Wyżywienie 10 miliardów ludzi: Więcej żywności na mniejszej powierzchni

11 minut(y) czytania

Zaktualizowano dnia: 14.12.2020 13:28:20 GMT

Przewiduje się, że do 2050 roku nasza populacja osiągnie 9,7 miliarda osób, więc zajmiemy jeszcze więcej gruntów i będziemy potrzebować jeszcze więcej jedzenia. Jednak, jak widzieliśmy w poprzednim rozdziale, oczyszczanie gruntów pod rolnictwo ma znaczący wpływ na środowisko. Aby wyżywić naszą rosnącą populację w zrównoważony sposób, będziemy musieli produkować więcej żywności na jednostkę gruntu. To oznacza zwiększenie plonów.

Image of Zwiększenie plonów

Zwiększenie plonów

Plony określają ilość zbiorów upraw z danej powierzchni gruntów. Obecnie plony zwykle wynoszą 20-80% tego, ile mogłyby wynosić. Ta luka w plonach jest szczególnie znacząca w krajach rozwijających się, co sprawia, że są one ważnym miejscem do skoncentrowania naszych wysiłków dotyczących ulepszania plonów na świecie.

W tym rozdziale przyjrzymy się czynnikom utrzymującym plony na niskim poziomie, takim jak pogoda, stan zdrowia roślin i jakość gleby, a następnie zobaczymy, co możemy zrobić, by rozwiązać te problemy.

Problem nr 1: Pogoda i klimat

Rośliny potrzebują światła i CO₂, aby wyprodukować pokarm (w procesie zwanym fotosyntezą). Ale wydajność plonów najbardziej ograniczają temperatura i dostępność wody.

Bez wody rośliny mają trudności z produkowaniem pokarmu i pozyskiwaniem składników odżywczych. Rośliny wykorzystują wodę również do schładzania się, więc potrzebują jej więcej w wyższych temperaturach.

Image of Dlaczego rośliny potrzebują wody

Dlaczego rośliny potrzebują wody

Przewiduje się, że zmiany klimatyczne podniosą temperaturę i ograniczą dostępność wody w wielu regionach, doprowadzając tym do druzgocących strat w plonach.

Problem nr 2: Szkodniki, chwasty i choroby

W skali globalnej 20-40% zbiorów jest traconych z powodu szkodników, chwastów i chorób. Zarówno zmiany klimatyczne, jak i systemy intensywnych upraw stosowane przez wielu rolników mogą zwiększać te straty.

Jednak takie monokultury są również bardziej podatne na szkodniki i choroby: jeśli szkodniki rozwiną odporność na środki ochronne jednej rośliny, całe pole może zostać zniszczone!

Najpoważniejszym biologicznym zagrożeniem dla plonów są chwasty. Bez stosowania ochrony upraw same chwasty mogłyby spowodować straty w plonach sięgające 32%.

Image of Chwasty stanowią największe zagrożenie biologiczne dla upraw

Chwasty stanowią największe zagrożenie biologiczne dla upraw

Zwalczanie chwastów poprzez stosowanie herbicydów i orkę zapobiega ponad dwóm trzecim strat. Jednak nadmierne stosowanie herbicydów stymuluje chwasty do wykształcenia odporności na nie, a fizyczne usuwanie chwastów podczas orki przyczynia się do degradacji gleby.

Problem nr 3: Degradacja gleby

Azot, fosfor i potas są trzema najważniejszymi składnikami odżywczymi dla wzrostu roślin. Brak któregokolwiek z nich znacznie ograniczy plony.

Image of Ważne składniki dla odżywiania roślin

Ważne składniki dla odżywiania roślin

Póki co omówiliśmy trzy problemy - jakość gleby, szkodniki i klimat - które znacząco zmniejszają plony. Ale co możemy zrobić, by je rozwiązać?

Rozwiązanie nr 1: Poprawa jakości gleby

Cały materiał biologiczny, żywy lub martwy, znajdujący się w glebie jest nazywany materią organiczną.

Zwiększenie zawartości materii organicznej w glebie będzie miało kluczowe znaczenie dla poprawy jakości gleby. Dlaczego?

  1. Składniki odżywcze są uwalniane do gleby, gdy mikroorganizmy glebowe rozkładają martwe organizmy.
  2. Mikroorganizmy glebowe konkurują ze szkodnikami roślin, a także mogą zwiększyć zdolność roślin do obrony przed chorobami.
  3. Zwiększona zawartość materii organicznej w glebie zwiększa ilość węgla, który może być magazynowane w glebie.
  4. Materia organiczna w glebie trzyma glebę zwartą, poprawiając zdolność gleby do zatrzymania wody i zmniejszając ryzyko erozji gleby.
Image of Korzyści materii organicznej w glebie

Korzyści materii organicznej w glebie

Gdy gleba pozostaje niezagospodarowana, traci więcej wody w procesie parowania i jest bardziej narażona na wywiewanie przez wiatr lub wypłukiwanie przez deszcz. Naga gleba jest również bardziej podatna na chwasty. Szybko rosnący „międzyplon”, taki jak żyto czy gryka, może być siany, by konkurować z chwastami i chronić glebę.

Ewentualnie można dodać pokrycie organiczne, takie jak słoma, żeby chronić powierzchnię gleby. Takie działanie nazywane jest mulczowaniem.

Bardziej efektywne nawadnianie jeszcze bardziej zmniejszy degradację gleby i pozwoli na zwiększenie upraw przy wykorzystaniu mniejszej ilości wody.

Rozwiązanie nr 2: Agroekologia

W naturalnych ekosystemach składniki odżywcze krążą pomiędzy roślinami a glebą, w miarę jak rośliny rosną i umierają.

Image of Naturalny obieg składników odżywczych

Naturalny obieg składników odżywczych

Kiedy uprawiamy rolę, te cykle zostają przerwane, ponieważ rośliny są zbierane, zanim zdążą zwrócić swoje składniki odżywcze do gleby.

Image of Przepływ składników odżywczych w systemie rolniczym

Przepływ składników odżywczych w systemie rolniczym

Agroekologia to strategia rolnicza, która stara się naśladować te naturalne cykle. Wykorzystując zależności między roślinami, zwierzętami i środowiskiem, systemy agroekologiczne minimalizują swoje zapotrzebowanie na nakłady zewnętrzne, podnosząc swoją produktywność i zwiększając zrównoważenie, przy jednoczesnym ograniczaniu zanieczyszczeń i odpadów.

Różne uprawy potrzebują innych ilości składników odżywczych. W związku z tym prowadzenie różnych upraw na tej samej glebie, razem lub naprzemiennie, pozwala na efektywne wykorzystywanie dostępnych składników odżywczych bez zubożania ich.

Image of Płodozmian i uprawy współrzędne

Płodozmian i uprawy współrzędne

Uprawianie współrzędne zwiększa również różnorodność systemów rolnych. Bardziej różnorodne systemy lepiej sobie radzą zarówno z naturalnymi, jak i ekonomicznymi zmiennościami.

Spójrzmy na przykład takiego systemu. W agroleśnictwie uprawy (i czasem żywy inwentarz) są hodowane razem z drzewami na tym samym obszarze.

Ale co jest w tym takiego świetnego?

Image of Agroleśnictwo

Agroleśnictwo

Same drzewa magazynują znaczne ilości węgla w drewnie i korzeniach. Co więcej, poprzez polepszanie jakości gleby, podnoszą jej zdolność do pochłaniania CO₂ z atmosfery!

Gdy na jednym obszarze uprawiane są różne rośliny, istnieje mniejsze prawdopodobieństwo, że szkodniki lub choroby spowodują zniszczenia w uprawach.

Niektóre rośliny potrafią chronić uprawy przed szkodnikami poprzez sygnalizację chemiczną. To naprawdę może zdziałać cuda. We wschodniej i południowej Afryce gąsienice świdra łodygowego powodują zmniejszenie plonów kukurydzy nawet o 80%!

Dorosłe ćmy świdra łodygowego składają jaja na uprawach kukurydzy. Preferują jednak składanie ich na rozplenicy słoniowej, więc są „odpychane" od kukurydzy, jeśli rozplenica jest uprawiana wzdłuż granicy pola.

Image of Przyciąganie

Przyciąganie

Natomiast roślina o nazwie Desmodium uncinatum produkuje substancje chemiczne, które odstraszają mole. Chroni ona również uprawy przed pasożytniczymi chwastami.

Image of Odpychanie

Odpychanie

Gdy wykorzystywane są razem, rośliny te tworzą silny efekt „odpychająco-przyciągający" zarówno przeciwko owadom, jak i chwastom:

Image of Technologia odpychająco-przyciągająca

Technologia odpychająco-przyciągająca

Oprócz ochrony upraw Desmodium jest jedną z grup roślin, która ma zdolność dodawania azotu do gleby. Te rośliny (do których zaliczają się również groch i fasola) mają specjalne porozumienie z pewną grupą bakterii żyjących wewnątrz ich korzeni. Te bakterie wychwytują azot z atmosfery i przekazują go roślinom w zamian za pokarm.

Część tego azotu trafia do otaczającej gleby. W związku z tym uprawianie tych roślin na zmianę lub w połączeniu z innymi uprawami przywraca azot do gleby i zmniejsza zapotrzebowanie na nawóz.

Rozwiązanie nr 3: Rolnictwo precyzyjne

Image of Rolnictwo precyzyjne

Rolnictwo precyzyjne

Jakość gleby może znacznie się różnić w obrębie jednego pola, zarówno przestrzennie, jak i sezonowo. Rolnictwo precyzyjne obejmuje wykorzystanie technologii do pomiaru tych zmiennych i dopasowuje się do nich. Dzięki specyficznym dla danego miejsca odczytom i próbkom wykorzystanie wody, nawozów i pestycydów można zoptymalizować tak, by zmaksymalizować plony przy jednoczesnym zminimalizowaniu ilości odpadów.

Rolnictwo precyzyjne ogranicza, zarówno ekonomiczne, jak i środowiskowe koszty hodowli. Jak?

  1. Pozwala uniknąć niepotrzebnych emisji podtlenku azotu i zanieczyszczenia składników odżywczych powodowanego przez nieefektywne stosowanie nawozów (patrz poprzedni rozdział).
  2. Potrzeba mniej energii, jeśli woda jest pompowana tylko do roślin jej potrzebujących.
  3. Zmniejsza nagromadzanie się nadmiaru pestycydów, minimalizując ryzyko wykształcenia odporności przez szkodniki, i ogranicza wycieki tych trucizn do lokalnych ekosystemów.

Stan zdrowia roślin i ilość składników odżywczych mogą być monitorowane za pomocą czujników i skanerów w traktorach, natomiast drony mogą być wypuszczane nad pola w poszukiwaniu chwastów i szkodników.

Sztuczna inteligencja i GPS mogą być wykorzystywane do optymalizacji tras przejazdu traktorów, co minimalizuje ubijanie się gleby i zmniejsza jak najbardziej zużycie paliwa.

Tak naprawdę traktory mogłoby zostać całkowicie wyeliminowane! Opracowano autonomiczne roboty, które aplikują nawozy i pestycydy bezpośrednio tam, gdzie są one potrzebne. Zastosowanie tych robotów zmniejsza koszty pracy, zbijanie się gleby i emisję CO₂.

Roboty mogą być również wykorzystywane do niechemicznego odchwaszczania. Na przykład, chwasty można eliminować za pomocą prądu, unikając tym sposobem konieczności stosowania chemicznych herbicydów.

Image of Roboty do niechemicznego odchwaszczania

Roboty do niechemicznego odchwaszczania

Roboty nie są tanie, a ich koszt uniemożliwia wielu rolnikom wdrożenie takich praktyk, zwłaszcza w krajach rozwijających się. Przeniesienie zarówno nowych, jak i starych technologii do tych regionów będzie zasadnicze, jeśli mamy produkować wystarczającą ilość żywności. Będzie to wymagało znacznych inwestycji, jak również wymiany wiedzy i zasobów pomiędzy krajami.

Wnioski

Oczywiście wprowadzone muszą zostać zmiany w tradycyjnych metodach rolniczych. W celu zwiększenia plonów przy jednoczesnym ograniczeniu odpadów i zużycia zasobów potrzebne będą zarówno rozwiązania naturalne, jak i technologiczne. A gdybyśmy mogli ulepszyć rośliny same w sobie?

Następny rozdział