城市居民食物磷素消费变化及其环境负荷——以厦门市为例

城市磷代谢不但关系到居民食品安全,还影响到城市生态系统的环境质量.快速的城市化进程及由此带来的居民生活水平的提高,会改变食物消费的数量、质量和结构,从而对城市磷代谢产生重要影响.分析了1988-2010年厦门市经食物消费进入城市系统的磷素变化动态,在此基础上对人均食物磷消费量与相关社会经济因子进行了Spearman相关分析,并计算了居民食物磷素消费的环境负荷.研究结果表明:(1)随着厦门城市化进程的推进,食物磷素消费总量波动上升;人均食物磷素消费量呈M型变化,两个峰值分别出现在1998年和2003年;高磷含量食物如奶制品、水产品,在人均食物磷素消费量中所占比例剧增,分别由0.3％和6.8％上升至14.9％和15.5％.(2)人均粮食磷素消费量与恩格尔系数、平均家庭人口数呈高度正相关,与人均可支配收入、食物价格指数以及具有大学学历以上人口比重呈高度负相关;而植物油、瓜果、畜禽肉、蛋类、奶类和水产品磷素消费量则与粮食所呈现的相关性相反.(3)随着食物磷素消费总量的增加,磷素的环境负荷总量也呈剧增趋势,尤其进入土壤的磷素量剧烈上升,所占比例由59.7％增至85.1％,这可能与禁磷措施的实行、污水处理率的提高、处理工艺的改进等有关.     

南京城市化食物生产消费系统氮素流动变化

城市化的发展对食物生产消费过程中氮素的流动产生了一定的影响。以1995—2012年南京市食物生产消费变化为基础,分析了食物生产消费过程中氮素的流动变化及其引起的环境负荷。结果表明,农村和城镇人均食物氮消费量分别由1995年的5.09 kg人~(-1)a~(-1)和3.04 kg人~(-1)a~(-1)下降至2012年的4.11 kg人~(-1)a~(-1)和2.65 kg人~(-1)a~(-1);与1995年相比,南京市食物消费代价降低了39.29%;农田系统和畜禽养殖系统氮素综合利用率由1995年的18.71%增加至2012年的24.34%,整体低于全国水平,大量的氮素进入环境;1995年食物链引起氮素的环境负荷为100.49 Gg N/a,到2012年下降至69.90 Gg N/a,下降了30.44%。南京城市化的发展增加了食物进口,会使食物生产地的氮环境负荷大幅度增加。     

城镇化对我国食物消费系统氮素流动及循环利用的影响

城镇化的快速发展,在改变养分氮素流动模式的同时带来了巨大的生态环境压力和严重的污染问题.以1982年、1992年和2002年我国城镇与农村居民食物消费系统氮素流动为对象,采用物质流分析方法,探讨了城镇化对氮素流动特征及循环利用率的影响.结果表明:2002年我国城镇居民人均消费氮量为4.770kg,高于农村居民(4.314kg)10%.1982年到2002年,随着城镇化率的提高,城镇居民消费的食物氮提高了145.3%,农村减少了8.1%;城镇排入水体环境的氮增加了18.4倍,而氮素循环利用率只有13.0%,降低了40个百分点.情景分析结果表明,如果在人口增加的同时,食物结构达到国家营养纲要的标准,到2010年我国植物性氮消费量比2002年将增多142.3万t,增加了37.6%,动物性氮消费量将增多53.8万t,增加了 27.1%,城镇产生的粪尿和垃圾中氮将增加126万t.因此,伴随城镇化快速发展,在带来食物氮素需求和环境排放氮素大幅度增加的同时,也会对动植物生产带来巨大压力.     

城乡居民食物氮足迹估算及其动态分析——以北京市为例

氮足迹作为一种评价氮排放影响的新兴测度方法,已被用来衡量人类活动造成的环境影响。食物消费是城市营养元素流动的重要环节,其产生的氮足迹反映了维持一个城市人口的基本食物需求所导致的活性氮排放以及对周边环境的影响。以北京市为例,基于N-Calculator模型的基础上,估算了1980—2012年居民食物氮足迹,分析其变化特点及其与经济社会因素之间的关系。结果表明:北京市居民人均食物氮足迹变化与食物消费量变化趋势相似,城镇居民氮足迹呈持续增长后渐趋平稳,在14.69—22.58 kg(N)/a之间波动,平均为17.78 kg(N)/a,接近发达国家水平;农村居民氮足迹呈小幅减少趋势,在10.81—15.28kg(N)/a之间波动,平均为12.72 kg(N)/a。其中,高氮含量食物在城乡居民人均食物氮足迹中所占比例都有所增加,以肉类为主的荤食比例分别由27%和10%上升至41%和31%;以奶类为主的副食比例由7%和1%上升至18%和13%。城镇居民食物氮足迹与人均可支配收入呈正相关,与恩格尔系数和平均家庭人口数呈负相关,而农村居民食物氮足迹与各因子的相关关系则与前者相反。此外,北京市食物氮足迹总体呈增长趋势,年均增加约8066 t(N)/a。城镇居民当前的饮食消费模式不利于减缓北京区域食物氮足迹高通量的剧增趋势,更多的农村及外来人口进入城镇将加速区域氮足迹增长。食物氮足迹的估算能为居民改变高氮消费模式提供参考,进而促进城市的低氮发展。     

中国食品源氮消费环境排放及其城乡差异

食品源氮消费是人居环境养分流动的重要环节,中国食品源氮消费产生的环境排放受城乡二元结构影响在时空变化上呈现显著分异。基于物质流分析方法,从中国城乡食品消费后产物不同处理过程及其对氮代谢的影响出发,模拟氮物质代谢过程,构建了一套氮素环境排放计算模型,借以研究中国近20年来城乡食品源氮消费环境排放趋势变化及其差异。研究结果发现1993—2012年间,我国城乡居民人均食品源氮排变化轨迹迥异。同时,城乡食品源氮消费在其所造成的水体、土壤、大气环境负荷中扮演的角色各不相同:在水体环境负荷中,农村水体氮排占据主导地位,但城乡间差异正逐步缩小;在土壤环境负荷中,城市土壤氮排主导优势明显;2010年以前全国食品源氮消费大气环境负荷主要受农村气体氮排的影响,而2010年以后,城市大气氮排成为影响全国大气氮负荷的主导因素。引入社会经济因素分析后发现,城镇居民人均可支配收入水平对城镇居民人均食品源氮排起显著促进作用;而农村食品价格指数对农村居民人均食品源环境氮排呈显著抑制作用。通过情景预测分析发现:随着我国城镇化进程的加快,未来全国居民人均食品源氮排将以更快速度继续增长。     

北京城市化进程中家庭食物碳消费动态

不可持续的家庭消费是造成全球环境问题的主要原因,食物碳消费研究是促进可持续家庭消费的重要内容。基于政府宏观统计数据,分析北京城市化进程中城市家庭食物碳消费的变化趋势和影响因素。结果表明,与1979年相比,1999年北京城市家庭人均及户均食物消费量分别减少了15.2%和38.6%,而食物碳消费总量增加了28.5%,食物碳消费结构由“以粮食为主”转变成“以粮食和肉类为主”。城市化进程中,以1993年为界,家庭食物人均及户均碳消费量均由明显减少趋势转变为明显增长趋势,变化的主要原因由“食物消费结构变化引起的人均谷物类碳消费量的减少”转变为“人均食物消费量增加引起的人均肉类碳消费量的增加”。北京城市家庭已基本完成食物消费结构的转变,人均食物消费量仍继续增加。GDP指数是影响人均食物碳消费量的主要经济因素,经济的继续增长可能带来人均食物碳消费量的增加,北京城市家庭食物碳消费尚未达到稳定状态。     

长白山森林生态系统大气氮素湿沉降通量和组成的季节变化特征

2009—2010年期间,利用雨量计收集法在长白山森林生态系统定位站开展定位观测,分析降水中氮素浓度,研究了该区域大气氮素湿沉降通量和组成的季节变化特征。结果表明,各形态氮素月均浓度之间差别较大,具有明显的季节性;其降水中浓度主要受降水量和降水频次的影响。全年氮素湿沉降中TN、TIN和TON的沉降量分别为27.64 kg N hm-2a-1、11.05 kg N hm-2a-1和16.59 kg N hm-2a-1,TON为沉降主体,占60.02%;其大气氮沉降量主要由降水量和降水中氮素浓度共同决定。该地区氮湿沉降量已处于我国中等水平,考虑到氮素的干湿沉降比例,本区域的年氮沉降量已接近或超过本区域的营养氮沉降临界负荷,存在一定的环境风险。该地区生长季(5—10月)的氮沉降量(16.59 kg N hm-2a-1)占全年氮沉降量的比例达到73.20%。生长季的氮沉降对于促进植物生长直接生态意义重大,而非生长季的氮沉降对于大量补充次年植物生长初期所需养分的间接生态意义明显。     

浑河上游不同类型农户氮负荷特征

选取浑河上游大伙房水库上游的小流域为研究区域,对农户氮素非点源污染特征进行了分析.根据氮素流动的特点,将农户分为养殖型农户、蔬菜种植户、传统种植户3种类型.氮素污染负荷顺序为:养殖型农户(348 ±76 kg·hm-2·a-1)＞蔬菜种植户(307±127kg·hm-2·a-1)＞传统种植户(213±126 kg·hm-2·a-1).不同农户农田氮损失量的大小顺序为:蔬菜种植户(256±21 kg hm-2·a-1)＞养殖型农户( 188±52 kg·hm-2·a-1)＞传统种植户(168±65 kg·hm-2·a-1).表明,该地区的蔬菜种植户、养殖型农户对水体质量影响较大,是氮素非点源污染重点防治对象.在农户氮排放中,居民生活排放的氮素占28%,农田氮损失占72%,说明农田是主要的氮污染源,但居民生活的氮素污染也不可忽视.该研究范围内最佳氮循环的临界值为395.5 kg hm-2·a-1,此时的总流动量是1883.3 kg·hm-2·a-1,氮素输出是376.7 kg·hm-2·a-1.     

厦门市海岸带水污染负荷估算及预测

综合采用灰色模型、曲线回归等预测方法,建立了基于厦门市海岸带特征的主要污染源水污染负荷估算及预测模型,并采用厦门市历年统计数据对模型加以验证.对厦门市近岸海域近10年的废水和主要污染物质排放量估算的结果表明:万元产值工业废水排放量呈逐年下降的趋势,而各污染物的排放总量却逐年缓慢增长;在点源污水排放总量预测中,约76%的氮、磷来自于生活污水;在非点源污染负荷中,农业非点源中的氮、磷负荷占较大比例,城市非点源污染负荷比例最小.2005年厦门海岸带各污染源产生的氮污染负荷大小比较结果为:生活污染源>农业非点源>工业污染源>旅游业污染源>城市非点源,磷污染负荷则为:农业非点源>生活污染源>工业污染源>旅游业污染源>城市非点源.     

城镇化对我国食物消费系统氮素水体排放的影响

城镇化的快速发展,将带来巨大的生态环境压力和严重的污染问题.以1982年、1992年和2002年我国城镇与农村居民食用氮的流动去向为对象,探讨了城镇化对氮素水体排放的影响.结果表明:城镇居民食用氮与排泄的粪尿氮高于农村居民;人均排入水体氮量,1982年城镇与农村居民大体相当,1992年、2002年城镇居民是农村居民2.8倍;粪尿氮排入水体比率,1982年城镇与农村基本相当,在7.5%左右,但到2002年城镇粪尿氮排入水体比率高达56.7%,城镇比农村要高34个百分点.情景分析结果表明,如果在人口增加的同时还要改善食物结构增加蛋白质摄入量, 2020年粪尿氮总产生量将增加121～155万t,排入水体氮量也将增加41～64万t.提高粪尿还田率、污水处理率及氮的去除率可以降低粪尿氮排入水体比率.     

沿海快速城市化地区能值生态足迹变化分析

当前我国经济的快速发展和生态环境之间的矛盾日益显著,不利于城市可持续发展。生态足迹目前已成为普遍接受的可持续发展指标,选定生态足迹改进方法——能值生态足迹模型,以城市化地区厦门市为研究区进行计算分析,以期发现快速城市化过程中可能面对的问题。首次计算分析了厦门市1980年至2010年的能值生态足迹动态变化,并对其可持续发展进行了评价。结果表明,30年间厦门市人均生态足迹需求从1980年的8.6 ghm2持续增长至2010年的52.8 ghm2,而供给方面的人均生态承载力却从1980年的181.2 ghm2持续下降为47.5 ghm2,2009、2010年该市由生态盈余转为生态赤字。同时,从生态足迹组分及其比例来看,30年间化石燃料用地和建设用地的生态足迹增长迅速,二者对厦门市人均能值生态足迹变化贡献最大,并且成为2000年后总体足迹中所占比例最大的组分,各自占比超过20%。结果分析显示,厦门市开始面临逐渐加重的生态环境压力,需要开始重视其可持续发展。因此调整厦门市的产业结构和控制城市化发展非常必要。一方面,应该降低第二产业的比例,降低对化石能源的使用,同时促进第三产业的发展和第一产业的现代化,以此为城市提供更多的资源供给并降低资源需求,特别是化石能源的需求。     

典型移民城市食物氮足迹估算分析——以深圳市为例

城市食物源氮消费产生的环境排放是全国氮污染的重要源头,城市食物氮足迹评估可反映维持城市人口基本食物需求的活性氮排放以及对周边环境的潜在影响。以典型移民城市深圳市为例,基于改进N-Calculator模型的基础上,估算了2010-2015年间因城市人口流动导致的城市食物氮足迹变化,并分析其时空异质性及其与城市化间的关系。结果表明：深圳市不同类型城市居民食物氮足迹不一致,其中常住户籍居民人均食物氮足迹从14.63 kg N a^-1增加至15.17 kg N a^-1,高于非户籍居民食物氮足迹13.09 kg N a^-1,其主要体现在瓜果、肉类、水产品等食物消费上。总体上,深圳城市食物氮足迹呈增长趋势,5年增幅11.50%,增幅最大为常住户籍居民食物氮足迹,但目前深圳非户籍居民的食物消费主导着城市食物氮足迹。深圳城市内部区域食物氮足迹呈高度空间异质性与聚集性,各区域增长量差异明显,街道尺度城市食物氮足迹增长热点主要分布在城市的西部沿海区域,部分热点区域单位增长量数量级比肩区级尺度单位的增长量,城市区域食物氮足迹与人口城市化的关联性不明显,但与经济城市化存在一定的关联性。当前城市移民落户趋势及居民高氮饮食倾向不利于城市氮足迹的削减,减少食物生产上游活性氮流失为深圳市贯彻粤港澳大湾区协同可持续发展的关键。     

北京市居民食物消费碳足迹

碳足迹作为一种评价碳排放影响的全新测度方法,已被用来衡量人类活动对大气环境和气候变化的影响。食物是人类的首要消费品,其消费的碳足迹反应维持一个区域人口的基本食物需求的碳排放以及对气候变化的影响。在碳足迹理论和模型的基础上,根据北京市食物的供应和消费现状情况,利用生命周期法(Life cycle analysis LCA),计算和分析了北京市居民食物消费的碳足迹。得到北京市居民食消费碳足迹为476.8×104t,约占北京市总碳足迹的6%,人均碳足迹为310.0kgCO2/人,占北京市家庭消费碳排放的23.3%,只占北京市能源消费人均碳排放量的5.96%,反映了居民食物消费对全球气候变化造成的影响有限。食物消费碳足迹最大的为粮食,其次为瓜果蔬菜豆类,总共占到65%以上,而在食物生命周期过程中,食物的再加工炊事过程碳排放最大,超过50%,合理减少食物加工炊事过程中碳排放将是减少食物消费碳排放的重要途径之一。其次为化肥农药施用,占到23.23%,减少食物生产过程中化肥农药使用,提高化肥农药的使用效率,或者进行生态农业尽量不使用化肥农药,北京市每年可减少135.1×104t CO2排放,人均87.84kgCO2/人,是有效的减排途径之一。     

食物源CNP的城市代谢特征——以厦门市为例

基于元素流分析原理,将食物源碳氮磷3种元素在城市系统中的代谢特征进行耦合分析,追踪以"食物消费"、"废物处置"、"人体代谢"为主要环节的食物碳氮磷代谢过程,发掘其中共同的代谢环节,明晰3种元素代谢路径、代谢通量及其影响因素的差异,并对厦门市1991—2010年食物源碳氮磷城市代谢进行案例分析。结果表明,食物源碳氮磷城市代谢中通量最大的代谢路径是"食物—食物摄入—人体粪尿—未还田粪尿—污水处理—污泥—污泥填埋—土壤";食物源碳氮磷城市代谢主要引起土壤和水体的环境负荷加重;厨余垃圾中碳氮磷占食物源的比例分别为13.7%、32.2%、70.3%,在整个代谢过程中具有最大的减量管理潜力。提出优化代谢过程、减少碳氮磷环境负荷的若干对策建议,包括增大食物的有效食用比例、资源化利用污泥和厨余垃圾等。     

Food Consumption and Nutrient Flows: Nitrogen in Sweden Since the 1870s

Changes in food consumption and related processes have a significant impact on the flow of nitrogen in the environment. This study identifies both flows within the system and emissions to the hydrosphere and atmosphere. A case study of an average inhabitant of the city of Linköping, Sweden, covers the years 1870, 1900, 1950, and 2000 and includes changes in food consumption and processing, agricultural production, and organic waste handling practices. Emissions to the hydrosphere from organic waste handling increased from 0.57 kilograms of nitrogen per capita per year (kg N/cap per year) to 3.1 kg N/cap per year, whereas the total flow of nitrogen to waste deposits grew from a negligible amount to 1.7 kg N/cap per year. The largest flow of nitrogen during the entire period came from fodder. The input of chemical fertilizer rose gradually to a high level of 15 kg N/cap per year in the year 2000. The total load per capita disposed of to the environment decreased during these 130 years by about 30%.     

基于农牧业产品和生活用水的京津冀地区水足迹时空特征研究

水足迹将实体水消费和虚拟水消费联系起来,能真实地反映水资源利用的空间差异状况。运用自下而上的方法,分别计算了京津冀地区市级、区县尺度2000—2014年水足迹与人均水足迹,并分析其时空变化特征。结果表明:(1)市级尺度上,北京市水足迹、人均水足迹最高,天津市次之。石家庄市水足迹、人均水足迹相对较高,衡水市水足迹、人均水足迹均相对较低。京津冀市级平均水足迹由2000年的35.88亿m~3增长到2014年的50.82亿m~3,天津市、北京市增长幅度最大。(2)区县尺度上,北京市主城六区水足迹、人均水足迹最高,北京市其他市辖区和天津市主城六区、滨海新区水足迹、人均水足迹次之,石家庄市主城区水足迹、人均水足迹也相对较高。北部燕山山区、西部太行山区及衡水市所辖区县水足迹、人均水足迹最低。京津冀区县平均水足迹由2000年的2.30亿m~3增长为2014年的3.16亿m~3。北京市市辖区水足迹增长幅度最大,天津市市辖区次之。(3)水足迹的构成比例从大到小依次是消费虚拟水量、生活用水量和生态环境用水量,消费虚拟水量约占水足迹的90%。京津冀生态环境用水所占水足迹比例总体呈现增加的趋势,北京市生态环境用水所占水足迹的比例高于天津市和河北省。本文对京津冀地区水足迹的计算与时空变化特征分析,以期为研究京津冀地区城镇化对水资源量的胁迫效应提供参考与依据。