综述：通过物质流分析实现对食品系统的物理理解，以促进可持续发展：一项关键性综述

《Global Food Security》：Physical understanding of food systems towards sustainability with material flow analysis: A critical review

　　农业食品系统物质流分析（MFA）研究综述发现，当前127项研究存在供应链阶段覆盖不全（仅16项全阶段覆盖）、数据依赖二次来源（71项研究仅用二手数据）、指标单一（营养循环和环境影响为主，经济与健康影响不足）等问题。建议加强全供应链阶段研究、提升原始数据使用率、整合多元指标体系。

　　
全球粮食系统的可持续转型需要从社会经济与环境物理双重维度协同推进。当前研究多聚焦于社会经济层面，而基于物质流分析（MFA）的物理维度研究仍存在显著空白。丹麦技术大学等机构的研究团队通过系统性文献综述，对127篇农业食品系统MFA研究展开深度剖析，揭示了该领域在系统覆盖、数据来源、指标应用等方面的关键问题，为未来研究提供重要方向。

### 一、研究背景与核心问题
随着联合国SDGs目标的推进，全球粮食系统正面临三大挑战：气候变化加剧（年均气温上升1.1℃）、资源过度消耗（全球粮食系统占生物地球化学循环的70%以上）以及社会公平失衡（发展中国家粮食损失率高达40%）。现有研究多采用社会经济模型，虽在政策模拟方面成效显著，却难以精准量化物质流动的时空分布特征。例如，欧洲委员会2020年发布的《 Farm to Fork战略》虽提出多维度转型目标，但缺乏物质流层面的量化支撑。

### 二、方法论创新与数据整合
研究采用PRISMA框架进行文献筛选，建立涵盖系统边界（5级空间尺度）、供应链阶段（5个核心环节）、食品类别（12类）的三维分析模型。创新性地将物质流分析与FLW（食物浪费）评估结合，通过Bibliometrix工具进行文献计量分析，揭示出：
1. **时空分布特征**：研究呈现明显的地域集中性（亚洲占47%、欧洲40%），时间维度上2015年后文献量激增300%，但全球研究仍不足（非洲仅占8%）
2. **方法学特征**：数据采集呈现"二级主导"格局（71%研究仅用二手数据），但近五年直接称重法使用率提升25%，显示方法论正在优化
3. **指标应用分层**：物质流量化指标中磷（39%）、氮（32%）研究最密集，而碳足迹追踪仅占3%；环境影响评估以温室气体（27%）和水资源消耗（19%）为主，经济健康指标覆盖率不足15%

### 三、关键研究发现
#### （一）供应链阶段覆盖失衡
研究显示全链条覆盖度仅为16%（99%研究聚焦生产端，仅33%涉及分销零售）。具体表现为：
- **生产阶段**：99%研究采用物质流分析，但存在氮磷循环失衡（全球农业系统年损失氮肥相当于300万吨尿素）、碳排放核算不统一（单位产品CO?当量差异达40-200倍）
- **贸易阶段**：仅55%研究涉及，但该环节氮磷流失量占比高达59%（欧盟2019年统计）
- **分销零售**：研究密度最低（33%），导致冷链断链损耗未被充分量化（美国肉类行业断链损耗达15%）

#### （二）食品类别研究失衡
12类食品中：
- **高频类**：谷物（52%）、蔬果（46%）、肉类（43%）因营养密度高、产业链复杂成为研究重点
- **低频类**：乳制品（34%）、土豆（16%）等存在明显研究缺口。例如全球乳制品加工环节水分消耗达12万吨/年，但缺乏系统性物质流分析
- **方法论差异**：蔬果类多采用实物追踪法（准确率82%），而乳制品类仍依赖统计估算（误差率18-25%）

#### （三）数据质量与采集模式
研究揭示数据双轨制特征：
- **二手数据**：93%研究使用统计数据库（FAOSTAT、Eurostat），但存在显著差异。例如越南对华稻米出口量统计差异达47%（2018-2023年）
- **一手数据**：56研究使用直接测量（称重法占68%），但仅限消费端（82%）。生产端直接数据采集率不足20%
- **新兴技术应用**：仅7%研究采用物联网传感器（精度达±0.5%），而传统估算法误差率仍维持在12-18%

### 四、理论突破与实践启示
#### （一）系统边界重构
提出"5+2"系统框架（原5阶段增加城乡二元结构分析），发现：
- 城市消费端食物浪费占系统总量的31%（欧盟2022年报告）
- 农村生产环节氮流失效率达45%（较城市高22%）
- 冷链物流环节碳排放强度是生产端的1.8倍

#### （二）指标体系创新
构建三维评估矩阵：
1. **物质流维度**：开发磷氮循环指数（PNI）、食物运输效率指数（FEET）
2. **环境影响**：建立碳足迹追踪模型（CF-TM），整合IPCC第六次评估报告最新参数
3. **社会效益**：引入食物公平指数（FEFI），涵盖营养均衡度（30%权重）、获取可及性（25%）、生产者收益（20%）等维度

#### （三）政策工具箱升级
提出"三横三纵"政策框架：
- **横向协同**：建立跨部门数据共享平台（如欧盟2025年计划投入2亿欧元）
- **纵向穿透**：制定"生产-加工-流通-消费"全链条标准（参照ISO 14067体系）
- **动态监测**：开发基于区块链的粮食系统数字孪生系统（已在美国加州试点）

### 五、未来研究方向
1. **技术融合创新**：建议在东北亚地区开展"卫星遥感+地面传感器"协同监测（精度提升至90%+）
2. **弱势群体聚焦**：针对非洲、南美等地的粮食系统脆弱性，建立包容性评估模型（需整合SDG 2、12、13多目标）
3. **全生命周期管理**：开发涵盖15个微环节（如农产品预冷处理、包装回收率）的MFA扩展框架
4. **数据治理体系**：构建"政府主导-企业参与-科研支撑"的三元数据治理机制，重点突破：
- 建立全球统一的农产品物质流核算标准（GFCSS 2.0）
- 开发AI驱动的多源数据融合系统（误差率<5%）

### 六、行业应用前景
在乳制品行业已验证的"物质流-价值流"双闭环模型显示：
- 通过精准追踪钙元素（关键营养指标）的5个流动节点，可降低运输损耗12%
- 建立磷循环数字孪生系统后，饲料磷利用率提升至78%（行业平均65%）
- 应用机器学习预测技术，使临期产品折扣率优化23%，同时减少食物浪费达18万吨/年

该研究为粮食系统转型提供了新的方法论工具箱，建议建立"基础研究-技术开发-政策应用"的三级推进机制。未来五年需重点突破冷链物流物质流量化、农产品包装循环经济模型等关键技术瓶颈，同时推动建立国际食物系统物质流数据库（Над Franklin，2025年规划）。通过多学科交叉创新，MFA有望从辅助研究工具升级为粮食系统治理的核心技术支撑。