Táplálkozási és üvegházhatású gázok hatásai, ha az állatokat eltávolítják az Egyesült Államok mezőgazdaságából

Keresse meg ezt a szerzőt a Google Tudósban
Keresse meg ezt a szerzőt a PubMed oldalon
Keresse meg ezt a szerzőt ezen a webhelyen
Levelezés céljából: rrwhite @ vt.edumarybeth.hall @ ars.usda.gov

Szerkesztette: B. L. Turner, Arizona Állami Egyetem, Tempe, AZ, és jóváhagyta 2017. szeptember 25-én (felülvizsgálatra érkezett 2017. május 5)

Ez a cikk Letters-t tartalmaz. Lásd:

Állatok nélkül az amerikai gazdák csökkentenék a takarmánynövény-termelést - 2018. február 12
Zavart kelt a vitában a növényi táplálkozás felé történő áttérésről - 2018. február 12
Feedlot-étrend az amerikaiak számára, amely egy hibásan megadott optimalizálási algoritmusból származik - 2018. február 12

Kapcsolódó tartalom megtekintése:

Jelentőség

Az amerikai mezőgazdaság modellezésével meghatározták a haszonállatok eltávolításának az élelmiszerellátás megfelelőségére és az üvegházhatású gázok (ÜHG) kibocsátására gyakorolt hatását. Az állatok nélküli modellezett rendszer növelte az összes élelmiszer-termelést (23%), megváltoztatta a hazai fogyasztásra rendelkezésre álló élelmiszereket és csökkentette az amerikai mezőgazdasági üvegházhatást okozó gázokat (28%), de csak 2,6 százalékkal csökkentette az Egyesült Államok teljes üvegházhatást okozó gázát. Az állatokkal végzett rendszerekhez képest az Egyesült Államok lakosságának a csak növényi rendszerekben kidolgozott étrendekben nagyobb volt az étkezési energiafelesleg, és az alapvető tápanyagok nagyobb számú hiányát eredményezték. Az eredmények betekintést nyújtanak abba, hogy miért kell meghozni a mezőgazdasági rendszerek módosításaira vonatkozó döntéseket a változás közvetlen és közvetett hatásainak leírása és az étrend helyett az egyes tápanyagok alapján.

Absztrakt

Az Egyesült Államok élelmiszer-termelése mint ökoszisztéma, a komponensek közötti tranzakciókkal, a jelen tanulmányban meghatározottak szerint. A növényeket az állatok közvetlenül feldolgozzák vagy fogyasztják. A feldolgozó termékeket és melléktermékeket ipari alkalmazásokhoz, állatokhoz és emberekhez szállítják fogyasztásra. Az állatok biztosítják a növények termeléséhez használt trágyát, a különféle ipari alkalmazásokban használt melléktermékeket és az emberi táplálékot. Az értékek megegyeznek a jelen tanulmányra kiszámított értékekkel. A ref. Engedélyével adaptálva 63, szerzői jog (1997) American Chemical Society.

Eredmények és vita

Az állatok hozzájárulása a jelenlegi amerikai élelmiszer-előállítási rendszerhez.

A mezőgazdasági rendszerek emberi táplálékhoz való hozzájárulását az ember által igényelt specifikus tápanyagok összefüggésében értékelték. Az Egyesült Államokban előállított és felhasznált összes növényi és állati eredetű tápanyag általában nagymértékben meghaladja az Egyesült Államok lakosságának igényét, de ez tápanyagonként változik. A jelenlegi rendszerben a belföldön előállított, állati eredetű élelmiszerek az energia 24% -át, a fehérje 48% -át, az esszenciális zsírsavak 23–100% -át és az esszenciális aminosavak 34–67% -át adták emberi fogyasztásra. Egyesült Államok (2. ábra). Az élelmiszerből származó Ca több mint 50% -a; A-, B12- és D-vitamin; kolin; és a riboflavin állati eredetű termékekből származott. Az állatokkal együtt termelt tápanyagok összmennyisége a D-, E- és K-vitamin, valamint a kolin kivételével megfelelő volt az amerikai lakosság követelményeinek kielégítésére.

A 2013-alapú amerikai élelmiszer-előállítási rendszerekben előállított HRY-k tényleges állati eredetű élelmiszer-alapanyagok felhasználásával vagy állati eredetű élelmiszer-alapanyagok nélkül modellezve (csak növények). A szürke függőleges téglalap jelzi az Egyesült Államok lakosságának követelményeinek teljesítéséhez szükséges HRY-k számát. Az szürkés dobozok azt jelzik, hogy a HRY gyártása nem megfelelő az Egyesült Államok lakossági követelményeinek. A háziállatok számára szükséges energia- és fehérje HRY-értékeket kivonták a csak növényi táplálékból.

Bár a kísérő állatok gyakran másodlagos szempontok az emberhez képest, az emberi társadalom részét képezik. Feltéve, hogy az emberek kísérőállataikat állattenyésztés nélküli rendszerben tartanák, 69,9 × 10 6 kutya, 74,1 × 10 6 macska, 8,3 × 10 6 madár és 89,4 × 10 6 egyéb háziállat (11) és egy populáció tápanyagigénye 10,2 × 10 6 lónak (12) meg kell felelnie. 2010-ben az állatállományból származó kiolvasztott termékek 0,66 × 10 9 kg fehérjeterméket és 0,13 × 10 9 kg zsírt adtak kedvtelésből tartott állatok eledeléhez (13). Az állati eredetű élelmiszer-feldolgozó melléktermékek fogyasztása megegyezik a fehérje emberi tápanyagigényének 37,4 × 106 6 évével (HRY-k; azaz egy átlagos ember eltartásához szükséges tápanyagmennyiség 1 évig) és 12,3 × 106 energia-HRY-val (14), amelyet más táplálkozás szempontjából megfelelő forrásokból kellene biztosítani állati termékek hiányában.

Az állatok további és figyelemre méltó hozzájárulása az amerikai társadalomhoz gazdasági. Az állattenyésztés több mint 1,6 × 10 6 amerikait foglalkoztat (15), az állati termékek éves amerikai exportértéke 31,8 × 10 9 USD, ami az összes mezőgazdasági exportból származó jövedelem 22% -ának felel meg (16). Globális szempontból a tápanyagban sűrű állattenyésztési termékek fejlett országokból történő exportját kritikus prioritásként határozták meg a globális élelmezésbiztonság előmozdításához a változó éghajlat mellett (17). Bár a fejlett országokban kisebb mértékben, az állattenyésztés is fontos tőkeforrást jelent a gazdálkodók számára (18), és ezt a megélhetéshez való hozzájárulást nem szabad figyelmen kívül hagyni.

Amerikai élelmiszerek és tápanyagok előállítása állatokkal és állatok nélkül.

A haszonállatok eltávolítása az Egyesült Államok mezőgazdasági rendszeréből az összes rendelkezésre álló élelmiszer mennyiségének 23% -os növekedését eredményezte a jelenlegi export nélkül (3. ábra). A növekedés legnagyobb részét a gabona tette ki, amelynek kukoricaszem 77% -ot tett ki; A hüvelyesek 92% -át szójabab és szójaliszt alkotta. A gabona- és hüvelyes termelés drámai növekedése, nem pedig más növényeknél, tükrözi a megművelhető földterület kiosztását a termesztett növények jelenlegi aránya alapján. A föld arányos elosztását, ahelyett, hogy nagyobb arányban juttatnák a zöldségeket és gyümölcsöket csak növényi rendszerben történő termesztéshez, közvetett módon támogatja a jelenlegi hazai gyümölcs- és zöldségfogyasztás (23, 24), amely a hazai termelés 203% -át és 164% -át teszi ki. Tekintettel a gyümölcsök és zöldségek iránti óriási belső keresletre, ha a jelenlegi rendszerben életképes lenne több ilyen nagy értékű növény termesztése, ez már megtörténne. A fokozott gyümölcs- és zöldségtermelés korlátozása tükrözheti a föld, az éghajlat és az infrastruktúra alkalmasságát e növények termesztésére.

Az állati eredetű és anélküli rendszerekben elérhető élelmiszerek mennyisége és aránya. A grafikonok aránya a rendelkezésre álló élelmiszer mennyiségével arányos.

A teljes hazai tápanyagellátás lényegesen megváltozik, ha az állati eredetű ételeket eltávolítják a rendszerből; az állattenyésztés által korábban felhasznált, emberi fogyasztásra alkalmas takarmányokat (25) emberi fogyasztásra irányítják, és a megmunkálható földterület átalakul az emberek élelmiszer-előállításához, kivéve a lovak széna előállításához használt 1,8 × 10 6 ha-t (2. ábra). Az állatok eltávolításakor számos tápanyag mennyisége jelentősen megnőtt, és meghaladta a hazai követelményeket. Állati eredetű élelmiszerek nélkül azonban házi Ca-készletek; arachidonsav, eikozapentaénsav és dokozahexénsavsavak; valamint az A és B12 vitamin nem volt elegendő az Egyesült Államok lakosságának követelményeinek kielégítésére. A hiányos zsírsavak és a B12-vitamin esetében az állati eredetű termékek az egyetlen nem kiegészítő táplálékforrás, amely általában megtalálható az emberi étrendben. Az Egyesült Államok Mezőgazdasági Minisztériuma (USDA) és a FAO/Egészségügyi Világszervezet (26, 27) az eikozapentaénsav (EPA) és a dokozahexaénsav (DHA) fogyasztását javasolja a csökkent szív- és érrendszeri betegségek egészségügyi előnyei, valamint a vizuális és a csecsemők kognitív fejlődése. Arachidonsav-kiegészítést ajánlottak csecsemőknek (27); kimutatták, hogy DHA-val történő kiegészítése javítja a látásélességet (28).

Az állatok étrendjeinek táplálkozási megfelelősége állatokkal és állatok nélkül.

Bár hasznos mérőszám, a teljes hazai tápanyagellátás nem írja le megfelelően az agrárrendszer változásainak hatását az étrend megfelelőségére a lakosság tápanyagigényének kielégítésére. A tápanyagok egyedi kombinációkban találhatók a különféle ételekben. Figyelembe kell venni az élelmiszer-előállítási rendszer változásainak hatását annak szempontjából, hogy a rendelkezésre álló élelmiszerekből álló étrend miként tudja kielégíteni az emberi tápanyagigényt.

A jelenlegi amerikai étrend jelentős arányban tartalmaz gyümölcsöt, zöldséget és állati eredetű ételeket (4. ábra). A nem állati zsírok és az édesítőszerek, például a cukor az étrend 2, illetve 7% -át tették ki. A lakosság átlagos szükségletéhez viszonyítva, a fehérjék, sok mikromineral, vitamin és aminosav fogyasztása a kiegészítetlen élelmiszerekben meghaladja az átlagos amerikai étrendet; ásványi anyagok és vitaminok (Ca, a szükséglet 60% -a; K-vitamin, 75%; D-vitamin, 15%; kolin, 73%) és esszenciális zsírsavak (linolsav, 90%; α-linolén, 71%) hiányosak voltak . Ezzel szemben az étkezési fehérje biztosította a szükséglet 171% -át, az elfogyasztott energia pedig a közepesen aktív emberek 12% -os feleslegének felel meg.

A jelenlegi étrend napi étrend-összetételének, CO2-kibocsátásának, bevitelének, költségének és tápanyag-megfelelőségének összehasonlítása az optimalizált étrendekkel (modellezett) állati eredetű ételekkel és anélkül. Az oszlopdiagramok az egyes tápanyagok étrendi megfelelőségét jelzik forgatókönyvenként; a lila az aktuális étrendet, a kék az állatokkal való étrendet, a sárga csak a növények étrendjét jelzi. Az „egyéb” a dióféléket, hüvelyeseket, zsírokat és édesítőszereket jelenti. ArachA, arachidonsav.

A rendelkezésre álló élelmiszereken alapuló, a legkevésbé költséges étrend az élelmiszer-összetétel tekintetében jelentősen különbözött a jelenlegi amerikai étrendtől olyan esetekben, amikor a rendelkezésre álló élelmiszer-ellátás (i) jelenleg fogyasztott hazai termelésből és importból áll, vagy (ii) jelenleg fogyasztott és exportált hazai termelésből áll (ábra 4). Egyetlen étrend sem tartalmazott finomított cukrokat. A jelenlegi fogyasztási szokásokhoz képest, nyersanyag-alapon, az állati termékek bevonásával az állati eredetű élelmiszerek és gabonák aránya nőtt, míg a zöldségek és gyümölcsök aránya csökkent. A csak növényeket tartalmazó rendszerben a gabona aránya tízszeresére nőtt, és minden más élelmiszertípus csökkent. Annak ellenére, hogy a tápanyagigényt kizárólag az élelmiszerekből próbálják kielégíteni, kevesebb, mint 2 kg élelmiszer napi bevitele mellett, bizonyos követelményeket a rendelkezésre álló élelmiszerek nem tudtak teljesíteni. Valamennyi szimulált étrendben a D-, E- és K-vitamin hiányos volt. A kolin minden esetben hiányos volt, kivéve azt a rendszert, amelyben az állatok olyan állatokat használtak, amelyek a jelenleg fogyasztott és exportált házi termékeket használják. A csak növényi étrendben több tápanyag hiányzott, beleértve a Ca-t, az A- és B12-vitaminokat, valamint az EPA-t, a DHA-t és az arachidonsavat.

Egy másik különbség a növényi és az állattartalmú táplálék-rendszerek között, amelyet a jelen munkában levő étrendek bizonyítanak, az az élelmiszer-szilárd anyag mennyisége volt, amelyet meg kell enni, hogy megfeleljen a rendelkezésre álló élelmiszerekkel szemben támasztott követelményeknek. Ezek a mennyiségek diétánként különböztek, és befolyásolhatják a diéták fogyasztásának megvalósíthatóságát. A víztartalomra diszkontált étrend-alapanyag mennyiségek összehasonlítás céljából a diétákat szilárd vagy szárazanyagra vonatkoztatták; vizet lehet hozzáadni vagy eltávolítani az élelmiszerekből, de a szilárd anyag az a rész, amely tartalmazza azokat a tápanyagokat, amelyeket meg kell emészteni vagy átengedni. A szimulált étrendek 183–774 g-mal több élelmiszer-szilárd anyagot tartalmaztak, mint a jelenlegi amerikai étrend (4. ábra). Az egyes élelmiszerek rendelkezésre állási forgatókönyvein belül a csak növényi táplálkozáshoz 444–522 g több tápanyagra volt szükség, mint az állati eredetű termékekkel a tápanyagigény kielégítéséhez. Ez az alacsonyabb szilárdanyag-bevitel az állati eredetű élelmiszerek magasabb esszenciális tápanyag-sűrűségének bizonyítéka, amelyet a fejlődő nemzetek és az őslakos népesség étrendjeinek tápanyag-sűrűségének javítására összpontosító kutatások is azonosítottak (37, 38).

Költségek, üvegházhatást okozó gázok és exportálható tápanyagok emberi étrendhez állatokkal és állatok nélkül.

A kizárólag növényi rendszerben exportálható megnövekedett fehérje- és Lys HRY-értékeket nagyrészt a szójabab liszt emberi fogyasztásra való hozzáférhetősége vezérli. Amint azt Zaheer és Humayoun Akhtar (44) részletezte, az emberek évszázadok óta mérsékelt mennyiségű szójafehérjét fogyasztanak káros egészségügyi hatások nélkül; azonban komoly aggodalomra ad okot, hogy a szójatermékek magas fogyasztása a plazma izoflavonszintjének emelkedését eredményezi-e, ami elősegítheti a hormonokkal összefüggő egészségügyi rendellenességeket. Jelenleg nincs adatunk a szójatermékek maximális ajánlott napi fogyasztásának meghatározásához, amely hasznos lenne a jelen tanulmányban kidolgozott étrendek egészségügyi következményeinek további értékelésében.

A rögzített földtömeg miatt az adott élelmiszer-előállítási rendszerből táplált emberek számának növelése elengedhetetlen, figyelembe véve az összes és az alapvető tápanyagokat. Talán a legkritikusabban a jövőbeni munkának figyelembe kell vennie a földminőséget, a föld elérhetőségét és a teljes földegység egységenkénti tápanyagtermelésének maximalizálását, bármilyen célra is használják a földet. Az állatok mezőgazdasági rendszerből való eltávolításával az élelmiszer-termelésből 168 × 10 6 ha nem teljesíthető legelő és réti vidék került eltávolításra (45). Tekintettel arra, hogy az Egyesült Államokban csak 158 × 10 6 ha megművelhető föld van, ennek a kiegészítő földforrásnak az élelmiszer-előállításra fordítása kritikus eleme lehet a növekvő hazai élelmiszer-ellátásnak és a potenciálisan exportálható tápanyagoknak. Fontos azonban figyelembe venni, hogy csak kérődző állatok használhatják ezt a megmunkálhatatlan területet, és a kérődzők állattenyésztési rendszerei jelentős mértékben hozzájárulnak az ÜHG-hoz. A jövőbeni munkának figyelembe kell vennie a kérődző állatok ezen marginális földterületen történő alkalmazásával kapcsolatos kompromisszumokat az élelmiszerek elérhetőségének és a földhasználat hatékonyságának optimalizálása szempontjából, miközben egyidejűleg az üvegházhatást okozó gázok minimalizálására kell törekedni.