圖片來源：Pixabay
文章來源 | 科研圈（id：keyanquan）
作者 | Sasha Warren
翻譯 | 阿金
編輯 | 魏瀟
在美國，人們吃下的蛋白質遠超過真實所需。盡管對健康沒有壞處，但蛋白質過剩給全國的下水道帶來問題。汙水中充斥著蛋白質消化後的殘餘物：含氮化合物能夠滋養有毒的藻類並汙染空氣和飲用水。一項新研究指出，美國人體排放出的氮汙染數量級堪比糧田的肥料汙染。
當我們攝入過量的蛋白質，無論來自扁豆、補充劑還是牛排，身體都會將多餘量分解成含氮的尿素，經由尿液最終排入下水道（還有少部分通過糞便排出）。瑪婭·艾爾瑪拉茲（Maya
Almaraz）是美國加利福尼亞大學戴維斯分校（University of
California，Davis）的生物地球化學家，她和同事想要看清有多少這樣高蛋白飲食產生的氮進入美國的汙水係統。研究人員結合人口數據和先前關於美國人平均攝入多少過量蛋白質的研究內容，發現存在於廢水中的大部分氮汙染（大約
67%
到100%）是人類消化食物後的副產物。“我們認為大部分下水道裏的氮都是這種情況。我們知道這是個問題。”艾爾瑪拉茲說，“但我還不知道其中有多少受到我們在上遊的選擇行為的真實影響，例如去超市購物、烹飪食物以及最終攝入體內的量。”
尿液中的氮一旦進入環境後，能觸發一係列生態影響，稱作“氮級聯效應”（nitrogen
cascade）。在特定化學條件以及特定微生物存在的條件下，尿素分解成氣體形式的被氧化的氮。這些進入大氣層的氣體中，一氧化二氮（N2O）通過溫室效應促進全球變暖，而氮氧化物（NOx）則導致酸雨。其他情況下，藻類和藍細菌（也被稱為藍綠藻的光合作用菌），直接以尿素為食。這些氮幫助藻類比平時生長得更快，產生的藻華會堵塞重要的供水係統，同時產生危害人類、其他動物和植物的毒素。即使藻類最終死亡，問題也沒有結束。以死亡藻類為食的微生物會耗盡水中的氧氣，產生“死亡區域”，讓許多水生物種無法在河流、湖泊和海洋中繼續生存。藻華從美國太平洋西北部的普吉特海灣（Puget
Sound）一直蔓延到東南部佛羅裏達州的坦帕（Tampa），大量魚類因此而亡。
藻華 圖片來源：zappowbang,CC BY 2.0.
盡管我們能夠處理藻華，例如在表麵噴灑黏土顆粒或者化學物質來殺死它們並讓其沉入水中，但大部分現有的方法並不總能有效地消除所有的有害生長，其中一些甚至會產生額外的汙染。所以，處理氮汙染影響的最佳策略就是預防，美國馬裏蘭大學（University
of Maryland）的海洋學家帕特麗夏·格利伯特（Patricia Glibert）如此講道，她本人沒有參與上述新研究。
而預防氮進入環境的一個方法就是改造汙水處理廠。現有的處理技術能夠去除汙水中 90% 的氮，但目前全美隻有 1%
的汙水廠采用這樣的技術，因為價格昂貴——在中國，這樣的技術工廠能夠除去全國城市下水道中四分之三的氮，成本超過 200
億美元。然而，艾爾瑪拉茲和自己的團隊建議說，改變飲食習慣就能夠更快遏製氮汙染，長期看來，還能夠節省數十億美元。
她們的新研究發表在《生態和環境前沿》（Frontiers in Ecology and the
Environment）期刊上，研究人員根據年齡分解了當前美國人口的蛋白質需求（最需要的是 50 至 70
歲的中老年人群），並且推測到 2055
年的未來人口情況。直到本世紀中葉，全美人口預計會更多，老年人比例也會更高。研究人員計算了如果人們按照當下美國人的平均食量攝入食物，會有多少氮流入環境；以及如果人們根據真實的營養所需而減少蛋白質攝入，進入環境的氮會有多少。研究結果表明，僅僅改變飲食習慣，就能將目前進入水生生態係統中的氮減少
12%，而未來則會減少近 30%。這樣的變化還有助於減少破壞性氮汙染，同時廢水處理基礎設施也能迎頭趕上。
“許多人認為我們需要全部變成素食主義者。顯然這不現實，未來也不會發生這樣的事。”格利伯特說。她建議，消費者不一定要完全不吃任何（蛋白質高的）食物，而可以轉向“半素食”法，一種專注於減少肉類和奶製品攝入的飲食方法。如今，全美三分之二的蛋白質攝入來自肉類和奶製品。“享受你的牛排，享受你的漢堡，但下一頓飯少吃點兒肉。”她說道。
“現在，我們打開了一個全新局麵：人類行為能如何影響我們的環境。”艾爾瑪拉茲說，“我覺得可以讓人們理解這一點：‘我的選擇，一旦加上其他人做出相同的選擇，能夠真正產生積極的影響。’”
原文鏈接：
https://www.scientificamerican.com/article/eating-too-much-protein-makes-pee-a-problem-pollutant-in-the-u-s/
論文信息
【標題】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.
【鏈接】https://esajournals.onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1002/fee.2531