1. 引言

自19世纪工业革命以来，全球生产效率和经济增长速度得到了极大提高，导致了全球人口增长过快的同时加剧了城市化进程，地球资源过度消耗，人类活动对自然环境的压力与日俱增，人类饮食模式与食品系统的工业化不仅对人类健康产生深远影响，也对生态系统造成了严重破坏，种种行为变化及造成的后果超过了地球资源供应和废物吸收方面所维持的能力范围。环境营养学作为一门新兴学科，旨在研究饮食、健康与环境可持续性之间的复杂关系，寻求既能满足人类营养需求又能减少对环境的负面影响的食物系统，促进地球可持续发展[1]。本文综述了环境营养学领域的最新研究进展，旨在为相关政策制定和实践提供参考。

2. 环境营养学的定义与重要性

环境营养学是一个跨学科领域，结合环境科学、系统科学和营养学等多个学科的知识，专注研究食物系统和环境系统之间的相互影响以及这些影响如何作用于人类健康及其影响结果。环境营养学模型将食物系统作为一个整体，将环境和人类健康考虑到模型当中，在确保食品安全和营养均衡的前提下，采取措施减轻食物生产、加工、分配和消费过程中的环境负担。它不仅改善公共健康，更能促进环境可持续发展，实现社会经济的可持续发展[2]。

3. 环境营养学的核心问题

3.1. 食品系统对环境的影响

环境营养学关注的核心问题之一是食品系统对环境的影响。现代工业化农业导致了温室气体排放、水资源和土地污染、生物多样性丧失严重，消耗了大量的化学肥料和化石燃料，同时产生了营养受损的食品。

农食系统温室气体排放包括供应链前端的排放、农业生产环节的排放、食品加工环节产生的排放、家庭食品消费环节产生的排放以及土地利用变化产生的排放。农业温室气体主要包括甲烷(CH₄)、氧化亚氨(N₂O)、二氧化碳(CO₂)以及含氟气体(F-gases)。农业(包括作物和牲畜)的温室气体排放总量从1961年的27亿吨二氧化碳当量增加到2011年的超过53亿吨二氧化碳当量[3]。2015年一项研究表明，全球31%的温室气体来自食品系统[4]，且根据世界资源研究所(World Resources Institute, WRI)报告，预计到2050年，如果全球不采取任何战略措施，全世界农业产生的温室气体增加将高达58% [5]。而中国作为农业大国，农食系统释放的温室气体同样非常多，据联合国粮农组织(Food and Agriculture Organization of the United Nations, FAO)统计，从1990年到2020年，中国农食系统的温室气体排放占全球温室气体排放的比重在不断上升，从8.7%上升到13.8%，其增速快于其他主要经济体以及全球平均水平[6]。而动物产品的生产过程相较于植物性食物而言，会产生更多的温室气体排放，尤其是反刍动物(如牛羊)的甲烷排放量极高，对环境的影响尤为严重[7]。

从事农业生产所消耗的水资源，主要来自于天然水和灌溉水，农业用水占据了全球淡水消耗的大部分。天空降水和土壤中涵养的水源属于天然水，受地形和气候等因素的作用，天然水很难控制和量化。灌溉水来自于江河湖泊水和地下水。这两种水源通过农田水利设施可以互为转化，都是农作物生长的水源。根据1996年至2005年的用水数据，每年约有7400亿立方米(BCM/年)用于作物生产，另有960 BCM/年作为牧草和饲料来源用于动物生产，这些水量约占平均水足迹(水足迹由Falkenmark等在2002年世界水贸易专家会议上提出，包含消费者和生产者的直接和间接用水，是水资源占用的综合评价指标)的92%，剩余的8%用于家庭供水或工业产品生产。除此之外，估计每年有25%~30%的全球水足迹被浪费[8]。且大约41%~52%的灌溉用水是以牺牲环境流量需求为代价的[9]-[11]。从1983年到2011年，中国人均农业水足迹从669.0 m²/a增长到972.2 m²/a，主要是源于畜产品水足迹的迅速上升[12]。

研究表明，造成土壤污染的主要原因有塑料污染、森林砍伐、农药和化肥的过度使用、重金属污染。农药包括杀菌剂、杀虫剂和除草剂三大类，施用的农药中仅有30%发挥作用，剩余的70%扩散到大气以及土壤中，导致土壤中农药残留量及衍生物含量增加，造成农田土壤污染[13]。FAO数据统计显示，1990~2020年30年间世界农药总用量整体呈上升趋势，2020年达到200多万t，相比较1990年的168万t增加了90万t左右，总增长率达到57.9% [14]。一项研究最常见的农药活性成分对全球水、生物多样性和农业土地的风险的结果表明，全球约有64%的农业土地(约25亿公顷)存在至少一种活性成分的农药污染风险[15]。我国是一个农业大国，农药使用量居世界第一，每年达50~60万t，其中80%~90%最终将进入土壤环境，造成约有87~107万hm²的农田土壤受到农药污染。王霞娟等人指出，我国受到农药污染的土壤已达到1600万hm² [16]。自20世纪20年代中期以来，人类通过生产和施用氮肥(包括无机肥和粪肥)、燃烧化石燃料以及将自然植被替换为固氮作物(如大豆)等方式，使氮素沉积到陆地的自然速率翻倍[17]。全球农业活动造成的化肥过度施用同样严重，2002年至2016年来全球农业用肥量(主要是N、P₂O₅和K₂O)呈现增加趋势，其中2015年全球农业使用氮肥、磷酸盐类肥料和钾肥的数量分别为1.1 × 10⁸ t、4.8 × 10⁷ t和3.8 × 10⁷ t [18]。而我国是世界第一化肥大国，自20世纪80年代以来，我国化肥施用量与日俱增，1980年才1269万吨，到2010年已达到5545万吨，且每公顷农田的平均化肥(氮、磷、钾)是其他国家/地区的2~4倍[19]。且氮肥利用率仅30%~60%，磷肥仅2%~25%，钾肥仅30%~60%，肥料养分流失严重。在化肥产品从原料开采到加工生产环节都会带进重金属或有毒元素，混有重金属的矿质肥料主要是磷肥以及利用磷酸制成的一些复合肥料。一项调查1998~2019年中国29省份121个县农田土壤重金属——汞(Hg)、砷(As)、铅(Pb)、镉(Cd)、铬(Cr)、铜(Cu)、锌(Zn)含量的荟萃分析表明，我国农田Hg、Pb、Cd元素污染普遍较为严重，其中以Cd元素污染最为严重[20]。

工业化革命导致人口增长过快，农业机械改良等导致全球农业用地不断扩大和集约化，虽然提高了粮食产量，但也导致了自然栖息地的丧失和简化，从而导致生物多样性下降。为了增加耕地面积，森林、湿地、草原等自然生态系统被大规模清除或转换为农田。在2000年至2011年间，七个国家(阿根廷、玻利维亚、巴西、巴拉圭、印度尼西亚、马来西亚和巴布亚新几内亚)的牛肉、大豆、棕榈油和木制品生产占热带森林砍伐总量的40%，并造成了碳损失[21]。据估计，到2030年全球耕地面积将扩大7%，有高达80%的新耕地取代了森林，到2050年，大约50%的零灭绝联盟(Alliance for Zero Extinction, AZE)物种将失去其最后剩余的栖息地以及约13.7%的植被碳储量和4.6%的土壤碳储量也将消失[22]。我国农业活动也对生物多样性存在多重威胁，如在云南西双版纳，大片热带雨林被改种为橡胶树，导致亚洲象和绿孔雀等珍稀物种栖息地碎片化，种群锐减；东北平原的大豆和玉米单一栽培减少了农田生物多样性，蜜蜂等传粉者数量下降，病虫害频发；太湖流域因化肥污染引发水体富营养化，蓝藻爆发，水质恶化，影响水生生物生存；内蒙古草原因过度放牧和气候变化，草场退化，蒙古野驴、盘羊等物种栖息地消失。

3.2. 人类健康与饮食模式的关联

3.2.1. 高能量饮食与慢性疾病

慢性非传染性疾病是全球人群死亡和疾病负担的主要原因，对全球公共卫生造成显著负担。全球数据报告称，心血管疾病每年直接导致1790万人死亡，其次是癌症(930万)、慢性呼吸系统疾病(410万)和糖尿病(200万，包括与糖尿病相关的肾病死亡) [23]。有研究表明，在工业化食品系统及相关消费模式下，饮食模式、食物选择和消费习惯等因素对心血管疾病、癌症、糖尿病等慢性非传染性疾病影响显著[24]。高动物性产品和过度加工食品的饮食模式易致慢性非传染性疾病，如糖尿病和心血管疾病，转向植物性饮食会有益；过度消费和食物浪费、社会文化规范、食物获取便利性和可负担性、信息传播及烹饪技能等影响饮食选择，进而影响慢性非传染性疾病患病情况。改变这些因素对预防和改善慢性非传染性疾病意义重大，也有利于环保和可持续发展[25]-[27]。

3.2.2. 营养不良与食物安全

营养不良表现为营养不足和营养过剩(即“双重负担”)，会显著增加患病、治疗费用、住院和死亡的风险，一项基于3663项研究的荟萃分析表明，从1990~2022年，全球成人体重不足年龄标准化患病率下降了8.5%，但日本和韩国等地区仍存在成年人体重不足情况，而学龄儿童和青少年消瘦患病率下降了2.1%，其中也门、尼日尔和缅甸等发展中国家情况无明显改善甚至上升，非洲和南亚仍是高发地区；但全球成人肥胖年龄标准化患病率却上升了9.7%，学龄儿童和青少年肥胖年龄标准化患病率同样上升了5.2%。因此，全球营养不良情况严重，给全球公共卫生带来了沉重负担[28]。研究表明：在一些地区，特别是低收入和中等收入国家以及部分经济欠发达地区，如撒哈拉以南非洲和南亚的部分地区，存在食物供应不足和质量不佳等食物安全问题，从而直接影响了人们的营养摄入，增加了营养不良的风险；而在许多发展中国家，由于经济和社会发展，饮食结构发生了快速转变，即从传统饮食向“现代西方化”转变，而加工食品和快餐食品营养不均衡且存在大量的添加剂、防腐剂，会增加营养不良的发生率[29] [30]。

3.2.3. 饮食–环境–健康三难困境

饮食、环境和健康之间存在着复杂的相互关系，目前形成了三难困境。一方面，不健康的饮食模式可能导致慢性疾病的发生[25]；另一方面，食品系统对环境的影响也可能对人类健康产生负面影响。此外，实现可持续的食品供应也需要考虑经济、社会和文化等因素。因此，解决饮食–环境–健康三难困境需要综合考虑多个方面的因素，采取跨学科的研究方法[1]。

4. 可持续膳食的定义与应用

4.1. 可持续饮食的定义与指标

根据FAO的定义，可持续膳食是指具有低环境影响的膳食模式，有助于粮食和营养安全，并且能够维持健康的生态系统。它们在文化上可接受、在经济上可负担、在营养上充足、安全且健康，同时优化自然资源的使用并尊重生物多样性[31]。

4.2. 可持续膳食模式实例

4.2.1. 植物性饮食

植物性饮食是指主要以植物性食物(如蔬菜、水果、全谷物、豆类、坚果和种子等)为组成部分，而减少或限制动物性食品(如肉类、蛋类、奶类)的饮食模式，可分为鱼素食、奶蛋素食、纯素食以及其他以植物为基础的饮食。植物性饮食具有较低的环境影响，不仅因为植物性食物需要较少的资源，而且研究表明植物性饮食更能够减少温室气体排放、土地利用和水利用等方面的环境影响。生产牛肉所需资源大约是豆类的8~14倍(土地、水、农药等资源)。从当前饮食模式转向蛋奶素食和纯素食后，温室气体排放量分别减少了31%、35% (23%~72%)，土地使用率分别减少了51% (28%~67%)、55% (40%~80%)，水资源使用率分别减少了28% (7%~52%)、22%。而植物性饮食因富含膳食纤维、维生素和矿物质以及较低的饱和脂肪和胆固醇，也能减少如心血管疾病、糖尿病和某些癌症的患病风险，如纯素食可以减低19%的死亡率[32] [33]。

4.2.2. 地中海饮食、北欧饮食等低环境影响膳食模式

地中海饮食被认为是世界上最健康的饮食模式之一，是一种以大量蔬菜、新鲜水果、豆类、全谷物、坚果和橄榄油为主要组成成分，再摄入适量鱼类和奶制品、少量红肉以及适量红酒的饮食模式。该饮食中多为未加工食品，富含抗氧化剂而饱和脂肪酸含量低。Francesco Sofi等人对12项前瞻性队列研究进行荟萃分析发现，地中海饮食依从性得分增加2分与总体死亡率降低的相对风险为0.91 (95%置信区间0.89~0.94)，与心血管疾病死亡率降低的相对风险为0.91 (0.87~0.95)，与癌症发生和死亡风险降低的相对风险为0.94 (0.92~0.96)，与帕金森病和阿尔茨海默病发生率降低的相对风险为0.87 (0.80~0.96) [34]。而西班牙纳瓦拉大学SUN项目对地中海、西方和素食三种饮食模式在健康、环境和经济方面的可持续性对比分析进一步表明，地中海饮食最健康，可以使特定健康结局(包括死亡、非致命心血管疾病、非致命乳腺癌或2型糖尿病)的发生时间推迟3.10年，而西方饮食却使特定健康结局提前了1.33年；地中海饮食对环境产生的负面影响也没有西方饮食模式大，虽然地中海饮食模式的每日成本最高(每日7.52欧元，而西方模式为5.87欧元)，但是地中海饮食总体可持续性最高[35]。

北欧饮食模式与地中海饮食模式相似，是一种以鱼类、蔬菜、水果、全谷物、低脂乳制品和菜籽油为主的饮食模式，富含维生素D和omega-3脂肪酸，与西方饮食相比对环境的负面影响较低。一项招募了27,548名年龄主要在35~65岁参与者探究北欧饮食和地中海饮食与主要慢性疾病风险之间关联的队列研究结果显示，地中海饮食能降低2型糖尿病、心肌梗死的发病率[36]。而对13项前瞻性队列研究进行系统回顾和剂量–反应荟萃分析发现，北欧饮食与慢性疾病(全因死亡率、心血管疾病死亡率、癌症死亡率、中风、心肌梗死和2型糖尿病)风险呈现负相关[37]。

5. 研究进展与解决方案

目前减缓食品系统影响环境的主要方案有改进技术和管理方法、减少食物损失和浪费以及改变饮食结构等[38]。

5.1. 食品生产技术和管理改进

食品生产技术和管理改进措施包括提高农业产量、减少农药和化肥施用、改善水资源管理、实施农业缓解选项等方面[38]。基因组学通过参考基因组与种质资源测序揭示遗传多样性、借助先进基因分型技术和多亲本群体进行性状定位与辅助育种来挖掘高产相关基因；生物信息学则利用数据库管理整合信息、提供数据驱动决策、分析基因功能调控网络及辅助品种选育优化，培育出更适应特定环境和生产需求的高产作物品种；精准农业技术通过GPS、物联网、无人机、传感器和数据分析等技术实现作物生产各环节精准管理，提升土壤、水分、养分利用效率，优化种植收获，助力气候适应、数据管理等，减少资源浪费与污染，提高产量质量；三者相结合可以提高农业产量并促进可持续发展[39]-[41]。玉米–豆类、玉米–非豆类以及非玉米–豆类等间作模式以及谷类作物与豆类作物、谷类作物与经济作物等轮作模式既可提高土地利用效率、改善土壤质量、减少病虫害，又能增加作物产量以及减少农药化肥的施用[42] [43]。生物纳米肥料结合了生物和纳米技术的优势，可以靶向递送和定制化施肥，减少肥料用量；而长期施用堆肥、生物炭及其混合物可增强土壤健康状况从而减少因土壤贫瘠而过度施肥情况[44] [45]。同时，新型的养殖技术可以提高动物的生产效率和健康水平，减少饲料和水资源的浪费。

5.2. 食品损耗与废弃物管理

全球每年有大量的食品被浪费，主要发生在食品供应链的各个环节，包括生产、加工、运输、销售和消费等。在生产阶段政府可以加大对农业基础设施的投入，如改善农田水利设施、建设现代化的仓储设施等；也可以建立农产品市场信息平台，加强监管，帮助农民合理规划生产规模；还可以组织农民培训农业技术、质量标准和市场需求预测等内容以及实施税收优惠，鼓励捐赠未售出的可食用食物。在处理和储存阶段，可以改善道路交通和优化运输网络、推广节能冷藏和现代化仓库、培训员工安全意识和操作技能。在加工和包装阶段，企业可引进先进设备技术和研发保鲜包装材料等。在分销和营销阶段，可以实施信息技术、线上平台、规范管理、设施建设以及对消费者和员工的指导培训等多方面措施。在消费阶段，可以实施鼓励食堂餐厅捐赠、开展消费者教育、减少分量与开展家庭经济教育、提升女性参与度、培训管理者及帮助消费者正确解读标签日期等措施[46]。食物垃圾是可回收利用的资源，可通过厌氧消化、联合消化、堆肥、酶处理、超声处理和水热碳化技术等绿色技术将食物垃圾转化为高价值能源、燃料和营养物质，减少其对环境的危害[47]。

5.3. 饮食习惯与消费模式的改变

消费者在减少食品对环境影响方面具有重要作用，可有助于推动食品系统的可持续发展，缓解环境压力。消费者可减少肉类(尤其是高排放的牛肉等红肉产品)、奶制品、蛋类和水产养殖食品的消费，转向以植物性食物为主的饮食模式，如植物性饮食、地中海饮食以及北欧饮食等，增加蔬菜、水果、全谷物、豆类和坚果的摄入。在选择食物时优先考虑对环境影响较小的品种，如应季蔬菜水果等产品，同时选择带有有机认证、公平贸易认证等可持续认证标签的产品。在购买食物时根据家庭实际需求制定购买量从而避免浪费，选择简单、可回收或可重复使用的包装。主动学习环保知识，向家人、朋友以及同社区居民传播减少食品环境影响的重要性，鼓励他人采取环保饮食和消费行为[33] [48]。

6. 面临的挑战及应对策略

在社会文化层面，饮食文化和传统习惯影响着可持续饮食的推广，如在美国等国家肉类摄入高、加工食品普及且快餐文化盛行，可持续饮食面临着因文化差异导致的推广阻碍。针对这种情况，政府可以加强教育和宣传，推动饮食文化创新与融合，增进公众对可持续饮食的认识和接受度。在政策与法规方面，国际和地区虽有促进可持续饮食的政策，但在实施过程中面临诸多挑战，如经济激励措施可能因追求经济利益而损害环境和居民健康，如某些国家对橄榄油出口的激励或对廉价植物油的补贴改变了当地膳食模式，降低了相关健康效益。各国政府应针对本国实际情况制定更科学合理的政策，综合考虑环境、健康和经济因素，加强监管确保政策有效实施。同时，可持续饮食推广中存在伦理争议，例如新北欧饮食因设计定位被指具有精英主义和排外性。针对伦理争议，政府应倡导包容多元的饮食文化。同时，发展中国家面临营养与环境的双重负担，其基线饮食多为高主食作物型，采用更健康但环境资源需求更高的饮食模式时，可能因生产系统低效而加重负担。因此，国际社会应提供技术和资金支持，帮助其改进生产系统，提高资源利用效率，实现营养改善与环境保护的平衡[49] [50]。

7. 总结与展望

环境营养学是一门新兴学科，通过揭示食品系统与环境、健康之间的关联，为解决全球性挑战提供重要参考。本综述回顾了食品系统对环境和人类健康的深远影响，阐述了可持续饮食模式及其实施路径，呼吁政府和社会各界共同参与、共同努力，实现健康与可持续发展的目标。环境营养学可进一步结合营养学、环境科学、系统科学等领域进行综合研究，为解决复杂问题提供更为全面的支持。各国间也可以加强该学科领域知识共享和技术交流，为共同制定和推广全球可持续饮食标准提供支持。但目前仍然缺乏关于不同饮食模式长期影响的系统数据以及关于发展中国家特殊饮食需求的研究，未来还需要加强对可持续饮食政策执行情况的评估以便及时调整政策从而实现预期目标。

NOTES

^*通讯作者。

参考文献