食品系統公平性與可持續評價模型

董星言 姜海晨 楊嘉龍

當今，食品系統面臨重大的挑戰，如何養活不斷增長的世界人口，如何根據全球環境變化管理生態系統產品和服務。我們基于效率、盈利能力、公平和可持續發展四個方面構建了食品系統評價的四級指標體系。然后采用熵權法（EWM）和變異系數法（CVM）將指標整合到食品系統指數（FSI）中，得到了食品系統評價模型（FSE）。

背景

全球食品問題一直備受關注，目前的食品系統養活了世界上絕大多數人口，但世界農業面臨著重大挑戰，包括如何養活不斷增長的世界人口以及如何減少世界營養不良人口和發育遲緩兒童。同時，食品系統被認為是全球環境變化最大原因之一，導致土壤退化，淡水資源枯竭等。因此如何全面合理地評價傳統的食品系統，并在此基礎上對公平和可持續進行優化是我們要考慮的問題。

模型假設

為了簡化問題，方便我們深入研究，我們做了以下基本假設，每一個假設都是合理的。我們假設一個食品系統是一個整體，不考慮其內部不同區域的差異。該假設是我們深入研究的前提，一個系統內部不同區域可能存在的政策、發展不均衡等差異。為了方便我們建立模型，我們選擇忽略此差異帶來的影響。我們假設各指標的相對重要性不隨時間改變。此外，我們忽略了可能由于系統自身原因導致指標的相對重要性發生改變的因素。針對一個系統的權重不隨時間而發生改變。

食品評價系統

效率指標

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

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

盈利能力

國內食品價格指數 ：它用于衡量一個國家的谷物，肉類，乳制品和其他食品價格的變化。

食品生產價格 （ 美元） ：一國食品生產平均價格決定食品的價格，食品價格又決定了一國食品的盈利能力。

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

公平

聯合國食品與農業組織（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個維度隨時間的穩定性”構成的食品安全框架。因此，本文以FAOSTAT 作為食品公平評價因子的數據來源，根據可用數據進一步細化、完善食品公平框架，形成以食品供給、食物短缺、經濟與政治穩定性為二級指標，人均食品產量等9個變量為三級指標的食品公平評價指標體系。

食品供給情況

為了評價食品供給，我們選取四個指標，一是人均食品產量? ?（kg/person） ：一個區域的食品總產量，除以當地總人口數，用于衡量該區域的相對食品供給水平。二是人均蛋白質供應量（g/person/day） ：國際上認為健康成年人每天需要攝入一定量的蛋白質，人均蛋白質供應量是一個區域食品供給情況的好壞的重要指標。三是人均供應動物源蛋白 （g/person/day）：一般說來動物性蛋白質大多屬于優質蛋白質，這是因為動物蛋白質含有量多且是人體所必需的氨基酸。四是膳食能量供應充足率 （%）：膳食能量供應充足率表示一個區域每日膳食能量攝入充足的人口占總人口數的百分比。

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公平的重要指標之一。最后，營養不良率是營養素的供應不能滿足人體細胞需要的程度。營養不良率是反映食物短缺情況的重要指標。

經濟與政治不穩定因素

人均食品產量變化和人均食品供給變化表示一區域人均食品產量的穩定性，計算方式為人均食品產量的標準差除以人均食品產量的平均值。除此之外，我們還用來自世界銀行開發的世界治理指標? ，用來描述一區域的政治穩定與社會安穩情況。

可持續

在對食品系統進行可持續性的評估時，我們參考了克里斯多夫·貝恩的論文中開發和提出的方法。環境可持續發展的五個維度被列入分析。

空氣

溫室氣體排放量 ：科學界認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致的。

水

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

農業用地占耕地百分比

農業用地指直接或間接為農業生產所利用的土地;耕地指種植農作物的土地。農業用地占耕地的百分比來反映土地使用情況。

生物多樣性

生物多樣性指數是根據每個國家/地區貢獻的農作物總數以及兩個共同的多樣性指標（Shannon和Simpson）來衡量的，所有農作物貢獻越均勻，飲食就越多樣化。

農林能源占能源使用總量的百分比

該指標計算為農業和林業一次能源占能源總產量的比重。用農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能源使用情況。

權重指標的確定

熵權法

按照信息論基本原理的解釋，信息是系統有序程度的一個度量，熵是系統無序程度的一個度量;根據信息熵的定義，對于某項指標，可以用熵值來判斷某個指標的離散程度，其信息熵值越小，指標的離散程度越大， 該指標對綜合評價的影響（即權重）就越大，如果某項指標的值全部相等，則該指標在綜合評價中不起作用。因此，本文使用熵權法（EWM）計算上述的27個指標。

首先采用標準0-1變換和給定最優區間法進行無維歸一化，由于在指標中有產生正向影響的指標，也有產生負向作用的指標，因此，為了使所有指標值越大代表評分越高，

對正向影響的指標標準化轉換函數為：

對負向影響的指標標準化轉換函數為：

其中 表示各個指標的標準化值，和分別為評價指標的最大值和最小值，經過標準化處理后，我們可以將轉換為

接下來，根據信息論中的自我信息和熵的定義，我們可以計算各評價指標的信息熵

根據信息熵，我們可以進一步計算各評價指標的權重

在得到各評價指標的權重后，我們即可通過賦權評分得到效率、盈利能力、可持續四個綜合指標。將其簡寫為EFI，EAI，EQI和SUI：

變異系數法

接下來，我們要采用變異系數法（CVM）進一步將這四個綜合指標整合為一個總指標，直接評價一個食品系統。

變異系數的計算方式為：

其中為EFI， EAI， EQI， SUI的變異系數，也稱標準差率，為綜合指標i 的標準差，是綜合指標i的平均值，接下來我們就可以計算四個綜合指標的權重

最后我們根據這四個綜合指標的權重，可以推導出食品系統評價總指標，簡稱FSI：

結語

綜上所述，為了建立一個可以評價不同食品系統的模型，我們建立了多級指標體系，從效率、盈利能力、公平和可持續發展四個方面引入了27個與其密切相關的指標。然后采用熵權法（EWM）和變異系數法（CVM）將指標整合到食品系統指數（FSI）中，得到了食品系統評價模型（FSE1）。

該模型建立了一套較為完整的指標體系，可以從效率、盈利能力、公平和可持續發展四個方面來評價一個食品系統，可為一個區域的政府或管理者調整其食品系統時提供參考，可以從單一角度來調整優化其系統，也可以整體優化。采用熵權法和變異系數法確定食品體系評價指標的權重，保證了權重的客觀性，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，具有良好的適應性。

董星言 姜海晨 楊嘉龍

西北農林科技大學