国家的重量:对成人生物量的估计

背景

在生态金字塔的每一个营养水平上，物种的能量需求是生物数量和它们的平均质量的函数。关于人口，尽管人们对估计人口数量给予了相当大的关注，但对估计平均体重的关注却少得多，尽管有证据表明平均体重正在增加。我们估计了全球人类生物量，其按区域分布以及由于超重和肥胖造成的生物量比例。

方法

对于每个国家，我们使用身体质量指数(BMI)和身高分布的数据来估计平均成人体重。我们将总生物量计算为种群大小和平均体重的乘积。我们估计了超重(BMI > 25)和肥胖(BMI > 30)的人口比例以及超重和肥胖导致的生物量。

结果

2005年，全球成人生物量约为2.87亿吨，其中1500万吨是超重(BMI > 25)造成的，其质量相当于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%)。北美拥有世界6%的人口，但34%的生物量是由肥胖造成的。亚洲拥有世界61%的人口，但13%的生物量是由肥胖造成的。一吨人类生物量大约相当于北美的12个成年人和亚洲的17个成年人。如果所有国家都具有美国的BMI分布，那么增加的5800万吨的人类生物量相当于额外的9.35亿平均体重的人的质量，并且相当于4.73亿成年人的能量需求。

结论

人口肥胖的增加可能会对世界粮食能源需求产生同样的影响，因为地球上生活着额外的5亿人。

托马斯·马尔萨斯的《人口原理》警告说，人口增长最终会超过粮食供应，导致饥荒[1]。马尔萨斯表达了他的担忧，当时从一定数量的土地上可以收获的食物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言，因为以化石燃料为基础的化肥、杀虫剂、灌溉和机械化大大提高了粮食产量。2]。在二十一世纪，由于全球粮食产量受到生态破坏(包括气候变化)和世界人口增长的威胁，人口与生态可持续性之间的联系再次凸显出来。[2]。

在生态金字塔的每一个营养水平上，物种的能量需求是生物数量和它们的平均质量的函数。在生态学中，这些因素通常通过估算物种生物量(生态系统中活生物体的总质量)一起考虑。就人口而言，虽然人们对人口增长对食物能量需求的影响给予了很多关注，但对体重增加的影响的关注却少得多。

体力活动占人体能量消耗的25-50%。由于移动较重的身体所消耗的能量更大，能量消耗随体重增加而增加[3.]。静息能量消耗也随着体重的增加而增加，这是由于代谢活跃的瘦组织的增加伴随着体脂的增加[4]。至于其他生物，人类种群的能量需求取决于物种生物量。目前，超过10亿成年人超重，在世界所有地区，整个人口的体重分布都在上升。5]。

体重增加引起的全球粮食需求增加可能会导致粮食价格上涨。由于富裕国家的购买力更强(他们的平均体重也更高)，粮食价格上涨的最坏影响将由世界上的穷人承受。在这篇文章中，我们估计了人类总生物量、其在世界各地区的分布以及归因于超重和肥胖的人类生物量的比例。

数据源

对于每个国家，我们从联合国人口数据库中获得了2005年按年龄和性别分列的人口估计数[6]。我们获得了平均(和标准差)体重指数(BMI)的估计值谁SURF2报告(7]和190个国家的平均身高(和标准差)估计值，主要来自国家健康检查调查人口和健康调查［5]。由于并非在每个国家都进行调查，因此在一些国家无法获得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按年龄和性别划分的平均身高(和标准差)，我们使用以下方法建立了一个线性回归模型(年龄-性别群体、平均身高、世卫组织区域和次区域)R开放存取统计软件。一些国家和地区因BMI数据不足而被排除在分析之外(见表)1获取这些列表)。

生物量估算

按年龄-性别分组的总生物量估计为该组人数与其平均体重的乘积。估计体重的公式在附录中给出。我们还估计了每个年龄-性别组中超重引起的总生物量。我们假设BMI在该组中呈正态分布，并估计超重人数(使用BMI > 25的患病率)及其平均BMI。利用他们的平均身体质量指数，我们估算出他们的平均体重。超重人群的生物量计算为超重人数与其平均体重的乘积。超重引起的生物量的计算方法是，假设超重人群的BMI为25，并从他们的实际生物量中减去超重人群的生物量。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-性别组中肥胖人群的总生物量，并减去他们的估计生物量，假设他们的BMI都为30。对于每个国家，我们通过将每个年龄-性别群体的估计值相加，计算了总人类生物量、超重生物量和肥胖生物量。 Global totals were calculated by summating across countries.

极端情况

我们在两种假设情景下估计了全球生物量。具体来说，我们假设每个国家的BMI分布与[1]日本和[2美国]。我们使用了上面概述的方法，但使用的是日本或美国相关年龄-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造成的生物量。

人口和能源当量

我们使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。[8]。每个年龄-性别组的身体活动水平(PAL)值是基于美国非超重的成年人。总能量消耗(TEE)是基础代谢率(BMR)和PAL的乘积(见表)2)。在假设的情况下，由于超重、肥胖或生物量变化而维持生物量所需的能量，是通过将kg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，我们对不同年龄和性别的人群进行了汇总，得出了每个国家和全世界的总能量需求。为了计算一个给定数量的生物量可以维持的平均成年人的数量，我们将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，成人总生物量约为2.87亿吨(表1)3.)。超重造成的生物量为1500万吨，相当于2.42亿人的平均体重(约占2005年世界人口的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陆中最高的(80.7公斤)。在北美，一吨人类生物量相当于12个成年人。超过70%的北美人口超重，由肥胖引起的生物量为120万吨。北美人口占世界人口的6%，但肥胖造成的生物量占世界的34%。亚洲的平均体重是各大洲中最低的(57.7公斤)。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61%，但肥胖造成的生物量占世界13%(44.9万吨)。

2005年日本人的平均身体质量指数为22.9。如果所有国家的年龄-性别BMI分布都与日本相同，那么总生物量将减少1460万吨，即全球生物量减少5%，或相当于2005年2.35亿人的世界平均体重。这种生物量的减少将使生活在地球上的成年人每天平均减少59千卡的能量需求，相当于1.07亿成年人的能量需求。肥胖造成的生物量将减少93%。

2005年美国人的平均BMI为28.7。如果所有国家都具有与美国相同的年龄-性别BMI分布，那么人类总生物量将增加5800万吨，即全球生物量增加20%，相当于2005年世界平均体重的9.35亿人。生物量的增加将使每个成人每天的能量需求增加261千卡，相当于4.73亿成年人的能量需求。肥胖导致的生物量将增加434%。

图1显示了占人类总生物量超过1%的国家的肥胖生物量分布。这两种情况也得到了反映。如果中国的BMI分布与美国相同，那么2005年，仅肥胖导致的生物量就相当于世界肥胖总生物量的121%。

维持肥胖生物量所需的能量相当于2400万世界平均体重的成年人的能量需求(表1)4)。维持超重生物量所需的能量相当于1.11亿普通成年人的能量需求。仅在美国，维持超重生物量所需的能量相当于世界平均体重的2300万成年人的能量需求(表1)4)。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量相当于4.06亿成年人的能量需求。

我们估计了全球人类生物量，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，需要将体重考虑在内。联合国世界人口预测显示，到2050年，世界人口可能会增加23亿。［6人口增长对生态的影响将因平均体重的增加而加剧。

虽然预计亚洲和撒哈拉以南非洲地区的人口增长最大，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，美国人口将从2010年的3.1亿增加到4.03亿[5]。大部分的增加将是由于移民，并且在某种程度上，移民采用了东道国人口的饮食和生活方式，我们可以合理地预计，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，城市人口比农村人口增长得更快。9]。这也会影响平均体重[10]。鉴于目前BMI上升的趋势，我们假设所有国家的BMI分布都与美国相似，这为我们了解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年龄-性别BMI分布的水平，那么生物量的增加将相当于平均体重增加10亿人。虽然就能量需求而言，这并不等同于增加了10亿人，但这一增加相当于目前世界平均体重的4.73亿成年人的能量需求。

我们的研究结果应考虑到以下局限性。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分布中是相同的。此外，由于缺乏描述BMI与身高相关分布的数据，我们假设BMI与身高的平方之间的协方差为零。其次，我们假设每个人群的BMI都是对称的(正态)分布，而实际上许多人群的分布都是偏斜的，分布的右边有一个尾巴，由相对较少的高体重人群组成。因此，我们可能低估了总生物量。最后，我们没有估计儿童的生物量，儿童在许多国家的人口中占很大比例，也没有估计人口少于10万的国家的生物量。未来在这一领域的工作应该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，但这些数据在多大程度上适用于所有人群还有待商榷。假定所有国家的身体活动水平相似显然是不现实的，因为低收入国家的身体活动水平较高。因此，我们低估了一些国家的能源需求。然而，这种方法适用于比较BMI分布的不同情况及其对能量需求相对变化的影响。

生物量的增加将对全球资源需求产生重要影响，包括粮食需求和人类物种的总体生态足迹。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，在评价未来趋势和规划未来资源挑战时应该考虑到这一点。我们的情景表明，全球体重增加的趋势将对资源产生重要影响，如果不加以控制，体重指数的增加可能会对世界能源需求产生同样的影响，因为会增加4.73亿人。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对早期草案的评论。

作者及单位

1. 基础二年级博士，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. 伦敦卫生与热带医学学院流行病学与人口健康学院，英国伦敦，WC1E 7HT

   大卫·普列托-美利诺，菲尔·爱德华兹，约翰·克利兰和伊恩·罗伯茨

3. 世界卫生组织卫生统计和信息部，阿皮亚大街20号，瑞士日内瓦27,1211

   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

作者宣称他们没有竞争利益。

作者的贡献

GS是世卫组织的工作人员。作者本人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;所有作者都参与了稿件的撰写和修改。所有作者都阅读并批准了最终的手稿。

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