甘肅省食物消費(fèi)結(jié)構(gòu)的變化對(duì)虛擬水消耗的影響

琚潤(rùn)濤，唐 增，高 晶(草地農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，蘭州大學(xué)草地農(nóng)業(yè)科技學(xué)院，甘肅 蘭州 730020)

水資源短缺問題是生態(tài)可持續(xù)發(fā)展主要障礙[1]。甘肅位于西北內(nèi)陸地區(qū)，氣候干燥，降水稀少，蒸發(fā)量大，水資源短缺。2013年甘肅人均水資源占有量為1 174.2 m3，而同期全國(guó)人均水資源占有量為2 059.7 m3，僅為全國(guó)人均占有量的57%。水資源是重要的戰(zhàn)略資源，是食物生產(chǎn)的關(guān)鍵性要素之一。而生產(chǎn)不同的食物，對(duì)水資源的需求不同。例如生產(chǎn)1 kg糧食需要消耗1～2 m3水資源[2]，生產(chǎn)1 kg奶酪需要消耗5～5.5 m3水資源，生產(chǎn)1 kg牛肉大約需要消耗16 m3水資源[3]。隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們生活水平不斷提高，甘肅居民的食物消費(fèi)結(jié)構(gòu)發(fā)生了許多變化,這就導(dǎo)致對(duì)水資源需求造成重要影響。隨著我國(guó)人口增長(zhǎng)速度放緩，食物消費(fèi)結(jié)構(gòu)的變化將成為影響我國(guó)水資源需求的重要因素[4]。本研究使用虛擬水的方法，通過計(jì)算2000-2014年甘肅居民人均食物虛擬水消耗量，定量分析甘肅省食物消費(fèi)結(jié)構(gòu)的變化對(duì)虛擬水消耗的影響，并提出基于虛擬水概念的相關(guān)管理策略，以期為緩解甘肅地區(qū)水資源短缺壓力提出合理有效的建議。

1 方法及數(shù)據(jù)來源

1.1 虛擬水的概念

虛擬水的概念由Allan教授于1993年提出來[5-6]，是指生活中人們生產(chǎn)產(chǎn)品和服務(wù)所消耗的水資源數(shù)量。虛擬水與真正意義上的水有所區(qū)別，它“看不見”、“摸不著”，是以虛擬的形式存在于產(chǎn)品和服務(wù)當(dāng)中。因此，虛擬水通常又被稱作“嵌入水”或“外生水”[7]。可以從生產(chǎn)者和消費(fèi)者兩個(gè)角度來更好地定義虛擬水：1)從生產(chǎn)者的角度來定義，產(chǎn)品的虛擬水含量是指生產(chǎn)該產(chǎn)品過程中實(shí)際消耗的水資源數(shù)量，這很大程度上取決于產(chǎn)地的氣候條件、水資源利用效率等。2)從消費(fèi)者的角度來定義，產(chǎn)品的虛擬水含量是指產(chǎn)品的消費(fèi)地，生產(chǎn)這種產(chǎn)品需要消耗的水資源數(shù)量，它更強(qiáng)調(diào)一種區(qū)域性的概念[8]。

1.2 虛擬水的計(jì)算方法

商品生產(chǎn)過程中所消耗的水資源往往以虛擬的形式隱含在產(chǎn)品當(dāng)中。虛擬水的計(jì)算通常采用賬戶的方式，來更直觀地解釋水資源在社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)中的遷移轉(zhuǎn)換[9]。本研究采用文獻(xiàn)[10]基于對(duì)不同類型產(chǎn)品進(jìn)行分類的計(jì)算方法，選取了農(nóng)作物產(chǎn)品(糧食、鮮菜、水果、植物油、酒類、糖類)、動(dòng)物產(chǎn)品(豬肉、牛肉、禽類、奶類、鮮蛋)、水產(chǎn)品12種消費(fèi)食物。農(nóng)作物產(chǎn)品虛擬水含量的計(jì)算通常需要知道作物在生產(chǎn)過程中的需水量，單一農(nóng)產(chǎn)品虛擬水含量等于一定區(qū)域作物的需水量除以該區(qū)域作物的產(chǎn)量[10]。動(dòng)物產(chǎn)品的虛擬水含量的計(jì)算分為活動(dòng)物的虛擬水含量和動(dòng)物產(chǎn)品的虛擬水含量?；顒?dòng)物的虛擬水含量包括動(dòng)物從出生到死亡的整個(gè)生命周期內(nèi)所消耗的虛擬水含量，包括所食飼料、飲水、飼養(yǎng)場(chǎng)所的清潔用水等。飼料的虛擬水含量，則由農(nóng)作物的虛擬水含量所決定。而動(dòng)物產(chǎn)品的虛擬水含量，需要在活動(dòng)物產(chǎn)品虛擬水含量的基礎(chǔ)上乘以產(chǎn)出比例系數(shù)[11,21]。

1.3 數(shù)據(jù)來源

根據(jù)《甘肅省統(tǒng)計(jì)年鑒》計(jì)算整理出了2000-2014年甘肅省人均食物消費(fèi)量[12]。甘肅省主要食物單位虛擬水含量中糧食、鮮菜、水果采用王新華等[13]的數(shù)據(jù)，植物油、酒類、糖類采用龍愛華等[10]的數(shù)據(jù)，動(dòng)物產(chǎn)品的單位虛擬水含量采用文獻(xiàn)[1]的研究結(jié)果。

2 結(jié)果與分析

2.1 人均食物消費(fèi)量

除了糧食和糖類以外，甘肅省其他食物人均消費(fèi)量呈現(xiàn)出逐年不同程度的增長(zhǎng)趨勢(shì)(表1、表2)。其中動(dòng)物產(chǎn)品從2000年24.38 kg·(capita·a)-1增加到2014年的36.71 kg·(capita·a)-1，人均消費(fèi)量增長(zhǎng)了50.57%。主要原因是隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，人們購(gòu)買力提高，食物消費(fèi)結(jié)構(gòu)的變化，增加了對(duì)動(dòng)物產(chǎn)品的需求。水產(chǎn)品從2000年的0.84 kg·(capita·a)-1增加到2014年的1.74 kg·(capita·a)-1，人均消費(fèi)量增長(zhǎng)了107%。農(nóng)產(chǎn)品中值得注意的是，植物油從2000年的6.51 kg·(capita·a)-1增加到2014年的12.28 kg·(capita·a)-1，人均消費(fèi)量增長(zhǎng)了88.63%。酒類從2000年的3.06 kg·(capita·a)-1增加到2014年的9.99 kg·(capita·a)-1，人均消費(fèi)量增長(zhǎng)了226.47%。主要原因是飲食消費(fèi)結(jié)構(gòu)多樣化，食物加工過程更為精細(xì)和講究。水果和鮮菜也有不同程度的增長(zhǎng)。而人均糧食消費(fèi)則從2000年到2014年減少了38.65%，糖類人均消費(fèi)2002年達(dá)到最高值1.65 kg·(capita·a)-1，之后一直保持在1.34 kg·(capita·a)-1左右。

2.2 人均食物虛擬水消耗

人均食物消耗的虛擬水含量，是由人均食物消費(fèi)量和單位食物虛擬水含量相乘得到的。甘肅人均虛擬水消耗總體呈上升趨勢(shì)(圖1)，人均糧食虛擬水消耗呈下降趨勢(shì)，動(dòng)物產(chǎn)品虛擬水消耗呈上升趨勢(shì)。2000-2010年，甘肅人均食物虛擬水消耗走勢(shì)波動(dòng)不大，2010年后增速變快，2014年甘肅人均食物虛擬水消耗達(dá)481.83 m3·(capita·a)-1。主要原因是，2000-2010年，人均糧食虛擬水消耗的減少量與人均動(dòng)物產(chǎn)品虛擬水消耗的增加量，基本相互抵消。食物虛擬水消耗量的大小，不僅取決于食物消費(fèi)重量，更取決于單位食物虛擬水含量，而動(dòng)物產(chǎn)品單位虛擬水相對(duì)較高。2010年后甘肅居民動(dòng)物產(chǎn)品的消費(fèi)比重進(jìn)一步增加，導(dǎo)致2010年后食物虛擬水消耗增速加快。

表1 2000-2014年甘肅省人均植物性食物消費(fèi)量Table 1 Per capita consumption of plant-based food products in Gansu Province from 2000 to 2014 kg·(capita·a)-1

數(shù)據(jù)來源：《甘肅省統(tǒng)計(jì)年鑒》。

Data sources:Gansu Province Statistical Yearbook.

表2 2000-2014年甘肅省人均動(dòng)物性食物消費(fèi)量Table 2 Per capita consumption of animal-based food products in Gansu Province from 2000 to 2014 kg·(capita·a)-1

數(shù)據(jù)來源：《甘肅省統(tǒng)計(jì)年鑒》。

Data Sources:Gansu Province Statistical Yearbook.

圖1 2000-2014甘肅人均虛擬水消耗趨勢(shì)圖Fig. 1 Trend in virtual water consumption per capita in Gansu from 2000 to 2014

在甘肅省食物虛擬水消耗比例中，糧食的比重由2000年的68.95%降到了2014年的41.75%，下降了39.44%。動(dòng)物產(chǎn)品的比重由2000年的12.65%上升到2014年的21.29%，15年間動(dòng)物產(chǎn)品的虛擬水消耗占比增長(zhǎng)了68.30%。植物油、水果、酒類的虛擬水消耗比重15年間分別增長(zhǎng)了7.30、5.33、4.70個(gè)百分點(diǎn)，鮮菜、糖類的虛擬水消耗比重變化較小。

2.3 虛擬水消耗總量分析

甘肅居民食物虛擬水消耗總量總體呈上升趨勢(shì)，2000-2010年處于波動(dòng)增長(zhǎng)，2010年后增速加快，到2014年達(dá)到124.83億m3(圖3)。虛擬水消耗總量走勢(shì)與甘肅居民人均食物虛擬水消耗走勢(shì)基本一致。這說明，在甘肅食物消費(fèi)結(jié)構(gòu)變化的因素已經(jīng)超過人口增長(zhǎng)因素，成為虛擬水消耗增加的主要驅(qū)動(dòng)因素。根據(jù)甘肅省水利廳(2014)發(fā)布的《2013年甘肅省水資源公報(bào)》，2013年甘肅省水資源擁有量是303.2億m3,其中地表水資源量295.47億m3,地下水資源量193.11億m3，人均水資源占有量1 174.2億m3,全省缺水量8.22億m3,缺水程度6.3%[14]。2014年甘肅居民食物虛擬水消耗總量為124.83億m3，占甘肅水資源擁有量的41.17%，而且工業(yè)生產(chǎn)等方面還需要大量的水資源來支撐。隨著居民購(gòu)買力提高，動(dòng)物產(chǎn)品在食物消費(fèi)中比重將進(jìn)一步增大，水資源短缺現(xiàn)象將更為嚴(yán)重。

圖2 2000和2014年甘肅省人均食物虛擬水消耗比例Fig. 2 Virtual water consumption for food production in Gansu Province in 2000 and 2014

圖3 2000-2014甘肅居民食物虛擬水消耗總量趨勢(shì)圖Fig. 3 Trend of total virtual water consumption for food products in Gansu from 2000 to 2014

2.4 未來虛擬水消耗趨勢(shì)

為了更好地反映現(xiàn)階段甘肅食物消費(fèi)結(jié)構(gòu)所處的階段，分析甘肅食物虛擬水消耗的現(xiàn)狀，預(yù)測(cè)未來甘肅居民食物虛擬水消耗的趨勢(shì)，本研究將甘肅居民人均虛擬水消耗與全國(guó)人均虛擬水消耗及《中國(guó)居民膳食寶塔(2016)》做了對(duì)比分析。

2014年甘肅人均虛擬水消耗量481.83 m3，與同期全國(guó)人均水平489.67 m3只相差7.84 m3，人均食物虛擬水消耗量非常接近。在食物消費(fèi)比重上，全國(guó)人均食物虛擬水消耗中糧食的比重由2000年的48.88%下降到2014年的32.97%，下降了15.91個(gè)百分點(diǎn)。動(dòng)物產(chǎn)品的比重由2000年的27.14%上漲到2014年的35.69%，上漲了8.55個(gè)百分點(diǎn)。隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，居民購(gòu)買力進(jìn)一步提高，在沒有外力干擾的情況下，全國(guó)人均糧食虛擬水消耗還將繼續(xù)保持下降趨勢(shì)，動(dòng)物產(chǎn)品的虛擬水消耗將繼續(xù)保持快速上升趨勢(shì)。

2014年甘肅人均虛擬水消耗比例中糧食、動(dòng)物產(chǎn)品虛擬水消耗比例分別是41.75%、21.29%，而同期全國(guó)人均虛擬水消耗比例中糧食、動(dòng)物產(chǎn)品的虛擬水消耗比例分別為32.97%、35.69%。若甘肅的食物消費(fèi)結(jié)構(gòu)達(dá)到2014年全國(guó)的平均水平，未來甘肅食物虛擬水消耗比例中糧食虛擬水的消耗比重將減少8.78個(gè)百分點(diǎn)，動(dòng)物產(chǎn)品的虛擬水消耗比重將增加14.4個(gè)百分點(diǎn)，而且這種趨勢(shì)還將繼續(xù)保持。中國(guó)養(yǎng)殖業(yè)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略研究項(xiàng)目組預(yù)測(cè)，我國(guó)在2030年人均肉類年消費(fèi)量將達(dá)到68.6 kg[15,22]。動(dòng)物產(chǎn)品的單位虛擬水含量相對(duì)較高，特別是牛肉的單位虛擬水達(dá)到12.56 m3·kg-1，幾乎是糧食的8倍。這意味著要達(dá)到全國(guó)人均食物消費(fèi)水平，未來甘肅地區(qū)將需要更多的水資源用于食物生產(chǎn)，來滿足人民的食物消費(fèi)需求。這對(duì)于水資源短缺的甘肅地區(qū)來說，無疑是重大的挑戰(zhàn)。

《中國(guó)居民膳食指南》是根據(jù)營(yíng)養(yǎng)學(xué)原理，結(jié)合我國(guó)居民膳食和營(yíng)養(yǎng)狀況的實(shí)際制定的，指導(dǎo)居民實(shí)踐平衡膳食的科學(xué)文件[16,23]。根據(jù)2016年膳食寶塔，中國(guó)居民達(dá)到平衡膳食,每人每天需要攝入食用油25～30 g，奶及奶制品300 g，畜禽肉40～75 g，水產(chǎn)品40～75 g，蛋類40～50 g，蔬菜類300～500 g，水果類200～350 g，谷薯類250～400 g。

甘肅人均植物油消費(fèi)量12.28 kg，已經(jīng)超出了膳食平衡上限標(biāo)準(zhǔn)要求的10.95 kg。畜禽肉的人均消費(fèi)量19.94 kg，超出了膳食平衡下限標(biāo)準(zhǔn)要求的14.6 kg(表3)。鮮奶的人均消費(fèi)量10.38 kg，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于膳食平衡標(biāo)準(zhǔn)要求的109.5 kg。水產(chǎn)品人均消費(fèi)量1.74 kg，低于膳食平衡下限標(biāo)準(zhǔn)要求的14.6 kg。鮮蛋人均消費(fèi)量6.39 kg，低于膳食平衡的下限標(biāo)準(zhǔn)要求的14.6 kg。蔬菜人均消費(fèi)69.84 kg，低于膳食平衡下限標(biāo)準(zhǔn)要求的109.5 kg。水果人均消費(fèi)42.10 kg，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于膳食平衡下限標(biāo)準(zhǔn)要求的73 kg。這說明甘肅省當(dāng)前的食物消費(fèi)并非均衡膳食，部分居民肉食過多造成了肥胖問題。根據(jù)中國(guó)疾病控制中心的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，2013年甘肅省的超重率已經(jīng)超過1/3，肥胖率超過了1/8。未來應(yīng)該提倡健康飲食，對(duì)于部分肉類等高熱量食物消費(fèi)過多的居民，需要減少這類食物的消費(fèi)，這不但有助于緩解水資源壓力，也有利于人體健康。對(duì)于動(dòng)物蛋白攝入不夠的農(nóng)村和貧苦落后地區(qū)人群，需要發(fā)展經(jīng)濟(jì)提高收入，增加動(dòng)物蛋白食物的消費(fèi)，實(shí)現(xiàn)膳食均衡。未來甘肅居民食物消費(fèi)若達(dá)到膳食平衡的上限標(biāo)準(zhǔn)，每年人均食物虛擬水的消耗量將增加423.85 m3。這將給原本水資源短缺的甘肅地區(qū)帶來重大挑戰(zhàn)，如何解決這部分食物虛擬水的需求，成為目前急需解決的難題。

表3 甘肅年人均食物消費(fèi)與膳食平衡標(biāo)準(zhǔn)比較Table 3 Comparison of per capita food consumption and dietary balance in Gansu Province

奶及奶制品用鮮奶代替；谷薯類統(tǒng)一用糧食作物代替；單位虛擬水含量參照表1。

Milk and milk products replace milk; Cereals replace grains; Virtual water consumption refers to Table 1.

3 討論

單位食物虛擬水含量的數(shù)據(jù)是本研究的計(jì)算基礎(chǔ)，但是依據(jù)甘肅省的生產(chǎn)實(shí)際目前牛羊肉的生產(chǎn)主要以小規(guī)模的生產(chǎn)為主，秸稈等粗飼料在飼料中占比較大，而秸稈的虛擬水含量已經(jīng)包含在糧食的虛擬水含量當(dāng)中，不應(yīng)該作為牛羊肉虛擬水含量的計(jì)算部分。同時(shí)在生產(chǎn)過程中圈舍清洗等方面用水，甘肅省明顯少于新西蘭、印度等國(guó)家。因此，本研究參考的牛羊肉單位虛擬水含量可能會(huì)偏高于甘肅的生產(chǎn)實(shí)際。

甘肅省食物虛擬水消耗呈上升趨勢(shì)，且隨著人口的增長(zhǎng)，受經(jīng)濟(jì)發(fā)展居民食物消費(fèi)結(jié)構(gòu)的變化等因素的影響，這種增長(zhǎng)趨勢(shì)將更為明顯。在甘肅，食物消費(fèi)結(jié)構(gòu)變化的因素已經(jīng)超過人口增長(zhǎng)因素，成為虛擬水消耗增加的主要驅(qū)動(dòng)因素。甘肅居民虛擬水消耗量的增加，很大程度上是因?yàn)閯?dòng)物產(chǎn)品的消費(fèi)在總的食物消費(fèi)中比重大幅增加。未來甘肅居民食物消費(fèi)水平若趕上全國(guó)平均水平，達(dá)到中國(guó)居民膳食均衡標(biāo)準(zhǔn)，甚至達(dá)到發(fā)達(dá)地區(qū)消費(fèi)水平，必將需要更多的虛擬水來滿足消費(fèi)需求。

根據(jù)甘肅省虛擬水消耗的現(xiàn)狀可提出水資源管理的具體策略。在增加水資源供給方面，未來南水北調(diào)西線工程的建成，可以有效緩解甘肅水資源壓力。但是以“南水北調(diào)”為代表的傳統(tǒng)工程技術(shù)調(diào)水，會(huì)對(duì)工程所經(jīng)地區(qū)的生態(tài)環(huán)境造成一定的破壞作用，生態(tài)成本相對(duì)較高[17]。而虛擬水貿(mào)易具有調(diào)水成本低、可操作性強(qiáng)等特點(diǎn)。甘肅在發(fā)揮自身生產(chǎn)優(yōu)勢(shì)，保持本地區(qū)食物自給自足的基礎(chǔ)上，可以通過實(shí)施虛擬水戰(zhàn)略，與水資源豐富的省份開展虛擬水貿(mào)易，增加耗水性食物的輸入，減少耗水性食物的輸出，來增加水資源供給[24]。通過虛擬水貿(mào)易分配水資源既可以緩解甘肅水資源壓力，又可以在經(jīng)濟(jì)、生態(tài)環(huán)境等多方面獲益[18]。

另外一方面，可以從減少水資源消耗角度緩解水資源壓力。根據(jù)甘肅省水利廳(2014)發(fā)布的《2013年甘肅省水資源公報(bào)》，2013年甘肅省各類節(jié)水灌溉面積達(dá)1 183.29萬畝(合78.886萬hm2)[14]，占了甘肅1 932.81萬畝(合128.854萬hm2)農(nóng)田的61%。說明甘肅省在節(jié)水灌溉方面還有很大的潛力。由于管理或評(píng)估難度大及具有低機(jī)會(huì)成本等因素，綠水在水資源管理中往往被忽視。綠水是指來自降水，未形成徑流或補(bǔ)充地下水，但儲(chǔ)存在土壤或植被表層，并最終通過植物蒸騰作用消耗的水[19]。由于綠水的機(jī)會(huì)成本低，在甘肅動(dòng)物產(chǎn)品的生產(chǎn)過程中，通過放牧形式代替圈養(yǎng)形式，可以更多地利用綠水資源，減少藍(lán)水在動(dòng)物飲水、飼養(yǎng)圈舍清理方面的消耗。提高綠水的利用效率，也是節(jié)約水資源消耗的有效方式[20]。雖然短時(shí)間內(nèi)很難改變地區(qū)的飲食模式，動(dòng)物產(chǎn)品在食物消費(fèi)中的比例還將繼續(xù)保持增長(zhǎng)趨勢(shì)。但甘肅居民食物消費(fèi)結(jié)構(gòu)中動(dòng)物產(chǎn)品、植物油等食物的人均消費(fèi)已經(jīng)超出中國(guó)居民膳食均衡的上限，這將不利于健康。因此，倡導(dǎo)健康飲食，適當(dāng)調(diào)整飲食結(jié)構(gòu)，也是一種很好的緩解水資源壓力方式。

轉(zhuǎn)變農(nóng)業(yè)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)?？梢酝ㄟ^種植牧草發(fā)展畜牧業(yè)，來提高水資源的利用效率。首先，牧草具有生長(zhǎng)周期長(zhǎng)，灌溉需水量低的特點(diǎn)，種植牧草來代替其他飼料作物或糧食種植可以減少水資源的消耗。其次，牧草利用效率高，與傳統(tǒng)的飼料作物相比牧草沒有秸稈，用作飼料的比例高，在動(dòng)物產(chǎn)品的生產(chǎn)過程中可以被充分吸收。再次，種植牧草可以建植栽培草地，動(dòng)物產(chǎn)品的生產(chǎn)過程中，通過放牧形式代替圈養(yǎng)形式，可以減少水資源在動(dòng)物飲水、飼養(yǎng)圈舍清理方面的消耗。當(dāng)然是否實(shí)行放牧形式代替圈養(yǎng)形式，要充分考慮當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境，以不對(duì)生態(tài)環(huán)境造成破壞為前提。通過種植牧草發(fā)展畜牧業(yè)，也是緩解水資源短缺的重要途徑。

4 結(jié)論

1)在甘肅，食物消費(fèi)結(jié)構(gòu)變化的因素已經(jīng)超過人口增長(zhǎng)因素，成為虛擬水消耗增加的主要驅(qū)動(dòng)因素。甘肅居民虛擬水消耗量的增加，很大程度上是因?yàn)閯?dòng)物產(chǎn)品的消費(fèi)在總的食物消費(fèi)中比重大幅增加。

2)通過虛擬水貿(mào)易分配水資源既可以緩解甘肅水資源壓力，又可以在經(jīng)濟(jì)、生態(tài)環(huán)境等多方面獲益。提高綠水的利用效率，倡導(dǎo)健康飲食，適當(dāng)調(diào)整飲食結(jié)構(gòu)，也是節(jié)約水資源消耗的有效方式。

3)根據(jù)甘肅省的地理優(yōu)勢(shì)，可通過轉(zhuǎn)變農(nóng)業(yè)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)，即通過種植牧草來發(fā)展畜牧業(yè)，從而進(jìn)一步提高水資源的利用效率。

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