冼超凡,劉晶茹,潘雪蓮,歐陽志云,*

1 中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心城市與區(qū)域生態(tài)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京 100085 2 深圳市環(huán)境科學(xué)研究院, 深圳 518001

隨著中國城市化水平不斷提高,居民的飲食結(jié)構(gòu)發(fā)生改變,城市食物供給與需求之間的關(guān)系日益緊張[1]。城市化與食物消費(fèi)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型加劇了因居民食物消費(fèi)帶來的生態(tài)環(huán)境壓力,如生態(tài)足跡、水足跡、碳足跡及氮足跡等,其中氮足跡與城市化關(guān)系復(fù)雜[2],且其環(huán)境污染潛力大,過量人類源活性氮素的環(huán)境排放威脅著大氣、水體及土壤的生態(tài)環(huán)境健康,已成為全球面臨的重大環(huán)境污染問題之一[3]。作為重要活性氮源,城市食物消費(fèi)為主導(dǎo)致的環(huán)境氮排放已是造成全國氮環(huán)境負(fù)荷增加的主要原因[4]。在此背景下,明確城市各區(qū)域的食物源氮排放對全城活性氮環(huán)境累積的影響規(guī)模對于實(shí)施差別化減排、提高食物源氮污染防控效率有重要的理論和實(shí)踐意義。

作為反映人類生活消費(fèi)對生態(tài)環(huán)境影響的重要指標(biāo)之一[5],城市食物氮足跡一直為氮足跡研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)。目前,國內(nèi)外已有學(xué)者從不同尺度探討了食物氮足跡的量級及其動態(tài),但國外學(xué)者研究主要集中在國家尺度[5- 6],在城市尺度上,近年國內(nèi)研究較多,包括北京、廣州、蘭州與南昌市等案例研究[7- 10],其城市食物氮足跡估算主要是基于2010年Leach等人開發(fā)的氮足跡核算模型(N-Calculator,http://n-print.org)[11],并結(jié)合統(tǒng)計(jì)年鑒中的城市常住城鄉(xiāng)居民人數(shù)與對應(yīng)人均食物消費(fèi)量換算得到整個城市的食物氮足跡結(jié)果?？v觀現(xiàn)有的研究成果,尚存在一些不足,其主要聚焦于城市層面的常住人口食物氮足跡的匯總核算,少有研究關(guān)注不在常規(guī)統(tǒng)計(jì)范圍內(nèi)的流動人口及城市層面以下區(qū)域的食物氮足跡貢獻(xiàn),尤其是對于流動人口占比較大且城市內(nèi)部發(fā)展差異較大的城市,傳統(tǒng)的氮足跡核算模型不可避免導(dǎo)致最終估算結(jié)果誤差性大,且無法進(jìn)一步細(xì)化至區(qū)縣尺度研究,揭示城市食物氮足跡內(nèi)部異質(zhì)性。為了克服上述局限,本文以典型移民城市深圳市為研究案例,基于氮足跡核算模型和城市人口普查數(shù)據(jù)等實(shí)地調(diào)查資料,分析2010—2015年深圳市食物氮足跡變化動態(tài)、探討常住居民與流動人口在食物氮足跡中扮演的差異性角色,并進(jìn)一步揭示城市內(nèi)部食物氮足跡產(chǎn)生的時空特征,在城市化人口流動的大背景下,為精準(zhǔn)緩解城市食物消費(fèi)帶來的氮污染風(fēng)險(xiǎn)提供科學(xué)的建議。

1 研究方法

1.1 研究地區(qū)

本研究選取廣東省深圳市為研究區(qū)域,截止2015年,其下轄十個行政區(qū)(福田區(qū)、羅湖區(qū)、鹽田區(qū)、南山區(qū)、寶安區(qū)、龍崗區(qū)、龍華新區(qū)、坪山新區(qū)、光明新區(qū)及大鵬新區(qū))共58個街道。作為城市化程度較高的典型沿海移民城市,深圳市在短短30年時間內(nèi)從南海邊陲漁村發(fā)展成為國內(nèi)四大一線城市之一,其在2004年時已基本完成市域人口城市化[12],成為全國第一個“無農(nóng)民”的城市。大量外來人口的流入使深圳城區(qū)變得異常擁擠,其城市人口密度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于發(fā)達(dá)國家和國內(nèi)主要大城市的水平[13]。城市的過度膨脹對城市區(qū)域環(huán)境造成巨大影響,主要體現(xiàn)在高人口密度城市區(qū)域的居民食物消費(fèi)方面[13],其加大對食物源氮消費(fèi)的需求,進(jìn)而直接或間接造成更多活性氮向環(huán)境流失,故有必要對深圳城市食物氮足跡進(jìn)行分析評估。

1.2 數(shù)據(jù)來源

由于深圳市統(tǒng)計(jì)年鑒未包含針對居民食物日常消費(fèi)量等相關(guān)數(shù)據(jù)信息,本研究所涉及的居民食物消費(fèi)數(shù)據(jù),均來源于基于本市實(shí)地調(diào)查的居民膳食日攝入量調(diào)查報(bào)告。其中,2010年食物消費(fèi)量采取2009年針對深圳各區(qū)的常住戶籍家庭以及外來務(wù)工膳食調(diào)查數(shù)據(jù),而在2015年類似上述詳細(xì)調(diào)查數(shù)據(jù)缺乏,故采用2015年針對區(qū)級常住戶籍家庭膳食調(diào)查數(shù)據(jù)作為2015年全市常住戶籍人口食物消費(fèi)量,而非戶籍流動人口膳食數(shù)據(jù)默認(rèn)恒定[14- 16]。

人口數(shù)據(jù)主要來源于城市統(tǒng)計(jì)年鑒與人口普查數(shù)據(jù),其中,2010年深圳市人口數(shù)據(jù)參照第六次人口普查數(shù)據(jù),包括常住戶籍人口,常住非本地戶籍人口及流動戶籍待定人口等,因第七次人口普查尚未開始,2015年人口數(shù)則根據(jù)深圳市2015年全國1%人口抽樣調(diào)查主要數(shù)據(jù)結(jié)果[17]換算可得,這可克服統(tǒng)計(jì)年鑒中人口統(tǒng)計(jì)無法區(qū)分常住與流動人口的缺陷,同時人口數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)可細(xì)分至街道尺度,揭示城市內(nèi)居民人口分布的異質(zhì)性。此外,其余相關(guān)計(jì)算分析參數(shù)均來源于相關(guān)文獻(xiàn)及統(tǒng)計(jì)年鑒數(shù)據(jù)。由于外出就餐數(shù)據(jù)難以獲取,因此本研究只針對城市居民家庭的食物消費(fèi),不包括居民市內(nèi)與市外的外出就餐。

1.3 食物氮足跡估算方法

本研究城市居民食物氮足跡估算方法主要基于N-Calculator計(jì)算框架[11]及其在中國城市案例中的算法模型[8],默認(rèn)食物氮素經(jīng)成人人體消費(fèi)后全部最終以糞尿氮形式進(jìn)入城市排水管網(wǎng)[6,8],最終被輸往污水處理(2010—2015年深圳市生活污水處理率年均為93%)[18]。此外,從食物消費(fèi)階段氮素流動的生命周期角度考慮,食物氮足跡估算過程中還考慮食物消費(fèi)的廚余比例及污水處理反硝化率,食物廚余垃圾(包括食物不可使用部分和被丟棄的可食用部分)一般會被收集以填埋和焚燒方式處理(2010—2015年深圳市生活垃圾處理率年均為97%)[18],處理過程活性氮流失量約為廚余垃圾處理量的0.03%[19]。同時,城市人均食物消費(fèi)氮足跡與食物消費(fèi)強(qiáng)度以及廢水處理效率有關(guān)[11],深圳市污水處理工藝以AO(厭氧好氧工藝)法及MSBR(改良型序批反應(yīng)器工藝)法為主要發(fā)展方向[20],前者活性氮去除率為68.85%[21],后者為72.12%[22],本研究取其平均數(shù)70%,高于全國的60%[4]。

同樣,在本文計(jì)算中,虛擬氮部分不包括食物生產(chǎn)和運(yùn)輸過程中因能源消耗而導(dǎo)致的活性氮素泄漏[8],因國內(nèi)外研究都發(fā)現(xiàn)其所占食物氮足跡的比例都特別小[6]。因此,可以通過城市居民食物氮素消費(fèi)與虛擬氮的關(guān)系,結(jié)合各區(qū)域?qū)?yīng)的人口數(shù)量,得出城市食物氮足跡,居民人均食物氮足跡可由以下公式可得：

FPT=FPC+FPP

(1)

(2)

(3)

式中,FPT、FPC、FPP分別為居民食物氮足跡、食物消費(fèi)氮足跡和食物生產(chǎn)氮足跡。i代表深圳市居民食物消費(fèi)種類(本研究中涵蓋的主要人均消費(fèi)食物包括糧食、蔬菜、瓜果、畜禽肉、水產(chǎn)品、蛋類、奶類、豆類與油脂九類),不同食物的消費(fèi)量及氮折算系數(shù)參見表1。FDi為j區(qū)域居民消費(fèi)i食物的數(shù)量,pW、pN、pL分別為家庭食物消費(fèi)廚余比率33.33%[4]、污水處理氮去除率70%和廚余垃圾處理氮流失率0.03%,而EFi為對應(yīng)食物虛擬氮因子,默認(rèn)2010—2015年間各類食物虛擬氮因子恒定(表1)。

表1 深圳市居民食物消費(fèi)量及不同食物的氮含量與虛擬氮因子[23]

1.4 空間自相關(guān)分析

為探討城市食物氮足跡的空間關(guān)聯(lián)性,采用空間探索性分析技術(shù)ESDA(Exploratory Spatial Data Analysis)中全域空間相關(guān)性分析對深圳城市區(qū)域食物氮足跡的空間相關(guān)性進(jìn)行分析,若相關(guān)性檢驗(yàn)顯著則說明區(qū)域食物氮足跡存在空間性特征。此方法已多被用于省市乃至城市群縣域碳排放空間分析研究[24-25],但在更小尺度的城市區(qū)域的應(yīng)用尚少。全域空間自相關(guān)一般采用Moran′sI指數(shù)分析研究范圍內(nèi)觀測值的空間關(guān)聯(lián)及差異性[25],其表達(dá)式如下：

(4)

式中,I為Moran′sI指數(shù);n為研究城市街道個數(shù),因空間自相關(guān)分析準(zhǔn)確性對研究區(qū)域有樣本個數(shù)要求,本研究僅分析街道尺度食物氮足跡的空間聚集與分散特征。i和j分別為i區(qū)域和j區(qū)域的食物氮足跡;Wij為空間權(quán)重矩陣,本研究主要采用Queen鄰接空間權(quán)重矩陣。Moran′sI值位于[-1,1]之間,可通過Z值大小對Moran′sI指數(shù)的顯著程度進(jìn)行檢驗(yàn),若其顯著結(jié)果為正,表示街道食物氮足跡存在空間正相關(guān)關(guān)系,若顯著為負(fù)則表明存在空間負(fù)相關(guān)性,為零則為隨機(jī)分布不存在任何相關(guān)性,如果Z值絕對值大于或等于2.58(P<0.01),則表明區(qū)域存在極為顯著的空間自相關(guān)關(guān)系[24]。

2 結(jié)果與分析

2.1 居民食物消費(fèi)及其氮足跡變化

深圳市2010—2015年城市居民人均食物氮足跡變化如表2所示,對于常住戶籍居民而言,其食物氮足跡總體有所增加,從14.63 kg N a-1增加至15.17 kg N a-1,增幅約4%,畜禽肉類消費(fèi)仍是食物氮足跡主要貢獻(xiàn)源,且其所占比例從25%升至28%。同時,糧食消費(fèi)導(dǎo)致的食物氮足跡不容忽視,所占比例也從23%升至26%。瓜果與奶類消費(fèi)產(chǎn)生的氮足跡呈下降趨勢。與前者不一致,非戶籍居民(包括常住非本地戶籍與流動戶籍待定人口)的食物氮足跡主要來源于糧食消費(fèi)(43%),其人均食物氮足跡13.09 kg N a-1低于戶籍居民,主要體現(xiàn)在瓜果、畜禽肉類、水產(chǎn)品等食物消費(fèi)上。究其原因,非戶籍居民可能因?yàn)槭澄镏С鍪芟拊?如其需承擔(dān)著房租壓力等),日常飲食消費(fèi)一般不傾向于上述單價(jià)更貴的食物。與中國農(nóng)村居民素食消費(fèi)傾向一致[4],城市非戶籍居民食物消費(fèi)仍是處于植物性食物為主的生存型階段,除了蔬菜消費(fèi),其糧食消費(fèi)遠(yuǎn)超戶籍居民,尤其是其中的勞務(wù)工群體[15]。截至2015年,戶籍與非戶籍居民副食(蛋類、奶類和豆類)消費(fèi)導(dǎo)致氮足跡相似。深圳城市居民食物消費(fèi)并不完全與中國居民膳食推薦量范圍一致[26],與推薦量導(dǎo)致的食物氮足跡相比,深圳市居民糧食、畜禽肉、豆類(2015年)消費(fèi)均顯著高于食物氮足跡合理范圍,瓜果、蛋類、奶類消費(fèi)明顯低于合理范圍。其中,非戶籍居民水產(chǎn)品消費(fèi)低于合理范圍,戶籍居民油脂消費(fèi)高于合理范圍。整體而言,與國內(nèi)其他地級市相比,2015年深圳全市城市居民平均食物氮足跡為14.13 kg N a-1,低于2012年北京城鎮(zhèn)居民水平20.00 kg N a-1,高于其農(nóng)村居民水平12.80 kg N a-1[8],整體低于南昌市城鄉(xiāng)居民水平[9],但高于蘭州市城鄉(xiāng)居民水平[10]。由上可知,城市居民食物結(jié)構(gòu)調(diào)整在降低個人食物氮足跡方面上仍具有很大潛力,盡管2010—2015年深圳戶籍與非戶籍居民總體食物氮足跡仍處于理論合理范圍內(nèi)。

表2 深圳市居民食物氮足跡及中國居民理論合理足跡范圍

2.2 城市食物氮足跡時空分析

深圳市2010—2015年間城市氮足跡呈增長趨勢,由13.64萬t N a-1增至15.21萬t N a-1,增幅11.50%。其中,常住非戶籍居民食物消費(fèi)為城市食物氮足跡主要構(gòu)成部分,其增幅為4.27%,即目前深圳非本市居民的食物消費(fèi)主導(dǎo)著城市食物氮足跡。然而,增幅最大為常住戶籍居民食物氮足跡,其高達(dá)42.82%,約為前者的十倍(圖1)。究其原因,主要是深圳市下轄各行政區(qū)食物氮足跡增長主要是由常住戶籍居民食物消費(fèi)導(dǎo)致(除了龍華新區(qū))。就區(qū)域居民食物氮足跡增加而言,深圳市內(nèi)各行政區(qū)增長量差異明顯,新區(qū)增長量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其他各區(qū),各行政區(qū)增長量大小順序如圖1所示,其中,寶安區(qū)戶籍與非戶籍居民食物氮足跡增長最明顯,其與龍崗區(qū)居民食物氮足跡增長總量比其余各區(qū)加和總量還多。由此可見,隨著深圳市落戶政策放開[27],除了戶籍居民人均食物氮足跡提高因素之外,深圳市非戶籍人口落戶比重上升及流動人口遷入持續(xù)增多也是推動深圳市食物氮足跡整體增長的驅(qū)動力,按此趨勢,未來戶籍居民食物消費(fèi)會逐漸取代非戶籍居民成為城市食物氮足跡的主要貢獻(xiàn)源。

從空間上看,較早成立行政區(qū)的氮污染貢獻(xiàn)更大,這些區(qū)域主要位于深圳城市的西部與中部,但從更小的街道尺度上分析,城市食物氮足跡增長熱點(diǎn)分布具有與區(qū)級尺度不一致的特征,其并不完全位于增長量最大的寶安區(qū)與龍崗區(qū)內(nèi)。同時,某些街道區(qū)域單位增長量數(shù)量級甚至比肩區(qū)級尺度單位增長量,如圖2所示,研究期間有11個街道區(qū)域增長量高于400 t N,高于同時期坪山新區(qū)、鹽田區(qū)與大鵬新區(qū)等區(qū)域增長量。其中,有5個街道區(qū)域增長量甚至高于550 t N,而同期光明新區(qū)增長量也只有505 t N,說明街道尺度區(qū)域的食物源氮污染物排放量不一定比更大的區(qū)級尺度區(qū)域少。這些食物氮足跡增長熱點(diǎn)主要分布在城市的西部沿海區(qū)域,東部區(qū)域的氮污染貢獻(xiàn)較少。

基于鄰接空間權(quán)重矩陣計(jì)算各街道尺度區(qū)域食物氮足跡的Moran′sI值,可知2010—2015年Moran′sI值從0.6454(Z=7.3904,P<0.001)略降為0.6260(Z=7.1701,P<0.001)。總體上,街道尺度區(qū)域食物氮足跡在2010和2015兩年呈現(xiàn)出高度空間聚集特征,即食物氮足跡高的街道區(qū)域與其他食物氮足跡高的區(qū)域鄰近,反之食物氮足跡較低的街道區(qū)域之間趨于鄰近。盡管5年來Moran′sI值出現(xiàn)輕微降幅,總體上空間高度聚集特征仍然保持在穩(wěn)定的狀態(tài),這側(cè)面說明了今后城市內(nèi)部易出現(xiàn)更多范圍更大的食物氮足跡增長熱點(diǎn)集中片區(qū)(圖2),因毗鄰街道區(qū)域的食物氮足跡趨向協(xié)同增長,這可能與深圳市產(chǎn)業(yè)布局有關(guān),地域聚集性較強(qiáng)的城市中心與工業(yè)產(chǎn)區(qū)對外來移民占多數(shù)的勞工吸引較大,導(dǎo)致此區(qū)域人口密度較高且增速較快,從而形成中部商住導(dǎo)向型“福田—蓮花—梅林”,以及西部產(chǎn)業(yè)導(dǎo)向型“粵海—南頭—新安—西鄉(xiāng)—沙井”兩大食物氮足跡增長熱點(diǎn)集中片區(qū)。未來氮污染防治手段應(yīng)著重實(shí)施于這些重點(diǎn)片區(qū),如優(yōu)先擴(kuò)容改造老區(qū)的污水處理廠來應(yīng)對日益增長的生活污水產(chǎn)生量,避免因污水處理超荷導(dǎo)致尾水氮含量超標(biāo),同時升級污水處理工藝來提高污水反硝化率及污泥無害處理率。

圖1 2010—2015年深圳城市及其內(nèi)部行政區(qū)食物氮足跡增量Fig.1 The internal heterogeneity of increases in urban food nitrogen footprints by Shenzhen City from 2010 to 2015

圖2 2010—2015年深圳城市食物氮足跡增量空間分布Fig.2 The spatial distribution of increases in urban food nitrogen footprints by Shenzhen City from 2010 to 2015

2.3 城市化對食物氮足跡的影響

隨著中國城市化不斷發(fā)展,人均收入的提高驅(qū)動著居民生活源活性氮排放的增加[28],而對城市居民食物氮消費(fèi)的影響僅見于不同規(guī)模城市的案例研究[7- 10,29],涉及城市內(nèi)部區(qū)域的研究尚缺。同時,人口密度是影響區(qū)域氮素消費(fèi)的主要因素,氮素輸入隨著流域人口密度的增加而上升,但其具體影響程度在高人口密度地區(qū)有待于進(jìn)一步考證[30]。鑒于目前深圳市域已完成居民城市化,本研究選取城市區(qū)域人口密度與人均國內(nèi)生產(chǎn)總值(人均GDP)為體現(xiàn)人口城市化和經(jīng)濟(jì)城市化的主要指標(biāo)[31],采用線性回歸分析方法[30]探討城市化對深圳城市區(qū)域食物氮足跡增加的影響。

從城市尺度角度來看,近十年中國城市人均食物氮足跡與人均GDP并未呈現(xiàn)明顯的相關(guān)關(guān)系(圖3)。盡管深圳2010—2015年城市食物氮足跡總量增加,但其實(shí)現(xiàn)人均GDP翻一番的同時,人均食物氮足跡并沒有顯著提高,側(cè)面說明城市人口增加是深圳城市食物氮足跡增長的主要驅(qū)動力。對于更小的城市區(qū)域尺度而言,以深圳市為例,2010與2015兩年城市區(qū)域人均食物氮足跡都與對應(yīng)人均GDP存在明顯相關(guān)關(guān)系(圖3),即隨著經(jīng)濟(jì)城市化帶來的人均GDP提高,人均食物消費(fèi)導(dǎo)致的氮足跡也越高。針對城市人口密度增加,采用指數(shù)的方法進(jìn)行擬合發(fā)現(xiàn),區(qū)級尺度城市人口密度增量與對應(yīng)食物氮足跡增量呈一定的非線性相關(guān)關(guān)系,其能夠解釋66%的變異(圖4)。而在街道尺度上的分析卻沒有呈現(xiàn)同樣的相關(guān)關(guān)系,盡管樣本數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于前者(圖4),這說明了人口城市化發(fā)展與食物氮足跡變化不一定存在非線性相關(guān)關(guān)系,尤其是對于城市內(nèi)部區(qū)域而言,這與前人研究表明中國城市化與食物氮足跡廣泛存在非線性關(guān)系的結(jié)論有所不一致[2]。

圖3 城市年度人均食物氮足跡與人均GDP相關(guān)分析Fig.3 Correlation analysis of urban food nitrogen footprints per capita and GDP per capita per year

圖4 2010—2015年食物氮足跡增量與城市人口密度增量相關(guān)分析Fig.4 Correlation analysis of increases in urban food nitrogen footprints and urban population densities from 2010 to 2015

隨著研究尺度縮小,城市食物氮足跡與人口城市化的關(guān)聯(lián)性越低,但與經(jīng)濟(jì)城市化存在一定的關(guān)聯(lián)性。以往研究中,城市化率的提高(即城市人口占總?cè)丝诒壤礁?意味著個人食物氮足跡越高的城鎮(zhèn)居民人口增加,因其高氮葷食類食物消費(fèi)遠(yuǎn)高于農(nóng)村居民[4,8],故城市總體食物氮足跡會隨之增加,一般情況下兩者會呈現(xiàn)一定的相關(guān)關(guān)系。然而,深入探討經(jīng)濟(jì)城市化對居民食物消費(fèi)的影響就不能局限于城鎮(zhèn)與農(nóng)村居民食物消費(fèi)的對比[32],對于城市化程度較高的城市而言,其食物氮足跡不再是受城鎮(zhèn)與鄉(xiāng)村居民人口數(shù)量改變而驅(qū)動,而更大程度上受不同類型的城鎮(zhèn)居民人口數(shù)量及其食物消費(fèi)結(jié)構(gòu)影響,這類城市較少存在城鎮(zhèn)與農(nóng)村居民人口比例此消彼長的情況,其主要存在著市內(nèi)城鎮(zhèn)居民身份的改變,以及移民遷入或市民遷出等不確定因素,而城市化率及城市人口密度等指標(biāo)很難整體反映以上情況,但人均GDP等經(jīng)濟(jì)指標(biāo)可不受人口成分的影響,其可反映居民可支配收入水平進(jìn)而指示不同類型城鎮(zhèn)居民的飲食傾向,高收入居民往往偏向高氮價(jià)高的食物消費(fèi)[4,8,32],故人均GDP可作為反映人均食物氮足跡變化趨勢的主要指標(biāo)之一,本文研究對象深圳市即為典型例子。在全國城市化快速發(fā)展的大背景下,這種情況將會逐漸普遍,尤其是在沿海人口流動頻繁的較發(fā)達(dá)城市區(qū)域。

3 討論

基于N-Calculator模型計(jì)算框架,本研究城市食物氮足跡估算考慮了城市固廢與污水處理因素,同時采用更小尺度的實(shí)地參數(shù),估算結(jié)果與用傳統(tǒng)算法[8,11]的結(jié)果相比,即采用統(tǒng)計(jì)年鑒上的城市行政區(qū)年末人口數(shù)以及外國食物虛擬氮因子,且不考慮不同區(qū)域及不同類型城市居民食物消費(fèi)的差異性,忽略城市廚余垃圾與污水處理過程,可以得出2010—2015年深圳市食物氮足跡由24.49萬t N a-1增至29.77萬t N a-1,增幅21.55%,無論是城市食物氮足跡的總量還是多年增幅量,都分別遠(yuǎn)比本文估算結(jié)果大79.55%,95.73%和87.39%。本研究強(qiáng)調(diào)了城市生活垃圾與污水處理設(shè)施的氮污染物去除功能,其為導(dǎo)致以上兩種估算方法結(jié)果巨大差距的重要因素,從而可能導(dǎo)致本文估算結(jié)果比相關(guān)城市案例研究結(jié)果低。對于三廢處理設(shè)施較為完善的深圳市而言,這部分人工設(shè)施在城市生態(tài)系統(tǒng)中的“廢物分解”功能不容忽視,2010—2015年間其削減了約80%食物消費(fèi)氮足跡,但在深圳城市食物氮足跡的構(gòu)成中,食物消費(fèi)氮足跡多年僅占總足跡約8%,其大幅削減對城市食物氮足跡的整體降低貢獻(xiàn)有限。在過去半個世紀(jì),中國食物生產(chǎn)氮足跡增量及增速一直遠(yuǎn)超食物消費(fèi)氮足跡[6],故城市食物氮足跡的降低關(guān)鍵在于食物生產(chǎn)氮足跡的削減。

因深圳高度城市化及土地資源稀缺,其農(nóng)業(yè)用地基本被完全占用為城市用地,只保留極少數(shù)畜禽養(yǎng)殖,居民食物消費(fèi)所需農(nóng)產(chǎn)品主要來源于市外陸續(xù)建立的農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)基地,故深圳居民食物消費(fèi)導(dǎo)致的食物生產(chǎn)氮足跡便“外包于”這些食物原產(chǎn)地。以毗鄰城市惠州市為例,其承接了深圳市外大部分糧蔬肉類生產(chǎn)活動[33],2010—2015年間,惠州市農(nóng)用化肥施用量及農(nóng)業(yè)用電量分別劇增8.93%與3.99%[34],農(nóng)業(yè)面源氮流失以及能耗氮氧化物排放加重當(dāng)?shù)丨h(huán)境氮污染風(fēng)險(xiǎn)。從粵港澳大灣區(qū)角度而言,深圳農(nóng)產(chǎn)品消費(fèi)力強(qiáng),可引領(lǐng)區(qū)域食用農(nóng)產(chǎn)品消費(fèi),但其農(nóng)產(chǎn)品供給能力處于灣區(qū)城市末位[35],而擁有區(qū)位優(yōu)勢及豐富土地資源的惠州市便成為深圳主要糧食供應(yīng)地區(qū)的不二之選,隨著其農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和區(qū)域布局優(yōu)化,漸漸成為繼肇慶市之后大灣區(qū)農(nóng)產(chǎn)品供給優(yōu)勢區(qū)域[35]。根據(jù)《粵港澳大灣區(qū)發(fā)展規(guī)劃綱要》[36]要求,惠州需打造成粵港澳大灣區(qū)綠色農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)供應(yīng)基地,未來其大規(guī)模推進(jìn)農(nóng)產(chǎn)品輸出不可避免導(dǎo)致本區(qū)域面源污染壓力增大,同時可能會抑制本地區(qū)城市化進(jìn)展(研究期間惠州人口城市化率由59%降至50%,農(nóng)業(yè)人口增加比例遠(yuǎn)高于城鎮(zhèn)人口),這不僅不利于大灣區(qū)農(nóng)業(yè)面源污染聯(lián)合防控,也加深大灣區(qū)內(nèi)部發(fā)展差距[36]。在中國城市化過程這種情況并不少見,如京津冀區(qū)域協(xié)同發(fā)展過程中,北京城市食物氮足跡大部分“外包于”扮演糧倉角色的河北省內(nèi)各市,其食物生產(chǎn)氮足跡加重了食物原產(chǎn)地的氮污染風(fēng)險(xiǎn),進(jìn)而影響整體區(qū)域環(huán)境質(zhì)量[37]。對于市內(nèi)農(nóng)用地稀缺的深圳市而言,其無法在城郊地區(qū)發(fā)展“近郊農(nóng)業(yè)”[4]承擔(dān)部分城市食物生產(chǎn)氮足跡來減少食物原產(chǎn)地過重的氮包袱,故深圳城市食物生產(chǎn)氮足跡的削減主要在于食物生產(chǎn)供應(yīng)地區(qū)如惠州市的化肥使用及糞肥回用效率的提高,其可基于“氮補(bǔ)償”機(jī)制跨市協(xié)助惠州市活性氮減排工作或?qū)？钬?cái)政支持惠州市發(fā)展現(xiàn)代農(nóng)業(yè)[37],同時可承接和扶持惠州高新技術(shù)產(chǎn)業(yè),基于各自優(yōu)勢建立互聯(lián)互通的食物與科技供需格局,保障惠州通過科技革新和現(xiàn)代農(nóng)業(yè)滿足城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求的同時有足夠資源針對面源污染防治,才能實(shí)質(zhì)性促進(jìn)深圳城市食物氮足跡的減少,進(jìn)而達(dá)到大灣區(qū)內(nèi)協(xié)調(diào)發(fā)展,協(xié)同減排的效果。

核算氮足跡為決策制定服務(wù)為氮足跡研究熱點(diǎn)[38]。因基于實(shí)地情況(如糧食生產(chǎn)地惠州等城市)的各類食物虛擬氮因子缺乏,本研究估算過程采用的是中國國家尺度的食物虛擬氮因子,不可避免給食物生產(chǎn)氮足跡估算結(jié)果帶來誤差。同時,鑒于深圳城市人口流動頻繁,相當(dāng)大部分暫留及住宿不穩(wěn)定的居民可能未納入人口普查,導(dǎo)致人口普查數(shù)據(jù)與現(xiàn)實(shí)城市生活消費(fèi)人口數(shù)量仍有一定的差距,加之缺乏居民在外就餐數(shù)據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),可能造成整體城市食物氮足跡的低估。但本研究首次將城市食物氮足跡分析尺度細(xì)化至城市內(nèi)部行政區(qū)及街道區(qū)域尺度,并開展空間相關(guān)分析,揭示城市內(nèi)部食物氮足跡變化的時空特征及其與城市化的關(guān)系,從城市管理角度能更為直觀地為政府食物源氮污染防治提供科學(xué)與合理的建議。

4 結(jié)論

(1)2010—2015年,深圳市常住戶籍居民人均食物氮足跡從14.63 kg N a-1增加至15.17 kg N a-1,高于非戶籍居民食物氮足跡13.09 kg N a-1,主要體現(xiàn)在瓜果、畜禽肉類、水產(chǎn)品等食物消費(fèi)上。整體而言,2015年深圳市城市居民平均食物氮足跡為14.13 kg N a-1,處于理論合理范圍內(nèi),食物結(jié)構(gòu)調(diào)整在降低個人食物氮足跡方面上仍具有很大潛力。

(2)深圳城市氮足跡呈增長趨勢,5年增幅11.50%,增幅最大為常住戶籍居民食物氮足跡,但目前深圳非戶籍居民的食物消費(fèi)主導(dǎo)著城市食物氮足跡。深圳城市內(nèi)部食物氮足跡呈高度空間異質(zhì)性和空間聚集性,城市內(nèi)各區(qū)域增長量差異明顯,新區(qū)增長量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其他各區(qū)。街道尺度城市食物氮足跡增長熱點(diǎn)分布具有與區(qū)級尺度不一致的特征,其主要分布在城市的西部沿海,部分熱點(diǎn)區(qū)域增長數(shù)量級比肩區(qū)級尺度單位的增長量。城市內(nèi)部區(qū)域食物氮足跡與人口城市化的關(guān)聯(lián)性不明顯,但與經(jīng)濟(jì)城市化存在一定的關(guān)聯(lián)性。

(3)在外來移民落戶增加及居民高氮飲食傾向的雙重壓力下,城市食物氮足跡的降低關(guān)鍵在于城外食物生產(chǎn)源活性氮流失的減少。在技術(shù)、財(cái)政、管理和規(guī)劃整體層面上,開展城市區(qū)域間協(xié)同氮減排,同時注重城內(nèi)食物氮足跡增長熱點(diǎn)集中區(qū)域的三廢處理設(shè)施升級及低氮飲食宣傳,這些措施將有助于深圳市低氮發(fā)展,貫徹粵港澳大灣區(qū)協(xié)同可持續(xù)發(fā)展路線,同時也能為同類型高密度城市氮污染防控提供參考。