美国人的尿,快和化肥一样“毒”了!



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文章来源 | 科研圈(id:keyanquan)


作者 | Sasha Warren


翻译 | 阿金


编辑 | 魏潇


在美国,人们吃下的蛋白质远超过真实所需。尽管对健康没有坏处,但蛋白质过剩给全国的下水道带来问题。污水中充斥着蛋白质消化后的残余物:含氮化合物能够滋养有毒的藻类并污染空气和饮用水。一项新研究指出,美国人体排放出的氮污染数量级堪比粮田的肥料污染。


当我们摄入过量的蛋白质,无论来自扁豆、补充剂还是牛排,身体都会将多余量分解成含氮的尿素,经由尿液最终排入下水道(还有少部分通过粪便排出)。玛娅·艾尔玛拉兹(Maya Almaraz)是美国加利福尼亚大学戴维斯分校(University of California,Davis)的生物地球化学家,她和同事想要看清有多少这样高蛋白饮食产生的氮进入美国的污水系统。研究人员结合人口数据和先前关于美国人平均摄入多少过量蛋白质的研究内容,发现存在于废水中的大部分氮污染(大约 67% 到100%)是人类消化食物后的副产物。“我们认为大部分下水道里的氮都是这种情况。我们知道这是个问题。”艾尔玛拉兹说,“但我还不知道其中有多少受到我们在上游的选择行为的真实影响,例如去超市购物、烹饪食物以及最终摄入体内的量。”


尿液中的氮一旦进入环境后,能触发一系列生态影响,称作“氮级联效应”(nitrogen cascade)。在特定化学条件以及特定微生物存在的条件下,尿素分解成气体形式的被氧化的氮。这些进入大气层的气体中,一氧化二氮(N2O)通过温室效应促进全球变暖,而氮氧化物(NOx)则导致酸雨。其他情况下,藻类和蓝细菌(也被称为蓝绿藻的光合作用菌),直接以尿素为食。这些氮帮助藻类比平时生长得更快,产生的藻华会堵塞重要的供水系统,同时产生危害人类、其他动物和植物的毒素。即使藻类最终死亡,问题也没有结束。以死亡藻类为食的微生物会耗尽水中的氧气,产生“死亡区域”,让许多水生物种无法在河流、湖泊和海洋中继续生存。藻华从美国太平洋西北部的普吉特海湾(Puget Sound)一直蔓延到东南部佛罗里达州的坦帕(Tampa),大量鱼类因此而亡。



藻华 图片来源:zappowbang,CC BY 2.0.


尽管我们能够处理藻华,例如在表面喷洒黏土颗粒或者化学物质来杀死它们并让其沉入水中,但大部分现有的方法并不总能有效地消除所有的有害生长,其中一些甚至会产生额外的污染。所以,处理氮污染影响的最佳策略就是预防,美国马里兰大学(University of Maryland)的海洋学家帕特丽夏·格利伯特(Patricia Glibert)如此讲道,她本人没有参与上述新研究。


而预防氮进入环境的一个方法就是改造污水处理厂。现有的处理技术能够去除污水中 90% 的氮,但目前全美只有 1% 的污水厂采用这样的技术,因为价格昂贵——在中国,这样的技术工厂能够除去全国城市下水道中四分之三的氮,成本超过 200 亿美元。然而,艾尔玛拉兹和自己的团队建议说,改变饮食习惯就能够更快遏制氮污染,长期看来,还能够节省数十亿美元。


她们的新研究发表在《生态和环境前沿》(Frontiers in Ecology and the Environment)期刊上,研究人员根据年龄分解了当前美国人口的蛋白质需求(最需要的是 50 至 70 岁的中老年人群),并且推测到 2055 年的未来人口情况。直到本世纪中叶,全美人口预计会更多,老年人比例也会更高。研究人员计算了如果人们按照当下美国人的平均食量摄入食物,会有多少氮流入环境;以及如果人们根据真实的营养所需而减少蛋白质摄入,进入环境的氮会有多少。研究结果表明,仅仅改变饮食习惯,就能将目前进入水生生态系统中的氮减少 12%,而未来则会减少近 30%。这样的变化还有助于减少破坏性氮污染,同时废水处理基础设施也能迎头赶上。


“许多人认为我们需要全部变成素食主义者。显然这不现实,未来也不会发生这样的事。”格利伯特说。她建议,消费者不一定要完全不吃任何(蛋白质高的)食物,而可以转向“半素食”法,一种专注于减少肉类和奶制品摄入的饮食方法。如今,全美三分之二的蛋白质摄入来自肉类和奶制品。“享受你的牛排,享受你的汉堡,但下一顿饭少吃点儿肉。”她说道。


“现在,我们打开了一个全新局面:人类行为能如何影响我们的环境。”艾尔玛拉兹说,“我觉得可以让人们理解这一点:‘我的选择,一旦加上其他人做出相同的选择,能够真正产生积极的影响。’”


原文链接:


https://www.scientificamerican.com/article/eating-too-much-protein-makes-pee-a-problem-pollutant-in-the-u-s/


论文信息


【标题】The impact of excessive protein consumption on human wastewater nitrogen loading of US waters


【作者】Maya Almaraz,Caitlin D Kuempel,Andrew M Salter,Benjamin S Halpern


【期刊】Frontiers in Ecology and the Environment


【日期】21 June 2022


【DOI】https://doi.org/10.1002/fee.2531


【摘要】Total and per capita protein consumption rates in US diets, whether from plant or animal sources, rank among the highest in the world. When protein consumption outpaces physiologic protein demands, excess amino acids are degraded in the human body and nitrogen (N) is excreted and released to the environment, mainly in the form of urea. Such excess reactive N can enter downstream environments, thereby impairing human and ecosystem health as well as contributing to economic losses. We show that matching protein consumption with physiologic requirements would reduce US hydrologic N losses to aquatic ecosystems by 12% and overall (atmospheric and hydrologic) N losses to ecosystems by 4%. Were US citizens to consume protein at recommended rates, projected N excretion rates in 2055 would be 27% less than they are today, despite population growth. Optimizing US protein consumption to levels that meet human health standards has environmental benefits on par with improving wastewater treatment using existing technology, while also generating impactful economic benefits.


【链接】https://esajournals.onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1002/fee.2531