养活100亿人口：在更少的土地上提供更多的食物

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更新于: 2020年12月14日13:28:20 GMT

到2050年，我们的人口预计将达到97亿，我们将占用更多的土地，需要更多的粮食。然而，正如我们在上一章中看到的，为农业开垦土地对环境有重大影响。为了可持续地养活我们不断增长的人口，我们需要在每单位土地上生产更多的粮食。这意味着增加农作物产量。

Image of 增加作物产量 — 增加作物产量

作物产量描述的是从给定的土地上收获的作物数量。如今，农作物产量通常只有它实际可以达成量的20-80%之间。这种产量差距在发展中国家尤为显着，这使它们成为我们努力提高全球作物产量的重要场所。

在这一章中，我们将研究导致作物低产的因素 - 如天气、植物健康，和土壤质量，然后看看我们能做些什么来解决这些问题。

第一个问题：天气和气候

植物需要光和二氧化碳来制造食物（在一个叫做光合作用的过程中）。但对作物产量的最大限制来自于温度和水的可利用性。

没有水，植物就难以制造食物和获取营养素。植物也利用水来保持自身的凉爽，所以在更高的温度下需要更多的水。

Image of 植物为什么需要水 — 植物为什么需要水

气候变化预计会使许多地区的气温升高，减少水资源的供应，从而对农作物产量造成毁灭性的损失。

第二个问题：病虫害，杂草，和疾病

在全球范围内，20-40%的农作物因病虫害，杂草，和疾病而损失。气候变化和许多农民使用的集约种植制度都可能增加这些损失。

然而，这种单一栽培方式也更容易受到病虫害的侵袭：如果害虫进化出对单一植物防御能力的抵抗力，整个田地都可能被消灭！

对作物产量最严重的生物威胁是杂草。如果没有保护作物，光是杂草就会导致32%的产量损失。

Image of 杂草是农作物最大的生物威胁 — 杂草是农作物最大的生物威胁

杂草控制，如除草剂和耕作，可以防止超过三分之二的损失。然而，过度使用除草剂会促使杂草产生抗药性，而通过耕作对杂草进行清除会导致土壤退化。

第三个问题：土壤退化

氮、磷和钾是支持植物生长的三种最重要的营养素。任何一种元素的短缺都会极大地限制农作物的产量。

Image of 植物营养的重要元素 — 植物营养的重要元素

到目前为止，我们讨论了三个问题—土壤质量，害虫，和气候—会显著降低作物产量。那么，我们能做些什么来解决这些问题呢？

第一个解决方案：改善土壤质量

土壤中所有的生物物质，不管是活的还是死的，都叫做 有机物 。

增加土壤有机物是提高土壤质量的关键方案 。为何呢？

当土壤微生物分解死的生物体时，营养物质被释放到土壤中。
土壤微生物与植物害虫竞争，也能提高植物抵御疾病的能力。
增加的土壤有机质增加了土壤中可储存的碳量。
土壤有机质将土壤结合在一起，提高土壤的保水能力，降低土壤侵蚀的风险。

Image of 土壤有机物的好处 — 土壤有机物的好处

当土壤裸露时，会通过蒸发损失更多的水分，也更容易被风和雨冲走。裸露的土壤也更容易受到杂草的侵袭。快速生长的“覆盖作物”，如黑麦和荞麦，可以用来与杂草竞争，保护土壤。

或者，可以添加有机覆盖物，如稻草，以保护土壤表面。这叫做覆盖。

更有效的浇水将进一步减少土壤退化，并使得用更少的水生产更多的作物。

第二个解决方案：农业生态学

在自然系统中，随着植物的生长和死亡，养分在植物和土壤之间循环。

Image of 自然营养循环 — 自然营养循环

当我们耕种土地时，这些循环就被打破了，因为植物在将养分返回土壤之前就被收割了。

Image of 农业系统中的养分流动 — 农业系统中的养分流动

农业生态学是一种试图模仿这些自然循环的农业策略。通过利用植物、动物及其环境之间的关系，农业生态系统最大限度地减少了对外部投入的需求，提高了它们的生产力和可持续性，同时减少了污染和浪费。

不同的作物需要不同量度的养分。因此，在同一土壤上种植不同的作物，一起或轮作，可以有效地利用一切可用的养分，而不会耗尽它们。

Image of 轮作与间作 — 轮作与间作

间作也能增加农业系统的多样性。更加多样化的系统更能应对自然和经济冲击。

让我们看看这样一个系统的例子。在农林业中，作物（有时还有牲畜）与树木一起种植在同一块土地上。

那么，这有什么了不起的呢？

Image of 农林业 — 农林业

树木本身在木材和树根中储存了大量的碳。更重要的是，通过提高土壤质量，它们也提高了从大气中吸收二氧化碳的能力！

当不同的作物在同一块土地上种植时，病虫害对作物的损害就越小。

一些植物可以通过化学信号来保护作物免受害虫的侵害。这真的可以创造奇迹。在非洲东部和南部，茎瘤毛虫导致玉米减产高达80%！

茎瘤成虫蛾会在玉米上产卵。不过，它们更喜欢把卵产在象草上。因此，如果沿着田地的边界种植象草，它们就会被“拉”离作物。

Image of 拉 — 拉

相比之下，一种名为银叶山蚂蝗的植物产生的化学物质可以赶走飞蛾。它还保护作物免受寄生杂草的侵害。

Image of 推 — 推

当这些植物被一起使用时，它们能产生一种强大的“推拉”防御能力，既能抵御昆虫也能抵御杂草：

Image of 推拉技术 — 推拉技术

除了保护农作物外，山蚂蝗属是一类能够向土壤中添加氮的植物。这些植物（也包括豌豆和豆类）与生活在它们根部的某种细菌有着特殊的关系。这些细菌从大气中捕获氮并将其提供给植物以换取食物。一部分氮最终进入周围的土壤。因此，轮作或与其他作物联合种植可恢复土壤中的氮并减少对肥料的需求。

第三个解决方案：精准农业

Image of 精准农业 — 精准农业

在同一块土地上，土壤质量在空间上和季节上都有很大的变化 . 精确农业涉及使用技术来测量这种变化并进行调整。通过使用特定地点的感应和取样，可以优化水、肥料、和杀虫剂的使用，以最大限度地提高作物产量，同时尽量减少浪费。

精准农业降低了农业的经济和环境成本。如何做到呢？

它避免了不必要的一氧化二氮排放和肥料使用效率低下而造成的营养污染（看上一章）。
如果只把水抽到干渴的植物身上，就需要更少的能量。
它减少了过量杀虫剂的积累，最大限度地降低了害虫产生抗性的风险，并限制了这些毒物向当地生态系统的泄漏。

安装在拖拉机上的传感器和扫描仪可以监测植物的健康和营养状况，而无人机可以在田间上空飞行，查看有没有杂草和其他害虫。

人工智能和全球定位系统可用于优化拖拉机路线，从而最大限度地减少土壤压实，并尽可能降低燃油消耗。

事实上，拖拉机的使用完全可以避免！自主机器人已经被开发出来，可以直接在需要的地方施用化肥和杀虫剂。使用这些机器人可以降低劳动力成本、土壤压实、和二氧化碳排放。

机器人也可以用于非化学除草。例如，杂草可以用电除草，而不需要化学除草剂。

Image of 非化学除草机器人 — 非化学除草机器人

机器人并不便宜，而且成本使得许多农民无法采用这些做法，特别是在发展中国家。如果我们要生产足够的粮食，就必须向这些地区转让新技术与旧技术。这将需要大量投资以及不同国家之间的知识和资源共享。

结论

显然，我们需要改变传统的耕作方式。为了提高作物产量，同时减少浪费和资源的利用，这将需要自然以及技术的解决方案。但是如果我们能自己改良庄稼呢?