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Signifikante Unterschiede zwischen biologischenund konventionellen Lebensmitteln
Carlo LeifertNafferton Ecological Farming Group (NEFG)
Bioland Südtirol 22. Jänner 2015
Peter & Juliet Kindersley Lord Peter Melchett
Contents
1. Hintergrund - FSA Studie2. Methoden – systematische Literatursuche und “Meta-analyse”3. Haupt- (primär-) Ergebnisse:
Biologische Lebensmittel pflanzlicher Herkunft haben:� Höhere Antioxidantienkonzentrationen/aktivität Warum ?� Niedrigere Konzentrationen von Cadmium (Cd) Warum ?� Weniger häufig Pestizidrückstände Warum ?
4. Schußfolgerung� Mineralstoffdünger- und Pestizid- Einsatz reduzieren di e
Nachhaltigkeit der Landwirtschaft und die Lebensmittelqualität
� “Ein gesunder Boden, ergibt gesunden Nutzpflanzen und Tiere,
und resultiert in gesunden Lebensmitteln and gesunden
Menschen?”
UK- Food Standards
Agency (FSA)
finanzierte Studie
Dangour et al 2009
2014 Newcastle Meta-studie finded signifikanteUnterschiede zwischen biologischen und konventionellen Lebensmitteln
Barański, M., Średnicka-Tober, D., Volakakis, N., Seal, C., Sanderson, R., Stewart, G.B., Benbrook, C., Biavati, B., Markellou, E., Giotis, H., Gromadzka-Ostrowska, J., Rembiałkowska, E., Skwarło-Sonta, K.,, Tahvonen, R., Janovská, D., Niggli, U., Nicot, P. and Leifert, C. (2014)
Higher antioxidant (mehr Antioxidantien ) and lower cadmium (weniger Cadmium ) concentrations and lower incidence of pesticide residues (weniger Pestizidrückstände ) in organically grown crops (in pflanzlichen Bio-Lebensmittels ): a systematic literature review and meta-analysis. (eine systematische Literatursuche und Meta-analyse )
British Journal of Nutrition 112, 794-811online 2014 (doi:10.1017/S0007114514001366)
Mehr Informationen (z.B. Zusammenfassung und Medienmit teilungin Deutsch): http://research.ncl.ac.uk/nefg/QOF
Systematishe Literatursuche: 343 Veröffentlichungenfür pflanzlichen Nahrungsmittel
FSA Studie (Dangour et al. 2009): 46 Veröffentlichun gen(Daten für pflanzliche Nahrungsmittel, Fleisch and Milc h)
An
zah
lv
on
Ve
röff
en
tlic
hu
ng
en �
Systematische Literatursuche: Studien für verschiedeneKulturpflanzengruppen
Gemüse Früchte Getreide andereKultupflanzen
Ve
röff
en
tlic
hte
Da
ten
An
zah
lv
on
Ve
röff
en
tlic
hu
ng
en
Systematische Literatursuche: Länder wo 10 oder mehrStudien gemacht wurden
Meta-analyse Synthese von Daten über Unterschiede in der Zusammensetzung von biologischen und konventionellen pflanzlichen Nahrungsmitteln
• Alle veröffentlichten Daten von % Unterschiedenzwischen biologischen und konventionellenpflanzlichen Nahrungsmitteln wurden statistischzusammengefaßt (“Durchschnitte” errechnet)
• Daten von 3 Studietypen wurden benutzt:– Supermarktprodukt-Vergleiche (retail surveys)– Bauernhofprodukt-Vergleiche (farm surveys)– Feldversuche (controlled field experiments)
• Nur Daten von “ peer-reviewed” Veröffentlichungenwurden in den statistischen Analysen benutzt
• sowohl “gewichtete” ( “weighted” ) als auch nicht-gewichtete ( “unweighted” ) Meta-analysen wurdendurchgeführt
Meta-analysis Synthese von Daten über Unterschiede in der Zusammensetzung von biologischen und konventionellen pflanzlichen Nahrungsmitteln
“Gewichtete” (“weighted”) Meta-analyse • wird als als wissenschaftlich sehr robust angesehen• gibt großen/umfangreicheren Studien (mit vielen
Erhebungen/Wiederholungen) ein größeres“Gewicht” ( “weight” ) in der statistischen Analyse alskleineren Studien
• benutzt Varianzmessungen ( “measures of variation” ; z.B. Standardabweichungen) die in den einzelnenStudien veröffentlicht worden sind im statistischenModel der Meta-analyse
Meta-analysis Synthese von Daten über Unterschiede in der Zusammensetzung von biologischen und konventionellen pflanzlichen Nahrungsmitteln
“Nicht-gewichtete” ( “uweighted” ) Meta-analyse • wird als wissenschaftlich weniger robust angesehen• gibt großen und kleinen Studien das gleiche “Gewicht”
(“weight” ) in der statistischen Analyse• im statistischen Model werden Varianzmessungen (z.B.
Standardabweichungen) nicht benutzt• Studien die keine Varianzdaten veröffentlichen können in
die statistische Analyse miteingebracht werden– Relative viele der (“peer-reviewed”) Studien veröffentlichten keine
Varianzdaten (z.B. Standardabweichungen)– Darum konnten in der nicht-gewichtete Meta-analyse Erg ebnisse
von mehr Studien zusammengefaßt/analysiert werden!– In der FSA-finanzierten Studie (Dangour et al. 2009) wur den nur
Ergebnisse von nicht-gewichtete ( “unweighted” ) Meta-analysenveröffentlicht.
Hauptergebnis (primary outcome)
– Antioxidantienaktivität ist significant höher in
biologischen pflanzlichen Nahrungsmitteln
0
10
20
30
All data
% mehr inbiologischenNahrungsmitteln
mean %difference;(MPD)
n = 66
GewichteteMeta-
analyse
n = 160Nicht-
gewichteteMeta-
analyse
P < 0.001 P < 0.001
Alle Daten
Warum sind Antioxidantien wichtig?
• Antioxidantien neutralisieren freie Radikale ( “ free radicals” ) im Körper und verhindern dadurchEntartungen von Zellen, die zu Krebs führen können(http://www.zentrum-der-gesundheit.de/antioxidantien- ia.html )
• Antioxidantien in pflanzlichen Nahrungsmitteln sind mitder Reduzierung einer Reihe von chronischenKrankheiten verbunden worden– Herz- und Kreislaufkrankheiten ( “cardiovascular disease” )– Krebserkrankungen– Neurologische Krankheiten (e.g. Alsheimer’s)
• Pflanzen (poly)phenole sind eine der wichtigstenAntioxidantiengruppen in der Nahrung
Del Rio D, Rodriguez-Mateos A, Spencer JPE et al. (2013) Dietary (poly)phenolics in human health: structures, bioavailability, and evidence of protective effects against chronic diseases. Antioxid Redox Signal 18, 1818-1892.
Wahlqvist ML (2013) Antioxidant relevance to human health. Asia Pac J Clin Nutr 22, 171-176.Fardet A (2010) New hypotheses for the health-protective mechanisms of whole-grain cereals:
what is beyond fibre? Nutr Res Rev 23, 65-134.
Konzentrationen von spezifischen Antioxidantien
-20
0
20
40
60
80ph
enol
icac
ids
flava
none
s
stilb
enes
flavo
nes
flavo
nols
anth
ocya
nins
caro
teno
ids
asco
rbic
aci
d
toco
pher
ol
MPD
(%)*
**T
***
* ns **
*** = P<0.001
** = P<0.01
* = P<0.05
T = 0.1>P>0.05
ns = not significant
****
T**
***
**
***
* ns
**
*
�
Unterschiede zwischen Früchten, Gemüse und Getreide
0
20
40
60
80
frui
t
veg.
cere
als
frui
t
veg.
cere
als
% mehr in biologischen Nahrungsmitteln
MPD
(%)
*ns
****** = P<0.001
** = P<0.01
* = P<0.05
T = 0.1>P>0.05
ns = not significant
* **ns
**
___________________
phenolic acids___________________
flavones & flavanols
ns
ns
ns
***
ns
Frü
chte
Gem
üse
Get
reid
e
Frü
chte
Gem
üse
Get
reid
e
WARUMhaben biologische pflanzliche
Nahrungsmittel mehr Antioxidantien ?
Konzentrationen von Stickstoff, Nitrat und Nitrit
-100
-80
-60
-40
-20
0
nitrogen nitrate nitrite
(MPD)
n=
85
n=
35
n=
79
n=
29
n=
7
n=
15
* ns ******
*** = P<0.001
** = P<0.01
* = P<0.05
ns = not significant
(N) (NO3-) (NO2
-)
*** ns
• high N-supply reduces (poly)phenolic concentrations in plants
% weniger in biologischen Nahrungsmitteln
WARUM haben biologische pflanzliche
Nahrungsmittel mehr Antioxidantien ?
Ergebnisse der faktoriellenLangzeitversuche
an der Versuchstation Nafferton Farm
NEFG NaffertonFarm- 360 ha - Getreide, Raps, - Kartoffeln, Gemüse- Milchkühe, Schafe,
Conventionalmanagement
Organicmanagement
�
Nafferton Factorial Systems Comparison TrialFaktorieller Langzeitversuch seit 2000
Konventionellbewirtschafted
Biologischbewirtschafted
Nafferton Farm - factorieller LangzeitversuchFaktoren im Versuch:
� Fruchtfolgen (4)– Einseitig (2): 2 Jahre Kleegrass, 6 Jahre Getreide,
1 Jahr Kartoffel oder Gemüse
– Vielfältig (2): 3 Jahre Kleegrass, 2 Jahre Getreide2 Jahr Kartoffel oder Gemüse, 1 year Bohnen
� Pflanzenschutz (2)– Konventionell (Pesticide nach “farm assured” Standards) – Biologisch (nach Soil Association Standards)
� Düngung (2)– Konventionell (Mineralstoffdünger) – Biologisch (Kompostierter Kuhmist)
Wiederholung (4 blocks)Identische Versuche (4)
Fläche: 6 ha
VersuchsanlageNafferton Farm - factorieller Langzeitversuch
POTATO SUB-BLOCK1ST REPLICATE
POTATO SUB-BLOCK 4TH REPLICATE
POTATO SUB-BLOCK 3RD REPLICATE
POTATO SUB-BLOCK 2ND REPLICATE
Nafferton - factorieller Langzeitversuch
Untersuchungen� Ertrags- und Qualitätsparameter� Unkraut, Krankheits- und Schädlingsbefall� Gen-, Protein- und Metobolome Profile� Boden physikalische, chemische und biologische
Parameter� Umweltbelastungen (z.B , N2O, NO3 and P losses) und
“life-cycle-analyses” (LCA) für Treibgasemmissionen� Energie, Dünger- und Pflanzenschutzmitteleffizienz� Betriebswirtschaftliche/ökonomische Parameter � Biodiversität
Effekt von Düngung und Pflanzenschutzauf den Glycosinolatgehalt von Kohl (Durchschitt von 2 Erntejahren)
200
250
300
350
400
Conventional(+ pesticides)
Organic200
250
300
350
400
Conventional(+ NPK)
OrganicKonventionell Biologisch(+ Pestizide)
Pflanzenschutz
mg kg -1
Frischgewichtmg kg -1
Frishgewicht
Fertilisation
ns P<0.001
Konventionell Biologisch(+ Pestizide)
Pflanzenschutz
Konventionell Biologisch(+ NPK)
Düngung
-1.0 1.0
-1.0
1.0
cqa1
cqa2
caq3
wf1
wf2
wf3
wf4 wf5
wf6
wf7
wf89
wf10
wf11
wf12
wf13
OF
CF
OCP
CCP
AT
RH
RAD
ST
WARUM haben biologische pflanzliche Nahrungsmittelmehr Antioxidantien?
Rahmenbedingungen(“Drivers”)
RAD LichteinstrahlungRH LuftfeuchtigkeitST BodentemperaturAT LufttemperaturOF KuhmistdüngerCF MineraldüngerOCP ohne PestizideinsatzCCP mit Pestizideinsatz
Antioxidantien(“Response variables” )wf flavonoidscqa phenolic acids
(chlorogenic acidderivatives)
(Almuafori & Leifert 2013)
Einfluß (Assoziation) von klimatischen und agronomisch en Rahmen-bedingungen ( “drivers” ) auf Antioxidantienkonzentrationen in Weizenblättern(basiert auf Daten von 4 Erntejahren)
Hauptergebnis (primary outcome)
– Cadmium Konzentrationen sind signifikant niedriger
in biologischen pflanzlichen Nahrungsmitteln
-80
-60
-40
-20
0
All data
(MPD) n = 25
GewichteteMeta-
analyse
n = 62Nicht-
gewichteteMeta-
analyse
P < 0.001 P = 0.008
% weniger in biologischen Nahrungsmitteln
WARUM sind die Konzentrationen des toxischen
Schwermetals Cadmium niedriger in biologische pflanzliche Nahrungsmittel?
Ergebnisse der faktoriellen Langzeitversuche an
der Versuchstation Nafferton Farm
Newcastle Langzeitversuchefinden und erkären signifikante Unterschiede in Schwermetalkonzentrationen zwischen biologischenund konventionellen Weizen
Cooper, J., Sanderson, R., Cakmak, I., Ozturk, L., Shotton, P., Carmichael, A., Sadrabadi Haghighi, R., Tetard-Jones, C., Volakakis, N., Eyre, M., and Leifert, C..
Effect of organic and conventional crop rotation,
fertilization and crop protection practices on metal
contents in wheat (Triticum aestivum)
Journal of Agricultural and Food Chemistry
59, 4715-4724; 2011
Effekt von Düngung und Pflanzenschutz
auf den Cadmiumgehalt in Kartoffeln
(Durchschitt von 2 Erntejahren)
0
10
20
30
40
50
Conventional(+ pesticides)
Organic0
10
20
30
40
50
Conventional(+ NPK)
Organic
Crop protection
µg kg -1
fresh weightµg kg -1
fresh weight
Fertilisation
ns P<0.001
Konventionell Biologisch(+ Pestizide)
Pflanzenschutz
Konventionell Biologisch(+ NPK)
Düngung
Hauptergebnis (primary outcome) - Pestizidrückstände werden weniger häufig in biologischen
pflanzlichen Nahrungsmitteln gefunden
0
10
20
30
40
50
All data
%
positive
Proben
P < 0.001
P < 0.001
(n = 66)
Biologisch
Konventionell
Alle Daten
Unterschiede zwischen Früchten, Gemüse und
industriell verarbeiteten Lebensmitteln
0
20
40
60
80
frui
t
veg.
com
poun
dfo
ods
n=34
n=10
n=17 n=8
%
positive
Proben
P < 0.001
(n = 22)
P < 0.001
(n = 36)
P < 0.001
(n = 6)
Früchte Gemüse industriellverarbeiteteLebensmittel
Pesticide concentrations in organic and
conventional crops
• Es gibt zu wenig veröffentlichte Studien/Data-sets um
Pestizidkonzentrationen in biologischen und konventionellen
Lebensmitten durch Meta-analysen zu vergleichen
• In den wenigen Studies in denen Pestizidkonzentrationen
verglichen wurden, ware die Konzentrationen in Konventionallen
Lebensmitteln zwischen 10 und 100 mal höher
• Warum sind Pestizidkonzentrationen niedrigern
in biologischen Lebensmitteln?
– Die Benutzung von synthetischen chemischen
Pestiziden ist im biologischen Landbau verboten
– Bio-Bauerns halten sich an die Vorschriften!!!!
Schlussfolgerungen- Die Produktivität der Landwirtschaft wird immer
mehr von nicht-erneurerbaren Resourcenabhängig
- besonderst Stickstoffdünger/Energie, Mineralien(z.B. P, K), Wasser, Pestizide/Energie
- Die Verwendung von diesen Resources (z.B . Mineralstoffdünger, Pestizides) hat nicht nurdie Nachhaltigkeit der Landwirtschaft , sondern auch die Lebenmittelqualitätnegativ beeinflußt
Thank you
The Soil Association 1946Healthy soil, healthy crops and animals, healthy pe ople“Ein gesunder Boden, ergibt gesunden Nutzpflanzen und Tiere,
und resultiert in gesunden Lebensmitteln and gesunden Menschen”
Hintergrund2000 Prof Sir John Krebs (Chairman UK Food Standards Agency)
behaupted in einem BBC’s Countryfile Interview: "They (= Konsumenten) are not getting value for money, in my opinion and in the opinion of the Food Standards Agency, if they think they're buying food with extra nutritional quality or extra safety.”
(http://news.bbc.co.uk/1/hi/health/906530.stm )
2007 Die UK Food Standards Agency (FSA) beauftrag t/finanziert eineLiteratur/Metastudie die untersuchen soll ob es Untersch iedezwischen biologischen in konventionallen Lebensmitteln gibt! � Die UK Soil Association gab der FSA den Rat noch 2-3 Jahre mit
the Metastudie zu warten damit the Ergebnissen von mehrer engroßen Studien, die zu der Zeit liefen aber noch nicht verö ffentlichthatten (e.g. das EU-QualityLowInputFood Projekt), mit in die Metastudie einbezogen werden könnten.
� Die FSA lehnte den Vorschlag ohne Begründung ab, FSA Be amtegaben aber später zu das Sie unter Druck (von Wem sagten Sienicht) die Studie sofort anzufangen.
� Ein Team unter der Leitung von Dr Alan Dangour im Department of Epidemiology and Population Health in der London School of Hygiene & Tropical Medicine wird von the FSA beauftragt die Studie durchzuführen.
Hintergrund2009 Die FSA-sponsored Meta-studie wird veröffentlicht
mit der folgenden Hauptschlußfolgerung
“… there is no evidence of a difference in nutrient quality between organically and conventionally produced foo dstuffs.” “… es gibt keine Beweise für Qualitätsunterschiede zwische nbiologischen und konventionellen Lebenmitteln.” ”
Dangour, A.D. et al. 2009 Nutritional quality of organic foods: a systematic review. American Journal of Clinical Nutrition, 90, 680-685.� Die database mit den Rohdaten wird nicht von den
Autoren oder der FSA veröffentlicht
.
Hintergrund2010 Der Sheepdrove Trust finanziert/unterstützt ein
internationales Team von Wissenschaftlern unter der Le itungvon Newcastle University die Meta-studie zu untersuche n und wenn nötig zu wiederholen
2011 Die Rohdaten der Dangour et al. (2009) Meta-stu die werden von der FSA zur Verfügung gestellt (nach mehreren Anfragen der Soil Association)
Es wird klar das Dangour et al.: � viele Veröffentlichungen mit relevanten Daten (approx. 5 0%) nicht
gefunden haben� viele Veröffentlichungen mit relevanten Daten, die Sie f anden,
nicht benutzten weil:1. das organische System biodynamisch war2. sie keine Englische Zusammenfassung hatten3. in Feldversuchen die organischen Parzellen nicht zertif iziert
waren� Daten von nur 46 Veröffentlichungen in Ihrer Meta-analy se benutzten
Haben Unterschiede in der Zusammensetzung von biologischen und konventionellen Nahrungs-mittels eine Wirkung auf die Tierphysiologie
Ernährungsinterventionsstudien mit Ratten ;Auswirkungen von pflanzlichen Nahrungsmitteln ( Weizen, Kartoffeln, Zwiebeln und Karotten von den unterschied lichbehandelten Parzellen der Nafferton Langzeitversuche ) auf
die Physiologie von Ratten.
Ergebnisse zeigen signifikante Unterschiede in Hormonkonzentrationen , Reaktion des Immunsystemsund anderen physiologischen Parametern
Średnicka-Tober, D., Barański, M., Gromadzka-Ostrowska, J., Skwarło-Sonta, K., Rembiałkowska, E., Hajslova, J., Schuzova, V., Ҫakmak, I., Öztürk, L., Królikowski, T., Wiśniewska, K., Hallmann, E., Baca, E., Eyre, M., Steinshamn, H., Jordon, T. and Leifert, C. (2013)
Effect of crop protection and fertilisation regimes used
in organic and conventional production systems on
feed composition and physiological parameters in rats
Journal of Agricultural and Food Chemistry
61, 1017-1029
Zusammensetzung des
Rattenfutters(hergestellt mit Nutzpflanzen die in den
Nafferton faktoriellen Experimente
geerntet wurden)
Konponente % Trockengewicht
Nutzpflanzen
Weizen 54.5
Kartoffeln 10.2
Karotten 3.9
Zwiebeln 1.0
Nahrungsergänzung
Lactalbumin 6.8
Kasein 11.0
Rapsöl 5.8
Mineralien/Vitamine 6.8
OF CF OF CF Biologischer konventioneller
Pflanzenschutz Pflanzenschutz
(- Pesticides) (+ Pesticides)
OF, biologische Düngung (+ Kuhmistkompost)
CF, konventionelle Dünung (+ NPK)
CPxF interaction (P=0.018)
CPxF interaction (P<0.001)
CPxF interaction
(P<0.001)
Effekt von Düngung auf den Protein- und
Cadmiumgehalt des Rattenfutters
0
5
10
15
20
25
Konventionell(+NPK)
Biologisch(+Kompost)
0
10
20
30
40
50
Konventionell(+ NPK)
Biologisch(+Kompost)
Düngung
% Frischgewicht
P<0.001 P<0.001
µg kg -1
Frischgewicht
Protein Cadmium
Düngung
Effekt von Pflanzenschutz and Düngung auf physiologische
Parameter in Ratten
Haupteffekt (p-value) Interaction
Physiologische Düngung Pflanzenschutz FM x CP
Parameter (FM) (CP) (p-value) .
Hämoglobin NS NS 0.040
Anzahl der weißen Blutkörperchen 0.002� NS NS
Glucose <0.001� NS NS
Plasma Hormone
Leptin 0.006� NS 0.002
insulinähnlicher Wachstumsfaktor <0.001� NS 0.002
Corticosteron 0.004� NS NS
Testosteron <0.001� NS NS
Immunsystemreaktion
Lymphozytenproliferation
- spontan <0.001� NS <0.001
- concanavalin A-stimuliert <0.001� NS 0.048
�, niedriger oder �, höher, wenn Rattenfutter benutzt wurde, das mit biologischerDüngung hergestellt worden war
RDA-results – Assoziation zwischen Futterzusammensetzung (drivers), und
Hormonkonzentrationen and anderen physiologischen Parametern (response variables)
POL, Polyphenole (F=51; P=0.002)
TEAC, antioxidant Aktivität (F=13; P=0.002)LUT, Lutein (F=7; P=0.004)BCA, β-Carotin (F=6; P=0.02)FLA, Flavonole, (F=4; P=0.03)PRO, Protein, (F=5; P=0.03)
Strong feed composition drivers
Hormonkonzentrationents, Testosteron
igf, insulinähnlicher Wachstumsfaktor
cs, corticosterone
lep, leptin
gh, Wachstumshormon
� ts
� igf
� lep
gh �
� cs
1.2%
73%
Physiologische Parameterdm, Trockengewicht
pr, Proteingehalt
fat, Fettgehalt
fcr, Futterverwertung
twg, Gesamtgewichtszunahme
Schlussfolgerungen- Die Produktivität der Landwirtschaft wird immer
mehr von nicht-erneurerbaren Resourcenabhängig
- besonderst Stickstoffdünger/Energie, Mineralien(z.B. P, K), Wasser, Pestizide/Energie
- Die Verwendung von diesen Resources (z.B . Mineralstoffdünger, Pestizides) hat nicht nurdie Nachhaltigkeit der Landwirtschaft , sondern auch die Lebenmittelqualitätnegativ beeinflußt
Acknowledgements
The authors are grateful to the
• the European Community for funding under the
– FP6 Integrated Project QualityLowInputFood ,
– FP7 Collaborative RTD project NUE-crops
and
• the Sheepdrove Trust for funding to carry out the meta-analyses of data on composition of organic and conventional foods
The authors thank
• Lord Peter Melchett (Policy Director of the Soil Association,
• Prof Juha Helenius (Prof of Agroecology, University of Helsinki) and
• Teresa Jordon (NEFG office manager, Newcastle University)
for critically reviewing/editing the manuscript
Reaktion zur Newcastle Meta -studie
� Starkes Medien Interesse – meist sehr objective Beschreibung der Hauptresultate; für mehrInformationen: http://research.ncl.ac.uk/nefg/QOF
� Hauptkritikpunkte:1. Das beweist aber nicht das man gesünder
ist wenn man biologische Lebensmittelkonsumiert
2. Die Bio -Landwirtschaft aber niedrigereErträge und kann deshalb nicht die Welternährung sicherstellen
Contents
1. Hintergrund zur Metastudie2. Meta-studie (Baranki et al. 2014) und QLIF-Feldv ersuche
Methoden – systematische Literatursuche und “Meta-analyse”Haupt- (primär-) Ergebnisse: Biologische Lebensmittel pflanzlicher Herkunft haben:� Höhere Antioxidantienkonzentrationen/aktivität Warum ?� Niedrigere Konzentrationen von Cadmium (Cd) Warum ?� Weniger häufig Pestizidrückstände Warum ?
3. Kohortenstudie aus Norwegen; Hauptergebnis: � Bio-Gemüse erniedrigt das Risiko von “Pre-ecampsia”?
4. Nachhaltigkeit in the konventionellen und biolog ische Landwirtschaft5. Schußfolgerung
� Mineralstoffdünger- und Pestizid- Einsatz reduzieren die Nachhaltigkeit der Landwirtschaft und Lebensmittelqua lität
� “Ein gesunder Boden, ergibt gesunden Nutzpflanzen und Tiere,
und resultiert in gesunden Lebensmitteln and gesunden Menschen”
Gibt es Studien die Effekte von biologischeNahrungsmittels auf die Gesundheit
untersucht haben ?
� bis for Kurzen gab es keine Kohorten- oder diätetischeInterventionstudien, in denen die Gesundheit von Konsumenten biologischer und konventionellerNahrungsmittel verglichen wurde
� solche Studien sind sehr teuer� for Kurzen ist eine Kohortenstudie veröffentlicht worden,
die andeuted das der Verzehr von biologischen Gemüsewährend der Schangerschaft das Präeklampsierisiko (“pre-eclampsia risk”) verringert
Hanne Torjusen, Anne Lise Brantsæter, Margareta Haugen, Jan Alexander, Leiv S Bakketeig, Geir Lieblein, Hein Stigum, TormodNæs, Jackie Swartz, Gerd Holmboe-Ottesen, Gun Roos, HelleMargrete Meltzer
Reduced risk of pre-eclampsia with organic vegetable
consumption: results from the prospective Norwegian
Mother and Child Cohort Study
British Medical Journal (BMJ) Open 2014
doi 10.1136/bmjopen-2014-006143
Was ist Präeklampsie ?
� Präeklampsie bezeichnet eine hypersensive Erkrankung während der Schangerschaft den ersten Wochen nach der Entbindung
� Leitsymptome sind Hypertonie (erhöhter Blutdruck) und der Proteinurie (Eiweiß im Urin) und Ödeme (Wassereinlagerungen).
� Andere Symptome sind endotheliale Dysfunktion und oxidativer Stress
� Präeklampsie ist ein Hauptgrund mütterlicher und perinataler Krankhaftigkeit und Sterblichkeitweltweit, und tritt bei 2-8% von Schangerschaftenauf
Niemals/selten n=18681
Manchmal n= 7560
Oft biologisch n= 1525
Fast nur biologisch n= 426
Assoziation zwischen gemeldeten Konsum von biologischen Gemüse und
Präeklamsie in 28 192 schwangeren Frauen in der Norwegischen Mutter
und Kind Kohortenstudie 2002-2008
Why could there be a link between organic veg
consumption and pre-eclampsia incidence?
Das Norwegische Team macht die folgendeSchlußfolgerung: “Mögliche Erklärungen für die Assoziation zwischen Präek lamsieund dem Konsum von biologischen Gemüse könnten sein das Biologisches Gemüse eine veränderte Aussätzung von Pesti zidenund sekundärer Pflanzeninhaldsstoffen (z.B. Antioxidantien)verursacht oder die Komposition der Darmflora beinflußt . “Possible explanations for the association between pre-eclampsia and use of organic vegetables could be that organic vegetables may change exposure to pesticides” and “secondary metabolites and/or infuence the composition of the gut microflor a”
Contents
1. Hintergrund zur Metastudie2. Meta-studie (Baranki et al. 2014) und QLIF-Feldv ersuche
Methoden – systematische Literatursuche und “Meta-analyse”Haupt- (primär-) Ergebnisse: Biologische Lebensmittel pflanzlicher Herkunft haben:� Höhere Antioxidantienkonzentrationen/aktivität Warum ?� Niedrigere Konzentrationen von Cadmium (Cd) Warum ?� Weniger häufig Pestizidrückstände Warum ?
3. Kohortenstudie aus Norwegen; Hauptergebnis: � Bio-Gemüse erniedrigt das Risiko von “Pre-ecampsia”?
4. Nachhaltigkeit in the konventionellen und biolog ische Landwirtschaft5. Schußfolgerung
� Mineralstoffdünger- und Pestizid- Einsatz reduzieren die Nachhaltigkeit der Landwirtschaft und Lebensmittelqua lität
� “Ein gesunder Boden, ergibt gesunden Nutzpflanzen und Tiere,
und resultiert in gesunden Lebensmitteln and gesunden Menschen”
Kann die biologische Landwirtschaft die Welternährung sicherstellen ?
Die konventionelle Landwirtschaft kann es sicher nicht!
How can we produce enough food of high quality for 9 billion people in a sustainable way?
Can conventional farming deliver food security?
• High yields in conventional systems rely on mineral NPK fertiliser inputs and are not sustainable– Mineral N-fertiliser manufacture is estimated to account
for 10% of total greenhouse gas emissions from agriculture – Mineral P-deposits may be depleted in 30-100 (300?)
years
• Without mineral P-inputs, yields in conventional farming will decline by more than 50%
• In the future mineral fertilisers will need to be replaced by – organic fertilisers made from both agricultural and
domestic/communal organic waste (= recycling of NPK)– the use of legume crops to increase N-inputs into soils
• Currently mineral NPK fertilisers are still too che ap– BUT mineral fertiliser prices have increased by mor e
than 8-fold in the last 10 years
Energy use – CO2 emissions
Mineral N-Fertiliser• 1 kg Nitrogen-fertiliser = 36,000kJ = 1 L fuel
• 1 kg nitrogen fertiliser (NH3NO3) results in
= 2.38 kg CO2 (equivalents of CO2, CH4 and N2O)
• UK Farm level = 100 ha cereals x 200 kg N/ha/annum
= 20,000 Litre fuel used
= 47,600 kg CO2 into the atmosphere
• European level = 11 Million t N/annum*
= 11,000 Million Litre fuel used
* Fertiliser Europe (2009) Annual Forecast 2009. www.fertilizereurope.com
Global Phosphorus use and reserves
Will it be possible to increase yields in
conventional farming ?
Rothamsted Research, BBSRC Institute, UKTarget: 20 t ha -1 for wheat in UK by 2020 Methods: GMO -technology + more agrochemicals
Total global use of nitrogen, phosphorus and area of
irrigated land
Tillman et al. (2002) Nature 418, 671-677
2.8Global cereal 2.4Yieldt ha-1 2.0
1.6
1.2
N-efficiency of cerealProduction(t cereal/ t fertiliser)
Diminishing returnsof fertiliserapplications
Tillman et al. (2002) Nature 418, 671-677
80
60
40
20
1960 1970 1980 1990 2000
What are the solutions?The main approaches available are:
1. More efficient recycling of NPK via
� animal and green manures,
� crop residues, food processing waste
� communal and domestic organic waste
� human toilet waste/sewage
2. Reduction of losses of fertiliser from soils
3. Breeding/selection of more nutrient (especially N and
P) efficient crop varieties
4. Diet change (less meat, dairy products and eggs in the
human diet)
We need to extensify animal production!!!!!
Amount of cereal (corn-equivalents)
necessary to produce 1 kg of livestock products
Can organic farming deliver food security?
• Crop yields in organic farming systems are lower – by up to 40% in arable crops such as cereals/potato– yields in many horticultural crops are only slightly lower
• There is great potential to increase yields in organic farming systems by optimising/increasing organic fertiliser inputs regimes– Evidence from long term trials in China suggest that when
used at the same mineral input level, mineral and organic fertilisers (e.g. manure) will produce similar yields
• There is increasing amount of organic waste !!!!! • Need to integrate better soil management with
innovations in other areas (e.g. breeding, crop protection, tillage)
Barriers for “eco -functional intensification”
• Organic standards/legislation which– restrict “imports” of fertility (principle of on-farm
sustainability)– prohibit the use of certain organic wastes (night soil,
sewage, animal processing waste) as fertiliser
• Environmental legislations which– restricts organic fertiliser inputs to 170 kg N ha -1 annum -1
although the nitrate leaching and P-run-off risk differ greatly between organic fertilisers
Issue associated with the “eco -functional intensification” of organic crop production
• Food safety – Is there an increased risk from food pathogen, heavy metals,
other pollutants when using organic waste based fertilisers?
• Crop health and nutritional quality – will pest, disease and weed pressure increase?– will the nutritional value of crops decrease?
• Environmental impact– Will nitrate leaching and P run-off increase?– Will greenhouse gas emissions from fertiliser inputs increase?
• Consumer perceptions – will organic consumers accept the use of night soil/sewage
based fertilisers?
Conclusions- agricultural productivity has become
dependent on external inputs that are non -renewable and increasingly scarce
- this includes N -fertilisers/energy, minerals (e.g. P, K), water inputs
- some inputs (N, P, pesticides) have not only reduced the sustainability of food production (mineral N and P fertilisers and pesticides), but also food quality
Thank you
AntioxidantsEffect of an increasingevidence base on the results of the weighted meta-analysis(standardised mean difference)
No difference line �Organic the higher than conventional �
Explanatory assessment – cadmium concentrations
in different crop types
-300
-250
-200
-150
-100
-50
0
50
100
fruit veg. cereals
MPD
(%)
ns
*** = P<0.001
** = P<0.01
* = P<0.05
T = 0.1>P>0.05
ns = not significant
*****T
n=4
n=10
n=34 n=17n=8n=4
Explanatory assessment – protein concentrations- significant differences were detected in cereals,
but not fruit and vegetable
-30
-20
-10
0
all data fruits veg cereal
mean%
Difference(MPD)
n= 8
7
n= 2
6
n= 7 n=
8
n= 3
4
n= 1
5
n= 4
3
** ***ns ******
*** = P<0.001** = P<0.01
* = P<0.05ns = not significant
nsns
Energy requirement in agricultural system (world av erage) in KJ/kg
Nitrogen Phosphate Potash
Production 69,530 7,700 6,400
Packaging 2,600 2,600 1,800
Transportation 4,500 5,700 4,600
Application 1,600 1,500 1,000
Total 78,230 17,500 13,800
(Gellings and Parmenter 2004)
Relative Energy, fertiliser, mineral and agricultural
commodity costs (2000-2008)
(Source: Piesse and Thirtle, 2009)
• The FSA commissioned study by Dangour et al. (2009)
- only carried out unweighted meta-analyses (UMA)
- MORE THAN HALF the studies included in the UMA did not report
• measures of variation (SE or STD) and/or replication (n)
- EXCLUDED many studies based on dubious “quality” criteria
• 1.
Comparison to results by Dangour et al. 2009
Comparison to results by Dangour et al. 2009
-60
-40
-20
0
20
40
60
phenoliccompounds
flavonoids (total) cadmium
UMA (Dangour et al. 2009) selectiveUMA (Dangour et al. 2009) all dataWMA (Baranski et al. 2014)WMA on Dangour et al. all data
MPD
(%)
- 120
NP NA
**
*
***
** *ns
ns
80 164 58 16 48 158 8 29 9
� Dangour et al. DID NOT CARRY OUT (or report) analyses on many important parameters (e.g. antixidant activitiy, many antioxidant groups and Cd )� although there were sufficient data to do so
� Dangour et al. ONLY reported results from unweighted meta-analyses (UMA)� MORE THAN HALF the studies included in UMA did not
report measures of variation (SE or STD)
� Dangour et al. EXCLUDED many studies based on questionable “quality” criteria; e.g. excluded were:1. Studies which did not have an English abstract2. Comparisons were the organic treatments was biody namic3. Experimental studies where the land used for orga nic
treatments was not “certified organic”
Comparison to the methods used in the
FSA-commissioned study by Dangour et al. 2009