食品系统公平性与可持续评价模型

2021-05-24 11:15:57 来源：食品安全导刊

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　　食品系统公平性与可持续评价模型

　　当今，食品系统面临重大的挑战，如何养活不断增长的世界人口，如何根据全球环境变化管理生态系统产品和服务。我们基于效率、盈利能力、公平和可持续发展四个方面构建了食品系统评价的四级指标体系。然后采用熵权法（EWM）和变异系数法（CVM）将指标整合到食品系统指数（FSI）中，得到了食品系统评价模型（FSE）。

　　背景

　　全球食品问题一直备受关注，目前的食品系统养活了世界上绝大多数人口，但世界农业面临着重大挑战，包括如何养活不断增长的世界人口以及如何减少世界营养不良人口和发育迟缓儿童。同时，食品系统被认为是全球环境变化最大原因之一，导致土壤退化，淡水资源枯竭等。因此如何全面合理地评价传统的食品系统，并在此基础上对公平和可持续进行优化是我们要考虑的问题。

　　模型假设

　　为了简化问题，方便我们深入研究，我们做了以下基本假设，每一个假设都是合理的。我们假设一个食品系统是一个整体，不考虑其内部不同区域的差异。该假设是我们深入研究的前提，一个系统内部不同区域可能存在的政策、发展不均衡等差异。为了方便我们建立模型，我们选择忽略此差异带来的影响。我们假设各指标的相对重要性不随时间改变。此外，我们忽略了可能由于系统自身原因导致指标的相对重要性发生改变的因素。针对一个系统的权重不随时间而发生改变。

　　食品评价系统

　　效率指标

　　食品生产效率：在这一部分中，我们将从该国的谷物产量、可食用谷物总产量、人均耕地面积和每公顷谷物产量这四个方面计算生产效率，其中包括：各国食品总产量

(吨每年)、人均耕地面积

(亩).、每公顷食品产量

(吨).。

　　食品利用效率

(%)：食品系统的效率问题不仅是生产过程中的效率，还包括食品生产后的利用效率，即食品损失占食品总产量的百分比。

　　盈利能力

　　国内食品价格指数

：它用于衡量一个国家的谷物，肉类，乳制品和其他食品价格的变化。

　　食品生产价格

( 美元) ：一国食品生产平均价格决定食品的价格，食品价格又决定了一国食品的盈利能力。

　　食品进出口额 ( 美元)：一国出口总额与进口总额之差表示盈利盈余或盈利赤字。

　　公平

　　联合国食品与农业组织（FAO）先后对“食品安全”作过三次定义，提出由“食品供给、食物获取、食物利用和其他3个维度随时间的稳定性”构成的食品安全框架。因此，本文以FAOSTAT 作为食品公平评价因子的数据来源，根据可用数据进一步细化、完善食品公平框架，形成以食品供给、食物短缺、经济与政治稳定性为二级指标，人均食品产量等9个变量为三级指标的食品公平评价指标体系。

　　食品供给情况

　　为了评价食品供给，我们选取四个指标，一是人均食品产量

(kg/person) :一个区域的食品总产量，除以当地总人口数，用于衡量该区域的相对食品供给水平。二是人均蛋白质供应量

(g/person/day) :国际上认为健康成年人每天需要摄入一定量的蛋白质，人均蛋白质供应量是一个区域食品供给情况的好坏的重要指标。三是人均供应动物源蛋白

(g/person/day):一般说来动物性蛋白质大多属于优质蛋白质，这是因为动物蛋白质含有量多且是人体所必需的氨基酸。四是膳食能量供应充足率

(%):膳食能量供应充足率表示一个区域每日膳食能量摄入充足的人口占总人口数的百分比。

　　食物短缺情况

　　首先我们用食物短缺程度

(kcal/person/day)，即营养不良人群的每日人均膳食能量摄入，反映食品短缺情况。其次我们引入5岁以下矮小儿童比例来描述食物短缺情况。5岁以下儿童死亡率也是是衡量一国食物系统公平的重要指标之一。最后，营养不良率是营养素的供应不能满足人体细胞需要的程度。营养不良率

是反映食物短缺情况的重要指标。

　　经济与政治不稳定因素

　　人均食品产量变化

和人均食品供给变化

表示一区域人均食品产量的稳定性，计算方式为人均食品产量的标准差除以人均食品产量的平均值。除此之外，我们还用来自世界银行开发的世界治理指标

，用来描述一区域的政治稳定与社会安稳情况。

　　可持续

　　在对食品系统进行可持续性的评估时，我们参考了克里斯多夫·贝恩的论文中开发和提出的方法。环境可持续发展的五个维度被列入分析。

　　空气

　　温室气体排放量

:科学界认为近年来全球气温快速上升，是大气中温室气体的浓度急剧上升导致的。

　　水

　　在生产食品的过程中，一些生物过程会排放或产生导致国家河流或湖泊pH值波动的物质，故我们用水

pH值来反映食物系统对水质的影响。农业用水量

（回收量）可以在一定程度上反映生产食物所需要的灌溉水量，从而反映食物系统对水资源的消耗水平。

　　农业用地占耕地百分比

　　农业用地指直接或间接为农业生产所利用的土地；耕地指种植农作物的土地。农业用地占耕地的百分比来反映土地使用情况。

　　生物多样性

　　生物多样性指数

是根据每个国家/地区贡献的农作物总数以及两个共同的多样性指标（Shannon和Simpson）来衡量的，所有农作物贡献越均匀，饮食就越多样化。

　　农林能源占能源使用总量的百分比

　　该指标计算为农业和林业一次能源占能源总产量的比重。用农林能源用能占能源使用总量的比例的百分比代表食物系统能源使用情况。

　　权重指标的确定

　　熵权法

　　按照信息论基本原理的解释，信息是系统有序程度的一个度量，熵是系统无序程度的一个度量；根据信息熵的定义，对于某项指标，可以用熵值来判断某个指标的离散程度，其信息熵值越小，指标的离散程度越大，该指标对综合评价的影响（即权重）就越大，如果某项指标的值全部相等，则该指标在综合评价中不起作用。因此，本文使用熵权法(EWM)计算上述的27个指标。

　　首先采用标准0-1变换和给定最优区间法进行无维归一化，由于在指标中有产生正向影响的指标，也有产生负向作用的指标，因此，为了使所有指标值越大代表评分越高，

　　对正向影响的指标标准化转换函数为：

　　对负向影响的指标标准化转换函数为：

　　其中表示各个指标的标准化值，和分别为评价指标

的最大值和最小值，经过标准化处理后，我们可以将

转换为

　　接下来，根据信息论中的自我信息和熵的定义，我们可以计算各评价指标的信息熵

　　根据信息熵，我们可以进一步计算各评价指标的权重

　　在得到各评价指标的权重后，我们即可通过赋权评分得到效率、盈利能力、可持续四个综合指标。将其简写为EFI，EAI，EQI和SUI：

　　变异系数法

　　接下来，我们要采用变异系数法（CVM）进一步将这四个综合指标整合为一个总指标，直接评价一个食品系统。

　　变异系数的计算方式为：

　　其中

为EFI, EAI, EQI, SUI的变异系数，也称标准差率，

为综合指标i 的标准差，

是综合指标i的平均值，接下来我们就可以计算四个综合指标的权重

　　最后我们根据这四个综合指标的权重，可以推导出食品系统评价总指标，简称FSI：

　　结语

　　综上所述，为了建立一个可以评价不同食品系统的模型，我们建立了多级指标体系，从效率、盈利能力、公平和可持续发展四个方面引入了27个与其密切相关的指标。然后采用熵权法（EWM）和变异系数法（CVM）将指标整合到食品系统指数（FSI）中，得到了食品系统评价模型（FSE1）。

　　该模型建立了一套较为完整的指标体系，可以从效率、盈利能力、公平和可持续发展四个方面来评价一个食品系统，可为一个区域的政府或管理者调整其食品系统时提供参考，可以从单一角度来调整优化其系统，也可以整体优化。采用熵权法和变异系数法确定食品体系评价指标的权重，保证了权重的客观性，避免了单一方法可能带来的主观性或其他影响，且该模型适用于不同大小的食品系统，具有良好的适应性。

　　董星言姜海晨杨嘉龙

　　西北农林科技大学