食品系統(tǒng)公平性與可持續(xù)評價(jià)模型

董星言 姜海晨 楊嘉龍

當(dāng)今，食品系統(tǒng)面臨重大的挑戰(zhàn)，如何養(yǎng)活不斷增長的世界人口，如何根據(jù)全球環(huán)境變化管理生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)品和服務(wù)。我們基于效率、盈利能力、公平和可持續(xù)發(fā)展四個(gè)方面構(gòu)建了食品系統(tǒng)評價(jià)的四級指標(biāo)體系。然后采用熵權(quán)法（EWM）和變異系數(shù)法（CVM）將指標(biāo)整合到食品系統(tǒng)指數(shù)（FSI）中，得到了食品系統(tǒng)評價(jià)模型（FSE）。

背景

全球食品問題一直備受關(guān)注，目前的食品系統(tǒng)養(yǎng)活了世界上絕大多數(shù)人口，但世界農(nóng)業(yè)面臨著重大挑戰(zhàn)，包括如何養(yǎng)活不斷增長的世界人口以及如何減少世界營養(yǎng)不良人口和發(fā)育遲緩兒童。同時(shí)，食品系統(tǒng)被認(rèn)為是全球環(huán)境變化最大原因之一，導(dǎo)致土壤退化，淡水資源枯竭等。因此如何全面合理地評價(jià)傳統(tǒng)的食品系統(tǒng)，并在此基礎(chǔ)上對公平和可持續(xù)進(jìn)行優(yōu)化是我們要考慮的問題。

模型假設(shè)

為了簡化問題，方便我們深入研究，我們做了以下基本假設(shè)，每一個(gè)假設(shè)都是合理的。我們假設(shè)一個(gè)食品系統(tǒng)是一個(gè)整體，不考慮其內(nèi)部不同區(qū)域的差異。該假設(shè)是我們深入研究的前提，一個(gè)系統(tǒng)內(nèi)部不同區(qū)域可能存在的政策、發(fā)展不均衡等差異。為了方便我們建立模型，我們選擇忽略此差異帶來的影響。我們假設(shè)各指標(biāo)的相對重要性不隨時(shí)間改變。此外，我們忽略了可能由于系統(tǒng)自身原因?qū)е轮笜?biāo)的相對重要性發(fā)生改變的因素。針對一個(gè)系統(tǒng)的權(quán)重不隨時(shí)間而發(fā)生改變。

食品評價(jià)系統(tǒng)

效率指標(biāo)

食品生產(chǎn)效率：在這一部分中，我們將從該國的谷物產(chǎn)量、可食用谷物總產(chǎn)量、人均耕地面積和每公頃谷物產(chǎn)量這四個(gè)方面計(jì)算生產(chǎn)效率，其中包括：各國食品總產(chǎn)量 （噸每年）、人均耕地面積 （畝）.、每公頃食品產(chǎn)量 （噸）.。

食品利用效率 （%）：食品系統(tǒng)的效率問題不僅是生產(chǎn)過程中的效率，還包括食品生產(chǎn)后的利用效率，即食品損失占食品總產(chǎn)量的百分比。

盈利能力

國內(nèi)食品價(jià)格指數(shù) ：它用于衡量一個(gè)國家的谷物，肉類，乳制品和其他食品價(jià)格的變化。

食品生產(chǎn)價(jià)格 （ 美元） ：一國食品生產(chǎn)平均價(jià)格決定食品的價(jià)格，食品價(jià)格又決定了一國食品的盈利能力。

食品進(jìn)出口額 （ 美元）：一國出口總額與進(jìn)口總額之差表示盈利盈余或盈利赤字。

公平

聯(lián)合國食品與農(nóng)業(yè)組織（FAO）先后對“食品安全”作過三次定義，提出由“食品供給、食物獲取、食物利用和其他3個(gè)維度隨時(shí)間的穩(wěn)定性”構(gòu)成的食品安全框架。因此，本文以FAOSTAT 作為食品公平評價(jià)因子的數(shù)據(jù)來源，根據(jù)可用數(shù)據(jù)進(jìn)一步細(xì)化、完善食品公平框架，形成以食品供給、食物短缺、經(jīng)濟(jì)與政治穩(wěn)定性為二級指標(biāo)，人均食品產(chǎn)量等9個(gè)變量為三級指標(biāo)的食品公平評價(jià)指標(biāo)體系。

食品供給情況

為了評價(jià)食品供給，我們選取四個(gè)指標(biāo)，一是人均食品產(chǎn)量? ?（kg/person） ：一個(gè)區(qū)域的食品總產(chǎn)量，除以當(dāng)?shù)乜側(cè)丝跀?shù)，用于衡量該區(qū)域的相對食品供給水平。二是人均蛋白質(zhì)供應(yīng)量（g/person/day） ：國際上認(rèn)為健康成年人每天需要攝入一定量的蛋白質(zhì)，人均蛋白質(zhì)供應(yīng)量是一個(gè)區(qū)域食品供給情況的好壞的重要指標(biāo)。三是人均供應(yīng)動物源蛋白 （g/person/day）：一般說來動物性蛋白質(zhì)大多屬于優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)，這是因?yàn)閯游锏鞍踪|(zhì)含有量多且是人體所必需的氨基酸。四是膳食能量供應(yīng)充足率 （%）：膳食能量供應(yīng)充足率表示一個(gè)區(qū)域每日膳食能量攝入充足的人口占總?cè)丝跀?shù)的百分比。

食物短缺情況

首先我們用食物短缺程度 （kcal/person/day），即營養(yǎng)不良人群的每日人均膳食能量攝入，反映食品短缺情況。其次我們引入5歲以下矮小兒童比例來描述食物短缺情況。5歲以下兒童死亡率也是是衡量一國食物系統(tǒng)公平的重要指標(biāo)之一。最后，營養(yǎng)不良率是營養(yǎng)素的供應(yīng)不能滿足人體細(xì)胞需要的程度。營養(yǎng)不良率是反映食物短缺情況的重要指標(biāo)。

經(jīng)濟(jì)與政治不穩(wěn)定因素

人均食品產(chǎn)量變化和人均食品供給變化表示一區(qū)域人均食品產(chǎn)量的穩(wěn)定性，計(jì)算方式為人均食品產(chǎn)量的標(biāo)準(zhǔn)差除以人均食品產(chǎn)量的平均值。除此之外，我們還用來自世界銀行開發(fā)的世界治理指標(biāo)? ，用來描述一區(qū)域的政治穩(wěn)定與社會安穩(wěn)情況。

可持續(xù)

在對食品系統(tǒng)進(jìn)行可持續(xù)性的評估時(shí)，我們參考了克里斯多夫·貝恩的論文中開發(fā)和提出的方法。環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的五個(gè)維度被列入分析。

空氣

溫室氣體排放量 ：科學(xué)界認(rèn)為近年來全球氣溫快速上升，是大氣中溫室氣體的濃度急劇上升導(dǎo)致的。

水

在生產(chǎn)食品的過程中，一些生物過程會排放或產(chǎn)生導(dǎo)致國家河流或湖泊pH值波動的物質(zhì)，故我們用水 pH值來反映食物系統(tǒng)對水質(zhì)的影響。農(nóng)業(yè)用水量（回收量）可以在一定程度上反映生產(chǎn)食物所需要的灌溉水量，從而反映食物系統(tǒng)對水資源的消耗水平。

農(nóng)業(yè)用地占耕地百分比

農(nóng)業(yè)用地指直接或間接為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)所利用的土地;耕地指種植農(nóng)作物的土地。農(nóng)業(yè)用地占耕地的百分比來反映土地使用情況。

生物多樣性

生物多樣性指數(shù)是根據(jù)每個(gè)國家/地區(qū)貢獻(xiàn)的農(nóng)作物總數(shù)以及兩個(gè)共同的多樣性指標(biāo)（Shannon和Simpson）來衡量的，所有農(nóng)作物貢獻(xiàn)越均勻，飲食就越多樣化。

農(nóng)林能源占能源使用總量的百分比

該指標(biāo)計(jì)算為農(nóng)業(yè)和林業(yè)一次能源占能源總產(chǎn)量的比重。用農(nóng)林能源用能占能源使用總量的比例的百分比代表食物系統(tǒng)能源使用情況。

權(quán)重指標(biāo)的確定

熵權(quán)法

按照信息論基本原理的解釋，信息是系統(tǒng)有序程度的一個(gè)度量，熵是系統(tǒng)無序程度的一個(gè)度量;根據(jù)信息熵的定義，對于某項(xiàng)指標(biāo)，可以用熵值來判斷某個(gè)指標(biāo)的離散程度，其信息熵值越小，指標(biāo)的離散程度越大， 該指標(biāo)對綜合評價(jià)的影響（即權(quán)重）就越大，如果某項(xiàng)指標(biāo)的值全部相等，則該指標(biāo)在綜合評價(jià)中不起作用。因此，本文使用熵權(quán)法（EWM）計(jì)算上述的27個(gè)指標(biāo)。

首先采用標(biāo)準(zhǔn)0-1變換和給定最優(yōu)區(qū)間法進(jìn)行無維歸一化，由于在指標(biāo)中有產(chǎn)生正向影響的指標(biāo)，也有產(chǎn)生負(fù)向作用的指標(biāo)，因此，為了使所有指標(biāo)值越大代表評分越高，

對正向影響的指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化轉(zhuǎn)換函數(shù)為：

對負(fù)向影響的指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化轉(zhuǎn)換函數(shù)為：

其中 表示各個(gè)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化值，和分別為評價(jià)指標(biāo)的最大值和最小值，經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)化處理后，我們可以將轉(zhuǎn)換為

接下來，根據(jù)信息論中的自我信息和熵的定義，我們可以計(jì)算各評價(jià)指標(biāo)的信息熵

根據(jù)信息熵，我們可以進(jìn)一步計(jì)算各評價(jià)指標(biāo)的權(quán)重

在得到各評價(jià)指標(biāo)的權(quán)重后，我們即可通過賦權(quán)評分得到效率、盈利能力、可持續(xù)四個(gè)綜合指標(biāo)。將其簡寫為EFI，EAI，EQI和SUI：

變異系數(shù)法

接下來，我們要采用變異系數(shù)法（CVM）進(jìn)一步將這四個(gè)綜合指標(biāo)整合為一個(gè)總指標(biāo)，直接評價(jià)一個(gè)食品系統(tǒng)。

變異系數(shù)的計(jì)算方式為：

其中為EFI， EAI， EQI， SUI的變異系數(shù)，也稱標(biāo)準(zhǔn)差率，為綜合指標(biāo)i 的標(biāo)準(zhǔn)差，是綜合指標(biāo)i的平均值，接下來我們就可以計(jì)算四個(gè)綜合指標(biāo)的權(quán)重

最后我們根據(jù)這四個(gè)綜合指標(biāo)的權(quán)重，可以推導(dǎo)出食品系統(tǒng)評價(jià)總指標(biāo)，簡稱FSI：

結(jié)語

綜上所述，為了建立一個(gè)可以評價(jià)不同食品系統(tǒng)的模型，我們建立了多級指標(biāo)體系，從效率、盈利能力、公平和可持續(xù)發(fā)展四個(gè)方面引入了27個(gè)與其密切相關(guān)的指標(biāo)。然后采用熵權(quán)法（EWM）和變異系數(shù)法（CVM）將指標(biāo)整合到食品系統(tǒng)指數(shù)（FSI）中，得到了食品系統(tǒng)評價(jià)模型（FSE1）。

該模型建立了一套較為完整的指標(biāo)體系，可以從效率、盈利能力、公平和可持續(xù)發(fā)展四個(gè)方面來評價(jià)一個(gè)食品系統(tǒng)，可為一個(gè)區(qū)域的政府或管理者調(diào)整其食品系統(tǒng)時(shí)提供參考，可以從單一角度來調(diào)整優(yōu)化其系統(tǒng)，也可以整體優(yōu)化。采用熵權(quán)法和變異系數(shù)法確定食品體系評價(jià)指標(biāo)的權(quán)重，保證了權(quán)重的客觀性，避免了單一方法可能帶來的主觀性或其他影響，且該模型適用于不同大小的食品系統(tǒng)，具有良好的適應(yīng)性。

董星言 姜海晨 楊嘉龍

西北農(nóng)林科技大學(xué)