常熟市食物氮足跡的量化及其影響因素研究

張雅娟,王延華,2①,楊 浩,2,蔡祖聰,2

(1.南京師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院,江蘇 南京 210023;2.江蘇省地理信息資源開發(fā)與利用協(xié)同創(chuàng)新中心,江蘇 南京 210023)

氮素是動植物生長過程中不可缺少的營養(yǎng)元素,隨其生產(chǎn)和消費(fèi)而流動[1]。人口增加導(dǎo)致糧食匱乏,最初通過燃燒、使用有機(jī)肥料微弱地影響自然界的氮循環(huán)。自Haber-Bosch發(fā)現(xiàn)能夠?qū)⒋髿庵卸栊缘D(zhuǎn)化為氨的方法之后,人類用合成氮肥種植的作物滋養(yǎng)了世界上一半以上的人口[1-2]。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)是氮素循環(huán)的關(guān)鍵參與者。近一個世紀(jì)以來,氮肥施用量逐年增加,當(dāng)農(nóng)業(yè)氮素利用效率與氮肥施用不呈比例時,糧食產(chǎn)量提高的同時環(huán)境氮負(fù)荷超標(biāo)成為新型問題[3],主要表現(xiàn)在資源枯竭[4]、酸雨[3]、水體富營養(yǎng)化[5]和生物多樣性減少[6]等。近些年來,隨著城鎮(zhèn)化水平、社會經(jīng)濟(jì)和人均可支配收入水平的提高,人們食物消費(fèi)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,居民食物氮素排放是城市氮負(fù)荷的主要部分[7]。2010年GALLOWAY等[1]提出氮足跡概念,即人們在食物和能源消費(fèi)過程中損失進(jìn)入環(huán)境的所有活性氮。LEACH等[8-9]開發(fā)了N-PRINT程序(http:∥www.n-print.org)來描述與實(shí)體消費(fèi)模式相關(guān)的活性氮損失。氮足跡是基于消費(fèi)者視角能夠?qū)€人消費(fèi)選擇與排放到環(huán)境中的活性氮聯(lián)系起來,并展示不同生活方式如何影響進(jìn)入環(huán)境中活性氮[10-11]的指標(biāo)。目前,關(guān)于氮足跡的研究主要集中于國家尺度[9-10,12-15]、省級尺度[16-17]和市級尺度[18-21]。有關(guān)國家尺度的研究,歐美起步相對較早,多以構(gòu)建氮素循環(huán)與平衡模型開展研究[22-26],我國“九五”期間農(nóng)業(yè)部開始實(shí)施“948”項目,在國家和省級尺度上分析了食物鏈氮素縱向流動特征。

我國土地廣袤,區(qū)域差異較大,經(jīng)濟(jì)發(fā)展和城鎮(zhèn)化進(jìn)程也不同,導(dǎo)致區(qū)域氮素生產(chǎn)與消費(fèi)不平衡。常熟地處長三角經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)區(qū),人口密集,水網(wǎng)交織。近100年來高速的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和城市化進(jìn)程產(chǎn)生兩個方面的影響:一是農(nóng)村地區(qū)動物性食品消費(fèi)量增加;二是糞尿氮的循環(huán)利用率下降,造成農(nóng)村地區(qū)對化肥施用和飼料進(jìn)口的依賴性增強(qiáng)。這就使優(yōu)化食物生產(chǎn)與消費(fèi)、減輕氮素環(huán)境負(fù)荷面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。鑒于此,筆者以常熟市為研究靶區(qū),以居民食物氮素消費(fèi)為切入點(diǎn),深入分析2000—2016年常熟市食物氮足跡的變化,并對其影響因素進(jìn)行探討。研究結(jié)果可為常熟市和其他縣級市的可持續(xù)發(fā)展和居民食物消費(fèi)氮排放調(diào)控提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

常熟市為江蘇省縣級市,位于長江三角洲前緣,太湖流域下游(31°31′～31°50′ N,120°33′～121°03′ E)。行政區(qū)總面積為1 276 km2,平原圩區(qū)面積約為總面積的80%。該市屬亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū),年均降水量為925.70 mm,年均氣溫為16.77 ℃(2000—2016年)。水域面積為390.11 km2,占總面積的30.57%,境內(nèi)河網(wǎng)均屬太湖水系,以城區(qū)為中心向四周呈放射狀擴(kuò)散,南部稠密,北部稀疏;河道比降窄,水流平穩(wěn)。農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)以種植業(yè)和水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)為主,農(nóng)田類型以水田為主,糧食作物多為稻-麥輪作,一年兩熟。

近些年來,農(nóng)業(yè)和居民生產(chǎn)生活造成常熟市地表水氮素污染嚴(yán)重,據(jù)《常熟市2016年環(huán)境質(zhì)量公報》,I～Ⅲ類優(yōu)良水質(zhì)斷面比例為26.00%,劣Ⅴ類水質(zhì)斷面比例為11.80%,2016年常熟市地表水水質(zhì)仍處于輕度污染級別,個別水體水質(zhì)污染嚴(yán)重。

2 研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

研究數(shù)據(jù)主要來自于常熟統(tǒng)計年鑒[27]。以人均食物消費(fèi)量為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)計算食物氮消費(fèi)量,分析常熟市居民食物氮足跡。假設(shè)居民外出就餐忽略不計,僅針對居民家庭食物消費(fèi),不同食物氮含量參數(shù)來源于相關(guān)資料[17-19,28-29]。

2.2 食物氮足跡

基于Galloway對氮足跡的定義,食物氮足跡為某種產(chǎn)品或服務(wù)在其生產(chǎn)、運(yùn)輸及消費(fèi)過程中直接或間接排放的活性氮總和[2]。通過運(yùn)用N-calculator模型計算得到常熟市居民食物氮足跡。食物氮足跡(Ft)主要包括食物消費(fèi)氮足跡、食物生產(chǎn)氮足跡和食物能源氮足跡3個部分[9],計算公式[18]為

Ft=Fc+Fp+Fe。

(1)

式(1)中,Fc、Fp和Fe分別為食物消費(fèi)氮足跡、食物生產(chǎn)氮足跡和食物能源氮足跡，kg·人-1·a-1。

Fc計算公式為

Fc=Ca×wN。

(2)

式(2)中,Ca為人均食物消費(fèi)量,kg·人-1;wN為食物含氮量，g·kg-1。

居民主要食物消費(fèi)品可劃分為糧食、水產(chǎn)品、水果、畜肉類、禽肉類、蛋類和蔬菜7類。居民人均購買量數(shù)據(jù)由《常熟市統(tǒng)計年鑒(2001—2017)》獲得,不同食物含氮量參見文獻(xiàn)[17-19,28-29],具體數(shù)值見表1。計算過程中假設(shè)食物消費(fèi)攝入成年人體內(nèi)的氮素最終全部以糞尿形式經(jīng)各種渠道排放到環(huán)境中[29]。

Fp指在食物生產(chǎn)加工及運(yùn)輸過程中產(chǎn)生人類不能直接利用的活性氮。虛擬氮因子(VNF)是Fp的主要構(gòu)成部分,即在食物生產(chǎn)過程中能源消耗所產(chǎn)生的包括牲畜飼料、排泄,農(nóng)作物施肥,以及處理加工食物所燃燒的化石燃料釋放到環(huán)境中的活性氮量[29-30]。因此,為了避免重復(fù)計算,虛擬氮的計算不包括該部分,將它歸為能源氮足跡之中[9]。食物氮因子采用中國氮因子(表1)[31]。

表1 不同食物含氮量及虛擬氮因子

Table 1 Nitrogen content and VNFs in food

種類含氮量/(g·kg-1)虛擬氮因子 糧食 14.401.10 蔬菜 1.767.70 畜肉類29.227.90 禽肉類29.905.70 水產(chǎn)品28.774.10 水果 1.6019.00 蛋類 20.487.20

Fe指在食物整個生命周期內(nèi)產(chǎn)生的能源消耗所釋放出的活性氮量,包括生產(chǎn)食物、運(yùn)輸食物、烹飪加工食物和處理剩余食物4個部分[18]。經(jīng)估算,中國食品能源氮足跡占食品氮足跡總量的20.90%[29],將常熟市能源氮足跡按此比例計算。

2.3 食物消費(fèi)氮代價

食物消費(fèi)氮代價指該區(qū)域食物鏈生產(chǎn)-消費(fèi)系統(tǒng)中總氮投入與居民消費(fèi)食品含氮量的比值,反映食物消費(fèi)的資源環(huán)境代價。

2.4 不確定性分析

在氮足跡計算模型中,不確定性表現(xiàn)為模型的適用性和模型中參數(shù)選擇的多樣性。定量研究中通常采用蒙特卡羅法、隨機(jī)抽樣法、敏感性分析法和拉丁超立方法等進(jìn)行不確定性分析[32]。蒙特卡羅法以概率統(tǒng)計理論為指導(dǎo),依據(jù)概率論、大數(shù)定理和中心極限定理,對輸出結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計,并擬合輸出結(jié)果的概率分布情況[32]。運(yùn)用蒙特卡羅法對模型參數(shù)進(jìn)行定量分析。

由于虛擬氮因子采用的是中國氮因子,對食物含氮量的7個子參數(shù)進(jìn)行蒙特卡羅不確定性分析。由表2可知,水產(chǎn)品、蛋類、禽肉類和水果含氮量變異系數(shù)較小,這是因?yàn)檫@些參數(shù)所包含的子類含氮量在不同文獻(xiàn)中相近,數(shù)據(jù)統(tǒng)計方法權(quán)威、一致,因此可保證較小的誤差和較高的準(zhǔn)確性;糧食、蔬菜和畜肉類含氮量變異系數(shù)較高,這是由于不同文獻(xiàn)中這3類參數(shù)所包含的子類項較多,不同子類含氮量差距較為明顯,而統(tǒng)計年鑒中的統(tǒng)計較為粗略,但是統(tǒng)計年鑒中的數(shù)據(jù)統(tǒng)計方法保持一致,所以數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性較高[33]。

表2 參數(shù)不確定性分析結(jié)果

Table 2 Parameter uncertainty analysis result

參數(shù)名稱 平均值/(g·kg-1)標(biāo)準(zhǔn)差/(g·kg-1)變異系數(shù)/%最大值/(g·kg-1)最小值/(g·kg-1) 糧食含氮量1.750.2011.612.101.40 蔬菜含氮量0.240.0415.020.300.18 畜肉類含氮量2.270.4519.603.041.50 禽肉類含氮量2.880.186.313.092.48 水產(chǎn)品含氮量2.920.030.822.962.88 蛋類含氮量2.120.042.062.202.05 水果含氮量0.160.012.890.170.15

3 結(jié)果與討論

3.1 常熟市人均食物氮足跡

常熟市人均食物氮足跡計算結(jié)果見圖1。常熟市縣城居民人均食物氮足跡(以N計)在2000—2016年間由20.00 kg·人-1·a-1波動減少到14.68 kg·人-1·a-1。2000—2005年,水果氮足跡增長迅猛,蔬菜、水產(chǎn)品和糧食食物氮足跡逐漸減少。在2006—2010年和2011—2015年間,常熟市縣城居民食物消費(fèi)氮足跡逐漸增長并呈周期性變化,究其原因是食物消費(fèi)結(jié)構(gòu)的周期性變化,糧食、水產(chǎn)品、水果和蔬菜氮足跡逐漸遞增,畜肉類、禽肉類和蛋類消費(fèi)量逐漸下降。在此階段,食物消費(fèi)結(jié)構(gòu)變化和飲食結(jié)構(gòu)逐漸穩(wěn)定。從食物氮足跡的組成結(jié)構(gòu)來說,動物源氮足跡在食物氮足跡中占主導(dǎo)地位(≥66.42%)。動物源人均食物氮足跡從2003年13.40 kg·人-1·a-1下降至2016年12.76 kg·人-1·a-1,其中,2011年動物源人均食物氮足跡為9.45 kg·人-1·a-1。植物源人均氮足跡從2003年5.28 kg·人-1·a-1增加到2016年7.07 kg·人-1·a-1,植物源對食物氮足跡總量的貢獻(xiàn)從2000年的28.28%上升到2016年的33.42%。

2000—2016年常熟市農(nóng)村居民人均食物氮足跡呈波動下降,其范圍為17.58～28.46 kg·人-1·a-1,總體分為3個階段:(1)2000—2005年,農(nóng)村居民人均食物氮足跡呈現(xiàn)震蕩下降狀態(tài)。由于經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展,農(nóng)村居民經(jīng)濟(jì)狀況好轉(zhuǎn),糧食消費(fèi)量開始減少,水產(chǎn)品、蔬菜消費(fèi)量增加,食物消費(fèi)總量開始減少。(2)2006—2010年,農(nóng)村人均食物氮足跡波動很大,在23.07～24.87 kg·人-1·a-1之間,其中峰值出現(xiàn)在2008年,為24.87 kg·人-1·a-1,隨后人均食物氮足跡急劇下降,糧食、蔬菜食物氮足跡有較大幅度減少,而水產(chǎn)品、水果、畜肉類和禽肉類氮足跡有不同程度的增加;這是由于在此期間常熟市統(tǒng)計年鑒糧食消費(fèi)量中未統(tǒng)計玉米消費(fèi)量,肉類消費(fèi)量中未統(tǒng)計肉類制成品,水果統(tǒng)計口徑未統(tǒng)計瓜果消費(fèi)量,導(dǎo)致食物消費(fèi)量統(tǒng)計數(shù)據(jù)口徑發(fā)生變化。(3)2011—2015年為第3階段,食物氮足跡趨于平緩,各類食物氮足跡趨于穩(wěn)定,食物消費(fèi)結(jié)構(gòu)趨于穩(wěn)定。從食物氮足跡的組成結(jié)構(gòu)來說,2000—2006年,以植物源食物氮足跡為主(占比在50%以上),2006年之后,以動物源食物氮足跡為主。動物源部分的主要成分是家禽。家禽消費(fèi)量的增加導(dǎo)致動物源氮足跡占總氮足跡比例從2000年的48.10%增加到2016年的62.40%。對于植物源食物來說,糧食源氮足跡占植物源氮足跡的69.00%,其占總食物氮足跡的比例從2000年的39.29%下降到2016年的20.66%。糧食氮足跡為3.93～8.90 kg·人-1·a-1,禽肉類氮足跡為2.21～5.67 kg·人-1·a-1,糧食和禽肉類氮足跡是常熟市農(nóng)村居民食物氮足跡的主要組成部分,分別占食物氮足跡的33.05%和17.31%。

圖1 常熟市城鄉(xiāng)居民食物分類和構(gòu)成氮足跡

國內(nèi)大多數(shù)學(xué)者是基于N-calculator模型進(jìn)行氮足跡研究[18-21],為了便于與國內(nèi)開展的研究相比較,僅計算食物鏈中食物氮足跡。如表3[16-21]所示,2016年常熟市縣城居民人均食物氮足跡為17.51 kg·人-1·a-1,僅高于國內(nèi)蘭州市[21]水平(10.56 kg·人-1·a-1),低于廣州市(25.98 kg·人-1·a-1)[19]、南昌市(19.01 kg·人-1·a-1)[20]、浙江省(20.10 kg·人-1·a-1)[16]和江西省(18.71 kg·人-1·a-1)[17]。農(nóng)村居民人均食物氮足跡為19.00 kg·人-1·a-1,均高于蘭州市(10.73 kg·人-1·a-1)[21]、南昌市(13.98 kg·人-1·a-1)[20]、浙江省(12.95 kg·人-1·a-1)[16]和江西省(13.85 kg·人-1·a-1)[17]。

在食物氮足跡構(gòu)成比方面,2000—2016年常熟市縣城平均植物源氮足跡占總氮足跡的33.58%,低于浙江省(60.90%)和蘭州市(62.10%);動物源氮足跡占比高于浙江省和蘭州市。常熟市農(nóng)村植物源氮足跡占總氮足跡的47.53%,低于浙江省農(nóng)村植物源氮足跡占總氮足跡的比例(65.05%)。與運(yùn)用N-calculator模型進(jìn)行氮足跡研究的國家進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn),常熟市食物氮足跡接近于日本、荷蘭、德國發(fā)達(dá)國家的食物氮足跡水平,低于美國、澳大利亞食物氮足跡水平,食物結(jié)構(gòu)仍以高氮食物為主。

表3 常熟市食物氮足跡與國內(nèi)相關(guān)研究的比較

Table 3 Comparison of food nitrogen footprint and domestic related research in Changshukg·人-1·a-1

地區(qū)年份縣城農(nóng)村來源文獻(xiàn) 廣州市200925.9825.98[19] 北京市201220.0211.52[18] 蘭州市201410.5610.73[21] 南昌市201419.0113.98[20] 浙江省201420.1012.95[16] 江西省201518.7113.85[17] 常熟市201617.5119.00該研究

筆者估算的食物氮足跡結(jié)果與國內(nèi)其他研究結(jié)果差異較大,其原因是在食物生產(chǎn)氮足跡的研究方法方面，筆者研究與國內(nèi)其他研究有少許差別,一方面,浙江省[16]和蘭州市[21]在對食物氮足跡研究過程中采用的虛擬氮因子與常熟市不同,另一方面,它們沒有計算食物生產(chǎn)、消費(fèi)過程中能源氮足跡。筆者采取的氮足跡虛擬氮因子為中國虛擬氮因子,計算結(jié)果可能相對高于浙江省和蘭州市;筆者在能源氮足跡計算過程中,采用中國氮足跡計算能源氮足跡比例[30]。筆者研究結(jié)果表明,2000—2016年常熟市居民人均食物氮足跡總體從16.91 kg·人-1·a-1上升至23.36 kg·人-1·a-1。

3.2 食物消費(fèi)氮代價

食物氮素在食物鏈生產(chǎn)-消費(fèi)系統(tǒng)流動過程中會產(chǎn)生一些負(fù)面作用,這可以用食物消費(fèi)氮代價衡量,食物消費(fèi)氮代價為食物鏈氮的總輸入量與食物消費(fèi)系統(tǒng)活性氮輸入量的比值[34]。2008年中國食物鏈中農(nóng)田和畜禽系統(tǒng)的氮素有效利用率為17.00%,食物氮代價(以N計)為4.00 kg·kg-1,即中國居民每消費(fèi)1.00 kg食物氮,需要在生產(chǎn)-消費(fèi)系統(tǒng)投入4.00 kg氮素,剩余未被利用的氮素隨著地表徑流、淋溶、揮發(fā)等各種方式進(jìn)入環(huán)境中,引發(fā)環(huán)境問題[7]。

2000—2016年間常熟市食物消費(fèi)氮代價呈波動下降,由2000年10.14 kg·kg-1下降到2016年7.64 kg·kg-1。因此,在2016年常熟市食物鏈生產(chǎn)系統(tǒng)每向消費(fèi)者提供1.00 kg食物氮,則需要投入7.64 kg氮素,其中,6.64 kg氮素?fù)p失進(jìn)入環(huán)境中。2000—2013年,常熟市平均每年食物鏈系統(tǒng)氮素?fù)p失高達(dá)23.38×103t,水體是食物鏈生產(chǎn)-消費(fèi)系統(tǒng)中活性氮進(jìn)入環(huán)境的主要方式[35]。氮素在農(nóng)田生產(chǎn)系統(tǒng)主要以NH3、N2O和N2形式排放到大氣中,以硝酸鹽和有機(jī)氮等形式通過地表徑流和下滲方式排放到地表水體中[36]。

2012年中國食物消費(fèi)氮代價為9.90 kg·kg-1[34],高于同期常熟市食物消費(fèi)氮代價(8.84 kg·kg-1);1995年至今南京市食物消費(fèi)氮代價由6.90 kg·kg-1降低到 4.25 kg·kg-1[35],北京市從1978年至今食物消費(fèi)氮代價維持在2.50～4.50 kg·kg-1之間[36],均低于同期常熟市食物消費(fèi)氮代價水平。由于常熟市以農(nóng)業(yè)和輕工業(yè)為主,食品每年盈余且出口量較大。常熟市食物氮代價高于其他研究地區(qū)[37-38],表明食物鏈生產(chǎn)系統(tǒng)每向消費(fèi)者提供1.00 kg食物氮,其環(huán)境氮素?fù)p失率也高于其他地區(qū)。隨著消費(fèi)結(jié)構(gòu)和種養(yǎng)結(jié)構(gòu)的調(diào)整,常熟市食物消費(fèi)氮代價逐年降低,2016年降至7.64 kg·kg-1,極大地緩解了環(huán)境氮素負(fù)荷。

3.3 常熟市居民食物氮足跡的影響因子

城鄉(xiāng)居民食物的消費(fèi)結(jié)構(gòu)、食物消費(fèi)量會受到社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的制約和影響。冼超凡等[18]對北京市城鄉(xiāng)居民食物氮足跡的研究發(fā)現(xiàn),恩格爾系數(shù)、人均可支配收入與食物氮足跡相關(guān)。選取2000—2016年常熟市農(nóng)村和縣城人均食物氮足跡,糧食、蔬菜、水果、水產(chǎn)品、畜肉類、禽肉類和蛋類的食物氮足跡與恩格爾系數(shù)、人均可支配收入、消費(fèi)價格指數(shù)和城鎮(zhèn)化率的社會經(jīng)濟(jì)因子進(jìn)行Spearman相關(guān)性分析(表4),研究常熟市城鄉(xiāng)居民食物氮足跡變化的社會經(jīng)濟(jì)驅(qū)動因素。

表4 常熟市居民人均食物氮足跡與社會經(jīng)濟(jì)因素的相關(guān)性

Table 4 Correlation between per capita food nitrogen footprint of Changshu residents and socio-economic factors

氮足跡類別 人均GDP恩格爾系數(shù)人均可支配收入消費(fèi)價格指數(shù)城鎮(zhèn)化率 農(nóng)村氮足跡0.0230.185-0.0120.3160.024 糧食氮足跡-0.515?0.550?-5.470?0.205-0.515? 水產(chǎn)品氮足跡0.650??-0.4320.624??0.3380.650?? 蔬菜氮足跡-0.2080.190-0.2310.132-0.208 畜肉類氮足跡0.757??-0.4650.707??0.1800.757?? 禽肉類氮足跡0.226-0.0590.1880.4900.226 蛋類氮足跡0.411-0.2660.3580.3830.411 水果氮足跡-0.1120.099-0.056-0.481-0.112 縣城氮足跡0.016-0.1870.016-0.5250.016 糧食氮足跡0.495-0.2310.495-0.2560.495 水產(chǎn)品氮足跡0.3130.0550.313-0.666?0.313 蔬菜氮足跡-0.3130.692?-0.313-0.358-0.313 畜肉類氮足跡-0.005-0.225-0.005-0.388-0.005 禽肉類氮足跡-0.555?0.110-0.555?-0.489-0.589? 蛋類氮足跡-0.589?0.437-0.589?-0.489-0.589? 水果氮足跡0.272-0.5230.272-0.1600.272

*和**分別表示在置信度(雙側(cè))α為 0.05和0.01水平上相關(guān)顯著。

由表4可知,常熟市縣城居民人均食物氮足跡與各社會經(jīng)濟(jì)因子相關(guān)性較弱,從食物分類氮足跡來說,水產(chǎn)品氮足跡與消費(fèi)價格指數(shù)呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系(α=0.05);蔬菜氮足跡與恩格爾系數(shù)呈顯著正相關(guān)關(guān)系(α=0.05);禽肉類、蛋類氮足跡與人均GDP、人均可支配收入和城鎮(zhèn)化率均呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系(α=0.05)。這表明水產(chǎn)品氮足跡隨消費(fèi)價格指數(shù)上升而下降,蔬菜氮足跡隨恩格爾系數(shù)的下降而下降,禽肉類、蛋類氮足跡隨人均GDP、人均可支配收入和城鎮(zhèn)化率的上升而下降。常熟市農(nóng)村居民人均食物氮足跡與社會經(jīng)濟(jì)因素相關(guān)性較弱,其中,水產(chǎn)品和畜肉類氮足跡分別均與人均GDP、人均可支配收入和城鎮(zhèn)化率呈顯著正相關(guān)關(guān)系(α=0.01),糧食氮足跡與人均GDP、人均可支配收入和城鎮(zhèn)化率呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系(α=0.05),與恩格爾系數(shù)呈顯著正相關(guān)關(guān)系(α=0.05)。

由圖2可知,常熟市人均食物氮足跡與人均GDP之間曲線呈現(xiàn)先上升后下降的“倒U型”關(guān)系,即存在“倒U型”環(huán)境庫茲涅茨曲線(EKC)[39],其對應(yīng)的拐點(diǎn)人均GDP為10.82萬元。這表明在人均GDP未達(dá)到10.82萬元時,隨著常熟市城鄉(xiāng)居民人均GDP的增長、資源使用量的增加,食物鏈消費(fèi)量上升增加了氮足跡數(shù)量,規(guī)模效應(yīng)導(dǎo)致常熟市城鄉(xiāng)居民人均食物氮足跡增長;當(dāng)人均GDP達(dá)到10.82萬元時,人均食物氮足跡會隨著人均GDP的增長而下降,環(huán)境資源狀態(tài)將會改善。目前,常熟市人均食物氮足跡已經(jīng)跨越拐點(diǎn),食物氮足跡呈現(xiàn)良好的下降勢頭。同時,選取城鎮(zhèn)化率與常熟市人均食物氮足跡做相關(guān)性分析,常熟市城鎮(zhèn)化率與人均食物氮足跡擬合度較為顯著。

3.4 居民膳食結(jié)構(gòu)對食物氮足跡的影響

不同尺度居民人均食物食費(fèi)量和氮足跡對比見圖3。

圖2 常熟市2000—2016年城鄉(xiāng)居民食物氮足跡與人均GDP和城鎮(zhèn)化率的關(guān)系

圖3 不同尺度居民人均食物消費(fèi)量和氮足跡對比

由圖3所示,根據(jù)《中國居民膳食指南(2016)》[40]所提供的年人均食物消費(fèi)量與不同尺度食物消費(fèi)量對比可知,2016年常熟市居民人均食物消費(fèi)結(jié)構(gòu)中糧食、水產(chǎn)品、蛋類食物消費(fèi)量較為合理,均位于中國居民膳食食物推薦量范圍內(nèi),水果、蔬菜食物消費(fèi)量低于膳食食物推薦量和國家水平,畜禽肉類消費(fèi)量高于推薦量,但低于中國和江蘇省水平。

圖3顯示,常熟市人均食物氮足跡在2005—2012年高于國家平均水平和江蘇省水平。在此期間,常熟市縣城居民人均食物消費(fèi)量高于江蘇省和國家平均水平,畜禽肉類食物消費(fèi)量較高。在社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展和居民生活水平提高的同時,常熟市居民開始注重飲食營養(yǎng)均衡,食物消費(fèi)結(jié)構(gòu)接近膳食食物推薦標(biāo)準(zhǔn),飲食結(jié)構(gòu)也從吃的飽轉(zhuǎn)向吃的好。食物氮足跡由食物消費(fèi)、食物生產(chǎn)和食物能源氮足跡3部分組成,食物氮代價在此期間呈現(xiàn)下降狀態(tài),表明由于食物生產(chǎn)所釋放到環(huán)境中的活性氮總量逐漸減少,食物生產(chǎn)氮足跡也逐漸下降;而能源氮足跡是按照固定比值進(jìn)行計算的,食物氮足跡大小取決于食物消費(fèi)氮足跡。隨著人們飲食結(jié)構(gòu)向合理化、低氮化變化,未來常熟市居民人均食物氮足跡將回歸到合理水平。

4 結(jié)論

以長江三角洲典型的縣級市常熟市為例,運(yùn)用實(shí)地調(diào)研和模型計算相結(jié)合的方法,對常熟市2000—2016年食物氮足跡及其影響因素進(jìn)行探討,得出以下結(jié)論:

(1)2000年以來,常熟市縣城和農(nóng)村人均氮足跡分別為14.68～20.00和17.58～24.87 kg·人-1·a-1。農(nóng)村居民人均氮足跡高于縣城居民,且有上升趨勢。縣城居民食物氮足跡以動物源為主,農(nóng)村居民食物氮足跡由以植物源為主轉(zhuǎn)變?yōu)橐詣游镌礊橹鳌?/p>

(2)2000年以來,常熟市食物消費(fèi)氮代價范圍為10.14～7.64 kg·kg-1,呈逐年下降狀態(tài),降幅為24.65%(2000—2016年)。由2000年高于其他研究區(qū)域到2016年持平,食物消費(fèi)氮代價降低使得食物鏈氮素環(huán)境損失下降。

(3)不同的消費(fèi)模式、膳食結(jié)構(gòu)和種養(yǎng)結(jié)構(gòu)均會影響居民食物氮足跡，尤其是常熟市居民開始注重飲食營養(yǎng)均衡,食物消費(fèi)結(jié)構(gòu)接近國家2016版膳食食物推薦標(biāo)準(zhǔn)。因子相關(guān)性分析結(jié)果顯示,人均GDP和城鎮(zhèn)化率是影響常熟市城鄉(xiāng)居民人均食物氮足跡的主要因素。