可持续的粮食生产:事实和数字

由:Zareen佩尔韦兹·启动

农业必须养活更多的人更多的可持续。Zareen启动看过去和现在的科学方法。

的进步农业科学和技术(科技)造成了显著的增加粮食生产自20世纪中叶。全球农业已经过beplay下载官网西西软件去50年的2.5 - 3倍。[1]这让粮食产量跟上人口增长,总体而言,人均有足够的热量产生。然而,进展全世界减少饥饿是可变的(参见图1)。

饥饿和营养不良影响人类发展和持续的方方面面各种原因包括不平等获得土地,充分营养食品,其他的生产资源。足够的粮食生产是必要的,但不足以确保国家营养安全。在印度,例如,数以百万计的家庭患有慢性营养不良和营养不良尽管有利的年生产足够多的粮食,还有一个公共分配系统旨在为贫困家庭提供补贴粮食。[3]

农业生产需要增加解决这个不平等的获得食物和资源,并满足不断增长的世界人口的需求。它可能需要增加全球估计有70%,100%在发展中国家到2050年为了跟上人口增长和改变饮食。

改革农业食品系统还需要导航复杂的资源限制,部分beplay足球体育的微博环境恶化现代农业作出了贡献。beplay下载官网西西软件

所以农业面临的挑战是三个方面:增加农业生产beplay下载官网西西软件,尤其是富含营养的食物,这样做的方式减少不平等,扭转和防止资源退化。
科技在满足这些挑战可以发挥至关重要的作用——例如,通过开发创新,小农和有限的资源可以使用。

土地和水压力

世界上约有12%(16亿公顷)的土地面积用于农业。beplay下载官网西西软件土地退化,或失去土地的生产能力,是一个全球问题(图2),特别是在旱地地区,其中四分之一是用于农业。beplay下载官网西西软件[4]旱地也支持世界人口的30%以上。[5]

水资源管理是另一个重大挑战。beplay下载官网西西软件农业占70%的水来自地下蓄水层,溪流,河流和湖泊。[1]以满足预期要求,水的使用效率(作物生产的每下降)将需要改善灌溉和雨养区。

全球增加粮食产量的百分之四十来自灌溉的地区。到2050年,灌溉面积预计将比2009年增加了百分之六的水平,和农业水取款需要在目前的水平增加了百分之十。[1]

旱作系统是世界上最大的农业系统,占用耕地面积的80%,生产世界上60%的作物。在非洲,旱作农业生产97%的主食。beplay下载官网西西软件[1]旱作地区重叠与土地退化风险最高的地区,在哪里小农农业占了主导地位。然而,这些地区非常需要在提供食物在未来发挥更大的作用,因为世界扩大灌溉的能力是有限的,和过量灌溉造成的损害和大规模的灌溉项目(例如,土地退化和栖息地的丧失)得到了广泛的认可。

地区	收益差额*2005年(%)
东亚	11
东南亚	32
美国北部	33
欧洲西部和中部	36
澳大利亚和新西兰	40
西亚	49
美国南部	52
南亚	55
太平洋岛屿	57
北非	60
东欧和俄罗斯联邦	63年
中亚	64年
中美洲和加勒比地区	65年
撒哈拉以南非洲	76年
*之间的区别最优和实际收益率受现实条件和挑战等beplay足球体育的微博环境恶化或管理不善。
表1:为谷物产量缺口,块根和块茎,脉冲,糖作物、油料作物、蔬菜2005年[1]

土壤健康

农作物产量也受到土地管理实践,导致水土流失、洪涝灾害和盐渍化(盐累积),以及土壤的养分的损失。过度放牧,过量灌溉,使用无机肥料过多或过少,耕作和其他机械扰动导致可怜的土壤。土壤退化是一个特别的问题在热带发展中国家,那里的土壤往往是更“宽容”的管理不善。例如,非洲农业,可去除土壤养分如氮、钾和磷没有补充(有时beplay下载官网西西软件称为营养矿业)会导致农作物产量低。

磷可用性是一个关键问题。磷是植物生长的关键,与氮肥不同,不能人为地产生。磷是开采有限的存款,预计将在70 - 125年耗尽。[7]策略处理包括管理土壤磷通过明智地应用无机肥料,防止水土流失,回收营养丰富的可降解垃圾(传统的土壤养分来源在许多发展中国家)和作物的改进修改植物根部,使他们更好地吸收土壤有效磷。

能源和气候变化

另一个关键约束18beplay ,特别是化石燃料。现代农业是能源beplay下载官网西西软件密集型的,拖拉机和运输燃料,生产agri-chemicals和存储和处理食物都依靠便宜的化石燃料。所以人们越来越担心农业食品部门的碳足迹。

beplay下载官网西西软件农业贡献约13.5%的全球温室气体排放的培养实践和农业用地的扩张森林地区从上方和下方的地面,释放储存的碳。

是复杂的,与上下文相关的影响气候变化。推迟或季节的早期开始,更多的变量降水和温度,增加发病率的气候“震荡”,如不可预测的干旱,都可以影响植物的生长。适应这些变化的农民需要知识、金融和社会的支持和一个包上下文相关的技术(一些旧的,一些新的)。

根本性的转变

这些挑战和约束呼吁全世界农业一个基础的转变。beplay下载官网西西软件增加粮食产量可以遵循粗放型(将森林、草原和农田)或其他“自然”的生态系统强化(每公顷增加了在现有农田)。强化通常是首选,因为它从农业使用备件其他生态系统。

为了满足食物需求,加剧了农业需要关闭所谓的“收益率缺口”——目前的收beplay下载官网西西软件益率之间的区别和获得最佳管理——的方式阻止下,或在某些情况下逆转,环境危害。beplay足球体育的微博表1显示了全球主要农产品产量缺口。

农业科技的一个简短的历史

农业取决于实验、观察和精心设计的资源管理系统。墨西哥农民驯化的野生墨西哥类蜀黍(玉米的祖先)9000年前提供古代农作物育种的最著名的例子之一。精打细算,植物和动物的生物多样性已经实行自古以来在国内花园和通过食用的驯化物种。[8]水土管理也有着悠久的历史。传统灌溉技术从大规模系统(如水坝、运河网络)小,分散和灵活的系统(如农场池塘、踏板水泵和滴灌)和使用集成水土保持(例如通过检查大坝和流国债)。[9]

在现代,科技作出了主要贡献通过植物育种的发展(尤其是改良品种的玉米、水稻和小麦),通过发展合成杀虫剂和化肥,机械化农业实践沿着从字段叉的生产链。应用于亚洲和拉丁美洲,这些创新导致的粮食产量大幅增加早期至二十世纪中叶。高产小麦新品种开发开始在墨西哥,全球小麦产量提出的“绿色革命”(208%)、水稻(109%)、玉米(157%)、土豆(78%)和木薯(36%)在1960年和2000年之间。[10]

这些增长可能是支持的科学,在很大程度上,通过有利政策和融资环境(见图3)和关注阻止发展中国家的饥饿。beplay足球体育的微博[11]

科技支持绿色革命源于生物学和化学的发展在1800年代末和1900年代初。植物育种的发展是基于Mendellian遗传学。在化学中,(哈勃-博施方法开发的德国化学家弗里茨·哈伯(德国)大气氮转化成氨化肥工业规模。改进的种子和肥料这些发展带来被灌溉基础设施和机械支持,专家建议和信贷。

长期影响

绿色革命强有力地证明了科技增加粮食生产的潜力。这是因避免灾难性的饥荒在发展中国家,从转换和保留的非农土地农田。

框1。通用汽车的争议

有争议通用汽车能否增加作物产量,节约资源。在商业种植转基因作物主要表达两个特征- - - - - -除草剂耐性和害虫抵抗力。这些特征保证更高的收益率较低的农药使用。然而,他们的影响有变量和依赖于一系列的外部的因素。例如,印度、中国和南非发现,农业社会经济和制度因素有一个大的影响农民”的经历英国电信c索技术。[14在非洲,一个11的分析改良品种显示成功依赖不只有在新技术,但也在研究人员和当地农民之间的合作创新过程的每个阶段。[15]

然而,现在很清楚,这种早期input-intensive模型带来不可接受的长期环境影响,例如持续要求灌溉蓄水层,破坏水生生态系统。beplay足球体育的微博这些input-intensive实践是不断波动,部分由于不适当的优惠和补贴——强调治理新技术的重要性。这些激励措施被移除,农业实践相应改变。例如,杀虫剂使用后下跌印尼农药补贴在1990年代下降。[12]

也有社会问题。拥有大量土地的农民、灌溉和信贷中受益最多,在资源受限的农民,小农,或那些农业边际土地受益很大程度上间接——由于降低食品成本和增加农业就业有利的地区。还有意想不到的营养绿色革命的结果。例如,精耕细作的高产主食导致更少的饮食多样性和可能影响的可用性和使用营养丰富的“野生”的食物。[12]

农业科技的新发展

自1990年代以来,第二波的通过生物技术科技发展寻求新的作物品种,与争议集中在转基因(GM)作物(框1)。有些人说转基因作物正在“被上升的速度比任何其他农业技术自8000年前,犁和目前使用的1600万农民”。[13]

科技进步是基于分子遗传学,特别是DNA重组技术。这让科学家们将来自多个源的遗传物质(如从两个不同的物种),创建组合无法在自然界中发现。第一个商业种植转基因作物释放在1996年的抗农达大豆,抗除草剂草甘膦,允许农民应用除草剂在不伤害大豆作物。从那时起,重组DNA已经被用于开发“黄金大米”(各种富含维生素aβ-胡萝卜素前体)和抗除草剂作物,昆虫和病毒。

不同于绿色革命,由公共部门资助和支持身体,“基因革命”主要是由私人和全球研究系统,新技术发展中国家的市场。[10]存在巨大的私人部门的资金支持转基因作物。截至2005年,例如,十大跨国生物科学公司集体每年近30亿美元花在农业研发——十倍以上,每年花了15个CGIAR的研究中心,共同构成了公共部门规模最大的国际财团的农业技术供应商。[10]

更好的品种小农

小农户提供大多数发展中国家的粮食生产,和他们需要更有效率,主席和营养的品种越来越认可。若干举措寻求发展和推广改良品种的本土或传统作物,至今被人忽视由私人资助的生物技术研究。

例如,非洲孤儿作物财团(AOCC)旨在映射和分析100年所谓的“孤儿”作物的基因组,非洲科学家选择,至今被人忽视,因为他们并没有在经济上重要的全球市场。AOCC计划使其数据和发现自由访问研究者和育种者在非洲和其他地方。

框2:案例研究Quncho麦片在埃塞俄比亚[16]

微软(Eragrostis微软)是主要的谷物生长在埃塞俄比亚和粮食安全至关重要。是适应干旱、洪涝灾害,疾病和害虫。提高微软目前品种研究开始于1950年代,但取得了有限的成功由于缺少资金和研究。然而,一种新的混合微软目前品种Quncho德勃雷公布了《农业研究中心,2006年被证明是受农民欢迎。 农民参与Quncho的发展,帮助选择和品种的多样性。他们的参与意味着饲养者发达很多密切匹配的农民和消费者的偏好。Quncho还使用一种创新的方式传播。而不是依靠传统的“技术转让”,农民被引进新品种及其栽培技术通过以农民为主导的测试研究中心之间的协调,行政机关,农民和农民群体,种子生产者们协会、私人种子种植和农业加工者。农民采用品种和种子贷款支持,培训,定期随访和帮助当地发展机构的研究人员和工作人员。 农民接受培训微软目前生产的数量从2006年到2009年从360增加到6250。农民已保存和分发种子在自己成熟的非正式的种子系统,主动迅速蔓延。

孤儿作物品种的发展和传播Quncho展示了如何使用参与式科技可以提供新品种,包容性和context-appropriate创新(2盒)。

培育新的作物品种的许多选项只有一个资源节约型和能够提高产量的农业。beplay下载官网西西软件虽然不同的科技发展中最明显的创新在农业科学,许多其他作物管理创新促进可持续集约化的节约资源,建立环境质量和增加产量。beplay足球体育的微博

作物管理系统

农业生态学发展新系统的作物管理,提高产量,节约资源。特别有效地增加粮食产量的同时提高环境和社会结果。beplay足球体育的微博农业生态的方法依赖于技术管理规则和包仔细调整,以适应当地条件和农民的偏好。方法包括系统,如农林复合经营,保护农业,水稻强化的系统,综合病虫害管理、水产养殖的包容和小牲畜养殖系统,集水、土壤保护beplay下载官网西西软件和养分综合管理。(盒3)。

2006年农业生态的分析方法基于286个项目在57个国家在发展中国家,表明项目平均作物产量增加了64%,同时提高用水效率和碳封存,减少农药的使用。[17]2009年,农业生态的方法被国际认可的评估农业知识、科技发展、流程咨询在三年内约900名参与者。[18]

这些新的管理系统,和新的作物品种,承诺让世界产生更多的食物而节约资源和保护环境。beplay足球体育的微博但更需要做进一步发展这些方法和检查他们的潜力。有争议,例如,对增产的支持者所报告的稻米强化系统”(见框3)和方法用于评价农业生态的实践的结果。[27]

盒3:可持续集约化农业生态的创新

农林复合经营: 农林结合树木或灌木种植制度,提供一系列的福利如补充土壤肥力和提供食物、饲料、木材和薪材,比单一作物帮助产生更大的价值。[19]系统的潜力是最有力的证明在萨赫勒地区,在农林由水土保持重建绿色的沙漠。例如,在尼日尔,五百万公顷已经恢复,大约有250万人获得了收益。[20] 农林复合经营还可以大幅提高产量。在布基纳法索,例如,种植树木和灌木在农场在200000 - 300000公顷的农田增加了粮食产量约80000吨。在喀麦隆,玉米产量平均增加了70%,其中豆科乔木和灌木种植农田。非洲[21],使用的肥料树系统增加了玉米等粮食作物的产量,同时减少昂贵的无机化肥的使用。[22] 害虫综合管理(IPM): IPM结合目标发展农用化学品使用的实践和生物技术来控制害虫。对IPM的评估显示,可以提高作物产量,同时减少杀虫剂的使用。62年评估IPM计划在26个国家透露各种农作物的产量增加了35%,与农药的使用量减少72%。[23]一个创新的新IPM系统,称为“推拉技术”开发了肯尼亚的科学家与英国合作研究人员来控制害虫(尤其是水稻螟和斯特杂草)。它吸引害虫附近的植物(拉开车时)他们远离现场使用的作物种植农民的主要作物(推)。这个系统现在广泛部署在非洲,估计有30000小农户在肯尼亚,乌干达和坦桑尼亚使用它。在最近的推挽式IPM的评估,研究人员报道3-4-fold增加玉米、2倍增加高粱、改善土壤健康和增加农业生物多样性。[24] 保护性农业(CA)beplay下载官网西西软件和系统的大米强化(斯里兰卡): CA包括三个相互关联的原则:最小的土壤耕作,保持永久的有机土壤覆盖,培养多样化的作物物种。CA是首先在拉丁美洲,现在练习在大约1.06亿公顷的耕地和永久的作物。斯里兰卡,基于最小等原则使用水和移植的年轻的幼苗,广泛应用在整个亚洲,拉丁美洲和非洲,带来可观的收益率上涨,同时提高水资源效率。斯里兰卡的好处包括20 - 100或更多的增加产量,减少到90%所需的种子,和高达50%的水储蓄。[25]这两个管理系统可能与传统的农业研究机构和农业服务的建议,并经常与农民认为效果最好。beplay下载官网西西软件[26]例如,培养SRI大米定期排水涉及一个非传统的灌溉计划,字段,而不是永久饱和。然而,应用时涉及农民创造每个阶段可以帮助农民和研究和推广代理从事创造性和革命性的变化,反思实践和探索建立新的想法。[26]

参与是关键

很明显,创新本身并不足以保证粮食产量的增加,资源保护和生态健康。农民、农民工、地方团体和社区领导人需要参与创新,而不是被当作新技术的被动接受者。参与模型工作——最近的一次分析40例可持续集约化的农业在非洲农民的方式,公共和私营部门合作伙伴发展、适应和传播农业生态系统,使产量增加的同时提供环境和社会效益。beplay下载官网西西软件beplay足球体育的微博[15]的所有案例突出了农民参与的重要性,点对点的学习,开发和利用当地的机构。

没有单一的技术或管理解决全球饥饿问题相互关联的问题,贫困和环境退化。beplay足球体育的微博科技的作用将开发多样化的菜单的选项之一,农民可以使用,分享和裁缝,提供一系列的社会、经济和生态效益,提高生产率。

博士后研究人员Zareen佩尔韦兹·启动Ecocultures财团在生物科学学院,英国埃塞克斯大学。她也是编辑助理的国际农业可持续发展期刊》上。她可以达成的zpbhar@essex.ac.uk。

作者感谢教授Jules Pretty评论这篇文章的早期版本。

定义
农业食品系统	的netw农业和食品系统的工作。它包括的分布和治理资源如土地、种子、化肥年代,杀虫剂和信贷,食品处理机制,销售和运输。
农业生态学	的科学和实践管理农业生态系统作为一个整体,而不是只关注他们个人植物和土壤等元素。
农学	植物性的科学农业。beplay下载官网西西软件它包括主题如植物遗传学、植物生理学、土壤科学。
生物技术	使用活细胞或生物体的科学和实践产生新的和有用的产品,如食品、燃料或药物年代。
英国电信棉花	最好的和最广泛使用的形式的转基因作物(见下文)。这variety棉花哈年代开发利用细菌的遗传物质芽孢杆菌苏云金,允许荷兰国际集团(ing)工厂生产一种杀虫剂那危害棉花害虫。
碳封存	大气中的碳转化为non-atmospheric的转换和存储”汇”如生物物质——植物和动物吸收和储存,或隔离,碳随着他们的成长。碳封存在生物物质也被称为biosequestration。
旱地	地区的世界里一个缺水是限制植物的生长。
无机或合成输入	农业资源是由无生命的流程,例如工业方法,而不是动画或自然衰变和分解等过程。这样的资源,其中包括化学化肥年代和杀虫剂使用来提高收益率通过increas荷兰国际集团(ing)土壤养分和控制凌害虫。
Input-intensive模型	农业生产,使用大量的输入如种子、能源、化肥年代和杀虫剂来提高作物产量。
养分综合管理(立即通知)	一个可持续的方法确保最优为植物的生长提供营养均衡供应的合成和自然产生肥料,并尽可能回收养分。
豆科	类型的植物那可以大气中的氮转换荷兰国际集团(ing)ydF4y2Ba一个形式那他们和其他植物可以通过根部吸收和使用的增长。这过程,称为固氮,发生在特殊的植物上的结节”的根源。这些含有细菌,可以转化为气态氮在空气中口袋土壤颗粒之间成氨,然后使用生产蛋白质和植物生长。这种能力有效地意味着那豆科物种产生氮“肥料”为场在它们生长。
营养不良	营养不足或不当的情况。营养不良是一个宽泛的术语可以包含营养不良(见下面),营养过剩,这是卡路里的过度消费,和微量元素营养不良,这是消费不足的维生素和矿物质等营养物质,少量的是必需的。
分子遗传学	基因在分子水平上的研究理解它们是如何工作的以及如何操纵它们生产的生物的特征。
参与或包容性创新	创新发展机制,给所有的利益相关者,特别是结束用户,期间说他们的发展。参与式农业创新涉及的农民beplay下载官网西西软件在一个项目的设计、开发和传播阶段,希望他们的参与会导致创新那针对农民”真正的需求和是广泛采用。
雨养农业	作物种植那主要取决于年代在降水而非灌溉。
种子系统	影响质量的因素,网络在给定地区多样性和可用性的种子。这些因素多样,包括信用的可用性,这样农民可以购买种子,和道路的质量,影响种子是如何运输。
斯台普斯	作物那占据主导地位一个特定的人口的饮食的数量和总膳食能量的贡献。在全球范围内,大多数膳食能量现在提供的只是三个粮食作物:水稻、小麦和玉米。
转基因作物	作物工程包含来自不同物种的基因所以他们表达可取的特征。转基因作物可能含有基因完全无关的生物那所插入的基因操纵在实验室吗- - - - - -英国电信棉花(见上图),例如,包含基因从一个物种的细菌。这与作物生产的hybridi年代信息,结合不同种类的过程。混合作物之间的有性生殖是由两个密切相关的物种或品种。
营养不良	T他摄入不足的蛋白质和能量饮食中,导致健康包括心理和生理能力减少,降低了抵抗疾病。常用的同义词”饥饿”。

本文是生产粮食可持续专题聚焦的一部分。