在美国，人们摄入的蛋白质超过了他们所需的量。虽然这对人类健康可能没有害处，但这种过量摄入确实对该国的水道造成了问题。该国的废水中充满了蛋白质消化后的残留物：含氮化合物，它们可以滋养有毒藻类繁殖，污染空气和饮用水。新的研究表明，这种氮污染源甚至可以与农作物田地流失的化肥造成的污染相媲美。
当我们过度摄入蛋白质时——无论是来自扁豆、补充剂还是牛排——我们的身体会将过量的蛋白质分解成尿素，一种含氮化合物，它通过尿液排出体外，最终进入污水中。加州大学戴维斯分校的生物地球化学家玛雅·阿尔马拉兹和她的同事想了解，由于高蛋白饮食，有多少氮被冲入美国污水系统中。研究人员结合人口数据和先前关于普通美国人摄入多少过量蛋白质的研究，发现废水中存在的大部分氮污染——约67%至100%——是人们消费的副产品。“我们对污水中的氮很重视。我们知道这是一个问题，”阿尔马拉兹说。“但我不知道有多少是由我们上游的选择所影响的——当我们去杂货店、做饭以及最终放入我们体内的东西时。”
一旦进入环境，尿素中的氮就会引发一系列被称为“氮级联”的生态影响。在某些化学条件下，并在特定微生物存在的情况下，尿素会分解形成氧化氮气体。这些气体到达大气层，在那里，一氧化二氮（N2O）可以通过温室效应加剧气候变暖，氮氧化物（NOx）会导致酸雨。有时，藻类和蓝藻（又称蓝绿藻的光合细菌）会直接以尿素为食。氮帮助它们比正常情况下生长得更快，导致水生生物繁殖，阻塞重要的供水系统，这些繁殖可能产生对人类、其他动物和植物有害的毒素。当藻类最终死亡时，问题并没有结束。以死藻为食的微生物会消耗水中的氧气，导致河流、湖泊和海洋中出现“死亡地带”，许多水生物种根本无法生存。从普吉特海湾到佛罗里达州坦帕，繁殖都导致了大量鱼类死亡。
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尽管有可能处理藻类繁殖，但目前的许多方法——例如在繁殖表面喷洒粘土颗粒或化学物质以杀死并沉降藻类——并不总能有效地消除所有有害生长。其中一些方法甚至可能导致额外的污染。因此，马里兰大学的海洋学家帕特里夏·吉尔伯特（她没有参与这项新研究）表示，处理氮污染影响的最佳策略是预防。
防止氮进入环境的一种方法是改进污水处理厂。现有技术可以去除废水中90%的氮，但目前只有1%的美国污水以这种方式处理，部分原因是该技术非常昂贵。在中国，为四分之三的城市污水去除氮的设备花费了超过200亿美元。然而，阿尔马拉兹和她的团队认为，通过改变饮食习惯可以更快地控制氮污染，从长远来看可以节省数十亿美元。
他们发表在《生态与环境前沿》上的新研究，根据年龄（50至70岁的成年人需要最多）细分了美国当前人口的蛋白质需求，并预测了到2055年的未来人口。到本世纪中叶，该国的人口预计将整体增加，并且老年人的比例也会增加。研究人员计算了，如果人们按照今天的美国平均饮食摄入蛋白质，以及如果他们将蛋白质摄入量减少到仅满足营养所需的水平，将会有多少氮进入环境。根据研究结果，仅这一项饮食上的转变就可以使今天到达水生生态系统的氮减少12%，未来减少近30%。这样的改变也可以在污水基础设施赶上之前，帮助减少破坏性的氮污染。
“很多人认为我们需要全部改吃素食。显然，这不切实际。这也不是真正会发生的事情，”吉尔伯特说。她建议，消费者可以改为“半素食”饮食——这是一种侧重于减少肉类和乳制品消费的方法，而不是完全不吃任何食物，肉类和乳制品目前约占美国蛋白质摄入量的三分之二。“享受你的牛排，享受你的汉堡，但在接下来的用餐中适量食用肉类，”她说。
“这里开启的一个很酷的领域是人类行为如何影响我们的环境，”阿尔马拉兹说。“我认为让人们理解，‘嘿，我的选择——一旦与其他做出类似选择的人加起来——实际上可以产生积极的影响’，这会让人感到非常鼓舞。”