文献阅读 | 中国的饮食转型能够减少与颗粒物污染相关的过早死亡
题目
Dietary shifts can reduce premature deaths related to particulate matter pollution in China
作者
Xueying Liu, Amos P. K. Tai .Youfan Chen, Lin Zhang, Gavin Shaddick, Xiaoyu Yan and Hon-Ming Lam
期刊
Nature Food
时间
2021年12月
一作
单位
The Chinese University of Hong Kong, Hong Kong SAR, China
链接
https:/ / doi.org/10.1038/ s43016-021-00430-6
研究背景
不断增长的粮食需求和世界范围内饮食模式的变化对人类和地球健康产生了重大影响。营养更加丰富的饮食有助于人类健康并延长预期寿命。但在许多国家，营养增加对健康的益处被转向肉类密集饮食和营养过剩等不良饮食习惯所抵消。快速增长的动物饲料需求对中国的食品供应构成了另一个挑战。与世界范围内向高热量、深加工和动物性食品的饮食习惯转变同步，中国的饮食变化导致的体重指数上升在近几十年里对其人口造成了越来越大的心血管疾病、癌症和2型糖尿病风险。
同时，粮食生产方式的增加和变化引起的环境退化可能进一步加重人类健康负担。在全球范围内，粮食生产是温室气体排放、土地退化、淡水枯竭和生物多样性丧失的主要原因。它还造成了约60%的NH3和8%的NOX的全球排放，这些物质在PM2.5的形成种起主要作用。作为一种公共健康威胁，2017年中国PM2.5造成110-200万人死亡，位列第四大死亡原因。
饮食变化和人口增长是粮食生产变化的主要驱动因素。因此不仅通过营养不良直接对公众健康构成威胁，还通过降低空气质量和呼吸健康间接对公众健康构成威胁。
研究方法
本研究使用粮食生产和膳食消费数据来自粮农组织《粮食资产负债表》、《2018年中国统计年鉴》。人均膳食供应数据根据考虑食物浪费和不可食用部分的转换因子进行缩放，以匹配NBSC和CHNS的实际食物摄入量数据中的定义。2010年代的平均饮食包括每天约380克谷物和块茎，140克肉类，600克蔬菜，150克水果，18克大豆和花生，80克乳制品和其他；1980年代的平均饮食包括约420克谷物和块茎，25克肉类，100克蔬菜，10克水果，12克大豆和花生，10克乳制品和其他食品。
粮农组织FBS将人均膳食数据与国家产量联系起来，计算了膳食能量供应总量在食品和非食品的使用和损失、库存变化和国际贸易中的分配情况。采用CDG2016构建了一个更健康、较少肉类密集型参考饮食的生产场景。最后基于生产-排放模型，通过析因模型实验，将六种生产情景分别与相应的NH3排放情景相连。
以2010年NH3排放为基准情景，利用作物特定肥料施用量的详细信息、基于过程的粪便质量流方法和排放因子的气象控制来建模。利用GEOS-Chem全球三位化学传输模型，基于每种情景下NH3排放估算地表PM2.5。使用浓度-响应函数和GEMM估算了环境PM2.5对健康的影响，确定了PM2.5暴露于死亡概率之间的关联。通过影响不良饮食变化的直接医疗成本计算有八个饮食风险（包括饮食低水果、饮食低蔬菜、饮食低全谷类，饮食低见过和种子，饮食低牛奶，过多摄入红肉，高加工肉类和饮食低豆类）相关的食物摄入量和高身体质量指数风险，营养摄入引起的除外。
研究结果
中国食品生产和消费格局
本文首先分析了中国粮食生产和消费模式的变化。人均每日膳食能量供应从20世纪80年代初的2100-2400千卡增加到2010年代初的3000-3100千卡，在发展种国家中处于前列，接近高收入国家水平。来自动物产品的营养成分比例也有所增加。热量从8%增加到23%，蛋白质从13%增加到39%，脂肪从43%增加到61%。与此同时，人们减少了日常饮食中主食（例如谷物和块茎）的比例，转而支持包括更多畜产品、水果和蔬菜在内的更多样化饮食。如图1所示，主食的人均日摄入量从~500g下降到~380g，而肉类从30-40g增长到90-140g，乳制品从~10g增长到30-90g，其他非淀粉类植物从30-50g增加到120-180g。总体而言，在1980-2010年间，中国人的饮食不仅在数量上有所增加，而且从植物性饮食转向了肉类密集型饮食。
图 1. 每日人均食品消费量。来自粮农组织的数据显示为深蓝色条，来自NBSC和CHNS的数据分别以红色和橙色线显示。实心圆线代表全国价值，三角形线和方框线分别代表城市和农村家庭价值。CDGs中的健康参考饮食以淡黄色线显示，阴影表示推荐的均值和范围。饮食-柳叶刀委员会的健康参考饮食以浅绿色线条显示。
全国不同食品的产量有所增加，但增加程度不同。这取决于人均消费量、膳食结构、人口增长、与肉类需求相关的饲料产量变化、粮食损失和其他次要因素的放大或抵消效应（图2）。1980-2010年间，肉类产量从1500万吨大幅上升至8000万吨。通过将20世纪80年代的全国平均饮食从相应的10亿人口扩大到21世纪10年代的14亿人口。与实际消费量进行比较，本研究区分了在相同的80年代饮食中人口增长所驱动的肉类需求增长和饮食变化所驱动的肉类需求增长。结果估计，仅人口增长就使肉类需求增加了500万吨，而饮食的变化则使肉类需求增加了6000万吨。如图2a所示，由于动物饲料需求增加，人口增长，但人均消费量减少，主食产量从3亿吨相对稳定地增长到4.8亿吨，饲料需求的增加被认为事主要因素。2010年，全国平均34%的谷物产量被用作饲料，高于1980年的26%。对于特定作物，这一数字甚至更高，例如，2010年67%的玉米和49%的甘薯被用作饲料。为应对不断增长的肉类需求而增加的饲料产量可能会产生与肉类生产相当的影响，但以前很少有关于饮食-环境关系的研究。
图 2. 全国粮食生产和利用趋势。产量以线条表示，利用率以堆叠的柱状表示。并对可供人类消费的食物、喂养牲畜的饲料、种子、在储存和运输过程中的损失、用于食品用途和非食品用途的加工以及其他数量进行了区分。
饮食导致的PM2.5污染恶化
本研究调查了中国NH3和PM2.5污染的历史变化在多大程度上可以归因于饮食变化（包括人均消费和饮食成分的变化），以及20世纪80年代至2010年由于人口增长而导致的总食品消费的上升。结果发现，中国农业NH3排放从6.4TgNH3增加到12.1 TgNH3。通过析因模型实验发现，单是饮食变化就可以使农业NH3排放量增加63%，但是人口增长可以使其增加27%。在饮食变化的不同方面，肉类需求的增加（包括对动物饲料作物的相关需求）是与饮食相关的农业NH3排放增加的主要驱动因素。饲料作物生产占2010年农田NH3排放的约23%，这一可观的数量在以前评估肉类消费的氮足迹研究中经常被忽视。
图 3. 饮食改变导致PM2.5空气质量恶化。
NH3与硫酸和硝酸（来自SO2和NOX氧化）反应行程硫酸盐-硝酸盐-铵（SNA）气溶胶，构成PM2.5的重要组成部分。作为农业NH3排放的主要驱动因素，饮食变化可能会极大影响环境PM2.5浓度。通过模拟PM2.5的相应变化，估计在华北平原等主要农业密集区，仅饮食变化导致的 PM2.5年浓度增加可达~10µg/m3（图3b）。这种增长占农业驱动PM2.5增长的70%（图3f），占1980-2010年所有来源驱动的人类PM2.5增长总量的20%。在PM2.5增长中，3-8µg/m3可归因于对肉类的需求，而约2-4µg/m3可归因于对粮食作物的需求（图3c,d）。
自2012年以来，通过严格的控制措施，中国二氧化硫和氮氧化物的排放已经减少。本研究估计，2010-2017年期间SO2和NOX排放量分别减少了58%和21%。这些减少将缓解1980-2010年饮食变化对PM2.5增加的负面影响。这表明最近SO2和NOX排放的减少在一定程度上缓解了饮食驱动的NH3介导的PM2.5总量的增加。
饮食变化对健康的间接和直接影响
本研究估计，2010年中国与PM2.5相关的183万例中约5%（90866例）可归因于1980-2010年期间的饮食变化，这是一个不可忽略的间接健康成本（图4）。其中66117例可归因于肉类需求的增加，26442例死亡可归因于蔬菜和水果生产排放的增加以及谷物生产排放的减少。大约75%的间接健康成本是由肉类和相关动物饲料的生产产生的。
图 4. 与PM2.5污染相关的饮食变化的间接健康成本。
在中国，饮食变化对健康的直接影响是复杂的，营养质量的某些方面有所改善，而另一些方面则有所恶化。据估计2020年共有77万例过早死亡时1990-2010年间饮食变化的直接健康成本。因此，1980-2010年期间，中国因空气质量恶化而导致的饮食变化的间接健康成本约为20世纪90年代以来因饮食质量恶化和过渡消费而导致的 直接健康成本的12%。
少吃肉对空气质量的好处
如果广泛采用较少的肉类密集饮食，可以减少农业NH3排放和PM2.5污染，为整个人群的健康带来间接收益。本研究估计，如果2010年中国的平均饮食被CDG2016推荐的较少肉类密集型参考饮食所取代，NH3排放减少2.1Tg, PM2.5浓度减少2-6µg/m3，预计可避免74805例与PM2.5相关的死亡(图5b)。氨排放的减少主要是由于肉类和动物饲料生产的排放量减少，部分被乳制品和水果生产的排放量增加所抵消。从空间上看，PM2.5和死亡率的下降在中国南部地区最为明显，该地区PM2.5和死亡率的下降分别可达15%和10%。
图 5 少吃肉对环境和间接健康的益处
研究结论
中国以增加肉类和减少全谷物摄入量为特征的饮食转变已被证明对营养健康不利。由饮食驱动的生产变化引起的空气质量退化可进一步威胁呼吸道健康。本研究表明，中国人的饮食变化通过空气质量退化对健康产生了以前未量化的间接影响，这种影响小于营养不良造成的直接健康损失，但在一个数量级内。需要特别注意的是，直接和间接健康成本在人口和地理上分布不均。直接健康成本主要由能够负担得起更多肉类消费的人承担，即中国较发达地区。而间接健康成本主要由欠发达的农业为主、平均收入较低、肉类消费较少的地区承担。
随着中国越来越多地从其他国家进口农产品，中国饮食习惯的改变现在具有重大的全球影响。随着中国农产品进口量位居世界首位，中国饮食选择对健康的间接影响将在中国以外地区更加广泛。应进一步探讨世界范围内农业贸易的轨迹及其对环境和内在健康的影响。中国目前的食品体系发展轨迹需要改变，以减少其对国内和全球人类和环境健康的影响。努力改善粮食生产过程，以减少供应端的活性氮排放仍然重要，同时改变需求端的粮食消费模式可以作为缓解农业部门对环境影响的补充方法。虽然转向更健康的饮食可能会暂时减缓农业经济增长，但更清洁的空气和更健康的营养状况所带来的好处可能会提高生产效率。
编辑：徐沙沙
排版：徐沙沙、肖逸龙
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