国家的重量:对成年人生物量的估计

背景

在生态金字塔的每个营养层次上，物种的能量需求是生物体数量及其平均质量的函数。就人口而言，尽管有证据表明平均体重正在增加，但人们对估计人口数量给予了相当多的关注，对估计平均体重的关注却少得多。我们估计了全球人类生物量、各地区的分布以及超重和肥胖造成的生物量所占的比例。

方法

对于每个国家，我们使用身体质量指数(BMI)和身高分布数据来估计平均成年人体重。我们用种群大小和平均体重的乘积来计算总生物量。我们估计了超重(BMI > 25)和肥胖(BMI > 30)的人口百分比以及超重和肥胖导致的生物量。

结果

2005年，全球成年人的生物量约为2.87亿吨，其中1500万吨是由于超重(BMI > 25)，相当于2.42亿人的平均体重(占全球人类生物量的5%)。肥胖造成的生物量为350万吨，相当于5600万人的平均体重(占人类生物量的1.2%)。北美人口占世界人口的6%，但肥胖造成了34%的生物量。亚洲人口占世界的61%，但肥胖导致的生物量占世界的13%。一吨人类生物量相当于北美约12个成年人，亚洲约17个成年人。如果所有国家都有美国的BMI分布，那么5800万吨的人类生物量的增加将相当于9.35亿人的平均体重的增加，所需的能量相当于4.73亿成年人的平均体重。

结论

不断增加的人口肥胖可能会对世界粮食能源需求产生与地球上多出5亿人相同的影响。

托马斯·马尔萨斯在《论人口原理》中警告说，人口增长最终会超过粮食供应，导致饥荒[hthvip华体会］．马尔萨斯表达了他的担忧，因为当时从一定面积的土地上可以收获的粮食能量受到现有农业技术的限制。20世纪的绿色革命挑战了马尔萨斯的悲观预测，以化石燃料为基础的化肥、杀虫剂、灌溉和机械化极大地提高了粮食产量[hthvip华体会］．在21世纪，由于全球粮食产量受到生态破坏(包括气候变化)的威胁，以及世界人口增长[hthvip华体会］．

在生态金字塔的每个营养层次上，物种的能量需求是生物体数量及其平均质量的函数。在生态学中，这些因素通常是通过估计物种生物量，即生态系统中生物的总质量来综合考虑的。就人口而言，虽然人们十分注意人口增长对食物能量需求的影响，但很少注意体重增加的影响。

身体活动占人体能量消耗的25-50%。由于移动较重的身体消耗更多的能量，能量消耗随体重增加而增加[hthvip华体会］．静息时的能量消耗也会随着体重的增加而增加，这是因为伴随体脂增加的是代谢活跃的瘦组织的增加[hthvip华体会］．至于其他生物，人类种群的能量需求取决于物种的生物量。目前，超过10亿的成年人超重，在世界所有地区，整个人口的体重分布都在上升。hthvip华体会］．

由于体重增加，全球对食品的需求增加，这可能会导致食品价格上涨。由于更富裕的国家(他们的平均体重也更高)有更强的购买力，粮食价格上涨的最坏影响将由世界上的穷人感受到。在这篇文章中，我们估计了人类总生物量，它在世界地区的分布和超重和肥胖的人类生物量所占的比例。

数据源

针对每个国家，我们从联合国人口数据库[hthvip华体会］．我们得到了平均(和标准差)体重指数(BMI)的估计值谁SURF2报告(hthvip华体会和190个国家的平均身高(和SD)估计数，这些估计数来自国家健康检查调查，主要是人口与健康调查［hthvip华体会］．由于不是在每个国家都进行了调查，有些国家没有按年龄和性别分列的身高数据。为了利用现有数据估计每个国家的年龄和性别的平均身高(和SD)，我们建立了一个线性回归模型(年龄-性别组、平均身高、世卫组织区域和次区域)R开放获取统计软件。由于BMI数据不足，一些国家和地区被排除在分析之外(见表hthvip华体会查看这些列表)。

生物量估算

按年龄、性别分组的总生物量估计为分组人数与平均体重的乘积。估计体重的公式载于附录。我们还估计了每个年龄和性别组因超重而产生的总生物量。我们假设BMI在人群中呈正态分布，并估计超重人数(使用BMI患病率> 25)和他们的平均BMI。根据他们的平均体重指数，我们估计了他们的平均体重。超重人群的生物量被计算为超重人群的数量和他们的平均体重的乘积。超重导致的生物量是通过估计超重人群的生物量来计算的，假设他们的BMI为25，然后从他们的实际生物量中减去这个值。使用类似的方法，我们估计了由肥胖引起的生物量。我们计算了每个年龄性别组的肥胖者的总生物量，并减去他们的估计生物量，假设他们的BMI都是30。对于每个国家，我们计算了人类总生物量、因超重而产生的生物量和因肥胖而产生的生物量，方法是将每个年龄和性别群体的估计值相加。 Global totals were calculated by summating across countries.

极端情况

我们在两种假设情景下估算了全球生物量。具体来说，我们假设每个国家的BMI分布与[相同]hthvip华体会]日本及[hthvip华体会美国]。我们使用上述方法，但应用的是来自日本或美国的相关年龄性别群体的BMI，而不是该年龄性别群体的实际BMI。之所以选择这些国家，是因为尽管它们是高收入国家，营养充足，但它们的平均BMI值接近全球极端值。对于每种情况，我们计算了全球生物量和超重和肥胖导致的生物量。

人口和能源当量

我们利用粮农组织的公式和数值计算了维持人类生物量所需的食物能量[hthvip华体会］．每个年龄-性别组别的身体活动水平(PAL)值基于美国非超重成年人。总能量消耗(TEE)估计为基础代谢率(BMR)和PAL的乘积(见表)hthvip华体会)．在假设的情况下，由于超重、肥胖或生物量的变化而维持生物量所需的能量是通过将千克数乘以BMR的体重相关成分和PAL来估计的。我们使用相应的系数按国家和年龄-性别组进行了所有计算。然后，我们对年龄、性别、组别进行汇总，得出每个国家和全世界的总能源需求。为了计算在给定数量的生物量下可以维持的平均成年人数量，我们用维持该生物量所需的能量除以一个人的平均食物能量需求。

2005年，成年人类总生物量约为2.87亿吨hthvip华体会)．超重造成的生物量为1500万吨，相当于2.42亿人的平均体重(2005年约占世界人口的5%)。肥胖造成的生物量为350万吨，相当于5600万人的平均体重(占世界人口的1.2%)。全球平均体重为62公斤。

北美的平均体重是所有大洲中最高的(80.7公斤)。在北美，一吨人类的生物量相当于12个成年人。超过70%的北美人口超重，因肥胖而产生的生物量为120万吨。北美人口占世界的6%，但肥胖导致的生物量占世界的34%。亚洲的平均体重为57.7公斤，是所有大洲中最低的。在亚洲，一吨人类生物量相当于17个成年人。亚洲人口占世界的61%，但由于肥胖而产生的生物量占世界的13%(44.9万吨)。

2005年日本人的平均身体质量指数为22.9。如果所有国家的体重指数分布都像日本一样，那么总生物量将减少1460万吨，全球生物量减少5%，或相当于2005年2.35亿人的世界平均体重。生物量的减少将使生活在地球上的每个成年人平均每天减少59千卡的能源需求，相当于1.07亿成年人的能源需求。肥胖导致的生物量将减少93%。

2005年美国人的平均身体质量指数是28.7。如果所有国家的体重指数分布都与美国相同，那么人类总生物量将增加5800万吨，全球生物量将增加20%，相当于2005年9.35亿人的世界平均体重。生物量的增加将使能量需求增加261千卡/天/成年人，相当于4.73亿成年人的能量需求。由于肥胖而产生的生物量将增加434%。

图hthvip华体会显示了占人类总生物量1%以上的国家因肥胖造成的生物量分布。也反映了这两种情况。如果中国的BMI分布与美国相同，其仅由肥胖引起的生物量将相当于2005年世界因肥胖引起的生物量总量的121%。

维持肥胖生物量所需的能量相当于2400万世界平均体重成年人的能量需求hthvip华体会)．维持超重生物量所需的能量相当于1.11亿平均成年人的能量需求。仅在美国，维持超重生物量所需的能量就相当于2300万世界平均体重成年人的能量需求hthvip华体会)．如果所有国家的BMI分布都与美国相同，维持肥胖生物量所需的能量将增加481%，相当于1.37亿成年人的能量需求。在这种情况下，维持超重生物量所需的能源相当于4.06亿成年人的能源需求。

我们估计了全球人类的生物量，其区域分布和可归因于超重和肥胖的生物量。我们的研究结果强调，在考虑人口增长的生态影响时，需要考虑体重。联合国世界人口预测显示，到2050年，世界人口将增加23亿。［hthvip华体会人口数量增加对生态的影响将因平均体重的增加而加剧。

尽管预计亚洲和撒哈拉以南非洲的人口数量增长最大，但我们的研究结果表明，美国的人口增长将比数字本身所暗示的更有分量。据预测，到2050年，美国人口将由2010年的3.1亿增至4.03亿[hthvip华体会］．人口增长的主要原因是移民，鉴于移民接受了东道国人口的饮食和生活方式，我们可以合理地预期移民的体重将会增加。我们的研究结果表明，这可能对世界能源需求产生重要影响。

在非洲和亚洲，城市人口的增长速度快于农村人口[hthvip华体会］．这对平均体重也有影响。hthvip华体会］．鉴于目前BMI上升的趋势，我们的假设是所有国家的BMI分布都与美国相似，这为我们洞察未来可能面临的挑战提供了一个视角。如果全球生物量增加到所有国家都具有美国的年龄-性别BMI分布的水平，那么生物量的增加将相当于增加10亿人的平均体重。虽然，这与增加10亿人的能量需求并不相同，但这一增加相当于目前世界平均体重的约4.73亿成年人的能量需求。

我们的发现应该基于以下局限性来看待。首先，在无法获得平均BMI、身高及其标准差数据的国家，我们使用回归模型来估计缺失的参数。由于可获得的数据有限，我们假设身高和BMI是自变量，身高的均值和标准差在BMI分布上是相同的。此外，由于缺乏描述BMI与身高相关分布的数据，我们假设BMI与身高平方之间的协方差为零。其次，我们假设每个人群中BMI的分布是对称的(正态分布)，但实际上很多人群的分布是倾斜的，分布的尾部向右，由相对较小比例的高体重人群组成。因此，我们可能低估了总生物量。最后，我们没有估计在许多国家占人口很大比例的儿童的生物量，也没有估计人口少于10万的国家的儿童的生物量。未来在这一领域的工作应考虑到人口年龄结构、教育水平和城市化。

我们对能源需求的估计也有局限性。我们使用了粮农组织的数据来估计BMR，但它们在多大程度上适用于所有人口还有待讨论。所有国家的身体活动水平相似的假设显然是不现实的，因为低收入国家的身体活动水平较高。因此，我们将低估一些国家的能源需求。但是，这种方法适用于比较不同情况下的BMI分布及其对能量需求相对变化的影响。

增加生物量将对包括粮食需求在内的全球资源需求和人类的整体生态足迹产生重要影响。未来的工作将调查粮食需求和碳排放在多大程度上可能随着生物量的增加而增加。

虽然生物量的概念很少应用于人类物种，但体重增加的生态影响是重大的，在评估未来的趋势和规划未来的资源挑战时应该考虑到这一点。我们的设想表明，全球体重增加的趋势将对资源产生重要影响，而如果不加以控制，不断增加的体重指数将对世界能源需求产生与增加4.73亿人口相同的影响。解决人口肥胖问题可能对世界粮食安全和生态可持续性至关重要。

我们感谢Marc Levy和Kate Jones对早期草稿的评论。

作者和隶属关系

1. 预科二年级博士，北约克郡和东海岸院长，4希尔顿广场，利兹，LS8 4HE，英国

   莎拉·凯瑟琳·沃波尔

2. 流行病学和人口健康学院，伦敦卫生和热带医学学院，英国伦敦吉宝街，WC1E 7HT

   大卫·普利托-梅里诺，菲尔·爱德华兹，约翰·克莱兰和伊恩·罗伯茨

3. 世界卫生组织卫生统计和信息部，瑞士日内瓦阿皮亚大道20号，邮编1211

   格雷琴史蒂文斯

相应的作者

对应到莎拉·凯瑟琳·沃波尔．

相互竞争的利益

作者声明他们没有竞争利益。

作者的贡献

GS是世卫组织的工作人员。作者独自对本出版物中表达的观点负责，这些观点不一定代表世卫组织的决定、政策或观点。IR设计了这项研究;SW、DP和PE在GS的输入下进行分析;所有的作者都参与了手稿的撰写和修改。所有作者阅读并批准了最终稿件。

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