土壤干旱化、降水和婴儿健康：来自非洲的证据

《Global Environmental Change》：Soil aridification, precipitation, and infant health: Evidence from Africa

　　

• 土壤干旱抵消了降雨对撒哈拉以南非洲儿童健康的益处
• 高潜在蒸散加剧婴儿死亡率和出生结果恶化
• 农业是连接干旱与儿童健康的关键传导渠道

引言

气候变化已成为影响全球经济和社会的重要因素，然而，尤其是中低收入国家的儿童承受了不成比例的影响负担（Lanfredi 等，2022；Cattaneo 和 Foreman，2023；Burke 等，2015；Helldén 等，2021）。新生儿和婴儿是最脆弱的人群。他们独特的生理特征——包括尚在发育中的免疫系统和体温调节系统、较高的代谢率以及更大的体表面积与体重之比——使其对热应激、营养不良和传染病高度敏感。此外，他们完全依赖照护者，这意味着任何由气候变化引发的对其父母生计、健康或心理健康的冲击都会直接传递给他们，从而加剧其脆弱性（Chersich 等，2018）。

气候压力可以通过多种气象条件表现出来。大量跨学科的文献——涵盖经济学、地理学和公共卫生领域——已证实温度与降水的离散变化与人类福祉之间存在关联（Dell 等，2008；Dell 等，2012；Zhang 等，2017；Peri 和 Sasahara，2019；Grace 等，2015）。学者们广泛利用带有地理定位的家庭调查数据结合遥感气候学，记录了降水变化如何影响发展中国家出生体重、儿童营养和死亡率（Maccini 和 Yang，2009；Kudamatsu 等，2012；Thiede 和 Strube，2020；Anttila-Hughes 等，2021；Brown 等，2014；Grace 等，2015）。例如，Grace 等（2015）和 Brown 等（2014）表明，妊娠期间当地降水和温度的变化能显著预测撒哈拉以南非洲的出生结果。同样，近期研究已将极端高温暴露与城市人口风险（Tuholske 等，2021）及儿童营养不良（Blom 等，2022）联系起来，而其他研究则探讨了气候如何显著降低受孕概率（Billingsley 等，2025）。

然而，仅依赖降水量和气温的模型往往忽视了农业生产和人类生存的一个关键决定因素：土壤保持的水分。相同的降雨输入，由于当地蒸散条件的不同，可以转化为截然不同的可利用水量。反过来，土壤水分供给维持着农业、补充饮用水源，从而支撑社区健康。尽管其理论重要性毋庸置疑，但土壤干旱和干旱化——即在更热、更干燥条件下土壤水分供给的缓慢而持续的下降——在气候与健康实证文献中仍相对缺乏探索。

本文致力于弥补这一空白，通过证明土壤水分可用性比单纯的降水量更能预测儿童健康。我们展示，将更精确的土壤干旱指标——即潜在蒸散量（PET）、干旱指数（AI）和土壤表层湿度（SSM）——纳入包含常规气候变量（如降水和气温）的实证气候-健康模型，可以捕捉到更广泛的水文气候压力维度。在此基础上，我们检验了土壤水分可用性是否与常用气候指标一样影响新生儿健康的假设，并提供了排除干旱指标后模型无法捕捉气候变化所致健康风险全貌的证据。

土壤水资源对儿童健康潜在影响的基础在于"胎儿起源假说"，该假说认为妊娠期间和生命最初几个月的冲击会对健康和人力资本产生持久影响（Percoco，2013）。大量研究表明，产前逆境——包括母亲营养不良、微量营养素缺乏、传染病和心理压力——会对出生结果造成因果性损害，并在身体健康、认知和社会经济成就方面产生长期赤字（Almond 和 Currie，2011；Currie 和 Rossin-Slater，2015；Nelson，2010；Percoco，2013；Almond 等，2012；Currie，2011；Johnson 和 Schoeni，2011）。在这一框架下，土壤干旱可能通过多条相互关联的路径影响儿童健康。最直接的是，土壤湿度的持续下降损害农业生产力，降低产量，减少主食作物的营养质量，并引发收入损失、食品价格冲击以及母亲和婴儿的慢性营养不良（Mendelsohn 和 Dinar，2003；Mendelsohn，2009；Malpede 和 Percoco，2023）。这些风险在非洲尤为严重，因为农业仍然是国内生产总值和居民生计的核心（Diao 等，2007）。干旱化还通过改变疟疾等媒介传播病原体的动态重塑当地疾病生态，并随着水源缩小和污染物浓缩而增加霍乱等水源性疾病的发病率（Caminade 等，2019）。最后，土地和生计的退化可能导致人口迁移并加剧对稀缺资源的竞争，从而加剧冲突，使儿童和照护者面临流离失所、创伤和社会支持系统弱化的困境（Black 等，2011；Harari 和 Ferrara，2018；Crandon 等，2022；Vergunst 和 Berry，2022）。

为了量化土壤水分可用性动态的重要性，我们首先采用 PET——一种经过广泛验证且具有物理基础的干旱指标，它综合了温度、太阳辐射、风速和湿度的共同效应（Allen 等，1998；Rind 等，1990；Cherlet 等，2018）。与仅衡量水分输入的简单降雨数据不同，PET 反映了大气"口渴"程度，即其通过土壤蒸发和植物蒸腾从地表提取水分的能力。正如政府间气候变化专门委员会（IPCC）所承认的，降水与 PET 之间日益失衡正在推动干旱化成为全球重大挑战。因此，PET 比单独的降水或气温提供了更全面、更具政策意义的真实水压力指标，能够更准确地评估气候变化影响人类福祉的机制。

为了研究降水和土壤水分可用性的联合影响，我们使用了四期人口与健康调查（DHS）的地理定位数据。我们汇编了 1992 年至 2019 年间 33 个国家妇女和儿童的信息。我们重点关注 DHS 中衡量儿童健康的若干变量：儿童死亡率、调查时的身体质量指数（BMI），以及五岁以下儿童的出生体型。这些结果作为婴儿健康的代理变量，进而反映当地经济福祉（Aber 等，1997；Benshaul-Tolonen，2018）。第一，与经济学和地理学领域的先前的研究一致（Kudamatsu 等，2012；Grace 等，2015），我们发现单独降水量通常与儿童健康改善相关。然而，我们还发现，在降水量中加入土壤干旱指标可以比仅基于降雨的设定更好地识别与儿童健康结果相关的水文气候条件。特别是，在高 PET 地区（即大气对水分需求较高的地区），五岁前死亡的儿童更有可能死亡，出生时体型更小，且 BMI 值系统性偏低。这种关系是非线性的，儿童健康风险在 PET 极高时急剧上升。此外，忽略 PET 会使降雨的估计效益产生向上的偏差：一旦考虑大气水分需求，降水的正面影响就会部分减弱。这一结果通过土壤湿度指数（SMI）得到进一步证实——该指数整合了降水和土壤水分保持（例如 AI 和 SSM）——所有模型均显示 SMI 对儿童福祉具有显著且统计显著的影响，这与这些指标捕捉到降水本身无法充分反映的水文气候压力维度的解释一致。第三，我们发现令人信服的证据表明农业是连接土壤干旱与健康的关键渠道。利用这些地区的农作物生产和产量数据，我们表明降水和 PET 对农业生产力产生相互抵消的影响：降雨增加提高产量，而 PET 增加则降低产量，侵蚀了额外降雨的效益。在不利于农业占比更高以及依赖耗水作物的国家的地区，不利影响最为严重。相比之下，土壤干旱的影响在城乡社区之间似乎相似，尽管这可能反映了各国对农村环境定义方式的差异。最后，我们考察了迁移问题，并表明所记录的影响不能仅归因于选择性迁移反应。

我们的发现具有多项政策含义，包括水资源管理和土壤质量对人口健康——尤其是幼儿——的重要性。改善灌溉、作物多样化以及可持续土壤管理等措施可以产生超出农业产量的效益。此外，针对干旱地区家庭的定向社会保护计划，特别是支持孕妇和幼儿，可能有助于减轻土壤干旱加剧的不利影响。

我们的研究为关于气候与人类福祉关系的广泛跨学科讨论作出了贡献。我们丰富了关于降水和气温在生育和早期生命阶段对健康影响的研究讨论（Kudamatsu 等，2012；Le 和 Nguyen，2021；Sivadasan 和 Xu，2021；Ponnusamy，2022；Grace 等，2015；Brown 等，2014）。此外，鉴于降雨与多种社会经济结果相关（Rose，1999；Maccini 和 Yang，2009；Barrios 等，2010；Brückner 和 Ciccone，2011；Bj?rkman-Nyqvist，2013；Rocha 和 Soares，2015），本文关于降雨冲击响应异质性的文献（Sarsons，2015；Damania，2020；Mary，2022）以及更广泛的意外天气事件文献（Burgess 和 Donaldson，2010；Dell 等，2014）提供了新的视角。鉴于气候变化对全球降水模式影响的不确定性，最初理论化的"湿者更湿、干者更干"响应（Held 和 Soden，2006）正失去共识，转而支持高纬度和中纬度地区降水增加、亚热带地区无明显下降（Kirtman 等，2013；Donat 等，2016）以及全球总体增加（Cherlet 等，2018）的预测（见图 1）。本文还为关于气候变化对中低收入国家当前和未来影响提供了新证据，讨论了气候因素、土壤干旱与儿童健康之间的关系（Rabassa 等，2014；Bharadwaj 等，2020；Emediegwu 等，2022；Randell 等，2021；Billingsley 等，2025）。

本文其余部分组织如下：第 2 节介绍数据。第 3 节提出研究天气条件对儿童健康影响的研究设计。第 4 节讨论主要发现并进行异质性分析。第 5 节讨论结果及其背后潜在的传导渠道。最后，第 6 节进行总结。

气候与土壤干旱的度量

本文研究降水和土壤水分对一组婴儿健康指标的直接影响及其两者之间的联系。为进行这一实证评估，我们从 CRU TS4.04 数据集中收集数据，该数据集包含 1901 年至 2019 年间气候逐月变化的时间序列，以高分辨率（0.5°经度 × 0.5°纬度）网格提供。

方法论

我们从线性固定效应面板数据模型开始，利用各网格年度天气条件的变化来识别降水和 PET 对婴儿健康指标的影响。我们使用 DHS 组装了一个非平衡面板数据集，以比较 PET 和降水的冲击影响。估计的方程如下：

$$Y_{i,m,q,c,t}^{*} = \sum_{r=0}^{1} \beta_{1,r} PRE_{c,t-r}^{g} + \sum_{r=0}^{1} \beta_{2,r} PET_{c,t-r}^{g} + \rho X_{i,m,c} + \sigma \cdot trend + \phi_{q,t} + \epsilon_{i,m,q,c,t}^{*}$$

其中，$Y_{i,m,q,c,t}^{*}$ 表示由……出生的儿童 $i$ 的婴儿健康度量指标

结果

表 3 报告了方程（1）中降水和 PET 影响的标准化估计值。与前一节类似，在面板 A 中，天气变量基于整个参考年度计算，而在面板 B 中，则基于相应生长季计算。为便于两个关键回归变量之间进行直观比较，PET 和降水变量使用全样本进行标准化。

讨论

本文呈现的证据为气候因素与婴儿健康之间的关系提供了独特见解，完善了我们对天气冲击如何转化为人类福利的既有理解。首先也是最重要的，我们表明仅依赖降水作为水资源可用性的代理变量会提供不完整的画面。正如我们的结果所显示的，在将气候与儿童死亡率及人体测量指标联系起来的实证模型中加入 PET，使这一关系的表征更加精细化……

结论

在本文中，我们研究了降水和土壤水分保持能力对撒哈拉以南非洲儿童健康的联合影响。

我们通过证明包含土壤干旱指标（如PET和SMI）的模型能够比仅依赖降水的模型显著更多地捕捉儿童死亡率和健康状况的变化，从而对现有文献做出贡献。我们发现土壤蒸散发对婴儿健康产生稳健的负面影响，降低了出生时的体格大小和BMI，同时……CRediT作者贡献声明：Jacopo Lunghi：写作——审阅与编辑，写作——初稿，方法论，调查，形式分析，数据整理，概念化。Maurizio Malpede：写作——审阅与编辑，概念化。Marco Percoco：写作——审阅与编辑，概念化。利益冲突声明：作者声明他们没有已知的竞争性经济利益或个人关系可能会影响本文所报告的工作。Jacopo Lunghi | Maurizio Malpede | Marco Percoco