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养活全世界农业须再革命

发布日期:2016-01-28

  目前全世界总人口超过70亿,为了维持生存,我们占据了地球陆地总面积的40%,把它开垦为农田、果园、牧场,大量生产人类所需的农产品和肉类。

  全世界总人口到2050年将增至96亿。联合国粮农组织预计,届时粮食生产须增长70%才不至于饿肚子。问题是绝大多数可生产粮食的土地已经开垦,剩下的都是高山或南极的不毛之地。尚存的唯一潜在可耕地是需要进行刀耕火种的现有热带雨林。这意味着我们要对耕作方式进行一些大规模改变。

  耕作方式大改变并非不可能,其实几十年前就发生过一次。美国植物学家诺曼-博劳格(Norman Borlaug)鲜为人知,但如果你探索农业革命,他可能是你景仰之情油然而生的第一人。20世纪40年代中叶,博劳格希望提高墨西哥中南部高原地带小麦产量,于是培育了几种非常适合墨西哥山区的高产、抗病半矮杆小麦。种植博劳格小麦的农民产量立刻见长,在施加氮肥的土地上种植产量增长尤其明显。这种种植方式迅速流行,到1963年墨西哥小麦产量90%为博劳格矮杆小麦。1944年(博劳格抵达墨西哥那一年)-1963年,墨西哥小麦产量增长了5倍。

  20世纪60年代,主要由于本地区粮食产量跟不上人口增长,南亚出现饥荒。博劳格认为自己能帮上忙,于是把他的高产小麦向南亚次大陆推广。最后他移居南亚,用16年时间管理指导头几批小麦种植和收获。结果相当惊人:只用了5年时间,印度和巴基斯坦小麦产量便几乎翻番。到1974年,两国粮食产量已能自给,博劳格方法迅速向南亚其他地区和东南亚普及。饥荒得以避免。

  但我们不能抱着博劳格开启的“绿色革命”不思进取——如今土地溢价远超博劳格时代。时间还证明这场革命远非完善;为了增加产量,博劳格鼓励单一种植(同一块土地年复一年地种植一种作物,不进行多样化种植或轮作)及大量利用从石油制造的氮肥,这两种办法都可使农作物产量短期内大量增加,但长期却使得土壤肥力下降。此外,博劳格只注重用大米、玉米和小麦防止饥荒,而忽视我们现在所知营养更多、单位面积产量热量产生更多的农作物:比如马铃薯和红薯。

  不管怎样,我们现在的粮食格局是博劳格奠定的。但我们现在需要对这一格局做出一些改变,在同样面积的土地上多生产70%的热量。我们先从水果和蔬菜开始。

  水果摩天大楼

  这份成绩归功于温室。全世界首批温室建于1963年,是西班牙国家农垦机构(Instituto Nacional de Colonización)所开辟土地分配项目的产物。温室环境可控、作物美观,它生产的水果蔬菜销量不久便稳定超过露天种植的水果蔬菜,成为从前贫穷的阿尔梅里亚省(塔韦纳斯沙漠所在省份)农民的意外之财。这些资金进行再投资以扩大温室——廉价的塑料薄膜取代玻璃成为保温的主要材料——如今塔韦纳斯沙漠温室面积5万英亩(约合30万市亩),年产值15亿美元(约合人民币100亿美元).

  塔韦纳斯沙漠的壮观温室——近地轨道肉眼可见——被誉为经济奇迹,但它们的意义不仅在于此:它们还是理论用之于实践的证明。如今只有富裕但土地紧张的欧洲利用温室生产相当比例的新鲜作物,但随着世界其他地区迅速富裕和土地日益紧张,塔韦纳斯模式也许值得推广。

  这是因为从环境和土地利用的角度来看,可控环境耕作是一个伟大的想法。室内种植的蔬菜水果单产往往比室外种植的高很多。围上一片地、盖上屋顶便可种植,杂草、害虫、恶劣天气造成的绝大多数问题荡然无存。再加上水培法这类科技,产量甚至可进一步提高。更妙的是做一个模块化的旋转堆种水培台——这意味着你可在同一块土地上种植几层作物(假定阳光充足),而露天耕种的农民只能种一层。

  可以把作物“堆种”发挥到极致。2005年,哥伦比亚大学公共卫生专业荣誉教授德波米耶(Dickson Despommier)建立一个宣扬“垂直农场”的网站。垂直农场是德波米耶和学生四年前提出的概念,顾名思义:“垂直农场就是一个多层高科技温室。” 不过从为所有作物获得充分阳光到避免病虫害确保良好长势,其中存在从众多挑战。“有很多需要克服的技术和工程问题,这就是非到万不得已时它不能成功的原因。”

  2011年,日本的一场灾难使垂直农场成为必要。造成福岛核事故的海啸毁灭了仙台附近的大部分农田。仙台位于日本最大岛本州岛北部沿海区域。为了弥补损失土地,日本政府决定掀起垂直农场建设热。四年后日本已有几百家垂直农场,这是堆叠成多层摩天大楼的温室,农作物每日轮流吸收阳光。作物根部裸露浸泡在浓缩营养液或营养雾中,无须向垂直农场运送土壤。

  水培法姊妹技术气培法已在日本开展,利用气培法的高科技温室迅速取得可观产量。与植物根部浸泡在营养液中的水培法不同,气培法用营养雾喷洒植物根部。“由于吸收相同数量的营养必须增大表面积,气培法作物的根系要长的多,”德波米耶解释道,这反过来使得作物生长加速。

  新加坡、瑞典、韩国、加拿大、中国、荷兰等国如今都有与日本垂直农场概念类似的高层农场。美国芝加哥也出现了这类农场,同时新泽西州纽瓦克、怀俄明州杰克逊都与可供环境供应商签订了建设垂直农场的合约。

  不过垂直农场的日照仍是一个问题,至少按目前的设想来看是如此。栽培塔必须足够狭小才能让阳光全方位进入,否则垂直农场建设方必须设法旋转种植的植物,保证它们全都能获取充分阳光。或者可采用较简单的解决办法:用人工光源(如LED)替代阳光。

  英国、荷兰、美国波士顿和布莱恩已经采用人工光源。这些有时被称为“粉室”(Pinkhouse)的温室使用作物吸收效果最佳的可见光蓝光和红光。只利用这些颜色的可见光,“粉室”十分高效:野外农作物吸收的光线最多只有8%了被利用,而在粉室这一比例可高达15%。此外,由于生长过程完全在室内,光线、温度、湿度的可控程度甚至为技术最高、不依靠太阳的垂直农场和温室所不及。

  于是粉室农作物生长速度比露天农作物快20%,用水和肥料微不足道,还没有病虫害困扰。目前由于LED价格使得粉室建设前期成本居高不下,但预计今后五年LED价格可下降一半。有鉴于此,我们也许应该做好准备迎接大部分农作物在布满LED的高层建筑工业化栽培的时代。

  薯类作物复兴

  据统计,在美国多达40%的农产品既未卖出也未食用。原因竟然是长相太丑。

  消费者不愿意买不完美的水果蔬菜,杂货店拒绝进货。对“漂亮”农产品的需求意味着菜农果农须弥补所有他们销售不出去的农产品成本。结果在杂货店卖的农产品就只有那些利润丰厚的农产品。

  这也是从波士顿粉室到阿尔梅里亚塑料薄膜温室的可供环境绝大多数用于栽培生鲜农产品的原因:在可控环境下劳作的农夫可栽培出卖相一贯不错的农产品。它们在当前卖相胜于一切的蔬菜水果市场有着巨大优势。此外,新鲜也是农产品的一大卖点。到消费者餐桌的距离越短,农产品的口味就更好,消费者也就愿意多付钱。而且可控环境使得农夫能够后屋栽培前店销售。所以即便是在土地资源丰富的美国,当今市售新鲜西红柿40%产自温室。

  但与蔬菜水果相比可控环境耕种主要粮食作物利润要微薄得多。水稻、玉米、小麦——为全世界人口提供大约一半热量的谷物——价格全都很低,而且外观或多或少已不重要。这些农作物的利润微薄,所以对创新和生产方式的任何追加投资都将造成难以置信的价格飙升。只有在大片土地种植大量作物,主粮种植者才能盈利;让他们复制蔬菜水果温室栽培盈利模式没有经济意义,所以对我们最重要的农作物来说可控环境种植还不能取代露天种植。

  主粮产量增加到满足96亿人所需的程度也许并不需要如阿尔梅里亚温室那样壮观的东西;只需提高种植方式的现代化就够了。美国前农业部长、现为希望解决世界粮食问题的几个非盈利组织顾问的格里克曼(Dan Glickman)说:“不发达国家的贫困农民耕作方式仍和一万年前一样。没有轮作、没有灌溉,人们仍是使用畜力。只要把现代耕作方式扩展到全球就能有效提高产量。”

  如今漫灌是一种普遍灌溉方式,但也越来越被认为是低效的方式。智能灌溉——通过智能手机进行的滴灌——将有助于充分利用资源和增加产量。

  普遍采用轮作方式尤其能改变局面。如果不进行干预,重复种植主要农作物的田地最终将“耗尽”肥力——农作物吸干土壤中的氮含量使其成为不毛之地。最常见的解决办法是通过肥料补充氮或抛荒直到土壤肥力恢复农作物能再次生长。这两种办法的经济成本(肥料价格不低,尤其是对农业地区的小农而言)或热量成本(土地抛荒不能生产)相当大。不过也有相当直接的替代办法:可以种植某些作物——主要为具有固氮作用的豆科类——而不用抛荒以恢复肥力。也就是说,通过轮流种植玉米和豌豆或黄豆,土地永远无需抛荒。

  此外,农作物的多样化还能为大多数当地饮食增添急需的营养。2008年,农学家、记者、《富庶的末日》(The End of Plenty)一书作者伯恩(Joel Bourne)前往马拉维协助工人向当地农民介绍轮作。“这里的人严重依赖玉米,”伯恩说。“他们吃的白玉米粥给他们大部分热量,但其他营养成分很低,所以让农民种植豆类、花生有助于改善该地区营养。”

  另外更新颖但尚不实际的选择是改革我们的全球饮食构成。与其他可能主要作物相比,水稻、小麦和玉米的单位面积热量并不是特别多。每英亩土地种植玉米产生的热量有750万卡,水稻为740万卡,小麦只有300万卡。相比之下每英亩土地种植红薯产生的热量有1030万卡,而且红薯可在贫瘠土壤生长、能经受旱涝;马铃薯可产生热量920万卡,能在任何排水良好的土壤中生长且不怕霜冻。它们俩都可成为主粮作物——比如不起眼的马铃薯让欧洲成功度过了工业革命的人口大爆炸,红薯长期是夏威夷土族和毛利人的主食——但却在博劳格的“绿色革命”中备受冷落。

  鉴于马铃薯和红薯的高热量比,如果我们希望养活后代,它们注定将会复兴。其实在可耕地缺乏的地区这种变化已经开始:在农业非政府组织一英亩基金(One Acre Fund)协助下,肯尼亚政府鼓励农民种植红薯而非玉米,与此同时中国政府号召市民把马铃薯纳入食谱。甚至联合国也开始把重点放在薯类植物,2008年马铃薯被宣布为“未来食品”。如今联合国有一只基金专门支持全球马铃薯种植者。

  直到薯类植物全球复兴,重头戏都在效率上面。全球差不多一半谷物产自美国、印度和中国。在这三个国家,数据农业、新研究领域正在兴起。

  伊利诺伊大学农业与生物工程系主任K-C-金(K.C. Ting)与传统露天耕种农民合作提高产量,同时保持灌溉、化肥等成本不变甚至有时还降低。金和研究人员绘制农田地图,计算何处产量最高,然后收集这些地方从土壤PH值、水位到矿物质含量的各种关键数据。金和其他农业生物工程师利用这些信息就可以帮助农民计划在哪里耕种、哪里喷洒杀虫剂、除草剂、化肥和灌溉。在规模较大的农场,耕地、喷洒、施肥等过程可部分或全部自动化,所以效率要比人力高得多。农用设备自动化还有助于工程师们收集更多数据——随着数据收集越来越多,农场的效率就更高。

  偶尔写写农场生活博客的印第安纳州农场主斯科特(Brian Scott)种植了2000多英亩玉米、小麦和大豆。他一一列举了农场所用高科技工具:能始终把田地犁得笔直的安装GPS的自动控制拖拉机、知道在哪里播种及哪里已经播种的播种机、农地pH检测、产量地图和产量历史图……。虽然一些最热门的工具(如农作物传感器、智能手机灌溉)他还没用上,但他表示所用的技术工具已经帮他增加了产量并显著降低开支。

  不过当问及美国高科技农场的产量是否有助于减轻将来90多亿世界人口的饥饿时,斯科特陷入了沉默。随后他若有所思的回答道:“人们有时候忘记了每英亩玉米产量达到300蒲式耳——几乎为去年创记录平均产量的两倍——诚然不错,但那时价格又会到什么地步?”

  斯科特担心,玉米生产过剩使价格大降,那么很多农场主就会觉得大量生产玉米不值——从而导致全球玉米产量下降;结果农作物产量增加并不一定会惠及贫穷国家。所以经济刺激很关键,“很多农场主最近跟我说,他们对养活全世界人口的想法没有多少共鸣,” 科特如是说。

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