Как мы будем кормить себя в будущем?

Дебби Кениг

2 июня 2022 г. -- К 2050 году, чтобы прокормить растущее население Земли, нам придется производить на 56% больше продовольствия, чем в 2010 году. Хотя эксперты согласны с тем, что мы сможем сделать это, используя нынешние методы ведения сельского хозяйства и производства, это может стать катастрофой для планеты. Как же мы сможем удовлетворить спрос?

Представьте себе следующее: Вместо фермы, занимающей тысячи акров земли, урожай выращивается наверху, на складах с контролируемым климатом. Новые технологии помогают фермерам точно знать, когда вносить удобрения и собирать урожай, что позволяет получать более высокие урожаи с меньшими потерями. На полках магазинов и в вашем доме инновации в упаковке позволяют сохранить продукты более свежими, дольше сохранять их, сокращая количество отходов. В ближайшие несколько десятилетий каждая из этих технологий может помочь устойчиво накормить мир.

Адаптация сельского хозяйства

В прошлом у крупных игроков сельскохозяйственной отрасли была одна главная цель: вырастить как можно больше продовольствия. И у них это очень, очень хорошо получалось. Здесь, в США, сельское хозяйство занимает примерно одну пятую часть земли. Но фермеры настолько плодовиты, что вся страна могла бы жить на урожае, получаемом с территории размером примерно с Индиану, Иллинойс и половину Айовы вместе взятых.

Но за эти мегаурожаи приходится платить. В глобальном масштабе на производство продуктов питания приходится 70% всего использования пресной воды и 26% выбросов парниковых газов, и оно занимает половину всех пригодных для жизни земель на планете. Если мы хотим прокормить миллиарды людей через несколько десятилетий, решение не может заключаться в том, чтобы продолжать вести сельское хозяйство прежним способом.

"Такие методы не являются устойчивыми", - говорит Радж Хосла, доктор философии, профессор точного земледелия в Университете штата Колорадо.

Точное земледелие - это относительно новая практика, использующая технологии, искусственный интеллект и автоматизацию для управления небольшими участками поля по-разному, вплоть до отдельных рядов. Добавление точного количества воды, пестицидов, гербицидов и удобрений (в том числе азота, важнейшего питательного вещества для растений, которое оказывает серьезное негативное воздействие на окружающую среду) позволяет получать более высокие урожаи, используя меньшее количество каждого из них, что означает меньшее количество стоков, загрязняющих водные пути, и меньшие выбросы парниковых газов от сельскохозяйственной техники.

"На уровне исследований и среди тех, кто рано внедряет новые методы и технологии, мы видим значительное улучшение эффективности использования воды, эффективности использования азота. Но в мире миллионы фермеров, и не у всех есть ресурсы для реинвестирования в новые методы производства", - говорит Хосла.

Точное земледелие - не единственный способ, с помощью которого ученые и производители продуктов питания пытаются вырастить больше и при этом использовать меньше. Среди прочего, они совершенствуют системы орошения, чтобы использовать меньше воды, вновь вводят покровные культуры, чтобы улучшить почву, и используют инновационные методы для высадки семян в почву.

Во многих случаях меняются сами семена. По всему миру фермеры высаживают генетически модифицированные культуры, которые уменьшают воздействие сельского хозяйства на окружающую среду.

"Для многих биологов растений это то, что нас давно заинтересовало - посмотреть, можем ли мы использовать меньше земли для сельского хозяйства, чтобы больше оставалось для местных экосистем", - говорит Памела Рональд, доктор философии, которая руководит лабораторией Рональда по инновациям и научной грамотности в области генетики сельскохозяйственных культур в Калифорнийском университете в Дэвисе. "В начале моей карьеры у нас не было генетических последовательностей, а сейчас только по рису у нас есть последовательности для трех тысяч сортов".

Сейчас существует огромная база данных генетического разнообразия, которая используется для создания более устойчивых культур.

Фермы тоже должны меняться

Меняется и то, как выглядят фермы. Некоторые из ведущих инноваций не нуждаются в огромных площадях земли. Им вообще не нужна земля, поскольку они выращивают культуры в закрытых помещениях, часто в городских районах. Такие методы не только экономят воду, почву и другие природные ресурсы, поскольку продукты выращиваются рядом с местом продажи, но и сокращают выбросы парниковых газов, связанных с транспортировкой.

Возьмем, к примеру, вертикальное земледелие, при котором урожай выращивается наверху, в зданиях складского типа с регулируемым климатом. По прогнозам, к 2026 году эта отрасль станет почти 10-миллиардной. Вертикальное земледелие сочетает в себе технологии и системы, позволяющие сохранить ресурсы, такие как гидропоника (при которой растения растут в воде плюс жидкие питательные вещества), аэропоника (при которой растения растут с подвешенными корнями, а питательные вещества подаются через тонкий туман) и аквапоника (при которой гидропонные растения растут в сточных водах, содержащих большое количество питательных веществ, получаемых при разведении рыбы).

При выращивании некоторых культур вертикальные фермы могут давать в 10-20 раз больше урожая с одного акра, чем традиционные поля. А выращивание в закрытом помещении устраняет климатические ограничения. Например, компания Driscoll's, крупный производитель ягод, недавно объявила о планах строительства вертикальной фермы для Северо-Восточного региона. Возможно, скоро жители смогут есть местную клубнику даже глубокой зимой.

Будущее мяса

Сельскохозяйственные культуры - не единственная сельскохозяйственная угроза для окружающей среды. Животноводство также вносит большой вклад в изменение климата. Для выращивания животных в мире используется 80% сельскохозяйственных угодий, однако эти животные дают всего 18% калорий. Все эти животные также нуждаются в большом количестве воды - для производства одного четвертьфунтового гамбургера требуется почти 450 галлонов. Помните, что на производство продуктов питания приходится 26% мировых выбросов парниковых газов? Из этих 26% более половины приходится на выращивание животных. Среди всех животных, выращиваемых для еды, наибольший вред наносит крупный рогатый скот.

Если все это не так уж плохо, то скотоводство приводит к обезлесению тропических лесов Амазонки, самого большого тропического леса на Земле. Полог деревьев поглощает выбросы углерода и помогает сдерживать глобальное потепление. Если нынешние тенденции сохранятся и все больше деревьев будет заменено на пастбища для скота, то уже через десять лет экосистема Амазонки может разрушиться.

Одно из очевидных решений - сократить потребление продуктов животного происхождения. Новое исследование в журнале Nature Food показало, что простое употребление меньшего количества мяса может снизить воздействие на окружающую среду на 60%, а замена 80% продуктов животного происхождения растительными заменителями может увеличить этот показатель до 75%. Однако прогнозы Продовольственной и сельскохозяйственной организации ООН говорят о том, что в ближайшие десятилетия мировое потребление будет продолжать расти.

"Первая часть - это спрос со стороны большего числа людей по мере роста населения. Вторая - мы ожидаем, что доходы людей будут продолжать расти, и люди выберутся из нищеты", - говорит Джек Бобо, JD, директор по глобальной политике в области продовольствия и воды в Nature Conservancy. "Первое, что люди решают сделать, когда их доходы увеличиваются, - это купить больше белка".

Для того чтобы удовлетворить этот спрос на устойчивой основе, фермерам придется найти способы производить больше мяса и молочных продуктов, не занимая больше земли и используя менее вредные методы.

В определенной степени это уже происходит.

"То, как мы кормим животных, сильно изменилось", - говорит Бобо. "Уже несколько десятилетий у нас есть точное питание для животных. Сегодня корова производит гораздо больше мяса, чем корова в 1980 году".

"Поэтому стада крупного рогатого скота сократились, а производство говядины остается относительно стабильным. Это хорошо для окружающей среды".

Возможно, в результате этого количество земли, отведенной под разведение животных во всем мире, сокращается.

Новые способы выращивания животных

Ученые и фермеры работают над новыми способами снижения воздействия выращивания животных на окружающую среду. К ним относятся корректировка корма для крупного рогатого скота, чтобы коровы отрыгивали и пукали меньше метана, вредного парникового газа; использование интегрированных систем, включающих растениеводство, аквакультуру и животноводство, для сокращения отходов и использования меньшего количества ресурсов - например, превращение помета скота в компост для удобрения сельскохозяйственных культур; Сильвопасторальные системы, при которых деревья и пасущийся скот располагаются на одной земле, где деревья нейтрализуют значительную часть парниковых газов; использование геномных инструментов для скрининга скота на предпочтительные черты и выращивания более выносливых животных; использование технологий для повышения эффективности всех частей системы выращивания, например, мониторинг пастбищ, чтобы знать, когда они готовы к выпасу.

Кроме того, существуют решения, примыкающие к сельскому хозяйству, - новые способы создания белка, который либо имитирует мясо, либо является мясом. Многие из них основаны на растениях, как, например, гамбургеры в некоторых сетях быстрого питания и продуктовых магазинах, которые могут сойти за настоящие, а другие выращиваются в лаборатории - именно так, ученые выясняют, как выращивать животный белок без животных. (Подробнее об этих альтернативных белках).

Сокращение отходов

Вот поразительный факт: если бы потери и отходы продуктов питания были страной, то это был бы третий по величине источник выбросов парниковых газов в мире. Во всем мире почти треть всей производимой пищи не съедается. Более половины этих отходов происходит на индивидуальном уровне, в наших домах. Между тем, в 2020 году до 811 миллионов человек не будут иметь достаточно еды.

В США, по оценкам исследователей, сокращение пищевых отходов вдвое могло бы существенно снизить воздействие производства продуктов питания на окружающую среду: Мы сэкономим 3,2 триллиона галлонов воды - столько, сколько ежегодно используют 28 миллионов американских домов. Мы сократим потребление энергии настолько, чтобы обеспечить энергией 21,4 миллиона американских домов в течение года. И мы сократим выбросы парниковых газов на сумму, равную выбросам 23 угольных электростанций.

Один из подходов, который, похоже, работает на правительственном уровне, называется "Цель-измерение-действие". Он предусматривает установление целевого показателя сокращения, измерение потерь продуктов питания и отходов для выявления "горячих точек" и принятие мер по устранению этих "горячих точек". Великобритания стала пионером в этой практике, и с 2007 по 2018 год количество отходов сократилось на 27%.

Технологии тоже играют здесь свою роль - от фермы до вашего дома. Вот лишь некоторые из последних инноваций:

• Влагомер под названием GrainMate помогает фермерам в Африке убедиться в том, что их зерно тщательно просушено перед хранением, что снижает его порчу.

• Продовольственная и сельскохозяйственная организация Объединенных Наций внедрила устойчивые ящики для упаковки сыпучих продуктов для транспортировки свежих продуктов. В странах Южной и Юго-Восточной Азии это позволило сократить потери до 87%.

• Компания Apeel создала покрытие для фруктов и овощей, которое помогает им оставаться свежими в два раза дольше.

• Компания Wasteless использует искусственный интеллект, чтобы помочь розничным торговцам продавать скоропортящиеся продукты до того, как они успеют испортиться.

• В упаковке Coexshield используются безопасные для пищевых продуктов противомикробные и противовирусные вещества, позволяющие сохранить свежесть таких продуктов, как говяжий фарш, на 7-12 дней дольше.

• Bluapple сидит в ящике, поглощая газ этилен, выделяемый фруктами и овощами, - газ, из-за которого продукты быстрее портятся. Это позволяет вам выиграть время, чтобы съесть все.

Мыслить масштабно

Конечно, каждая новая инновация может стать причиной возникновения различных проблем в области устойчивого развития - вспомните, как до недавнего времени все, что помогало фермерам выращивать больше урожая, считалось полезным. Потребовались десятилетия, чтобы мир осознал, какой вред наносят некоторые из этих методов.

"Как нам убедиться, что мы систематически продумываем непредвиденные последствия наших действий? Это такая сложная, взаимосвязанная система. Небольшие изменения имеют пульсирующий эффект", - говорит Сара Ша, исследователь и стратег KitchenTown, инкубатора пищевой промышленности в Кремниевой долине. "Каждый, кто работает в сфере питания, должен лучше понимать свою связь с общей картиной, а затем предпринимать действия с учетом этого долгосрочного видения".