在美國，人們攝入的蛋白質超過了他們所需的量。雖然這對人類健康可能沒有害處，但這種過量攝入確實對該國的水道造成了問題。該國的廢水中充滿了蛋白質消化後的殘留物：含氮化合物，它們可以滋養有毒藻類繁殖，汙染空氣和飲用水。新的研究表明，這種氮汙染源甚至可以與農作物田地流失的化肥造成的汙染相媲美。
當我們過度攝入蛋白質時——無論是來自扁豆、補充劑還是牛排——我們的身體會將過量的蛋白質分解成尿素，一種含氮化合物，它透過尿液排出體外，最終進入汙水中。加州大學戴維斯分校的生物地球化學家瑪雅·阿爾馬拉茲和她的同事想了解，由於高蛋白飲食，有多少氮被衝入美國汙水系統中。研究人員結合人口資料和先前關於普通美國人攝入多少過量蛋白質的研究，發現廢水中存在的大部分氮汙染——約67%至100%——是人們消費的副產品。“我們對汙水中的氮很重視。我們知道這是一個問題，”阿爾馬拉茲說。“但我不知道有多少是由我們上游的選擇所影響的——當我們去雜貨店、做飯以及最終放入我們體內的東西時。”
一旦進入環境，尿素中的氮就會引發一系列被稱為“氮級聯”的生態影響。在某些化學條件下，並在特定微生物存在的情況下，尿素會分解形成氧化氮氣體。這些氣體到達大氣層，在那裡，一氧化二氮（N2O）可以透過溫室效應加劇氣候變暖，氮氧化物（NOx）會導致酸雨。有時，藻類和藍藻（又稱藍綠藻的光合細菌）會直接以尿素為食。氮幫助它們比正常情況下生長得更快，導致水生生物繁殖，阻塞重要的供水系統，這些繁殖可能產生對人類、其他動物和植物有害的毒素。當藻類最終死亡時，問題並沒有結束。以死藻為食的微生物會消耗水中的氧氣，導致河流、湖泊和海洋中出現“死亡地帶”，許多水生物種根本無法生存。從普吉特海灣到佛羅里達州坦帕，繁殖都導致了大量魚類死亡。
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儘管有可能處理藻類繁殖，但目前的許多方法——例如在繁殖表面噴灑粘土顆粒或化學物質以殺死並沉降藻類——並不總能有效地消除所有有害生長。其中一些方法甚至可能導致額外的汙染。因此，馬里蘭大學的海洋學家帕特里夏·吉爾伯特（她沒有參與這項新研究）表示，處理氮汙染影響的最佳策略是預防。
防止氮進入環境的一種方法是改進汙水處理廠。現有技術可以去除廢水中90%的氮，但目前只有1%的美國汙水以這種方式處理，部分原因是該技術非常昂貴。在中國，為四分之三的城市汙水去除氮的裝置花費了超過200億美元。然而，阿爾馬拉茲和她的團隊認為，透過改變飲食習慣可以更快地控制氮汙染，從長遠來看可以節省數十億美元。
他們發表在《生態與環境前沿》上的新研究，根據年齡（50至70歲的成年人需要最多）細分了美國當前人口的蛋白質需求，並預測了到2055年的未來人口。到本世紀中葉，該國的人口預計將整體增加，並且老年人的比例也會增加。研究人員計算了，如果人們按照今天的美國平均飲食攝入蛋白質，以及如果他們將蛋白質攝入量減少到僅滿足營養所需的水平，將會有多少氮進入環境。根據研究結果，僅這一項飲食上的轉變就可以使今天到達水生生態系統的氮減少12%，未來減少近30%。這樣的改變也可以在汙水基礎設施趕上之前，幫助減少破壞性的氮汙染。
“很多人認為我們需要全部改吃素食。顯然，這不切實際。這也不是真正會發生的事情，”吉爾伯特說。她建議，消費者可以改為“半素食”飲食——這是一種側重於減少肉類和乳製品消費的方法，而不是完全不吃任何食物，肉類和乳製品目前約佔美國蛋白質攝入量的三分之二。“享受你的牛排，享受你的漢堡，但在接下來的用餐中適量食用肉類，”她說。
“這裡開啟的一個很酷的領域是人類行為如何影響我們的環境，”阿爾馬拉茲說。“我認為讓人們理解，‘嘿，我的選擇——一旦與其他做出類似選擇的人加起來——實際上可以產生積極的影響’，這會讓人感到非常鼓舞。”