黄河上游城乡居民食物代谢过程及资源环境效应研究——以兰州市为例

马维兢，李小哲，寇敬雯，张楚悦，杨海江，薛冰

（1. 兰州大学 资源环境学院，甘肃 兰州 730000；2. 兰州大学 经济学院，甘肃 兰州 730000；3. 中国科学院沈阳应用生态研究所，辽宁 沈阳 110016）

1 文献综述

食物消费作为人类必不可少的基础性消费，随着城镇和农村居民收入和生活水平的逐步提高，城乡居民食物消费结构也在发生着深刻的改变[1]。居民食物消费结构逐渐由传统的以五谷杂粮和蔬菜等植物源食物为主向对生态环境影响较大的奶制品、肉类等动物源食物转变[2-3]。据研究，在许多发达国家，伴随着居民膳食方面消耗花费的增加和饮食渠道形式的改变，例如饮食结构、饮食品种类别等，家庭部门能源的耗损量已经超过了工业部门，与此同时，食物消费系统所产生的碳排放也不容忽视[4]。在水资源利用方面，中国最大的用水部门仍旧是与食物供给、消费密切相关的农业，食物消费直接关系到中国淡水资源的供需安全[5-6]。另外，人类生产和消费活动所导致的物质循环比自然界物质循环强度大得多。据相关资料，83%的氮素和85%的磷素都用于满足人类的食物需求，而人类无序排放到土壤、水体中的含有氮素和磷素的生活废物对生态系统造成了严重破坏[7]。因此，在全球人口数持续上涨和经济不断发展的背景下，生产满足人类需要的食物将会大幅增加人类对水资源的利用，并且加速碳、氮、磷等元素在全球范围内的流动，由此带来一系列的资源环境胁迫问题，成为21 世纪人类面临的重大挑战之一[8-9]。基于此，本文以黄河流域上游兰州市为例，对近30 年城乡食物消费水、碳、氮、磷四种环境足迹进行了估算，并进一步测算了生态效率，着重关注其变化趋势并分析诱因，最后提出相应的优化措施和政策建议，以期为黄河上游实现可持续食物消费、缓解资源环境胁迫提供科学决策依据。

“代谢” 一词源于生命科学，是生命体内用于维持自身生存的一系列有序化学反应的总称[10]。社会生态系统中人类与生态系统的相互作用与生物的代谢过程相似，因此，物质代谢是指有机物与环境之间物质循环和能量流动的过程。在物质从环境进入生物体内又回到环境这一循环过程中，食物代谢过程是实现资源优化配置和要素循环流动的重要环节[11]。近年来，为了测度人类食物消费活动对地球资源环境的影响，环境足迹理论得到了广泛的应用。1992 年，REES[12]初次提出了 “生态足迹” 的概念，用于定量评估人类对自然资本的需求和人地系统的可持续性。在生态足迹的基础上，水足迹、碳足迹、氮足迹、磷足迹等一系列足迹类指标相继出现，统一称为 “环境足迹” ，已成为全球和区域环境可持续性评估研究的重要手段和方法[13-14]。

水足迹理论最早由HOEKSTRA等[15]在2002年提出，是对虚拟水理论的进一步补充和发展。 “水足迹” 是衡量特定研究对象在特定时间内完成特定过程所需水资源的指标，既包括直接用水量，也包括间接用水量，为测量人类消费活动对水资源的真实消耗提供了新的思路[16]。在食物消费水足迹方面，国内外学者主要基于统计数据或营养调查数据，从膳食结构调整（动物源和植物源）、营养均衡与水资源节约等方面估算和模拟了食物消费结构对区域水资源利用的影响，并对其影响因素进行了分析[3,6,17-18]。碳足迹主要是指某一活动全过程二氧化碳的排放量，包括直接碳排放和暗含的间接碳排放[19]。随着全球气候变暖和环境问题形势愈发严峻，各国政府都面临着巨大的温室气体减排的压力，碳足迹作为一个能够有效衡量温室气体排放的标准，现阶段已有众多学者开展了关于碳足迹的科学研究。在食物消费碳排放方面，已有研究主要探讨了不同国家居民家庭食物消费碳足迹[4]，对比分析了动物源和植物源食物的碳足迹，发现动物性食物相对植物性食物有更高的碳排放[20]。自生态足迹、碳足迹和水足迹之后，氮足迹已成为一个新的概念被用于评估人类活动对环境的影响。氮足迹通常可以理解为某种产品或者服务在其生产、运输、储存和消费过程中直接或间接排放的活性氮的总和。自氮足迹概念出现以来，越来越多的模型被创建出，为研究活动氮的流向以及研究氮足迹与环境污染问题之间的关系提供了更加丰富的理论基础与计算方法[21-22]。在食物消费领域，有学者[23-25]通过计算个人因消费食物和能源而造成的活性氮排放总量，提出了个人氮足迹核算方法，并将其拓展到家庭乃至国家尺度。METSON 等[7]较早定义了磷足迹的概念，认为它是满足区域居民食物消费所需开采的矿石磷量，WANG 等[9]首先采用磷足迹这一术语来表征食物生产系统磷流量。相关学者基于食物消费数据研究了居民食物消费中的养分流动，分析了磷素的输入和输出[26]，并发现动物性食品的生产和化肥的使用是食物系统中磷素增加的原因[7]。

综上所述，尽管已有研究促进了食物消费环境足迹理论和核算方法的完善，但仍然存在以下不足：一是国内现有研究大部分针对的都是东部地区，而对于位于国家西北地区的城镇，例如兰州——西北区域发展的重要引擎，却很少有相关文献研究探讨；二是当前研究中食物消费带来的资源环境影响基本上仍以独立评价为主，缺乏涵盖各类影响的综合性评价指标，而由于人类活动对地球环境影响的复杂性和关联性，基于多维环境足迹的综合评估和权衡分析更能从全局视角反映资源环境影响的严重性和精确性。因此，为了探究兰州市城乡食物代谢的动态过程及其环境效应，揭示城乡融合过程中食物消费引起的元素代谢变化规律和代谢中存在的问题，本研究以兰州市为研究对象，基于环境足迹理论，从食物代谢通量、食物代谢环境效应和食物代谢生态效率等层面来解析1990—2020 年城镇和农村居民食物代谢的动态演变特征及城乡差异，具体包括：（1）核算城乡居民食物代谢通量，分析动物源和植物源食物在城乡食物代谢结构中的动态演变特征；（2）测算和分析城乡居民食物代谢过程中对外部环境的影响的四种环境足迹（水、碳、氮、磷）；（3）提出能够反映食物代谢综合环境效应的指标 “生态效率” 并进行实证分析，进而提出优化食物代谢的有效途径。研究结果将加深政府和公众对兰州市的食物消费状况的直观认识，并为统筹改善城乡食物消费结构、实现可持续消费提供定量化的决策依据。

2 研究区概况

兰州市是中国西北部重要城镇，地处北纬35°34′20″和东经102°35′58″交汇处，位于黄河上游，也是中国唯一黄河穿越的省会城镇，有着 “西部黄河之都，丝路山水名城” 的美誉。作为甘肃省省会，兰州市不仅是全省政治、经济、文化和科教中心，也是 “一带一路” 重要节点城镇。兰州市行政区划面积为13 192 平方千米，市区建成面积282 平方千米，城镇规模在西北地区位居第二。2021 年末全市常住人口438.43 万人，其中，城镇人口366.35 万人，占常住人口比重（常住人口城镇化率）为83.56%。2021 年全市地区生产总值3 231.29 亿元，其中，第一产业增加值为62.52 亿元，第二产业增加值为1 113.91 亿元，第三产业增加值为2 054.86 亿元，三次产业结构比为2∶34∶64。按常住人口计算，人均地区生产总值73 807 元。2021 年全市农林牧渔业增加值同比增长7.3%。粮食作物播种面积126.78 万亩，增长1.4%。粮食总产量33.3 万吨，下降1.0%。其中，夏粮产量11.17 万吨，增长1.0%；秋粮产量22.13 万吨，下降2.0%。蔬菜、瓜果、中药材产量分别为208.26 万吨、13.66 万吨、4.0 万吨，分别增长8.6%、11.0%和8.6%。生猪、肉牛、肉羊、家禽分别出栏52.71 万头、1.22 万头、47.66 万只、235.18 万只，分别增长25.0%、8.0%、14.0%和7.4%。

3 方法和数据

3.1 食物代谢环境足迹核算

本研究在核算兰州市食物代谢的环境足迹时主要考虑了水足迹、碳足迹、氮足迹和磷足迹，各类足迹的计算公式如下：

式（1）、（2）中：F为食物代谢的环境足迹；fi为第i类食物产生的环境足迹；Wi为第i类食物的消费量；ki为第i类食物的环境足迹系数[24,26-27]，如表1 所示。

表1 食物代谢环境足迹系数

3.2 食物代谢生态效率

物质代谢的生态效率是指物质代谢过程中单位资源消耗或环境影响所提供的产品和服务的价值，本研究以社会服务量可用人口数表示。基于上述四种环境足迹核算的结果，本研究借鉴相关研究[28]提出了食物代谢的生态效率指标E，以此评估兰州市城镇及农村地区食物代谢的生态效率，计算公式如下：

式（3）～（7）中：E代表食物代谢的生态效率；R和P分别代表资源效率（水）和环境效率（碳、氮、磷）；A表示常住人口；FW、FC、FN和FP分别表示食物代谢产生的水足迹、碳足迹、氮足迹和磷足迹。

3.3 数据来源

本研究选取植物源食物[粮食（包括水稻、小麦）、鲜菜]和动物源食物[畜肉（包括猪肉、牛肉、羊肉）、家禽（包括鸡肉、鸭肉）、水产品、蛋类]共10 类食物代表兰州市城镇和农村居民日常食物消费情况。研究时段为1990—2020 年，相关食物消费量数据主要来自1990—2020 年的《兰州统计年鉴》。

4 结果分析

4.1 兰州市食物代谢通量及其结构演变

4.1.1 食物代谢通量数量分析

兰州市1990—2020 年城乡食物代谢通量动态变化趋势如图1 所示。2020 年兰州市城镇食物代谢通量为54.6万吨，是1990 年的1.3 倍。其中，动物源食物为11.5 万吨，增长了1.4 倍；植物源食物为43.0 万吨，增长了0.2倍。2020 年兰州市农村食物代谢通量为23.0 万吨，减少为1990 年的0.53 倍。其中，动物源食物为2.7 万吨，增长了0.4 倍；植物源食物为20.2 万吨，减少了50%。

图1 兰州市1990—2020年食物代谢通量

兰州市城镇居民和农村居民食物代谢通量与人口增速变化情况如图2 所示。1990—2020 年，兰州市城镇食物代谢通量和城镇人口的变化规律不完全一致，但总体上均呈现波动上升趋势（图2a）。具体而言，可以分为四个阶段：①1990—2000 年，城镇人口和食物代谢增速相反，即城镇人口在不断增加，而食物代谢却在不断减少。在这一阶段，兰州市城镇食物代谢通量从41.0万吨下降到35.2 万吨，下降了14.1%，而城镇人口从127.1 万人增加到159.8 万人，增长了25.7%。这主要是因为随着兰州市城镇化进程不断推进，城镇居民食物消费结构不断升级、逐渐趋向多元化，主食消费有所减少。此外，这一时期福利制度并不完善，人们在住房医疗等方面支出过多，能够花费在食物上的支出相对较少，人们的消费水平受到了收入水平的限制。②2000—2005年，城镇人口继续增加，食物代谢通量变化速度呈现 “先减后增” 的特点，并最终超过人口增长速度。兰州市城镇食物代谢通量从36.0 万吨增长到44.7 万吨，增长了24.1%。③2005—2015 年，城镇人口和城镇食物代谢通量的增速趋缓，并且食物代谢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，城镇食物代谢通量增速降低，但人口增速却急剧升高，从2015 年的214.1 万人增加为2020 年的246.1 万人，除了城镇化导致的人口迁移，兰州市于2016 年1 月1 日起实施的全面二孩政策以及由此带来的一系列二孩福利也一定程度上推进了人口的增长。

图2 1990—2020年兰州市人口及食物代谢增长率

在农村人口和农村食物代谢方面，1990—2020 年，兰州市农村人口数量增速 “先增后减” ，而农村食物代谢通量增速一直为负，即始终在下降，尽管下降速率在不同时期存在差异（图2b）。具体来说，1990—2000 年，兰州市农村人口在以缓慢的速度上升，但食物代谢通量却在急剧下降，这是因为农村食物消费结构改变，主食消费减少，且交通运输业的发展促使更多粮食流向城镇地区，使得农村地区食物消费进一步减少。2000—2020年，随着城镇化的持续推进，农村人口不断减少，并很快进入了负增长阶段，此后人口数量降低的速度越来越快，从130.9 万人减少到了87.9 万人，但由于经济发展、农村居民收入水平提高和消费方式转变等因素，食物代谢通量降低的速度却是先减后增。

4.1.2 食物代谢通量结构分析

兰州市食物代谢通量在不断变化的同时，结构也在不断发生改变。总体上，由 “温饱型” 向 “小康型” 转变，主要表现为从以粮食消费为主变为主副食替代，植物源食物消费占比逐渐降低，动物源食物消费占比开始提高，饮食消费结构逐渐丰富。

如图3a 所示，城镇动物源食物的代谢量由1990 年的4.8 万吨增长为2020 年的11.5 万吨，所占食物代谢总量的比例也呈上升趋势，由1990 年的12%增长为2020 年的21%。在动物源食物中，畜肉占比基本维持稳定，而禽肉、水产品和蛋类所占比例均有不同程度的增长，其中蛋类增长最为明显，由1990 年的2%增长为2020 年的7%，动物源食物组成结构逐渐由单一的畜肉类型向多样的肉蛋组成转变。植物源食物代谢比例逐渐下降，由1990 年的88%降低为2020 年的79%，其中粮食消费占比剧烈下降，由46%下降为23%，鲜菜消费显著上升，由42%提高到了56%。

图3 1990—2020年兰州市食物代谢结构

如图3b 所示，农村动物源食物的代谢量由1990 年的1.9 万吨增长为2020 年的2.7 万吨，所占食物代谢总量比例由4%增长为12%，其中，有较为明显变化的仍是蛋类，由0.4%增长为3.6%，动物源食物结构组成日趋丰富。植物源食物代谢比例由96%下降为88%，其中粮食消费占比大幅下降，由71%降低为58%，鲜菜占比小幅增长，由1990 年的25%增长为2020 年的30%，这是因为尽管植物源食物消费种类逐渐多样化，但甘肃省耕地仍以种植粮食为主。数据表明，2016 年，甘肃省粮食种植面积占耕地面积的65%，因此鲜菜消费占比的增长并不明显。

综合城乡食物消费情况来看，这些变化的产生原因：一是经济发展和社会福利水平的提高使得人们拥有了能够消费更多数量和更加多元食物的能力；二是交通运输业的发展使得人们得到食物的方式更加便捷，降低了人们获取和消费食物的成本；三是随着经济发展，居民饮食观念和习惯发生了改变。

4.2 兰州市食物代谢环境足迹效应

4.2.1 食物代谢环境足迹动态变化分析

兰州市食物代谢的四种环境足迹（水、碳、氮、磷）的变化趋势如图4 所示。在城镇地区，食物代谢的四种环境足迹均呈上升趋势，其中水足迹由1990 年的8.31亿立方米增长为2020 年的11.77 亿立方米，增长了41.6%；碳足迹由67.96 万吨增长为98.58 万吨，增长了45.0%；氮足迹由435.45 万千克增长到537.34 万千克，增长了23.4%，磷足迹由103.13 万千克增长到104.50万千克，增长了1.3%。与城镇地区相反，兰州市农村地区食物代谢的四种环境足迹在不断下降，其中，水足迹由1990 年的7.13 亿立方米降低为2020 年的3.94 亿立方米，降低了43.7%，碳足迹由63.68 万千克降低为35.30 万千克，降低了45.3%，氮足迹由517.28 万千克降低为264.34 万千克，减少了49.0%，磷足迹由131.29万千克降低为61.66 万千克，减少了52.3%。四种足迹在城镇和农村展现出不同变化趋势的原因主要有两个方面，一方面是由于城镇化导致城镇人口增长，食物消费增多，而农村人口数量降低，食物消费总量减少；另一方面是由于人们消费结构的改变导致的，本文所统计的食物消费种类中，单位动物源食物的足迹系数远大于植物源食物，因此随着动物源食物足迹的升高，城镇地区各环境足迹显著上升，但农村地区食物消费结构改变的影响没能抵过食物消费总量减少的影响，因此环境足迹总量在不断下降。

图4 1990—2020年兰州市食物代谢环境足迹数量变化

4.2.2 食物消费环境足迹结构演变分析

兰州市城镇与农村食物代谢环境足迹结构变化如图5 所示。从水足迹结构演化过程来看（图5a 和图5b），1990 年城镇地区动物源食物与植物源食物产生的水足迹之比约为3∶2。其中，产生水足迹最多的为畜肉和粮食，分别占水足迹总量的55%和32%；但在2020 年，动物源食物与植物源食物产生水足迹之比变为4∶1，动物源水足迹的比例有较为明显的上升。其中，产生水足迹最多的仍是畜肉和粮食，分别占55%和15%。1990年农村地区动物源与植物源食物产生的水足迹之比约为7∶13，产生水足迹最多的也是畜肉和粮食，分别占34%和61%，到了2020 年，这一比例变为12∶13，占比最大的畜肉与粮食分别占36%和48%。

图5 1990—2020年兰州市食物代谢环境足迹结构变化

从碳足迹结构演化过程来看（图5c 和图5d），1990年，城镇地区动物源与植物源食物所产生的碳足迹之比约为4∶6，其中占比最大的为粮食、蔬菜和畜肉，分别占比38%、24%和25%；2020 年，这一比例变为10∶9，粮食、蔬菜和畜肉分别占比17%、29%和30%。1990 年，农村地区动物源与植物源食物所产生的碳足迹之比约为1∶4，占比最大的粮食、蔬菜和畜肉分别占比66%、16%和17%；2020 年这一比例变为3∶7，以上三种食物分别占比51%、19%和17%。

从氮足迹结构演化过程来看（图5e 和图5f），1990年城镇地区动物源与植物源食物产生氮足迹之比约为3∶7，粮食与畜肉占比最多，分别为63%和21%；2020年这一比例变为9∶11，粮食与畜肉分别占比33%和24%。1990 年农村地区动物源与植物源食物产生氮足迹之比约为1∶9，粮食与畜肉分别占比86%和9%；2020年这一比例变为3∶7，粮食与畜肉占比73%和10%。

从磷足迹结构演化过程来看（图5g 和图5h），1990年城镇地区动物源与植物源食物产生磷足迹之比约为1∶4，占比最多的为粮食、猪肉和蔬菜，分别为71%、14%和10%；2020 年变为1∶2，这三种食物消费占比变为46%、17%和18%。1990 年农村地区动物源与植物源食物产生磷足迹之比约为1∶19，粮食、蔬菜、畜肉占比最多，分别为90%、5%和4%；2020 年这一比例变为1∶9，三种食物消费占比变为83%、7%和5%。通过对比可以发现，不论是在城镇还是农村地区，产生环境足迹占比最大的均为粮食，且在农村地区，粮食产生的氮足迹和磷足迹几乎均占80%以上。

从上述数据中可以看到，城镇与农村地区食物代谢环境足迹结构最大的不同就是动物源食物与植物源食物的占比。2020 年，城镇地区这一比例比农村地区要高，可见由于经济发展和物流业等水平的不同所带来城镇与农村消费结构的巨大差异，导致植物源食物产生的环境足迹总量整体上比动物源植物多，但二者比例基本在10 以内。但就代谢总量而言，植物源食物的消费是远高于动物源食物的，所以总体上每单位动物源食物消耗的水和产生的二氧化碳是远高于植物源食物的。综上所述，不论是兰州市城镇地区还是农村地区，四种足迹结构的变化趋势存在着极高的相似度。因此合理调整居民饮食结构，尤其是对于有替代关系的食物消费进行引导将会大幅降低四种足迹，减少环境负担。例如，对于单位消费量的畜肉和禽肉来说，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，耗水量更是高达3.3 倍，因此应当鼓励居民适当以禽肉消费替代畜肉消费。

4.3 兰州市人均食物代谢环境足迹和效率分析

兰州市人均食物代谢环境足迹和食物代谢生态效率的变化情况见图6。1990—2020 年，兰州市城镇人均水足迹由654.2 立方米降低为478.4 立方米，下降了27%；人均碳足迹由534.7 千克降低为400.5 千克，下降了25%；人均氮足迹由3.4 千克降低为2.2 千克，下降了36%；人均磷足迹由0.8 千克减少为0.4 千克，下降了48%，生态效率指标由1.3 增长为2.4，提高了89%。相较于1990 年，2020 年兰州市农村人均水足迹由572.0 立方米减少为448.3 立方米，降低为原来的22%；碳足迹由511.1 千克减少为401.7 千克，下降了21%；氮足迹由4.2 千克减少为3.0 千克，下降了28%；磷足迹由1.1 千克减少为7.0 千克，下降了33%，生态效率指标由1.0 增长为1.5，提高了4%。

图6 1990—2020年兰州市人均食物代谢环境足迹及生态效率

总体来看，随着人们食物消费结构不断丰富，植物源食物居主导地位，动物源食物占比有所下降，这使得兰州市生态效率不断提高。此外，近年来为响应保护生态环境的号召，兰州市积极调整优化农业产业结构，发展特色农业，实现兰州百合等特色农产品的现代化、规模化生产，提高其市场化水平，并不断发展绿色生态循环农业，推广应用测土配方和水肥一体等技术并大力开发有机肥等产品，积极发展农产品绿色低碳运输，为低碳环保事业贡献自己的力量，这一系列措施进一步完善了农作物产业链，也使绿色消费观念深入人心，于是更多人将消费对象转向蔬菜水果这些足迹系数较低的产物，提高了生态效率。但农村地区的食物消费结构较为单一，其中粮食消费占了大头，而粮食的四种足迹系数是要远高于其他植物源食物的，因此农村生态效率低于城镇地区。

5 兰州市食物代谢优化路径与政策建议

5.1 在保证营养摄入的前提下优化居民膳食结构

居民膳食结构会对资源环境产生极大影响。因此，为降低各类环境足迹，可以鼓励以植物性消费为主的居民更多地消费蔬菜、水果，因为蔬菜和水果的足迹系数都相对较小，二者的平均足迹系数分别为粮食的0.17 倍和0.21 倍，也就意味着在单位消费量的情况下，这些食物将消耗更少的水或产生更少的二氧化碳。与此相对，以动物性消费结构为主的居民所食用的畜肉较多，但畜肉足迹系数较高，尤其是畜肉产品中的猪肉，而禽肉足迹系数相对较小。因此，应当尽量增加蔬菜、水果和禽肉的消费，减少畜肉尤其是猪肉的消费。兰州市的农业生产结构以 “猪—粮” 为主，所以需要对兰州市畜牧业结构做出较大调整：从供给端来说，可以通过政策激励，提供相应福利以使畜牧业资源更多地从猪肉倾斜到其他方向；从消费端就是要利用好禽肉和畜肉的替代性关系，优化食物代谢结构。如图7 所示，兰州市城镇居民肉类消费量和农村居民粮食消费量要高于全国膳食营养标准值[28]，因此城镇居民可以适当减少畜肉消费，增加粮食消费，农村居民也应减少粮食消费量，这样不仅能提高城乡居民的健康水平，也能在一定程度上优化代谢结构，从而提高生态效率。

图7 1990—2020年兰州市人均食物代谢量

5.2 采用新型农业技术，减少生产过程中的消耗与排放

本研究计算了水、碳、氮、磷四种食物消费环境足迹，其中氮、磷是制造化肥的主流元素，因此氮足迹和磷足迹将很大程度上受到肥料施用量的影响。由图4 可知，2015 年以来，城镇地区氮磷足迹总量呈下降趋势，这不仅是因为人们食物消费结构的改变，也是由于近年来政府和社会对环保的呼吁，使得农药化肥使用量有所减少，绿色有机食品得以流行。但总体而言，兰州市氮磷足迹总量依然较高，因此要想进一步减轻环境负担，就要从技术和管理两方面展开综合治理。从技术层面来讲，要加大对农业生产技术的研发投入，提高农业机械数量，推动农机作业服务体系，实现农业机械化。从管理层面来讲，要提高农业管理水平，规范生产者合理使用化肥等化学物质，运用科学合理的肥料管理措施，如推广测土配方施肥方法以提高化肥利用率。此外，政府应当出台相应的农业环境管理政策，在提高农业产量的同时减轻农业生产对环境的影响，加强对农业废弃物的循环利用，如施用农家肥、进行秸秆还田等，减少单位食物生产的消耗量，尽量避免资源浪费，做到环境友好型生产。

5.3 提高食物自给率，减少运输过程中的资源浪费

除了生产过程中的消耗与排放，运输过程中产生的资源环境成本也是巨大的，如运输过程中交通工具排放的废气，食物贮存时占用的大量土地、水电等资源，因此要尽量保证粮食自给，以减少排放与无谓的资源损耗[29]。甘肃省是以 “猪—粮” 农业生产结构为主的省份，兰州作为其省会，2020 年粮食消费量约25.80 万吨，自产粮食10.73 万吨左右，自给率仅41.6%，猪肉消费量为4.22万吨，生产量3.09 万吨，自给率为73.2%。可以看到，兰州市的食物自给尤其是粮食自给能力相较猪肉而言还有很大提升空间，这就需要政府出台相关农业扶持和福利政策，如给予农户相关补贴，加大转移支付力度。此外，提高食物自给率还应结合现实环境因素的影响，当前兰州市还有很多未利用的荒地，如荒草地、林地等，在全面考察各类荒地土壤肥力、农业产出、土地承载力等社会经济和生态环境效益的基础上，因地制宜，有重点地发展不同畜群，种植不同植物源食物，以期实现农业产量最大化。

6 结论与展望

6.1 结论

在生态文明建设和城乡融合背景下，为探究城镇化进程中兰州市城乡食物代谢的动态过程及其资源环境效应，揭示城市化过程中食物消费引起的元素代谢变化规律和代谢中存在的问题，本文基于物质代谢理论，运用环境足迹方法和模型，对兰州市1990—2020 年城镇和农村食物代谢环境效应及生态效率进行了测算和对比分析，主要结论如下。

（1）2020 年，兰州市城镇食物代谢通量为54.6 万吨，相较1990 年增长了0.3 倍，其中主要增长的是动物源食物；农村食物代谢通量为23.0 万吨，减少了47%，其中动物源食物在增加，植物源食物在减少。此外，30年间居民消费结构也发生了巨大改变，由 “温饱型” 逐渐转变为 “小康型” ，主要体现在食物消费由以主食消费为主转变为主副食替代，由植物源食物消费为主转变为动植物源食物并重。

（2）1990—2020 年，城镇地区四种足迹大体呈上涨趋势，水足迹增长了40.5%，碳足迹增长了45.6%，氮足迹增长了23.9%，磷足迹增长了4.0%；与此同时，农村地区四种足迹却在下降，水足迹降低了43.7%，碳足迹降低了45.3%，氮足迹减少了49.0%，磷足迹减少了52.3%，这与城镇化进程密切相关。在此过程中，兰州市动植物源食物产生的四种足迹之比基本都有明显上升，这很大程度上是因为畜肉消费的增加。

（3）相较于1990 年，2020 年城镇地区生态效率提高了0.9 倍，农村地区提高了0.5 倍，这主要得益于人们消费结构的改变和兰州市农业体系的调整和农业让技术的优化。在此基础上，本研究提出一系列措施来进一步提高生态效率，包括优化居民膳食结构、合理使用有机肥、出台相关农业扶持政策等。

研究结果有助于增加政府和公众对兰州市食物消费环境影响的直观认识，为引导公众改善食物消费结构，推进城乡生态环境改善提供科学、定量化的决策依据。

6.2 展望

本文通过统计兰州市1990—2020 年食物消费情况，估算了食物代谢水、碳、氮、磷四种环境足迹，并计算了兰州市30 年来的生态效率变化情况。但由于相关数据缺失等原因，计算过程中存在许多估算得来的结果，因此最终数据可能并不精确，只能作为一个大概的参考。在未来的研究中，我们希望能够通过实地调研等方式来对结果进行修正，使之更加准确。此外，本文中所提到的四种足迹等一系列变量的改变很大程度上是由于人们消费结构的改变，但改变原因目前只进行了较为表面的分析，未来将对于导致消费结构改变的背后行为动机进行进一步研究，并且将不仅仅停留在环境效应层面，还会向经济效益加以延伸，以进行更全面、更有社会意义的探讨。