Testesített üvegházhatásúgáz-kibocsátás az étrendben

Társulás Potsdami Klímahatáskutató Intézet, Potsdam, Németország

Társulások Potsdami Klímahatáskutató Intézet, Potsdam, Németország, Potsdami Egyetem, Föld- és Környezettudományi Tanszék, Potsdam, Németország

Prajal Pradhan,
Dominik E. Reusser,
Juergen P. Kropp

Javítás

2016. július 8.: Pradhan P, Reusser DE, Kropp JP (2016) Javítás: Embodied Greenhouse Gas Emissions in Diets. PLOS ONE 11 (7): e0159285. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0159285 Javítás megtekintése

Ábrák

Absztrakt

Idézet: Pradhan P, Reusser DE, Kropp JP (2013) Az üvegházhatású gázok kibocsátása az étrendben. PLoS ONE 8 (5): e62228. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0062228

Szerkesztő: Ben Bond-Lamberty, DOE Pacific Northwest National Laboratory, Amerikai Egyesült Államok

Fogadott: 2012. november 26 .; Elfogadott: 2013. március 7 .; Közzétett: 2013. május 15

Finanszírozás: A szerzők elismerik Németország szövetségi Környezetvédelmi, Természetvédelmi és Nukleáris Biztonsági Minisztériumának pénzügyi támogatását, aki támogatja ezt a munkát a Nemzetközi Klímavédelmi Kezdeményezés keretében. A finanszírozóknak nem volt szerepük a tanulmányok tervezésében, adatgyűjtésben és elemzésben, a közzétételre vonatkozó döntésben vagy a kézirat elkészítésében.

Versenyző érdeklődési körök: A szerzők kijelentették, hogy nincsenek versengő érdekek.

Bevezetés

Az étrendi változás a húsfogyasztás csökkenése felé jelentősen csökkentheti az üvegházhatást okozó gázok kibocsátását [5] - [20]. A jelenlegi tendenciák azonban ellentétes irányba mutatnak. Az étrend életmóddal kapcsolatos változásai az állati termékek, a növényi olajok és a cukor-édesítőszerek fokozott bevitelével főleg Nyugat-Európában történtek az elmúlt évtizedekben [21]. Újabban a diéták nyugatiasodása a fejlődő országokban is bekövetkezett [22], [23]. Ennek ellenére az állati fehérje, az állati zsír és a növényi olaj bevitele a fejlett országokban lényegesen magasabb a fejlődő országokkal összehasonlítva [24], [25].

Az étrenddel kapcsolatos kibocsátások jobb megértése érdekében meghatároztuk az országonkénti táplálékfogyasztás és összetétel tipikus étrendi szokásait az 1961–2007 közötti adatbázis önszerveződő neurális hálózati megközelítésével [10], [26]. Ezen minták alapján becsüljük meg az étrendben megtestesített ÜHG-kibocsátást, figyelembe véve mind a mezőgazdasági nem CO-kibocsátást, mind a fosszilis üzemanyagok használatával kapcsolatos kibocsátásokat. A jövőbeni táplálkozási szokások és a kapcsolódó összes mezőgazdasági üvegházhatásúgáz-kibocsátás vetítéséhez az étrend és az országok fejlettségi szintje közötti kapcsolatot használjuk. A GDP meghaladására vonatkozó felhívás [27] nyomán a fejlődést a HDI értékek alapján mértük, míg korábbi tanulmányok az egy főre jutó jövedelmet [18], [23] - [25] használták. Három forgatókönyvre becsüljük a kibocsátást: a) csak a népesség növekedése, b) a népesség növekedése és az étkezési szokások változásai és c) a népesség, az étrend, valamint a technológia és a menedzsment változása.

Eredmények

Az élelmiszer-fogyasztás tipikus mintái

A globális élelmiszer-fogyasztási szokásokat tizenhat szisztematikusan levezetett táplálkozási szokás képviselheti. A minták eltérnek az élelmiszer-összetétel és az energiatartalom tekintetében (1. ábra). Valószínű és rövid vita céljából a mintákat négy, az energiatartalommal kapcsolatos csoportba soroljuk: alacsony (1. minta - # 3. minta), közepes (minta: # 4 - # 8), magas (minta: # 9 - # 11)., és nagyon magas (12. minta - 16. minta) kalóriatartalmú étrend (átfogóbb leírásért lásd: S1 szöveg).

Az „Egyebek” az összes ételcsoport összege és a teljes kalóriabevitel közötti különbséget jelenti. A tizenhat azonosított mintát alacsony (2100 kcal/cap/nap), mérsékelt (2100–2400 kcal/cap/nap), magas (2400–2 800 kcal/cap/nap) és nagyon magas kalóriatartalmú étrendek (2800 kcal/cap/nap) kategóriákba sorolják. sapka/nap).

Az étrendi szokások és bizonyos fejlettségi szintek kapcsolatát vizsgáló vizsgálataink azt mutatják, hogy az összes kalória, állati termékek, cukor-édesítőszerek, növényi olajok és zöldségek mennyisége egyértelműen exponenciális kapcsolatban áll az emberi fejlődés indexével (HDI) (2. ábra).

Az egyes étrendi minták és évek átlagos értékeit mutatjuk be. Megjegyezzük, hogy az -tengely logaritmikus skálán van, ami azt jelenti, hogy a lineáris alak exponenciális összefüggésnek felel meg.

Az étrendi minták átmenetei

Azzal a ténnyel egyetértésben, hogy a hosszú távú táplálkozási állapot javul, az élelmiszer-fogyasztási szokások az alacsony kalóriatartalmú étrend helyett a magasabb kalóriatartalmú étrend felé mozognak. Ennek megfelelően az alacsony kalóriatartalmú étrendben élők száma csökken, míg a magas kalóriatartalmú étrendet fogyasztók száma növekszik (3. ábra). Különösen Kína táplálkozási státusza változott 1977-től 1978-ig (3. ábra, # 1 # 4). A kulturális forradalom befejezése után Kína drasztikus gazdasági reformokkal indult, amelyek sokkal jobb élelmiszerellátást eredményeztek. Egyéb ingadozások az indiai tagság megváltozásához kapcsolódnak (# 4 # 5) (pl. 1982, 1985, 1995 stb.). Ezen túlmenően, az alkalmazott neurális hálózati megközelítés az 1960-as évek közepén egy újonnan kialakuló mintát is felfedezett, amelyből kiderült, hogy az életmód változik. Ez az étrend-archetípus (# 16) viszonylag egészséges, azaz növényi olajok, zöldségek és gyümölcsök nagy részéből áll. Az elemzett időszak végén ez a fogyasztási stílus kb. 500 millió ember. A minták térbeli eloszlását bemutató különböző évek térképeit az S1 ábra mutatja be.

A színkódok a tizenhat étrendi szokást képviselik. Az alacsony kalóriatartalmú étrendet fogyasztók számának óriási változásai 1977 és 1978 között, valamint a mérsékelt kalóriatartalmú étrendet fogyasztók között 1986 és 1987 között a kínai étrendi átállásoknak köszönhetők. A 4. minta és az 5. diéta fogyasztóinak számában bekövetkezett hatalmas ingadozás (pl. 1982, 1985, 1995 stb.) Elsősorban annak köszönhető, hogy India tagsága a 4. minta és az 5. minta között változik. Ne feledje, hogy a 16. minta újonnan jelent meg az 1960-as évek közepén.

A változó vastagságú nyilak mutatják az összes országban az egész időszak alatt bekövetkező változások számát. A tíznél kevesebbször bekövetkező változásokat kihagyják; táblázatos ábrázolás és további részletek vö. a 2. táblázatot is. Ne feledje, hogy a 9. minta nem jelenik meg, mivel hiányoznak az energiabevitelre vonatkozó adatok. A diagram mutatja a fosszilis energia bevitelét (-tengely), a teljes élelmiszer-fogyasztást (-tengely), az összes üvegházhatást okozó gáz kibocsátását (színkódok), a minta fontosságát (az ország és az év összesített számaként, amelyet a pontméret képvisel). Az étrend tipológiáinak leírását lásd az 1. ábrán.

A magasabb kalóriatartalmú étrend felé vezető átfogó tendencia ellenére vannak kivételek. Egyrészt a 2., a 3., a 7. és a 8. táplálkozási szokás az idők folyamán állandó marad, és nagyrészt el van választva más trendektől. Fő okként nem azonosítottak jelentős változásokat a közép-, közép-, nyugati és kelet-afrikai államok egyes államainak fejlettségi állapotában. Másrészt az alkalmazott megközelítés képes rekonstruálni az alacsonyabb kalóriatartalmú étrendek felé irányuló változásokat. Egy ilyen fejlemény gyakran társulhat konfliktusokkal és más társadalmi zavarokkal. Például az angolai polgárháború idején (1980–1987) az étrend a 3. diéta tipológiáról az 1. helyre változott. Hasonlóképpen, a volt Szovjetunió és Jugoszlávia összeomlása során az utódállamok nagy részében a kalóriabevitel csökkent, és # 14-ről # 12-re, sőt # 12-ről # 10-re mozgott.

Testesített fosszilis energia és ÜHG-kibocsátás

A: csak a népesség növekedése, B: a népesség növekedése és az étkezési szokások változásai, C: a népesség változása, az étrend, valamint a technológia és a menedzsment. Az összes üvegházhatásúgáz-kibocsátást az állattenyésztésből és a növényekből származó nem CO, valamint a fosszilis üzemanyagok mezőgazdaságban történő felhasználásából származó üvegházhatásúgáz-kibocsátásokra bontják. Az 1978-as depresszió elsősorban annak köszönhető, hogy Kína táplálkozási szokásai megváltoztak az 1. mintáról a 4. mintára, és az ezzel összefüggő alacsonyabb, az állattenyésztésből származó CO Az emisszió 1992-es meredek növekedését az okozza, hogy a volt Szovjetunió országait 1992-től kezdődően elemezték.

Vita

Bemutatjuk az élelmiszer-fogyasztási stílusok fontos változásait az elmúlt 50 évben, minden országban, 16 különböző táplálkozási szokással. Megállapítottuk, hogy ezek a minták bizonyos régiókra jellemzőek. Idővel változtak, a diéták összetétele, valamint a teljes kalóriafogyasztás tekintetében. Környezeti hatások a fosszilis tüzelőanyagok iránti igény és az üvegházhatást okozó gázok összkibocsátásának tekintetében általában növekednek, mivel az étrend kalóriadúsabbá válik.

Megközelítésünkkel számos újítást kínálunk az élelmiszer-fogyasztási szokások értékelésére. A mintafelismeréshez használt SOMTOP módszer (lásd: Anyagok és módszer) előnye lehetővé teszi a nemlineáris méretcsökkentést és a jellemzők klaszterezését. Ennek eredményeként fel lehet építeni egy szisztematikus, adatközpontú archetipikus modellt, amely értékes és szisztematikus betekintést nyújt az egyes táplálkozási minták jellemzőinek viszonyába a mások által alkalmazott empirikus megközelítésekhez képest [33]. A SOMTOP robusztus a nem-linearitások jelenlétében, és biztosítja, hogy az adatok topológiai struktúrája megmaradjon, amikor az adatokat nagy dimenzióból alacsony dimenziós térbe térképezzük fel a szabadság fokainak észlelése érdekében.

A minták térbeli eloszlása alátámasztja a korábbi vizsgálatok eredményeit, például Észak-Amerika, Európa és a csendes-óceáni térség fejlett államai számára az étrendben fogyasztott nagy mennyiségű állati terméket [24]. Ez vonatkozik azokra a fejlődő országokra is, amelyekben a gabonafélék és a keményítőtartalmú gyökerek nagy hányada fontos az emberek táplálékához. Mindazonáltal a meglévő táplálkozási szokások ilyen átfogó globális elemzésére korábban még nem került sor. Kivitelezhető volt az étrendi szokások következetes értékelése az ilyen hosszú távú adatokra vonatkozóan, és ebből a mintából levezethető az étrend változásainak átfogó megértése. Az alkalmazott módszer egyik előnye volt, hogy az idő múlásával felismerhette az újonnan kialakuló mintákat. Végül az ezen étrendi szokásokhoz kapcsolódó ÜHG-kibocsátás (fosszilis tüzelőanyag-alapú és nem CO) becslése további egyediséget ad a tanulmányunknak.

Az eredmények hozzájárulnak a fenntartható mezőgazdasági intenzitás szükségességének folyamatban lévő vitájához [34] - [36]. Kimutatták, hogy a fejlődő országok nem CO ÜHG-kibocsátási intenzitása nagyobb a fejlett országokkal összehasonlítva (1. táblázat), ezért nagy potenciállal járulhatnak hozzá a kibocsátás csökkentéséhez. Forgatókönyveink azt sugallják, hogy az optimalizált gazdálkodás hozzájárulhat akár 7 Gt CO2eq./yr kibocsátáscsökkentéshez 2050-ben. Megközelítésünk az állattenyésztési ágazat fontosságát is kiemeli az étrenddel kapcsolatos ÜHG-kibocsátás szempontjából. Becsléseink szerint ebből az ágazatból származó kibocsátás gyorsan növekszik, és 2050-ig körülbelül 14 Gt CO2eq/év (B forgatókönyv) összefügg az állati termékek fogyasztásával. Összefoglalva: a mezőgazdasági intenzitásnak a kibocsátás intenzitásának optimalizálására kell összpontosítania, ugyanakkor az egyéb környezeti terheléseket és az antropogén inputokat a lehető legalacsonyabban kell tartani. Erre egy következő tanulmány foglalkozik, amely az előrejelzéseink kompatibilitásával foglalkozik a jelenlegi és a jövőbeli földhasználati igényekkel.

Anyagok és metódusok

Élelmiszer-fogyasztási minták

Az élelmiszer-fogyasztás összefüggése a HDI-vel

A humán fejlettségi index (HDI) adatait az 1980–2007-es HDI-trendből [45] használtuk a HDI és az étrendi szokásokhoz kapcsolódó élelmiszer-fogyasztás kapcsolatának meghatározására. Ennek az összefüggésnek és a HDI-vetületnek az alapján, amelyet Costa et al. [46] becsültük a jövőbeni élelmiszer-fogyasztást (S3 szöveg).

A fosszilis energia és az üvegházhatást okozó gázok kibocsátásának értékelése

A jövőbeli fejlődés szempontjából három forgatókönyvet elemeztek (S3 szöveg): Az A forgatókönyv csak a népesség növekedését vette figyelembe; A B forgatókönyv a népesség növekedését és az étkezési szokások változását képviselte; és a C forgatókönyv a népesség, az étrend, valamint a technológia és a menedzsment változását tartalmazta. A táplálkozási szokások kivetítése és a mezőgazdaságból származó üvegházhatást okozó gázok kibocsátásának becslése érdekében felhasználtuk az étrend-összetevők és a HDI közötti exponenciális kapcsolatot (2. ábra), és kombináltuk HDI-vetületekkel (vö. Fent).