甘肃省食物消费结构的变化对虚拟水消耗的影响

琚润涛，唐 增，高 晶(草地农业生态系统国家重点实验室，兰州大学草地农业科技学院，甘肃 兰州 730020)

水资源短缺问题是生态可持续发展主要障碍[1]。甘肃位于西北内陆地区，气候干燥，降水稀少，蒸发量大，水资源短缺。2013年甘肃人均水资源占有量为1 174.2 m3，而同期全国人均水资源占有量为2 059.7 m3，仅为全国人均占有量的57%。水资源是重要的战略资源，是食物生产的关键性要素之一。而生产不同的食物，对水资源的需求不同。例如生产1 kg粮食需要消耗1～2 m3水资源[2]，生产1 kg奶酪需要消耗5～5.5 m3水资源，生产1 kg牛肉大约需要消耗16 m3水资源[3]。随着经济的快速发展，人们生活水平不断提高，甘肃居民的食物消费结构发生了许多变化,这就导致对水资源需求造成重要影响。随着我国人口增长速度放缓，食物消费结构的变化将成为影响我国水资源需求的重要因素[4]。本研究使用虚拟水的方法，通过计算2000-2014年甘肃居民人均食物虚拟水消耗量，定量分析甘肃省食物消费结构的变化对虚拟水消耗的影响，并提出基于虚拟水概念的相关管理策略，以期为缓解甘肃地区水资源短缺压力提出合理有效的建议。

1 方法及数据来源

1.1 虚拟水的概念

虚拟水的概念由Allan教授于1993年提出来[5-6]，是指生活中人们生产产品和服务所消耗的水资源数量。虚拟水与真正意义上的水有所区别，它“看不见”、“摸不着”，是以虚拟的形式存在于产品和服务当中。因此，虚拟水通常又被称作“嵌入水”或“外生水”[7]。可以从生产者和消费者两个角度来更好地定义虚拟水：1)从生产者的角度来定义，产品的虚拟水含量是指生产该产品过程中实际消耗的水资源数量，这很大程度上取决于产地的气候条件、水资源利用效率等。2)从消费者的角度来定义，产品的虚拟水含量是指产品的消费地，生产这种产品需要消耗的水资源数量，它更强调一种区域性的概念[8]。

1.2 虚拟水的计算方法

商品生产过程中所消耗的水资源往往以虚拟的形式隐含在产品当中。虚拟水的计算通常采用账户的方式，来更直观地解释水资源在社会经济系统中的迁移转换[9]。本研究采用文献[10]基于对不同类型产品进行分类的计算方法，选取了农作物产品(粮食、鲜菜、水果、植物油、酒类、糖类)、动物产品(猪肉、牛肉、禽类、奶类、鲜蛋)、水产品12种消费食物。农作物产品虚拟水含量的计算通常需要知道作物在生产过程中的需水量，单一农产品虚拟水含量等于一定区域作物的需水量除以该区域作物的产量[10]。动物产品的虚拟水含量的计算分为活动物的虚拟水含量和动物产品的虚拟水含量。活动物的虚拟水含量包括动物从出生到死亡的整个生命周期内所消耗的虚拟水含量，包括所食饲料、饮水、饲养场所的清洁用水等。饲料的虚拟水含量，则由农作物的虚拟水含量所决定。而动物产品的虚拟水含量，需要在活动物产品虚拟水含量的基础上乘以产出比例系数[11,21]。

1.3 数据来源

根据《甘肃省统计年鉴》计算整理出了2000-2014年甘肃省人均食物消费量[12]。甘肃省主要食物单位虚拟水含量中粮食、鲜菜、水果采用王新华等[13]的数据，植物油、酒类、糖类采用龙爱华等[10]的数据，动物产品的单位虚拟水含量采用文献[1]的研究结果。

2 结果与分析

2.1 人均食物消费量

除了粮食和糖类以外，甘肃省其他食物人均消费量呈现出逐年不同程度的增长趋势(表1、表2)。其中动物产品从2000年24.38 kg·(capita·a)-1增加到2014年的36.71 kg·(capita·a)-1，人均消费量增长了50.57%。主要原因是随着经济发展，人们购买力提高，食物消费结构的变化，增加了对动物产品的需求。水产品从2000年的0.84 kg·(capita·a)-1增加到2014年的1.74 kg·(capita·a)-1，人均消费量增长了107%。农产品中值得注意的是，植物油从2000年的6.51 kg·(capita·a)-1增加到2014年的12.28 kg·(capita·a)-1，人均消费量增长了88.63%。酒类从2000年的3.06 kg·(capita·a)-1增加到2014年的9.99 kg·(capita·a)-1，人均消费量增长了226.47%。主要原因是饮食消费结构多样化，食物加工过程更为精细和讲究。水果和鲜菜也有不同程度的增长。而人均粮食消费则从2000年到2014年减少了38.65%，糖类人均消费2002年达到最高值1.65 kg·(capita·a)-1，之后一直保持在1.34 kg·(capita·a)-1左右。

2.2 人均食物虚拟水消耗

人均食物消耗的虚拟水含量，是由人均食物消费量和单位食物虚拟水含量相乘得到的。甘肃人均虚拟水消耗总体呈上升趋势(图1)，人均粮食虚拟水消耗呈下降趋势，动物产品虚拟水消耗呈上升趋势。2000-2010年，甘肃人均食物虚拟水消耗走势波动不大，2010年后增速变快，2014年甘肃人均食物虚拟水消耗达481.83 m3·(capita·a)-1。主要原因是，2000-2010年，人均粮食虚拟水消耗的减少量与人均动物产品虚拟水消耗的增加量，基本相互抵消。食物虚拟水消耗量的大小，不仅取决于食物消费重量，更取决于单位食物虚拟水含量，而动物产品单位虚拟水相对较高。2010年后甘肃居民动物产品的消费比重进一步增加，导致2010年后食物虚拟水消耗增速加快。

表1 2000-2014年甘肃省人均植物性食物消费量Table 1 Per capita consumption of plant-based food products in Gansu Province from 2000 to 2014 kg·(capita·a)-1

数据来源：《甘肃省统计年鉴》。

Data sources:Gansu Province Statistical Yearbook.

表2 2000-2014年甘肃省人均动物性食物消费量Table 2 Per capita consumption of animal-based food products in Gansu Province from 2000 to 2014 kg·(capita·a)-1

数据来源：《甘肃省统计年鉴》。

Data Sources:Gansu Province Statistical Yearbook.

图1 2000-2014甘肃人均虚拟水消耗趋势图Fig. 1 Trend in virtual water consumption per capita in Gansu from 2000 to 2014

在甘肃省食物虚拟水消耗比例中，粮食的比重由2000年的68.95%降到了2014年的41.75%，下降了39.44%。动物产品的比重由2000年的12.65%上升到2014年的21.29%，15年间动物产品的虚拟水消耗占比增长了68.30%。植物油、水果、酒类的虚拟水消耗比重15年间分别增长了7.30、5.33、4.70个百分点，鲜菜、糖类的虚拟水消耗比重变化较小。

2.3 虚拟水消耗总量分析

甘肃居民食物虚拟水消耗总量总体呈上升趋势，2000-2010年处于波动增长，2010年后增速加快，到2014年达到124.83亿m3(图3)。虚拟水消耗总量走势与甘肃居民人均食物虚拟水消耗走势基本一致。这说明，在甘肃食物消费结构变化的因素已经超过人口增长因素，成为虚拟水消耗增加的主要驱动因素。根据甘肃省水利厅(2014)发布的《2013年甘肃省水资源公报》，2013年甘肃省水资源拥有量是303.2亿m3,其中地表水资源量295.47亿m3,地下水资源量193.11亿m3，人均水资源占有量1 174.2亿m3,全省缺水量8.22亿m3,缺水程度6.3%[14]。2014年甘肃居民食物虚拟水消耗总量为124.83亿m3，占甘肃水资源拥有量的41.17%，而且工业生产等方面还需要大量的水资源来支撑。随着居民购买力提高，动物产品在食物消费中比重将进一步增大，水资源短缺现象将更为严重。

图2 2000和2014年甘肃省人均食物虚拟水消耗比例Fig. 2 Virtual water consumption for food production in Gansu Province in 2000 and 2014

图3 2000-2014甘肃居民食物虚拟水消耗总量趋势图Fig. 3 Trend of total virtual water consumption for food products in Gansu from 2000 to 2014

2.4 未来虚拟水消耗趋势

为了更好地反映现阶段甘肃食物消费结构所处的阶段，分析甘肃食物虚拟水消耗的现状，预测未来甘肃居民食物虚拟水消耗的趋势，本研究将甘肃居民人均虚拟水消耗与全国人均虚拟水消耗及《中国居民膳食宝塔(2016)》做了对比分析。

2014年甘肃人均虚拟水消耗量481.83 m3，与同期全国人均水平489.67 m3只相差7.84 m3，人均食物虚拟水消耗量非常接近。在食物消费比重上，全国人均食物虚拟水消耗中粮食的比重由2000年的48.88%下降到2014年的32.97%，下降了15.91个百分点。动物产品的比重由2000年的27.14%上涨到2014年的35.69%，上涨了8.55个百分点。随着经济发展，居民购买力进一步提高，在没有外力干扰的情况下，全国人均粮食虚拟水消耗还将继续保持下降趋势，动物产品的虚拟水消耗将继续保持快速上升趋势。

2014年甘肃人均虚拟水消耗比例中粮食、动物产品虚拟水消耗比例分别是41.75%、21.29%，而同期全国人均虚拟水消耗比例中粮食、动物产品的虚拟水消耗比例分别为32.97%、35.69%。若甘肃的食物消费结构达到2014年全国的平均水平，未来甘肃食物虚拟水消耗比例中粮食虚拟水的消耗比重将减少8.78个百分点，动物产品的虚拟水消耗比重将增加14.4个百分点，而且这种趋势还将继续保持。中国养殖业可持续发展战略研究项目组预测，我国在2030年人均肉类年消费量将达到68.6 kg[15,22]。动物产品的单位虚拟水含量相对较高，特别是牛肉的单位虚拟水达到12.56 m3·kg-1，几乎是粮食的8倍。这意味着要达到全国人均食物消费水平，未来甘肃地区将需要更多的水资源用于食物生产，来满足人民的食物消费需求。这对于水资源短缺的甘肃地区来说，无疑是重大的挑战。

《中国居民膳食指南》是根据营养学原理，结合我国居民膳食和营养状况的实际制定的，指导居民实践平衡膳食的科学文件[16,23]。根据2016年膳食宝塔，中国居民达到平衡膳食,每人每天需要摄入食用油25～30 g，奶及奶制品300 g，畜禽肉40～75 g，水产品40～75 g，蛋类40～50 g，蔬菜类300～500 g，水果类200～350 g，谷薯类250～400 g。

甘肃人均植物油消费量12.28 kg，已经超出了膳食平衡上限标准要求的10.95 kg。畜禽肉的人均消费量19.94 kg，超出了膳食平衡下限标准要求的14.6 kg(表3)。鲜奶的人均消费量10.38 kg，远远低于膳食平衡标准要求的109.5 kg。水产品人均消费量1.74 kg，低于膳食平衡下限标准要求的14.6 kg。鲜蛋人均消费量6.39 kg，低于膳食平衡的下限标准要求的14.6 kg。蔬菜人均消费69.84 kg，低于膳食平衡下限标准要求的109.5 kg。水果人均消费42.10 kg，远远低于膳食平衡下限标准要求的73 kg。这说明甘肃省当前的食物消费并非均衡膳食，部分居民肉食过多造成了肥胖问题。根据中国疾病控制中心的监测数据，2013年甘肃省的超重率已经超过1/3，肥胖率超过了1/8。未来应该提倡健康饮食，对于部分肉类等高热量食物消费过多的居民，需要减少这类食物的消费，这不但有助于缓解水资源压力，也有利于人体健康。对于动物蛋白摄入不够的农村和贫苦落后地区人群，需要发展经济提高收入，增加动物蛋白食物的消费，实现膳食均衡。未来甘肃居民食物消费若达到膳食平衡的上限标准，每年人均食物虚拟水的消耗量将增加423.85 m3。这将给原本水资源短缺的甘肃地区带来重大挑战，如何解决这部分食物虚拟水的需求，成为目前急需解决的难题。

表3 甘肃年人均食物消费与膳食平衡标准比较Table 3 Comparison of per capita food consumption and dietary balance in Gansu Province

奶及奶制品用鲜奶代替；谷薯类统一用粮食作物代替；单位虚拟水含量参照表1。

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

3 讨论

单位食物虚拟水含量的数据是本研究的计算基础，但是依据甘肃省的生产实际目前牛羊肉的生产主要以小规模的生产为主，秸秆等粗饲料在饲料中占比较大，而秸秆的虚拟水含量已经包含在粮食的虚拟水含量当中，不应该作为牛羊肉虚拟水含量的计算部分。同时在生产过程中圈舍清洗等方面用水，甘肃省明显少于新西兰、印度等国家。因此，本研究参考的牛羊肉单位虚拟水含量可能会偏高于甘肃的生产实际。

甘肃省食物虚拟水消耗呈上升趋势，且随着人口的增长，受经济发展居民食物消费结构的变化等因素的影响，这种增长趋势将更为明显。在甘肃，食物消费结构变化的因素已经超过人口增长因素，成为虚拟水消耗增加的主要驱动因素。甘肃居民虚拟水消耗量的增加，很大程度上是因为动物产品的消费在总的食物消费中比重大幅增加。未来甘肃居民食物消费水平若赶上全国平均水平，达到中国居民膳食均衡标准，甚至达到发达地区消费水平，必将需要更多的虚拟水来满足消费需求。

根据甘肃省虚拟水消耗的现状可提出水资源管理的具体策略。在增加水资源供给方面，未来南水北调西线工程的建成，可以有效缓解甘肃水资源压力。但是以“南水北调”为代表的传统工程技术调水，会对工程所经地区的生态环境造成一定的破坏作用，生态成本相对较高[17]。而虚拟水贸易具有调水成本低、可操作性强等特点。甘肃在发挥自身生产优势，保持本地区食物自给自足的基础上，可以通过实施虚拟水战略，与水资源丰富的省份开展虚拟水贸易，增加耗水性食物的输入，减少耗水性食物的输出，来增加水资源供给[24]。通过虚拟水贸易分配水资源既可以缓解甘肃水资源压力，又可以在经济、生态环境等多方面获益[18]。

另外一方面，可以从减少水资源消耗角度缓解水资源压力。根据甘肃省水利厅(2014)发布的《2013年甘肃省水资源公报》，2013年甘肃省各类节水灌溉面积达1 183.29万亩(合78.886万hm2)[14]，占了甘肃1 932.81万亩(合128.854万hm2)农田的61%。说明甘肃省在节水灌溉方面还有很大的潜力。由于管理或评估难度大及具有低机会成本等因素，绿水在水资源管理中往往被忽视。绿水是指来自降水，未形成径流或补充地下水，但储存在土壤或植被表层，并最终通过植物蒸腾作用消耗的水[19]。由于绿水的机会成本低，在甘肃动物产品的生产过程中，通过放牧形式代替圈养形式，可以更多地利用绿水资源，减少蓝水在动物饮水、饲养圈舍清理方面的消耗。提高绿水的利用效率，也是节约水资源消耗的有效方式[20]。虽然短时间内很难改变地区的饮食模式，动物产品在食物消费中的比例还将继续保持增长趋势。但甘肃居民食物消费结构中动物产品、植物油等食物的人均消费已经超出中国居民膳食均衡的上限，这将不利于健康。因此，倡导健康饮食，适当调整饮食结构，也是一种很好的缓解水资源压力方式。

转变农业生产结构。可以通过种植牧草发展畜牧业，来提高水资源的利用效率。首先，牧草具有生长周期长，灌溉需水量低的特点，种植牧草来代替其他饲料作物或粮食种植可以减少水资源的消耗。其次，牧草利用效率高，与传统的饲料作物相比牧草没有秸秆，用作饲料的比例高，在动物产品的生产过程中可以被充分吸收。再次，种植牧草可以建植栽培草地，动物产品的生产过程中，通过放牧形式代替圈养形式，可以减少水资源在动物饮水、饲养圈舍清理方面的消耗。当然是否实行放牧形式代替圈养形式，要充分考虑当地的生态环境，以不对生态环境造成破坏为前提。通过种植牧草发展畜牧业，也是缓解水资源短缺的重要途径。

4 结论

1)在甘肃，食物消费结构变化的因素已经超过人口增长因素，成为虚拟水消耗增加的主要驱动因素。甘肃居民虚拟水消耗量的增加，很大程度上是因为动物产品的消费在总的食物消费中比重大幅增加。

2)通过虚拟水贸易分配水资源既可以缓解甘肃水资源压力，又可以在经济、生态环境等多方面获益。提高绿水的利用效率，倡导健康饮食，适当调整饮食结构，也是节约水资源消耗的有效方式。

3)根据甘肃省的地理优势，可通过转变农业生产结构，即通过种植牧草来发展畜牧业，从而进一步提高水资源的利用效率。

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