При нынешних темпах роста населения к 2050 году нас станет уже 11 миллиардов (сегодня - 7). Чтобы прокормить столько людей, необходимо на 40% увеличить производство пищи, которая, как и сейчас, должна выращиваться на плодородных почвах, неравномерно разбросанных всего по 11% поверхности Земли. В добавок, быстро растущие и эффективные экономики таких стран, как Китай и Индия, требуют большего разнообразия в еде, более качественную пищу, с бОльшим количеством мяса. Однако, глобальный мировой тренд – переезд людей “от земли” в города, оставляет еще меньше тех, кто производит пищу.

С подобной ситуацией сталкивались и ранее: в 1898 году знаменитый ученый викторианской эпохи, сэр Уильям Крукс, предсказывал, что “Англия и все цивилизованные страны находятся в смертельной опасности от недостатка пищи”. Но к 1909 году в Германии был разработан процесс получения синтетического азотного удобрения из аммиака (метод Хабера-Боша), и об опасениях Крукса быстро забыли. Искусстенная фиксация азота – это один из основных факторов, способствоваших росту населения до сегодняшних цифр. Сегодня на этот процесс уходит около 2% от мирового производства энергии. На выходе же имеем около 100 миллионов тонн азотных удобрений, и около 30% спасенного от голода населения планеты.


Проблемы питания в развитых странах связаны с качеством и количеством пищи. Линейки продуктов, доступные потребителю в современном супермаркете, полны импорта, транспортируемого со всего света, дабы удовлетворить сомнительную нужду в таком разнообразии. На лицо также огромное экономическое давление со стороны пищевой промышленности, которая соблазняет людей в развитых странах есть больше, чем нужно. В развивающихся странах, напротив, многие с трудом находят себе пищу, на которой хотя бы как-то можно прожить. В целом, 1 миллиард человек недоедают, а 1 миллиард страдают ожирением. Одна из самых больших социальных проблем сегодня – сбалансировать такой перекос, не только в еде, но и в общем достатке.


Без применения удобрений мы бы не смогли обеспечить потребную скоростть выращивания сельхоз-продукции. Но производство удобрений – тоже дело проблемное. Добыча фосфоритов, например, производится естественным путем (и на сегодняшний день они - главный источник фосфора для культур). Так вот, она достигнет своего пика к 2030 году. А через 50 лет возможно полное истощение фосфоритных месторождений при текущей скорости их опустошения. Есть и другие фосфор-содержащие породы, но экстракция из них стоит дороже, они загрязнены кадмием и прочими примесями. При производстве азотных удобрений сейчас применяют дорогое ископаемое топливо, хотя разработан альтернативный процесс с использованием электричества от гидроэлектростанций.

В то время, как потребность в пище увеличивается, последние годы растет и потребность в так называемом “зеленом” биотопливе, производимом на растительной основе. А это требует дополнительной земли, уменьшая доступную землю для выращивания сельхоз-продукции. А следовательно, цена не неё растёт.

Кроме того, из-за увеличения глобальных потребностей в мясе, всё больше сельхоз-земель начинает использоваться для выращивания корма скоту, еще сильнее взвинчивая цены на основные (крахмалосодержащие) продукты питания. Такой рост цен непропорционально влияет на бедные развивающиеся экономики, где значительный семейный бюджет тратится на еду, до 70 и более процентов.


Плодородность почвы
На этой карте показаны все почвы, как используемые для сельского хозяйства, так и покрытые лесами и лугами.


http://10killers.info/articles/wwroof/img/005.jpg
расшифровка цветов, сверху вниз:

• высокоплодородные почвы, пригодные для постоянного выращивания зерновых
• плодородные почвы, пригодные для постоянного выращивания зерновых при условии бережного отношения
• почвы, пригодные для постоянного выращивания зерновых только с применением значительного количества удобрений и консервации
• уязвимая почва, склонная к вырождению, подходит для выращивания зерновых только если нет альтернатив
• высокоуязвимая почва, не подходит для выращивания зерновых, в основном – пустыни и бореальные леса

Около 90% всей пищи выращивается в почве, но плодородная почва неравномерно разбросана по 11% земной поверхности, и это невосполнимая ценность. Некоторые почвы натурально плодородны, например чернозём в России и на Украине. Естественная плодородность происходит из комбинации умеренного климата и богатых минералами пород, которые медленно выветриваются. Те же почвы, которые не плодородны от природы, или стали таковыми из-за эрозии или чрезмерной эксплуатации, требуют внесения навоза и удобрений для улучшения плодородности и увеличения выхода продукции.

Почвы - хрупкая ценность, находящаяся под угрозой эрозии и опустынивания, закисления, засоления, загрязнения и уплотнения (современные сельхоз-машины становятся больше и тяжелее год от года).



Разрушение почвы
По расчетам, 75 миллиардов тонн почвы, приходящейся на 10 миллионов гектаров потенциально пахотной земли ежегодно разрушается или полностью утрачивается из-за эрозии. Текущая скорость потерь в Китае превышает скорость воссоздания почвы в 57 раз; в Европе – в 17 раз; в США – в 10 раз. Есть пугающие предсказания о потере всей плодородной почвы в ближайшие 60 лет.


http://10killers.info/articles/wwroof/img/006.jpg

Проблемные зоны, расшифровка цветов, сверху вниз:

• особо проблемные зоны
• проблемные зоны
• стабильные земли
• земля без растительности

Причины разрушения почвы (по регионам), расшифровка столбиков, сверху вниз:

• пастбища
• прочая сельхоз-деятельность
• индустриализация
• вырубка леса
• сбор древесного топлива

Биотопливо
Страны с развитой промышленностью, пытаясь уменьшить свою зависимость от ископаемого топлива, такого как нефть и газ, поглядывают в сторону производства “биоэнергии”, то есть энергии из восполняемых источников, таких как кукуруза, сахарный тростник, картофель или маниока. Европейский Союз принял решение, что к 2020 году 10% топлива для транспорта должно обеспечиваться “зелеными” источниками (в основном биоэтанолом). Такое решение чревато переработкой пищевого урожая в биоэтанол, что уже происходит и в развитых и в развивающихся странах, подвергая риску обеспечение населения продуктами. Сильное лобби за биоэтанол в США, вкупе с неурожаем в Европе, Австралии и других странах-экспортерах зерна взвинтили цены на зерно до небывалых высот в 2007-2008 годах; пострадали, как обычно, бедняки.

Мир не стоит на месте, и вслед за первым, неудачным поколением биотоплива (где баланс энергии по сути отрицательный – культуры требуют удобрений), придет второе поколение, основанное на ивах и мискантусе. Эти растения не требуют (или почти не требуют) удобрений и могут выращиваться на бедных почвах, непригодных для пищевых культур.

Зеленая революция
Пятьдесят лет назад в развивающихся странах бушевал пищевой кризис, который удалось обуздать с помощью так называемой “зеленой революции”. Она состояла в разведении стойких к болезням карликовых культур, применении орошения (ирригации), синтетических удобрений и ядохимикатов - пестицидов. Урожайность на акр возросла до 300%. И вот, страны, кое-как сводившие концы с концами в пропитании своего населения, стали важнейшими экспортерами пищи. Сейчас от 30 до 50% урожая достается нам благодаря удобрениям.

Без удобрений, в идеальных климатических условиях да с тщательным контролем за вредителями и болезнями, урожай пшеницы может достигать 2-3 тонн с гектара. Однако, без надлежащей защиты от вредителей и болезней, цифра в одну тонну звучит вероятнее. Теперь сравните это с результатами зеленой революции: 8 тонн с гектара в Великобритании и (текущий рекорд) – 15,6 тонн с гектара в Новой Зеландии.

Успехи зеленой революции достигли своего плато в 90-х годах прошлого века. Теперь нужно искать новые пути производства пищи для 9 миллиардов человек.



Выращивание скота
Как показано на графике ниже, мировое производство скота значительно возросло за последние полвека. Сейчас, более трети урожая зерновых идет на корм скоту, для ускорения его роста. В развитых странах, где потребляется больше мяса на душу населения, эта цифра достигает 70%.

Животные (как впрочем и человек) очень неэффективны в усвоениии питательных веществ, например, азота усваивается не больше 20% от того, что поступило с пищей. Остальной – выводится, приводя к загрязнению окружающей среды. Выбросы метана крупным рогатым скотом вносят большой вклад в объем парниковых газов в атмосфере. Кроме того, мясо очень затратно в плане потребления воды, например, для производства полкило говядины нужно больше 8 тонн воды (суммарно, включая воду для выращивания корма).

Некоторые считают, что вегетарианство - решение этих проблем. Но даже, если большинство бы и согласилось на такое питание, земля во многих местах планеты пригодна только для выпаса скота. Как бы то ни было, в развивающихся странах, которые в основном были вегетарианскими, теперь растет потребность в мясе. В некоторых социальных группах мясо считается признаком статуса. Например, в Китае потребление мяса в 1960 году составляло 4 кг в год на человека, а сегодня – 54 кг. Для сравнения: потребление мяса в Великобритании сейчас – 80 кг на душу населения в год, в США – 115 кг.

http://10killers.info/articles/wwroof/img/013.jpg

Мировое производство скота во времени:

• синяя кривая - курица
• красная кривая - свинина
• зеленая кривая – крупный рогатый скот
• черная кривая - овцы

Ирригация
К 2030 году потребность в воде увеличится на 30%, а ее ценнность возрастет. Поэтому должны быть разработаны новые методы по ее сбору и транспортировке.

Население Китая, например, сейчас составляет 23% от мирового, а воды ему достается всего 11%. Так что Китай строит новые резервуары для сбора стоков с гималайских ледников. Эта деятельность уже не нравится другим странам, вниз по течению реки Меконг. Теперь у них начались проблемы – поток воды значительно сократился.

Поскольку 71% поверхности Земли покрыто водой, едва ли можно сказать, что есть какой-то ее недостаток. Однако, пресной воды менее 3%, а 2/3 из нее заморожено в ледниках. Планета, стало быть, никогда не останется без воды, но две проблемы по-прежнему не решены: чремерный расход воды в развитых странах и дефицит воды во многих других регионах.

http://10killers.info/articles/wwroof/img/014.jpg


Азот – ключевой элемент урожайности
В большинстве стран, азот – главное питательное вещество для растений; исключенями являются территории, где разрушенная почва имеет дефицит фосфора, например, в некоторых частях Африки и Австралии. Адекватное внесение азота необходимо для обеспечения продовольственной безопасности.

На этой карте показан объем внесения азотных удобрений по миру. Он практически однозначно совпадает с объемом произведенной пищевой продукции. Однако, производство азотных удобрений требует энергозатрат; многие предпочли бы систему естественной фиксации азота в почве бобовыми, например, клевером или люцерной. Однако проблема здесь в том, что пока бобовые растут, урожай пищевых культур стоит на месте (кроме скота, который может пастись на лугах с бобовыми). В добавок, загрязнения в форме потери азота в атмосферу и воду из таких систем сравнимы с таковыми от минеральных удобрений. Энергию же на производство последних можно получать из восполнимых источников.

http://10killers.info/articles/wwroof/img/017.jpg

Чем темнее оттенок зеленого, тем больше потребление азотных удобрений

Еще не полностью исчерпан потенциал по предотвращению болезней и уничтожению вредителей. Есть еще запас и по более эффективному применению удобрений. Такие организации, как Alliance for Green Revolution in Africa (AGRA), с поддержкой фонда Rockefeller Foundation, а также фонда Bill and Melinda Gates, проводят исследования в этом направлении.

Да, важно минимизировать влияние вредителей и болезней на растущий урожай, но не менее важно и сохранить его: от 10 до 40% урожая сейчас пропадает из-за плесени, насекомых, грызунов и птиц.

Но если этих мер все же недостаточно, тогда что? Британское Королевское Общество в 2009 году опубликовало отчет под названием “Пожинание плодов. Наука и интенсификация сельского хозяйства”. В отчете говорится, что мы должны увеличивать производство сельхоз-продукции без дополнительной распашки земли, вместе с этим сохраняя окрущающую среду, природные ресурсы, и поддерживать фермеров: то есть производить больше, используя меньше. Ключом к этому Королевское Общество видит грамотное распоряжение почвой, улучшение генетического разнообразия культур, внедрение устойчивости к заболеваниям и вредителям, а также большую эффективность фиксации азота, и всё это через генную модификацию.

Исследования продолжаются в таких центрах, как International Rice Research Institute на Филиппинах, и John Innes Center в Великобритании. Эти организации пытаются создать злаки (на базе риса и пшеницы), которые смогут фиксировать азот самостоятельно, без применения удобрений. Здесь есть свои проблемы – стоимость расхода энергии для ферм при внедрении азот-фиксирующих организмов, и последующее снижение урожайности. В более долгосрочной перпективе есть идея получить многолетние злаки, такие как пшеница, кукуруза и рис, которые не нужно будет сажать каждый год, они сами будут постоянно расти и давать плоды как фруктовые деревья.

Однако, многие не признают такие “техногенные” подходы, и считают, что полагаться на удобрения и пестициды - недальновидно и недолговечно. Они утверждают, что есть и другие способы, которые можно назвать “органическими”, “биодинамическими” или “экологическими”. Но все эти способы являются смешанными по сути: здесь применим севооборот для борьбы с вредителями и болезнями, здесь посадим бобовые для фиксации азота и т.п. Напротив, в развитых странах применяются целевые, интенсивные способы, заточенные под конкретный тип продукции (овощи/злаки/скот).

Наконец, стоит отметить увеличивающийся интерес людей к здоровому питанию, и усилия многих правительств по продвижению такого питания. В основном, в свете борьбы с ожирениям и других “болезней цивилизации”. Это может повлиять на движение пищевой индустрии в определенную сторону.


Вредители, болезни и сорняки
В настоящее время 30% мирового урожая пропадает из-за вредителей, болезней и сорняков. Ядохимикаты (такие как гербициды и фунгициды) по-прежнему очень эффективны, но столь же и нелюбимы многими.

В Европейском Союзе приняты новые правила под названием REACH (Registration, Evaluation, Authorization and restriction of Chemicals), касающиеся сельхоз-химии и ее безопасного применения. Правила серьезно органичивают спектр химикатов, разрешенных к использованию производителями сельхоз-продукции.

Исследования, таким образом, направлены на поиск генов, отвечающих за устойчивость к вредителям и болезням, с применением молекулярных технологий. Селекционирование ради повышения устойчивости, внедрение полезных свойств в растения и животных может быть выполнено традиционными методами, но гораздо быстрее с помощью ГМ-технологий (см. ниже).

Для контроля за вредителями, болезнями и сорняками может применяться севооборот, а также механические методы, культивирование, междурядное размещение культур, приманочные культуры (защищающие основной урожай от вредителей).

Хотя изменение климата многие не признают, устоявшиеся погодные условия меняются, и это уже привело к миграции насекомых и болезней по миру.

Одним из примеров является вирус bluetongue (инфекционная катаральная лихорадка), за которым тщательно следили и предпринимали необходимые действия, чтобы снизить его влияние на Европейских сельхоз-производителей. Это заболевание, поражающее скот, разносилось кровососущими насекомыми определенного вида из Африки (ниже Сахары) в северо-западную Европу, с 2006 года, чего раньше никогда не случалось.

Специальная исследовательская программа, наблюдение за переносчиком инфекции, ограничение перемещения животных и вакцинация помогли ограничить эпидемию этого заболевания в Великобритании.

На данной карте показаны масштабы распространения инфекции в 2006-2009 годах по Европе.


http://10killers.info/articles/wwroof/img/018.jpg

Распространение вируса инфекционной катаральной лихорадки (Bluetongue virus, BTV) по Европе;

расшифровка цветов сверху вниз:

• случаи BTV, зарегистрированные с июля 2006 по июнь 2007
• с июля 2007 по июнь 2008
• с июля 2008 по июнь 2009

Генная модификация (GM)
Человечество занималось селекцией растений и животных тысячи лет, сохраняя и улучшая их ценные свойства. В последние 20-30 лет с этой целью всё больше применяется молекулярная генетика. Биотехнологии, такие как молекулярные маркеры и генная модиифкация (GM) могут дополнять традиционный процесс селекционирования для улучшения почти всех характеристик: урожайности, структуры растений, устойчивости к абиотическим перегрузкам (т.е. засолению, холоду, закислению), устойчивости к болезням, питательной ценности и товарного вида.

Критики генной модификации утверждают, что она имеет непредсказуемое влияние на здоровье человека и окружающую среду. Однако, как в Европе, так и в других регионах, перед выдачей лицензий на использование ГМ-технологий производится детальный риск-анализ побочных эффектов от ГМ. Так, например, организация UK Farm Scale Evaluations сравнивала последствия выращивания обычных и ГМ-культур (устойчивых к гербицидам) сахарной свеклы, кукурузы и масличного рапса на биологическое разнообразие видов, окрущающих посадки. Было обнаружено, что на это разнообразие гораздо сильнее влияет сам тип культур (то есть свекла, кукуруза и рапс), чем то, являются они генно-модифицированными или нет.

Сторонники генной модификации оперируют доказанной выгодой от возделывания ГМ-культур в более чем 23 странах, на более чем 114 млн. гектаров, что составляет примерно 5% пахотных земель планеты. Это восемь европейских стран: Испания, Франция, Чехия, Португалия, Польша, Германия, Словакия и Румыния. А также Америка, Канада, Китай, Индия, ЮАР, Парагвай, Аргентина и Бразилия.

Сильным препятствием на пути внедрения ГМ является отношение общественности к этому делу. Надо понимать, что биотехнологии – это лишь часть решения задачи; исследования в области сельского хозяйства дадут новые методы ухода за урожаем и почвой, будут способствовать улучшению селекции, как традиционной, так и основанной на ГМ.



Аквакультура
С увеличением потребности некоторых западных стран в рыбе, в то время как запасы рыбы в океане истощаются из-за чрезмерного вылова, набирает обороты искусственное ее разведение на фермах (или “аквакультура”).

Сюда входит как пресноводная, так и морская рыба, а также моллюски, но процесс имеет схожие проблемы с разведением скота: загрязнение окружающей среды, вредители и болезни. Сейчас доля аквакультуры составляет уже 1/3 от мировой добычи. Больше всего разводят карпа, устриц, креветок, лосося, мидий и морских гребешков. Самые крупные производители – страны, где исторически доля морепродуктов в диете была высока – Китай, Индия, Юго-Восточная Азия.

По оценкам, 90% креветок, потребляемых в США, - импортные, выращенные на фермах.



Грамотное распоряжение земельными ресурсами
Умелое управление землей играет важную роль в сельхоз-индустрии. Многие почвы подверглись уплотнению из-за применения тяжелой техники или даже обычной вспашки плугом – это когда образуется тонкий плотный слой почвы (своеобразный блин) прямо под плугом. В других случаях почвы “проморгали” – дали им закиснуть или засолиться от кислотных дождей, неправильного внесения удобрений и других добавок, загрязнения токсичными металлами, такими как кадмий, никель и медь, или органическими нечистотами (отходами жизнедеятельночти людей и скота).

Консервативные методы возделывания земли (минимальная обработка или даже нулевая обработка) имеют свои преимущества, они позволяют почве обрести стабильную и правильную структуру, сохранить богатую органику, минералы и влажность. Но многолетние сорняки, например, на тяжелых, глинистых почвах, все-таки требуют применения гербицидов.

Применяется также глубокая полосная обработка (щелевание), то есть возделывание только узких полос с основной культурой. Такой метод экономит энергию, предохраняет верхние слои почвы от эрозии, и в целом имеет все преимущества консервативных методов.

В долгосрочной перспективе возможны системы управляемого трафика (тракторов, прочих машин), когда они будут ездить по заданным траекториям, на радиоуправлении, под контролем GPS.

Еще одна важная проблема, которую предстоит решать – как обеспечить биологическое разнообразие видов живых организмов в почве, например, червей, микоризы (симбиотической ассоциации мицелия гриба с корнями высших растений), бактерий. Такое разнообразие – залог плодородности и долговечности почвы. Растения, конечно, могут вырасти и в песке, и на гидропонике, но это не значит, что почвенные организмы не нужны. Успешное и долговременное сельское хозяйство возможно только “по природе”, то есть в богатой организмами, плодородной почве.



Будущее
Если с умом применять технологии и опыт, а главное, изменить собственное пищевое поведение, у нас есть все шансы прокормить планету в будущем, по большей части городское население. На фото ниже показан один из вариантов развития (сейчас находится в стадии разработки) – вертикальная ферма (Plantagon International). В теории, такая конструкция представляет собой гигантский производственный блок, где урожай выращивается в контролируемой среде, независящей от климата; блок находится в городской черте, буквально в месте потребления продукции. Сторонники такого подхода утверждают, что урожай может выращиваться круглый год, превращая один акр контролируемой среды в эквивалент многим акрам открытого пространства. Они считают, что продукция в блоках будет выращиваться “органически”, снижая загрязнения и потребности в воде, используя повторно воду от эвапотранспирации.

http://10killers.info/articles/wwroof/img/021.jpg


Однако, независимо от того, сможем ли мы позволить себе подобные конструкции или нет, во многих частях планеты по-прежнему будут применяться “дедовские” методы возделывания земли, простейшее сельское хозяйство, имеющее одну цель – прокормить самих себя (на фото ниже – южноафриканская деревня).

http://10killers.info/articles/wwroof/img/020.jpg