Институт за изследване на въздействието върху климата, Потсдам, Германия

емисии

Институт за изследване на въздействието върху климата, Потсдам, Германия

Институт за изследване на въздействието върху климата, Потсдам, Германия, Университет в Потсдам, Департамент по гео- и екологични науки, Потсдам, Германия

  • Праджал Прадхан,
  • Доминик Е. Реусър,
  • Юрген П. Кроп

Корекция

8 юли 2016: Pradhan P, Reusser DE, Kropp JP (2016) Корекция: Вградени емисии на парникови газове в диетите. PLOS ONE 11 (7): e0159285. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0159285 Преглед на корекцията

Фигури

Резюме

Цитат: Pradhan P, Reusser DE, Kropp JP (2013) Вградени емисии на парникови газове в диетите. PLoS ONE 8 (5): e62228. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0062228

Редактор: Бен Бонд-Ламберти, DOE Pacific Northwest National Laboratory, Съединени американски щати

Получено: 26 ноември 2012 г .; Прието: 7 март 2013 г .; Публикувано: 15 май 2013 г.

Финансиране: Авторите признават финансовата подкрепа от Федералното министерство на околната среда, опазването на природата и ядрената безопасност на Германия, което подкрепя тази работа в рамките на Международната инициатива за защита на климата. Финансистите не са играли роля в дизайна на проучването, събирането и анализа на данни, решението за публикуване или подготовката на ръкописа.

Конкуриращи се интереси: Авторите са декларирали, че не съществуват конкуриращи се интереси.

Въведение

Промяната в диетата към намаляване на консумацията на месо има потенциал да намали значително емисиите на парникови газове [5] - [20]. Съвременните тенденции обаче сочат в обратна посока. Свързани с начина на живот промени в диетата с повишен прием на животински продукти, растителни масла и захарни подсладители са се появили главно в Западна Европа през последните няколко десетилетия [21]. Съвсем наскоро западът на диетите се наблюдава и в развиващите се страни [22], [23]. И все пак приемът на животински протеини, животински мазнини и растителни масла е значително по-висок в развитите страни в сравнение с развиващите се страни [24], [25].

За да разберем по-добре емисиите, свързани с диетата, ние идентифицирахме типични диетични модели на консумация и състав на храната за всяка страна чрез самоорганизиращ се подход на невронна мрежа за база данни, обхващаща 1961–2007 [10], [26]. Въз основа на тези модели ние оценяваме емисиите на парникови газове, включени в диетите, като отчитаме както емисиите от селско стопанство, които не са CO, така и емисиите, свързани с използването на изкопаеми горива. За да проектираме бъдещи диетични модели и свързаните с тях общи селскостопански емисии на парникови газове, ние използваме връзките между диетата и нивото на развитие на страните. След призива да надхвърлим БВП [27], измерихме развитието по отношение на стойностите на HDI, докато предишни проучвания използваха доход на глава от населението [18], [23] - [25]. Оценяваме емисиите за три сценария: а) само прираст на населението, б) прираст на населението и промени в диетичните модели и в) промяна в популацията, диетата, както и технологиите и управлението.

Резултати

Типични модели на консумация на храна

Глобалните модели на консумация на храна могат да бъдат представени от шестнадесет систематично изведени диетични модели. Моделите се различават по отношение на състава на храната и енергийното съдържание (Фигура 1). За правдоподобна и кратка дискусия, ние групираме моделите в четири групи, свързани с енергийното съдържание, т.е. ниско (модел # 1– # 3), умерено (модел # 4– # 8), високо (модел # 9– # 11) и много висококалорични (модел №12–16) калории (за по-обхващащо описание вж. текст S1).

„Други“ представлява разликата между сумата на всички групи храни и общия прием на калории. Шестнадесетте идентифицирани модела са категоризирани в ниско (2100 ккал/капачка/ден), умерена (2100–2400 ккал/капачка/ден), висока (2400–2800 ккал/капачка/ден) и много висококалорична диета (2800 ккал// капачка/ден).

Нашите изследвания по отношение на връзката между хранителните режими и определени нива на развитие показват, че количеството на общите калории, животински продукти, захарни подсладители, растителни масла и зеленчуци имат ясна експоненциална връзка с индекса на човешкото развитие (HDI) (Фигура 2).

Показани са средните стойности за всеки хранителен режим и година. Имайте предвид, че оста е в логаритмичен мащаб, което означава, че линейна форма съответства на експоненциална връзка.

Преходи на диетични модели

В съгласие с факта, че състоянието на дългосрочното хранене се подобрява, моделите на консумация на храна преминават от ниско към висококалорични диети. Съответно броят на хората, живеещи на нискокалорични диети намалява, докато броят на хората, които консумират висококалорични диети се увеличава (Фигура 3). По-конкретно ситуацията в хранителния статус на Китай се променя от 1977 до 1978 г. (Фигура 3, # 1 # 4). След края на културната революция Китай започна с драстични икономически реформи, водещи до много по-добро снабдяване с храни. Други колебания са свързани с променящото се членство на Индия (# 4 # 5) (напр. 1982, 1985, 1995 и др.). В допълнение, прилаганият подход на невронната мрежа също открива нововъзникващ модел в средата на 60-те години, разкриващ, че начинът на живот се променя. Този диетичен архетип (# 16) е сравнително здравословен, т.е.състои се от добър дял от растителни масла, зеленчуци и плодове. В края на анализирания период този стил на потребление включва приблизително 500 милиона души. Карти за различни години, показващи пространственото разпределение на моделите, са представени на фигура S1.

Цветовите кодове представляват шестнадесетте хранителни модела. Огромните промени в броя на хората, които консумират нискокалорични диети от 1977 до 1978 г. и при умерено калорични диети от 1986 до 1987 г., се дължат на диетичните преходи в Китай. Огромните колебания в броя на хората, консумиращи режим №4 и режим №5 (напр. През 1982, 1985, 1995 и др.), Се дължат главно на изместването на членството в Индия между модел №4 и модел №5. Обърнете внимание, че модел № 16 се появи в средата на 60-те години.

Стрелките с различна дебелина показват броя на промените, настъпили за всички страни през целия период. Промените, настъпили по-малко от десет пъти, са пропуснати; за таблично представяне и допълнителни подробности вж. също Таблица 2. Имайте предвид, че модел # 9 не е показан поради липсващи данни за вложената енергия. Диаграмата показва входящата енергия на изкопаеми (-ос), общото потребление на храна (-ос), общите емисии на парникови газове (цветни кодове), значението на модела (като общ брой на страната и годината, представени от размера на точката). За описание на диетичните типологии вижте фигура 1.

Пред лицето на всеобхватната тенденция към по-висококалорични диети съществуват някои изключения. От една страна, диетичните модели # 2, # 3, # 7 и # 8 остават постоянни във времето и до голяма степен са свързани с други тенденции. Като основна причина не бяха идентифицирани съществени промени в състоянието на развитие на някои държави в средните, централните, западните и източните африкански държави. От друга страна, прилаганият подход е в състояние да реконструира промени към диети с по-ниско съдържание на калории. Подобно развитие често може да бъде свързано с конфликти и други обществени смущения. Например, по време на гражданската война в Ангола (1980–1987) диетата се променя от диетична типология №3 на №1. По подобен начин, по време на разпадането на бившия Съветски съюз и Югославия в по-голямата част от последователните държави приемът на калории намалява и се премества от # 14 на # 12 или дори # 12 на # 10, съответно.

Вградени изкопаеми енергии и емисии на парникови газове

A: само прираст на населението, B: прираст на населението и промени в диетичните модели, C: промяна в популацията, диети, както и технологии и управление. Общите емисии на парникови газове се разлагат на емисии на парникови газове, които не са CO от добитъка и реколтата, и емисиите на парникови газове от използването на изкопаеми горива в земеделието. Депресията през 1978 г. се дължи главно на промяна в режима на хранене в Китай от модел №1 до модел №4 и свързаните с това по-ниски емисии на парникови газове, които не са от CO. Рязкото нарастване на емисиите през 1992 г. се дължи на включването на страните от бившия Съветски съюз в анализа от 1992 г. нататък.

Дискусия

Представяме важни промени в стиловете на консумация на храна през последните 50 години за всички страни с 16 различни диетични модела. Установихме, че тези модели са типични за определени региони. Те се променят с течение на времето и по отношение на състава на диетите, както и общата консумация на калории. Въздействията върху околната среда по отношение на изискванията за изкопаеми горива и общите емисии на парникови газове обикновено се увеличават, тъй като диетите стават по-богати на калории.

С нашия подход ние предлагаме няколко нововъведения за оценка на моделите на консумация на храна. Предимството на метода SOMTOP (вж. Материали и метод), използван за разпознаване на модели, позволява нелинейно намаляване на размерността и групиране на характеристики. В резултат на това може да се изгради систематизиран, базиран на данни архетипичен модел, който предоставя ценна и систематична информация за връзките между характеристиките на определени хранителни модели в сравнение с емпиричните подходи, прилагани от други [33]. SOMTOP е стабилен при наличие на нелинейности и гарантира, че топологичната структура на данните се поддържа при картографиране на данни от високоизмерно в нискоразмерно пространство, за да се открият степени на свобода.

Пространственото разпределение на моделите подкрепя констатациите от предишни проучвания, като голямо количество консумирани животински продукти в диети за Северна Америка, Европа и развитите държави в Тихия океан [24]. Това важи и за развиващите се страни, в които висок дял от зърнени култури и нишестени корени са важни за изхранването на хората. Независимо от това, такъв изчерпателен глобален анализ на съществуващите диетични модели не е предприет преди. Беше възможно да се оценят последователно хранителните модели за такива дългосрочни данни и да се получи изчерпателно разбиране за промените в диетите от тези модели. Едно от предимствата на използвания метод е, че той може да открива нововъзникващи модели в течение на времето. И накрая, оценката на емисиите на парникови газове (базирани на изкопаеми горива и не-CO), свързани с тези хранителни режими, добавя допълнителна уникалност към нашето проучване.

Констатациите допринасят за текущата дискусия за необходимостта от устойчива интензификация на селското стопанство [34] - [36]. Показано е, че интензитетът на емисиите на парникови газове, които не са CO, в развиващите се страни е по-голям в сравнение с развитите страни (Таблица 1) и следователно има голям потенциал да допринесе за намаляването на емисиите. Нашите сценарии предполагат, че оптимизираното управление може да допринесе за намаляване на емисиите до 7 Gt CO2eq./yr през 2050 г. Нашият подход също подчертава значението на животновъдния сектор за емисиите на парникови газове, свързани с диетата. Емисиите от този сектор се увеличават бързо според нашите оценки и около 14 Gt CO2eq./год до 2050 г. (Сценарий Б) ще бъдат свързани с консумацията на животински продукти. Обобщавайки, интензификацията на селското стопанство трябва да се съсредоточи върху оптимизирането на интензитета на емисиите, като същевременно поддържа възможно най-ниски екологични натоварвания и антропогенни ресурси. Това ще бъде разгледано в следващо проучване, което ще се занимае със съвместимостта на нашите прогнози с настоящите и бъдещите изисквания за земеползване.

Материали и методи

Модели на консумация на храна

Свързване на консумацията на храна с HDI

Данните за индекса на човешко развитие (HDI) от HDI тенденцията 1980–2007 [45] бяха използвани за определяне на връзката между HDI и консумацията на храна, свързана с диетичните модели. Въз основа на тази връзка и прогнозата за HDI, взета от Costa et al. [46] изчислихме бъдещата консумация на храна (Текст S3).

Оценка на изкопаемата енергия и емисиите на парникови газове

За бъдещо развитие бяха анализирани три сценария (Текст S3): Сценарий А отчиташе само ръста на населението; Сценарий Б представлява нарастване на населението и промени в хранителните модели; и Сценарий В съдържаше промени в популацията, диетите, както и технологиите и управлението. За да проектираме диетични модели и да изчислим свързаните емисии на парникови газове от селското стопанство, използвахме експоненциалната връзка между диетичните компоненти и HDI (Фигура 2) и го комбинирахме с HDI прогнози (вж. По-горе).