摘要
农业生产是导致全球温室气体排放、引发生物多样性缺失等重大环境问题的驱动因素，农业食品系统的可持续发展是实现行星健康（Planetary health）的关键。评估农业食品系统的各种环境影响并解析其中的驱动因素，是解决相关环境问题的基础，可为从政策制定到管理提供理论和数据支持。为减轻农业食品系统在碳排放、土地利用和水资源利用等方面的环境压力，许多研究认为转向可持续的植物性饮食是一种有效且具有广泛前景的解决方案。然而，由于农药数据库的缺失以及农药生态毒性影响评估的复杂性，目前鲜有研究系统评估转向植物性饮食对农药使用及其生态毒性的影响。 为填补研究空白，本研究开发了一套“从餐盘到田野”的农药生态足迹评估及优化框架，通过量化各食品生产过程中的农药依赖程度，评估各饮食结构的农药量及其生态毒性影响，完善了可持续饮食结构的评估维度。具体而言，本研究选择了农药基础数据较为完备的美国为研究对象，构建了覆盖 66 种作物及 376种活性成分的农药使用数据库，基于生命周期评价，使用PestLCI-USEtox复合模型，量化了各食物及食物组的农药使用足迹，核算了5种饮食结构的农药用量和生态毒性影响，包括 1 种以动物性食物为主导的当前饮食结构（基准饮食结构），以及4种以植物性食物为核心的推荐饮食结构（健康美国饮食、地中海饮食、素食饮食和EAT-Lancet饮食）。主要研究结果如下： （1）作物层面：在本研究统计期内，美国共使用约32 Mt农药，总生态毒性为8.9×1011 PAF m3 d。其中，除草剂是美国农业中使用量最大的农药类型，对生态系统的毒性负荷也最高。除草剂的使用剂量约25 Mt，占总农药剂量的80%，是杀虫剂的 23 倍、杀菌剂的 16 倍。此外，除草剂对生态系统的毒性贡献为2.3×1010 PAF m3 d，占总农药生态毒性的33%。玉米、大豆、马铃薯是农药用量和生态毒性的主要贡献者，占总农药剂量的34%、26%、8%，分别贡献了农药生态毒性的22%、22%、15%。 （2）食物及食物组层面：大多植物性食物的农药生态毒性高于动物性食物。其中，坚果对应的农药生态毒性最高，达到了8.1 PAF m3 d/kg，其次是淀粉类蔬菜，为7.9 PAF m3 d/kg。牛肉的单位质量生态毒性相对较高，为4.6 PAF m3 d/kg。此外，水果类食物整体的生态毒性较高，浆果、柑橘的单位质量生态毒性分别为3.2 PAF m3 d/kg、3.1 PAF m3 d/kg。 （3）饮食结构层面：在相同的卡路里摄入量约束（2500 kcal/person/d）下，表现最佳的EAT-Lancet饮食（4.3 PAF m3 d）的农药生态毒性影响也仅与基准饮食（4.3 PAF m3 d）相当，素食饮食（6.1 PAF m3 d）、健康美国饮食（6.6 PAF m3 d）、地中海饮食（7.0 PAF m3 d）对应的农药生态毒性均显著高于基准饮食。这种情况主要是由于在从动物性饮食向植物性饮食转变过程中，蔬菜和水果在饮食结构中所占比例上升，而这两类食物的生产过程往往更加依赖具有高生态毒性的杀菌剂和杀虫剂。 （4）优化策略层面：本研究从消费端减少食物浪费和损失、生产端禁用高毒性-低剂量热点农药两个方面优化推荐饮食的农药生态毒性影响。在综合考虑两种优化策略的情景下，各推荐饮食的农药生态毒性的最低值为：地中海式饮食（4.0 PAF m3 d）、健康美式饮食（3.7 PAF m3 d）、素食饮食（3.4 PAF m3 d）以及EAT-Lancet饮食（2.4 PAF m3 d）。结果显示，优化后四种推荐饮食的农药生态毒性均有大幅度下降，且均低于当前饮食。 本研究结论对我国及全球优化农药使用问题及农业食品系统可持续发展也有一定的借鉴意义，所开发的农药生态足迹评估及优化框架也可作为同类研究的起点。总的来说，当下广泛推崇的植物性饮食转型旨在减轻动物性食品生产带来的温室气体排放和农业资源占用。然而本研究发现，植物性饮食在这些方面有益环境的同时却加剧了生产植物性食品引发的农药污染问题。因此，在探讨中国及全球饮食转型方向时，应充分考虑农药环境影响与其他环境问题之间的权衡。同时，未来全球饮食结构转型需配合生产端和需求端的一系列优化策略，以应对转型过程中所伴生的农药生态毒性负荷。
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