结构的变化说明随着收入和生产力水平的提高，受需求的驱动，部分植物性食物被动物性食物所替代，食物消费结构向营养化、均衡化方向调整[27].

2.3 食物消费对虚拟水的影响

在食物消费中，水资源常以虚拟水的形式存在于食物中，因此食物消费的改变会使食物虚拟水消费量发生变化，2000—2018年京津冀地区居民食物虚拟水消费量的变化情况如图3所示.

由图3可以看出，京津冀地区食物虚拟水消费量整体呈上升趋势，鱼肉蛋虚拟水变化幅度大，蔬菜虚拟水变化小，区域间食物虚拟水消费差异显著.口粮虚拟水消费量略有下降，年均递减率为0.10%；蔬菜虚拟水消费量变化较小，2000—2018年均值为6.50×108m3；动物性食物虚拟水消费量显著上升，年均递增率为4.4%，2005—2006年增长最快，幅度为24.9%（图3（a）），这可能是因为随着收入增加，居民开始追求更高的食物营养价值[26]，造成动物性食物消费量增加.北京口粮虚拟水消费量呈增长趋势，2018年（1.98×109m3）较2000年（1.10×109m3）增长了75.40%；蔬菜虚拟水消费量呈减少趋势，与2000年比，2018年减少了46.5%；动物性食物虚拟水消费呈增长趋势，2018年较2000年增长了79.8%（图3（b））.天津口粮、蔬菜和鱼肉蛋3类食物虚拟水消费量均呈增长趋势，研究时段年均递增率分别为2.5%、2.6%和4.2%（图3（c））.2018年河北口粮虚拟水消费量为4.90×109m3，较2000年的6.15×109m3减少了20.2%；此外，2018年蔬菜和动物性食物虚拟水消费量分别比2000年的2.60×108m3和4.19×108m3增长了39.4%和137.0%（图3（d））.

图3 京津冀地区居民食物虚拟水消费量变化Fig.3 Food virtual water consumption change of residents in Beijing-Tianjin-Hebei region

食物虚拟水消费量的大小取决于食物消费量及单位食物虚拟水含量，其中单位食物虚拟水含量起主导作用.动物性食物消费量占比的增加（图2）和单位质量动物性食物虚拟水含量较高（表1）是京津冀地区食物虚拟水消费量逐年增长的主要原因.食物消费的不断变化对水资源提出了更高的要求，食物虚拟水消费可以直观地反映居民食物消费量的变化，为食物消费模式的研究提供了新的视角[28].虚拟水消费年际总量的变化客观反映了一定时间内京津冀地区食物虚拟水消费总量的变化趋势，体现了区域食物虚拟水消费规模的差异[29].京津冀地区3类食物虚拟水消费之和以及历年农业用水量的变化情况如表2所示.

表2 京津冀地区食物消费虚拟水与农业用水量变化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，京津冀地区历年虚拟水消费总量均高于农业用水量，两者差值逐年增加，且省市差异显著.研究时段内，北京、天津和河北农业用水量均呈下降趋势，历年均值分别为1.10×109、1.18×109和1.44×1010m3.随着节水农业的逐步推进，为保持种植作物的最低灌溉量，预计京津冀地区农业用水量会维持在临界值附近，而居民食物消费虚拟水量会继续增加.研究期内北京食物虚拟水消费量增速最快，年均递增率为4.1%；其次为天津，年均递增率为3.6%；增速最小的是河北，年均递增率为2.2%.同时，区域内食物消费虚拟水与农业用水量的差值逐渐变大，2000—2018年，北京、天津和河北食物消费虚拟水与农业用水量差值分别提高了1.37倍、1.03倍和2.87倍.截至2018年，河北食物虚拟水总量在京津冀地区占比最大，约占区域虚拟水总量的64.0%；北京次之，约占20.6%.

区域间食物虚拟水消费量的差异可能与当地人口变化情况有关.根据统计年鉴中的人口数据，北京、天津和河北的常住人口数不断增加，分别由2000年的1 363.6万人、1 001.1万人和6 674.0万人增长到2018年的2 154.2万人、1 559.6万人和7 556.0万人，人口数量的增加引起消费需求的增加，必然导致食物虚拟水消费量的进一步增长.人口结构变化也会引起消费需求的调整，使食物虚拟水消费量进一步上升.京津冀65岁以上老年人口的比重分别由2000年的8.36%、8.33%和6.86%增长到2018年的11.3%、10.9%和12.7%，地区人口老龄化程度加深.人口结构对口粮有正向影响，可能会使动物性食物消费增长减缓[30].此外，人口结构还包括人口城乡结构，其变化也会对食物消费产生一定影响[31]，后续研究应进一步分析.同时，虚拟水消费总量变化与地区经济发展水平相关，其总量的增长说明京津冀地区经济发展速度加快，当地居民生活水平不断提高[14].

本研究讨论了京津冀地区食物消费和食物虚拟水消费的变化，对区域粮食安全具有重要的理论意义和现实意义.在食物消费结构方面，动物性食物消费量不断增加，植物性食物消费量下降.食物消费结构的变动会影响粮食供需平衡，对粮食安全提出了新的要求.在虚拟水方面，需加强对虚拟水含量较高的食物的进口，合理开展地区间虚拟水贸易.京津冀地区为水资源短缺地区，在虚拟水消耗持续增加的过程中，应加强水资源管理，合理运用虚拟水战略.此外，北京和天津为虚拟水净流入区，河北为虚拟水净流出区，总体上属于虚拟水净流入地区[32]，这可能会导致京津冀地区水资源外部依赖性加剧，对输入地区水资源提出了更高的要求，应通过加强水资源管理提高水资源的利用效率.因此，从食物虚拟水角度出发，通过研究京津冀地区食物消费结构的变化，结合食物虚拟水变化情况，为京津冀协同发展做好粮食储备和供应，保障粮食安全.

3 结论

本研究基于虚拟水视角对京津冀地区口粮、蔬菜和鱼肉蛋3类食物消费变化特征进行分析，在此基础上探讨了食物消费变化对食物虚拟水消费的影响，得到以下结论：

（1）京津冀地区食物消费总量在研究时段内整体呈现下降趋势，食物消费结构也发生改变，具体表现为动物性食物消费占比上升，植物性食物消费占比下降.与中国居民膳食均衡标准对比可知，若京津冀地区居民人均食物消费均达到膳食标准范围内，人均食物消费总量至少还需增加129.8 kg/a，食物消费结构将会不断调整.

（2）食物消费结构及单位质量食物虚拟水含量是虚拟水消费增加的主要驱动因素.区域内居民食物虚拟水消费量呈逐年上升趋势，年均增加3.92×1010m3.此外，人口因素也是食物虚拟水消费变化的原因，其数量和结构的变化直接影响食物的消费需求.河北水资源及食物虚拟水消费总量居京津冀地区首位，需进一步关注该地区水资源利用情况.

（3）坚果、油脂和奶类等食物均含有虚拟水，其变化也会对区域食物虚拟水产生影响.本文仅分析了口粮、蔬菜和鱼肉蛋3类基础食物消费量变化及其对虚拟水的影响，未分析油脂和奶类等食物消费的变化.拟计划在下一步研究中，扩大食物种类的研究范围，考虑贸易等因素，细化虚拟水流动路径，构建区域食物虚拟水图谱.