10 ноу-хау, которые меняют сельское хозяйство
Всем известно, что плуг John Deer облегчил работу аграриям, а жатка Сайруса Маккормика позволила собирать урожай механизированно. Но сегодня изобретатели мечтают решить более глобальные проблемы сельского хозяйства, такие как дефицит воды и рабочей силы, хранение данных на «облачных» ресурсах, автоматизация управления.
И это захватывает, но давайте будем честными: робототехника и автоматизация постепенно вытесняют человеческий труд, однако сельское хозяйство все еще нуждается в крепкой рабочей силе.
Вашему вниманию несколько интересных «штучек», которые выходят на мировые рынки. Кстати, многие из них были признаны «Форбс» в недавнем рейтинге «25 наиболее инновационных технологий». Не верите — проверьте!
Машина, которая самостоятельно уничтожает сорняки
Robovator — это машина, которая ездит между рядами в поле, ищет сорняки среди посаженных растений и уничтожает их. «Эта машина — ответ на растущую проблему засоренности, — говорит директор по продаже техники Даниэль Батлер.
— Стоимость такой машины — $175 тыс.».
Юху, ваше поле снова присылает вам сообщение!
Компания CropX разработала адаптивный датчик в системе орошения и протестировала его в Израиле, где 60% земель являются пустынными. Благодаря встроенным датчикам система орошения автоматически доставляет каждому растению правильное количество воды, а не поливает целое поле одновременно. Фермеры помещают датчики в землю, загружают приложение на свой девайс и в течение следующих нескольких минут вы получаете информацию о потреблении растением воды. «Благодаря этим датчикам мы сократили расходы и увеличили свои доходы на 10-20%», — говорит генеральный директор компании Томер Тзач.
Автономная дизельная платформа, которая выполняет полевые работы самостоятельно
Канадская компания Dot Technology Corp выпускает автономный автомобиль DOT — У-образную дизельную гидравлическую платформу для транспортировки любой техники или продукции, а загружается она четырьмя гидравлическими подъемниками.
Автомобиль работает автономно или с помощью дистанционного управления. «DOT станет платформой, которая сможет выполнять невероятно большое количество задач от фермеров», — утверждает изобретатель DOT Норберт Бойо.
Сохраните пчел этим роботом-опылителем!
Анна Халдеван прочитала о проблемах, возникших в пчелиной колонии с опылением, и захотела решить ее. Она придумала Plane Bee — самодостаточный прибор перекрестного опыления. Это дрон, которым можно управлять со смартфона. В нем есть небольшие отверстия для засасывания и выпрыскивания пыльцы. Вентили на верхней части служат выхлопной системой для очистки, а камера может идентифицировать различные цветы. «Я хочу сделать его совершенным, чтобы в конце концов им могли пользоваться все люди независимо от рода занятий», — говорит она.
У вас произошло заражение урожая? Тогда Parabug поможет!
Скажем, у вас есть дрон, который запрограммирован следить за вашими культурами, и тут вы замечаете, что какая-то часть поля заражена.
Что делать? Конечно, использовать Parabug. Parabug — это система с мешком, в котором есть различные виды полезных насекомых, уничтожающих вредителей ваших растений. В систему вы вводите координаты, прокладываете маршрут и можете разбросать с помощью двухметровой трубки, прикрепленной к нижней части беспилотника, насекомых. «Использование Parabug не заменит химикаты. Это просто еще один инструмент для борьбы с вредителями», — уверяет изобретатель Чандлер Беннет.
Новое покрытие или культура для чередования кукурузы и сои
Компания Arvegenix начала использовать в своих севооборотах такую культуру, как pennycress. Ее можно добавлять в ротации между кукурузой и соей. Это зимнее покровное растение защищает почву от эрозии и минимизирует азотное загрязнение.
Создание «Интернета коров»
Это менеджер-приложение помогает фермерам лучше следить за животными и продавать их через Интернет. Bovcontrol отслеживает прививки, потребность в питании и пр.
Это клубничное поле навсегда изменится с робототехническим комбайном
Клубника является популярной мягкой ягодой, которую до этого времени нужно было собирать вручную, однако Agrobot надеется все изменить. Эта машина не только выбирает ягоды, но и сортирует их в ящики.
Скажи «нет» бумажным работам на фермах!
Heavy Connect — безбумажная платформа, которая работает на «облаке». Она фиксирует рабочие часы, управляет полевыми наблюдениями, координирует расположение работников и отслеживает технику. Однако наибольшим преимуществом является легкое ведение документации фермы.
«Умный» способ снизить продовольственные отходы
Как мы уже знаем, большое количество продукции остается на поле. Но вот эта упорная американская команда собирает капусту как первого класса, так и второго — и у нее есть рынок сбыта. Ежегодно США теряет около двадцати миллиардов фунтов «уродливых» продуктов. Компания Full Harvest пытается сократить эти расходы.
Она создала вторичный рынок (В2В), где производители могут объединяться с пищевыми компаниями, чтобы сдавать избыточные или несовершенные продукты.
AgroPortal.ua по материалам Farm Futures
Ноу-хау белорусских учёных. Для наших бурёнок разработали кое-что интересное!
Сделали уникальный аккумулятор на основе натрия. Какими разработками учёных могут гордиться белорусы?
География научных исследований просто не знает границ. Нам есть чем гордиться. Чем сегодня живут ученые и что конкретно сейчас происходит в лабораториях Академии наук? В программе «Новое утро» на РТР-Беларусь поговорили с Василем Гурским, главным ученым секретарем Национальной академии наук Беларуси.
Какими разработками белорусские ученые удивят в ближайшее время?Юрий Царев, ведущий:
Наша Академия наук – это исследовательский центр и самая настоящая научная производственная корпорация.
Каких сенсаций можно ждать от наших ученых? Чем они удивят нас в ближайшее время?
Василий Гурский, главный ученый секретарь Национальной академии наук Беларуси:
НАН – это не просто крупнейшая и самая главная научная организация нашей страны. Можно сказать, что уже она стала брендом свободной и независимой Беларуси. Благодаря поддержке Президента нашей страны Александра Григорьевича Лукашенко, в нашей стране не просто была сохранена Академия наук, но и активно идет развитие собственной науки. Благодаря развитию Академии наук и в целом науки в нашей стране, сегодня мы обладаем компетенциями даже в тех сферах, в которых никогда не обладали. Технологически высокоразвитой считается страна, которая освоила космические технологии, которая имеет наработки в плане биотехнологий, в плане информационного обеспечения, даже в исследовании Антарктиды, все это у нас есть. Сегодня мы всем этим располагаем. Совсем недавно мы отмечали возвращение 15-й антарктической экспедиции НАН.
На орбите летает три космических спутника дистанционного зондирования Земли, которые разработаны на основе исследований белорусских ученых. Сегодня наши ученые в области ядерной энергетики полностью курировали строительство БелАЭС, сейчас разрабатывают перспективы дальнейшего развития ядерной энергетики в нашей стране. Наши биотехнологии, клеточная инженерия, генная инженерия активно используются при разработке лекарств, которые не имеют аналогов в мире. Это противоопухолевые лекарства и другие. Мы можем гордиться нашей наукой и Академией наук.
Ольга Бурлакова, ведущая:
Хотелось бы чуть подробнее о разработках ученых в области медицины. Нельзя не коснуться наболевшей для всех темы – коронавирус, который сейчас, вроде, отступил, но расслабляться не стоит. И мы знаем, что вакцина успешно разработана, в следующем году она выйдет в широкий прокат. Расскажите подробнее о вакцине.
Василий Гурский:
Как только возникла угроза коронавируса, НАН активнейшим образом по поручению Президента подключилась к разработке собственной отечественной вакцины.
Буквально в первый же год нашим Институтом биохимии была разработана отечественная тест-система. Причем она была ускоренного образца, то есть можно было в самое короткое время определить наличие этого вируса. Нашим Институтом биофизики совместно с РНПЦ эпидемиологии Минздрава был разработан прототип отечественной вакцины, которая уже прошла клинические исследования. В ближайшее время будет выпущена в серию. Но должен сказать, что в НАН, как и в остальных сферах, здесь решают эти вопросы комплексно и системно. В прошлом году у нас был открыт Центр экспериментальной вирусологии. Его основная цель – разрабатывать антивирусные препараты не только против коронавируса, который уже отступает. Но и против гриппа и остальных опасных болезней. Методики уже отрабатываются.
Юрий Царев:
Вы уже сказали про три наших спутника, но давайте вспомним 2012 год, когда Беларусь впервые вышла в космос, самостоятельно запустив наш спутник земного зондирования.
Этот спутник положил начало белорусскому освоению космоса, но тем не менее ведется работа над российско-белорусским спутником. На какой стадии сейчас находится развитие проекта? Чего ожидать от запуска этого спутника?
Василий Гурский:
В 2012 году был запущен спутник на основе наших разработок. Я бы не сказал, что был запущен полностью самостоятельно, мы активно работали и продолжаем работать с Роскосмосом. Но это были наши разработки. Надежность этого спутника именно по разработкам белорусских ученых подтверждена практикой. Этот спутник был рассчитан на пять лет полета в космосе. Уже 10 лет он летает в космосе и работает. Результаты его работы в плане дистанционного зондирования Земли передаются в наш Институт проблем информатики, где расположена большая антенна, ее могут видеть все желающие. Информация обрабатывается и передается во многие наши госорганы, ГПК. Эта информация очень востребованная. В настоящее время ведутся разработки по созданию спутника дистанционного зондирования Земли со сверхвысокой разрешающей способностью 0,35 метра.
Эти работы также ведутся совместно с Роскосмосом, я думаю, что к 2025-2026 году этот спутник должен сменить уже немного морально устаревший прошлый.
Ольга Бурлакова:
Мы знаем, что уже много лет ведутся разработки в области электротранспорта. В чем уникальность этих моделей?
Василий Гурский:
Развитие электротранспорта по поручению Президента нашей страны также закреплено, по крайней мере научное обеспечение этой сферы, за НАН. В данном направлении уже полностью разработана техническая документация на практически всю компонентную базу электротранспорта. Но это не только теоретические разработки, уже созданы опытные образцы четырех типов электротранспорта. Это и малый грузовичок, и грузовик на полторы тонны грузоподъемностью, на 12 тонн. На выставке «Беларусь интеллектуальная» мы демонстрировали наш электрородстер, спортивный суперкар. Все эти опытные образцы участвовали в автопробеге по Минску и занимали призовые места.
Так что это работающие модели. На этом мы не останавливаемся, самой интересной фишкой данного направления является разработка собственного аккумулятора. В обычном мире используют литий-ионные аккумуляторы, но мы знаем, что литий очень редкий и дорогой металл. Все стали переходить на электротранспорт, очень подорожала на него цена. Наши ученые разрабатывают аккумулятор на основе натрия. Натрия у нас много, это поваренная соль. Он дешевый и доступный нам. Это гораздо лучше, чем использовать литий. И использование нанотехнологий и графеновых наполнителей позволяет существенно повысить характеристики этих накопителей.
Юрий Царев:
Мы живем в век не только электромобилей, но и в век цифровизации, искусственного интеллекта. Кто работает с искусственным интеллектом, он смотрит в будущее. Как обстоят дела в НАН с искусственным интеллектом? Способен ли он заменить человека?
Василий Гурский:
Естественно, такая важная сфера, как IT-технологии, не могла быть обойдена вниманием НАН.
Объединенный институт проблем информатики и Центр идентификации у нас работает активно в этом направлении. Наши разработки прежде всего – это нейронные сети по распознаванию информации, получаемой при диагностике человека, различных его заболеваний. Созданные нами нейронные сети позволяют производить эту диагностику в автоматическом режиме, но в то же время здесь нельзя обойтись без врача человека, который потом на основе этих разработок принимает решение. Врачу предоставляется вся информация, при этом на экране выделяются области наиболее поврежденные, подверженные каким-то рискам. Он на основе этого принимает решение. Решение должно оставаться за человеком. Нашими учеными разработано много других программных продуктов, которые обеспечивают экспорт нашей продукции в другие страны, это и системы отслеживания товаров при перемещении через границу, это тоже довольно сложные продукты. Все это программное обеспечение направлено именно на нашу экономику, для наших производителей это работает.
Это не просто реализация программного продукта за рубеж, чтобы оно работало на американцев. Это именно для нашей экономики. Нельзя не отметить, что в Объединенном институте проблем информатики освоено производство нашего отечественного суперкомпьютера, который был разработан при реализации научно-технической программы Союзного государства. Одной из, потому что их целая серия была. И теперь они освоили полностью технологию производства. У нас есть свои суперкомпьютеры, даже офисные суперкомпьютеры небольшого размера, которые чуть больше, чем обычный компьютер. Но по возможностям превосходит его в десятки раз.
Ольга Бурлакова:
Поздравьте жителей нашей страны с праздником.
Василий Гурский:
От всей души и всего сердца искренне поздравляю всех граждан Беларуси с этим замечательным праздником – Днем Независимости. Наша страна достойна этого. У нас есть чем гордиться. Мы можем по праву считать себя высокоразвитой и независимой, суверенной страной.
Счастья всем, мира, процветания нашей стране. Всего самого хорошего.
Искусство и наука о сельском хозяйстве
Сельское хозяйство — это искусство и наука о возделывании почвы, выращивании сельскохозяйственных культур и разведении скота. Он включает в себя подготовку продуктов растительного и животного происхождения для использования людьми и их распространение на рынках.
Сельское хозяйство обеспечивает большую часть мировых продуктов питания и тканей. Хлопок, шерсть и кожа — все это продукты сельского хозяйства. Сельское хозяйство также обеспечивает древесину для строительства и производства бумаги.
Эти продукты, а также используемые методы ведения сельского хозяйства могут различаться в разных частях мира.
Начало сельского хозяйства
На протяжении веков рост сельского хозяйства поддерживал развитие городов. До того, как земледелие получило широкое распространение, люди кормились охотой и собирательством. Между 10 000 и 12 000 лет назад люди постепенно научились выращивать злаки и корнеплоды и перешли к жизни, основанной на земледелии.
Со временем большая часть населения Земли стала зависеть от сельского хозяйства. Ученые не уверены, почему произошел этот переход к сельскому хозяйству, но, возможно, это произошло из-за изменения климата.
Когда люди начали выращивать сельскохозяйственные культуры, они также продолжали приспосабливать животных и растения для использования человеком. Адаптация диких растений и животных для использования людьми называется одомашниванием. Охотники-собиратели начали приручать животных и изменять природную среду, чтобы выращивать больше пищи, еще до того, как широкое распространение получило оседлое земледелие.
Ячмень, пшеница, бобовые, вика и лен были одними из первых одомашненных растений.
Первыми одомашненными животными были собаки, которых использовали для охоты. Следующими, вероятно, были одомашнены овцы и козы. Люди также одомашнили крупный рогатый скот и свиней. На предков большинства этих животных когда-то охотились из-за шкур и мяса. Многие из них также стали источниками молока, сыра и масла.
В конце концов, люди использовали домашних животных, таких как быки, для пахоты, тяги и транспортировки.
Сельское хозяйство позволило людям производить излишки продовольствия. Они могли использовать эту дополнительную еду, когда неурожай, или обменивать ее на другие товары.
Земледелие удерживало бывших кочевников возле своих полей и привело к развитию постоянных деревень. Они стали связаны через торговлю. Новые экономики были настолько успешными в некоторых областях, что города развивались. Самые ранние общества, основанные на интенсивном сельском хозяйстве, возникли в Плодородном полумесяце (который охватывает Левант, современную Турцию и Иран) и вдоль реки Нил в Египте. Другие очень ранние земледельческие общества независимо развивались в Центральной Америке, Восточной Азии, долине Инда и Западной Африке.
Усовершенствованная технология
Многие эффективные методы ведения сельского хозяйства уходят своими корнями в доземледельческую историю человечества.
На протяжении тысячелетий люди использовали методы контролируемого сжигания, чтобы избавиться от кустарника и мусора, позволяя съедобным растениям расти в большем количестве и предотвращая более крупные лесные пожары в засушливые сезоны. Сегодня крупные лесные пожары в Северной Америке и Австралии демонстрируют важность поддержания методов контролируемого сжигания, усовершенствованных многими индейскими племенами и австралийскими аборигенами.
Сельское хозяйство также улучшилось за эти годы. Ранние фермеры возделывали небольшие участки земли вручную, используя топоры для расчистки деревьев и палки-копалки для рыхления и обработки почвы. Со временем были разработаны улучшенные сельскохозяйственные инструменты из кости, камня, бронзы и железа. Появились новые способы хранения. Люди начали накапливать продукты в кувшинах и выложенных глиной ямах для использования во времена дефицита. Они также начали делать глиняные горшки и другие сосуды для переноски и приготовления пищи.
Около 5500 г.
до н. э. фермеры Месопотамии разработали простые ирригационные системы. Направляя воду из ручьев на свои поля, фермеры могли селиться в районах, которые когда-то считались непригодными для сельского хозяйства. В Месопотамии, Египте и Китае люди организовывались и работали вместе, чтобы строить и поддерживать более совершенные ирригационные системы.
Ранние фермеры также вывели улучшенные сорта растений. Например, около 6000 г. до н. э. в Южной Азии и Египте появился новый сорт пшеницы. Оно было крепче, чем предыдущие злаки, его шелуху было легче удалить, и из него можно было сделать хлеб.
По мере того, как римляне расширяли свою империю с помощью войны и принуждения, они написали руководства по методам ведения сельского хозяйства, которые они наблюдали в Африке и Азии, и адаптировали их для земли в Европе.
В Китае фермеры также адаптировали инструменты и методы из соседних империй. Сорт риса из Вьетнама быстро созревал и позволял фермерам собирать несколько урожаев за один вегетационный период.
Этот рис быстро стал популярным во всем Китае.
Многие средневековые европейские земледельцы использовали систему открытого грунта. Одно поле будет засеяно весной, другое осенью, а одно останется незасеянным или останется под паром. Эта система сохраняла питательные вещества в почве, увеличивая урожайность.
Лидеры Золотого века ислама (достигшего своего пика около 1000 г. н.э.) в Северной Африке и на Ближнем Востоке превратили сельское хозяйство в науку. Исламские фермеры Золотого века изучили севооборот.
В 15-м и 16-м веках исследователи завезли в Европу новые сорта растений и сельскохозяйственных продуктов. Из Азии они привозили домой кофе, чай и индиго — растение, из которого делали синюю краску. Из Америки они привезли такие растения, как картофель, помидоры, кукуруза (кукуруза), бобы, арахис и табак. Некоторые из них стали основными продуктами питания и расширили рацион людей.
Машины
В начале 1700-х годов в Великобритании и Нидерландах (Бельгия, Люксембург и Нидерланды, лежащие ниже уровня моря) начался период важного сельскохозяйственного развития.
Новые сельскохозяйственные изобретения резко увеличили производство продуктов питания в Европе и европейских колониях, особенно в Северной Америке.
Одной из самых важных разработок стала усовершенствованная конная сеялка, изобретенная Джетро Таллом в Англии. До этого времени фермеры сеяли семена вручную. Сверлом Талла просверлены ряды отверстий для семян. К концу 18 века посев семян широко практиковался в Европе.
Многие машины были разработаны в США. Хлопкоочиститель, изобретенный Эли Уитни в 1794 году, сократил время, необходимое для отделения хлопкового волокна от семян. Однако изобретение хлопкоочистительной машины не обошлось без негативных последствий: по мере того, как хлопок становился более прибыльным и менее трудоемким, у поработителей был стимул покупать больше порабощенных людей для производства большего количества хлопка.
В 1830-х годах механическая жатка Сайруса Маккормика помогла модернизировать процесс уборки зерна. Примерно в то же время Джон и Хирам Питтс представили молотилку с приводом от лошади, которая сократила процесс отделения зерна и семян от мякины и соломы.
Стальной плуг John Deere, представленный в 1837 году, позволил обрабатывать твердую почву прерий с гораздо меньшей мощностью. Наряду с новыми машинами произошло несколько важных достижений в методах ведения сельского хозяйства. Селекционно разводя животных (выращивая животных с желаемыми характеристиками), фермеры увеличивали размер и продуктивность своего скота.
Культуры веками занимались разведением животных. Предки современных овец, коз, крупного рогатого скота и свиней были первым домашним скотом, который был выведен селекционно. Фермеры начали практиковать селекционное разведение в больших масштабах, начиная с Европы 18 века. Одним из первых примеров этого является лейстерская овца, животное, специально выведенное в Англии из-за его качественного мяса и длинной грубой шерсти.
Растения можно также селекционно выращивать по определенным качествам. В 1866 году в Австрии были опубликованы исследования Грегора Менделя по наследственности. В экспериментах с растениями гороха Мендель узнал, как признаки передаются от одного поколения к другому.
Его работа проложила путь к улучшению сельскохозяйственных культур с помощью генетики.
За это время также появились новые методы севооборота. Многие из них были приняты в течение следующего столетия или около того по всей Европе. Например, норфолкская четырехпольная система, разработанная в Англии, оказалась весьма успешной. Это включало ежегодную ротацию нескольких культур, включая пшеницу, репу, ячмень, клевер и райграс, а также методы управления животноводством, при которых животные паслись на выбранных полях и оставляли отходы животноводства. Это добавляло питательные вещества в почву, позволяя фермерам выращивать достаточно, чтобы продавать часть своего урожая, не оставляя землю незасеянной.
Сельскохозяйственные науки
В период с 1960 по 2000 год урожайность основных сельскохозяйственных культур в странах с низким и средним уровнем доходов, таких как Мексика и Индия, существенно возросла. Как произошел этот значительный скачок в производительности? Произошло это во многом благодаря научным достижениям и разработке новых источников энергии.
К концу 1950-х годов большинство фермеров в странах с высоким уровнем доходов использовали как бензин, так и электричество для приведения в действие техники. Тракторы заменили тягловых животных и паровые машины. Фермеры использовали машины почти на всех этапах выращивания и содержания скота.
Электричество впервые стало источником энергии на фермах в Японии и Германии в начале 1900-х годов. К 1960 году большинство ферм в США и других странах с высоким уровнем доходов были электрифицированы. Электричество освещало сельскохозяйственные постройки и приводило в действие такое оборудование, как водяные насосы, доильные аппараты и оборудование для кормления. Сегодня электричество контролирует всю среду в животноводческих помещениях и птичниках.
Традиционно фермеры использовали различные методы для защиты урожая от вредителей и болезней. Они наносили травяные яды на посевы, вручную собирали насекомых с растений, разводили сильные сорта сельскохозяйственных культур и чередовали посевы для борьбы с насекомыми.
Сейчас почти все фермеры, особенно в странах с высоким уровнем доходов, полагаются на химикаты для борьбы с вредителями. Определение «вредителя» варьируется от насекомых до животных, таких как кролики и мыши, а также сорняков и болезнетворных организмов — бактерий, вирусов и грибков. С использованием химикатов потери урожая и цены резко снизились.
На протяжении тысячелетий фермеры полагались на естественные удобрения — такие материалы, как навоз, древесная зола, размолотые кости, рыба или ее части, а также отходы птиц и летучих мышей, называемые гуано, — для пополнения или увеличения количества питательных веществ в почве. Некоторые фермеры, особенно те, которые выращивают органические культуры, все еще используют натуральные удобрения.
В начале 1800-х годов ученые обнаружили, какие элементы наиболее важны для роста растений: азот, фосфор и калий. Сейчас многие фермеры используют химические удобрения с нитратами и фосфатами, потому что они значительно повышают урожайность.
Однако у пестицидов и удобрений есть и другой набор проблем. Сильная зависимость от химикатов нарушила окружающую среду, часто загрязняя окружающую почву и воду, будучи токсичным для птиц, рыб и других видов, на которые фермеры не собираются нацеливаться. Использование химических веществ также может представлять опасность для здоровья людей, особенно из-за загрязненной воды. Ученые-агрономы ищут более безопасные химические вещества для использования в качестве удобрений и пестицидов. Некоторые фермеры используют естественные методы контроля и меньше полагаются на химикаты.
Земледелие в воде
Сельское хозяйство включает такие формы выращивания, как гидропоника и аквакультура. Оба связаны с сельским хозяйством в воде.
Гидропоника – это наука о выращивании растений в питательных растворах. Всего один акр питательного раствора может дать более чем в 50 раз больше урожая салата, выращенного на том же количестве почвы.
Аквакультура — прежде всего выращивание рыбы и моллюсков — практиковалась в Китае, Индии и Египте тысячи лет назад.
В настоящее время он используется в озерах, прудах, океане и других водоемах по всему миру. Некоторые формы аквакультуры, такие как разведение креветок, стали важными отраслями во многих странах Азии и Латинской Америки.
Изменение климата и усовершенствованные технологии меняют способ ведения пресноводного и океанического рыболовства. Глобальное потепление оттеснило теплолюбивые виды к полюсам и сократило среду обитания холодноводных видов. Традиционные рыбацкие общины как в развитых, так и в развивающихся странах обнаруживают, что количество рыбы сокращается.
Донное траление затронуло океанские экосистемы. При донном тралении с рыбацких лодок натягивают огромные сети и тащат их по дну океана. Сети ловят палтуса и кальмаров, а также поднимают осадок на дне океана. Это нарушает жизнь морских обитателей (планктона и водорослей), составляющих основу пищевой цепи.
Генетическая модификация
На протяжении веков люди путем экспериментов выводили новые виды растений и животных.
В 1950-х и 1960-х годах ученые вывели новые сорта высокоурожайной пшеницы и риса. Они завезли их в Мексику и некоторые части Азии. В результате резко возросло производство зерна в этих районах. Этот смелый эксперимент в сельском хозяйстве получил название «Зеленая революция».
Вместе с успехами Зеленой революции пришли и проблемы. Для получения высоких урожаев новым штаммам требовались химические удобрения, пестициды и орошение. Во многих странах с низким и средним уровнем доходов независимые фермеры не могут позволить себе новые технологии, и сельское хозяйство перешло в руки крупного бизнеса. Новые высокопродуктивные культуры также создают нагрузку на местные растения и животных.
Позже ученые и фермеры поняли, как развивались новые штаммы. Это породило новую зеленую революцию: генетическую модификацию продуктов питания.
Внутри каждой клетки находятся гены, материал, определяющий многие характеристики организма. Генетика изучает, какие характеристики наследуют организмы и как эти черты передаются.
Обладая большими знаниями в области генетики, люди могут научно выбирать характеристики, которые они хотят воспроизвести. Новая технология произвела революцию в процессе селекции как растений, так и животных.
Начиная с 1970-х годов ученые обнаружили, что они могут перестраивать гены и добавлять новые для повышения устойчивости к болезням, продуктивности и других желаемых характеристик сельскохозяйственных культур и домашнего скота. Эти генетически модифицированные организмы (ГМО или ГМ-продукты) в настоящее время распространены во всем развитом мире. Биотехнология позволяет ученым изменять ДНК микробов, растений и животных. ГМО, содержащие генетический материал или ДНК других видов, называются трансгенными организмами.
Например, ген арктического растения можно добавить (сплайсировать) в ДНК растения клубники, чтобы повысить устойчивость клубники к холоду и, таким образом, продлить период ее вегетации. Клубника будет трансгенным растением.
Биотехнология принесла успехи в животноводстве (разведение домашних животных).
Современные сельскохозяйственные животные крупнее и растут быстрее, чем их предшественники.
Крупный рогатый скот, например, пастбищные животные. Их пищеварительная система эволюционировала, чтобы перерабатывать травы и другие культуры. Кукуруза и другие злаки вызывают закисление пищеварительной системы коровы. Это облегчает развитие опасных бактерий (таких как кишечная палочка). Бактериальные инфекции могут быть вредны для коров, а также могут заражать их молоко и мясо, потребляемое людьми. Антибиотики встраиваются в ДНК кормовой кукурузы, чтобы предотвратить такую инфекцию. Антибиотики используются с 19 века.50-х годов для стимуляции роста крупного рогатого скота. Со временем эта практика привела к развитию устойчивых к антибиотикам бактерий у крупного рогатого скота и людей. Многим коровам также дают анаболические стероиды или гормоны роста, чтобы они быстрее росли.
Фермеры, выращивающие ГМ-продукты, увеличивают производство с меньшими затратами труда и земли. Многие потребители отдают предпочтение генетически модифицированным продуктам.
Овощи и фрукты хранятся дольше и меньше подвержены образованию синяков. Мясо жирнее – нежнее и соленее.
Большинство фермеров мира живут в странах с низким и средним уровнем доходов в Африке, Азии и Латинской Америке. Некоторые из них возделывают землю, как это делали их предки сотни или даже тысячи лет назад. Они не могут использовать сельскохозяйственные технологии, включающие дорогостоящие химикаты или методы производства.
Многие фермеры мира ведут натуральное хозяйство. Они используют большую часть продуктов питания, которые они производят для себя и своих семей, в отличие от коммерческих фермеров, которые выращивают урожай только для продажи.
Методы культивирования
Методы ведения сельского хозяйства часто сильно различаются по всему миру в зависимости от климата, местности, традиций и доступных технологий.
Низкотехнологичное земледелие предполагает возделывание многолетних культур: продукты питания, выращиваемые на земле, которая не засеивается после каждого урожая.
Цитрусовые деревья и кофейные растения являются примерами многолетних культур. Высокотехнологичное земледелие включает в себя севооборот, что требует знаний о сельскохозяйственных угодьях. Ученые и инженеры не только используют севооборот и орошение, но и сажают культуры в зависимости от времени года, типа почвы и необходимого количества воды.
В прибрежных районах Западной Африки фермеры, обычно женщины, сажают кукурузу вскоре после первых дождей вегетационного периода. Они часто используют древний метод очистки, называемый подсечно-огневым. Сначала фермер срезает все кусты на своем участке. Когда эта растительность высыхает, она поджигает ее. Тепло от огня делает почву легко переворачиваемой, а сгоревшая растительность удобряет ее. Затем фермер высевает зерна кукурузы, оставшиеся от прошлогоднего урожая.
Между рядами кукурузы прибрежный западноафриканский фермер сажает другие основные культуры: бобовые, такие как горох, или корнеплоды, такие как ямс. Такая практика выращивания нескольких культур на одном участке называется совмещением культур.
Покрывая большую часть земли растительностью, совмещение культур предотвращает потерю влаги и эрозию почвы из-за сезонных дождей.
Дождь снабжает растения водой. Фермер пропалывает свой участок мотыгой. Во время сбора урожая она и ее семья собирают кукурузу, очищают ее от шелухи и раскладывают початки на солнце для просушки. Они измельчают сушеную кукурузу, чтобы приготовить кашу.
Традиционно прибрежный фермер Западной Африки использует один и тот же участок в течение нескольких лет, пока его плодородие не снизится. Затем она переходит на другой участок, оставляя первый лежать под паром до 10 лет. Теперь рост населения привел к сокращению периодов пара и сделал постоянное возделывание более распространенным явлением.
Сельскохозяйственные методы, используемые в Кукурузном поясе США, сильно различаются. Кукурузный пояс — это район на севере Среднего Запада, где выращивается большая часть урожая кукурузы в стране. Во-первых, фермеры редко работают в одиночку — размер ферм в США требует много рабочей силы.
Вскоре после уборки кукурузы осенью фермеры заделывают остатки растительности или стерню в почву. Весной фермеры снова обрабатывают почву, используя орудие с рядами стальных дисков с острыми краями, называемое дисковой бороной. Диски врезаются в почву, разбивая ее на более мелкие кусочки и снабжая воздухом.
Затем сеялка с трактором высевает ряды семян. Машина делает борозды в почве, засыпает зерна высокоурожайной генетически модифицированной кукурузы и засыпает их землей. После того, как семена кукурузы проросли, другая машина впрыскивает в землю жидкое удобрение.
Затем фермеры используют химикаты для борьбы с сорняками и вредителями, а также рыхлят почву тракторным культиватором во время сбора урожая.
Промышленные фермеры США могут засеять тысячу акров кукурузы. Практика специализации на одной культуре известна как монокультура. Для сбора урожая фермеры используют механический комбайн, который собирает початки кукурузы и отбрасывает их в бункер.
Небольшая часть кукурузы, выращенной в Кукурузном поясе, предназначена для потребления человеком.
Большая часть кукурузы, выращиваемой в США, предназначена для кормления скота и промышленных целей, таких как подсластители кукурузного сиропа.
Животноводство
От альпак в Перу до зебу в Индии, миллиарды домашних животных по всему миру выращиваются и заботятся о них самыми разными способами. Во многих странах домашние животные являются важным источником пищи.
В Нигерии, например, народ фулани долгое время был скотоводом и кочевником. Они перемещаются со своими стадами крупного рогатого скота с одного пастбища на другое. Скот питается кустарниками и травами на непригодных для земледелия землях. Фулани полагаются на крупный рогатый скот для получения молока, но редко забивают своих животных на мясо.
В США мясной скот разводят так, чтобы он быстро рос и давал большое количество жирного мяса. В возрасте от 5 до 12 месяцев животных отправляют на откормочные площадки. Там их содержат в загонах и кормят зерном и витаминными добавками, пока они не достигнут товарного размера.
Затем их забивают.
Два способа выращивания скота противостоят друг другу в странах с низким и средним уровнем дохода. В Уганде разводят крупный рогатый скот анколе, чтобы он мог выдерживать изменчивый климат: его длинные изогнутые рога помогают распределять тепло, а их пищеварительная система адаптирована к плохому питанию и недостатку воды в засушливые сезоны. Однако рынок молока побудил многих угандийских фермеров импортировать голштинский скот. Голштины родом из Северной Европы. Для поддержания их здоровья в экваториальном регионе требуется большое количество антибиотиков, вакцин и других химических веществ. Анколе, дающие мало молока и более постное мясо, могут исчезнуть в течение столетия.
Многие фермеры во всем мире занимаются птицеводством на свободном выгуле. Птицы добывают пищу на фермах или в общественных дворах, поедая все, что находят: семена, насекомых, домашние отходы и излишки зерна.
Во многих странах с высоким уровнем доходов птицеводство стало основной отраслью сельского хозяйства.
Птицам вводят те же вакцины и гормоны, что и крупному рогатому скоту. Кур разводят либо на яйца, либо на мясо. В одном птичнике может содержаться более миллиона птиц. Часто машины автоматически подают корм и воду, собирают яйца и удаляют отходы.
Устойчивое развитие и продовольственная справедливость
За десятилетия, прошедшие после начала Зеленой революции, производство продуктов питания в сельском хозяйстве резко возросло. К сожалению, есть недостатки в методах и технологиях ведения сельского хозяйства, которые позволяют это увеличить.
Одной из проблемных особенностей промышленного сельского хозяйства является землепользование: половина пригодных для жизни земель на Земле в настоящее время используется для сельского хозяйства. Земля, которая раньше была домом для биоразнообразных экосистем, была расчищена для использования в сельском хозяйстве, и многие коммерческие фермы используют монокультурное земледелие. Хотя монокультурные фермы производят больше основных культур, таких как пшеница и кукуруза, они более восприимчивы к болезням, им не хватает биоразнообразия и они истощают питательные вещества в почве.
Еще одной проблемой промышленного земледелия является чрезмерное использование удобрений, особенно удобрений, в которых используются такие питательные вещества, как азот и фосфор. За последние 35 лет резко возросло использование азотных и фосфорных удобрений. Культуры используют только около одной трети азота и менее половины применяемого к ним фосфора; остальная часть этого азота и фосфора становится стоком, который загрязняет окружающую экосистему. Это загрязнение питательными веществами создает «мертвые зоны» в водных экосистемах посредством процесса, называемого эвтрофикацией: водоросли питаются азотом и фосфором, вызывая цветение водорослей. Когда излишки водорослей умирают, бактерии, которые разлагают мертвые водоросли, расходуют запасы кислорода в воде, вызывая удушье рыб и других водных организмов.
Хотя ирригация позволяет фермерам выращивать сельскохозяйственные культуры на землях, которые в противном случае были бы непригодны для сельского хозяйства, она также представляет угрозу для окружающей среды.
Орошение требует значительного использования земли и воды; около 70 процентов забора пресной воды в мире приходится на сельскохозяйственное орошение, и только около половины этой воды можно использовать повторно. Строительство плотин и водохранилищ для орошения разрушило многие экосистемы в озерах и реках и вокруг них. Орошение также может привносить избыток солей в почву и грунтовые воды, что негативно влияет как на питьевую воду, так и на растения в окрестностях.
В настоящее время производство продуктов питания является вторым по величине источником выбросов парниковых газов. Земле, воде и воздуху угрожает промышленное сельское хозяйство, но, по оценкам, два миллиарда человек во всем мире по-прежнему страдают от недоедания. Проблема не в том, что сельское хозяйство не производит достаточно продовольствия, а в том, что запасы продовольствия распределены неравномерно. Многие люди не могут позволить себе есть достаточно, а те, кто может позволить себе достаточное питание, часто выбрасывают пищу; Ежегодно в мире выбрасывается еды на один триллион долларов.
Эксперты говорят, что если бы корпорации и потребители в самых богатых странах перестали выбрасывать продукты питания, мы могли бы сэкономить достаточно, чтобы накормить дополнительно два миллиарда человек — ту же часть населения, которая в настоящее время недоедает.
Борьба с голодом и борьба за устойчивые продовольственные системы тесно связаны. Чтобы удовлетворить растущие потребности населения мира в питании, сельскохозяйственный сектор должен переключить свое внимание на экологически устойчивое производство продуктов питания. Это может потребовать перехода от промышленного сельского хозяйства к пермакультуре, системе экологического проектирования, которая имитирует естественную биоразнообразную среду при оптимизации производства продуктов питания. Тем временем корпорации и правительства должны сотрудничать, чтобы свести к минимуму пищевые отходы и обеспечить доступное питание для тех, кто покупает большую часть их продуктов питания, одновременно оказывая экономическую помощь мелким фермерам, ведущим натуральное хозяйство, в сельских районах стран с низким и средним уровнем дохода.
Защищая землю, воду и воздух, а также делясь знаниями и ресурсами, люди все же могут найти решения проблем мирового голода и промышленного сельского хозяйства.
Краткий факт
Тачдаун
Размер средней фермы в Соединенных Штатах в 2007 году составлял 449 акров, или примерно 449 футбольных полей.
Fast Fact
Большая девятка
Половина общей стоимости сельскохозяйственной продукции в США приходится на девять штатов.
Веб-сайт
National Geographic Environment: Устойчивое сельское хозяйство Министерство сельского хозяйства США
Фермерство кормит мир. Нам крайне необходимо знать, как сделать это лучше
Потенциальные преимущества цифрового сельского хозяйства для мелких фермеров трудно определить из-за нехватки доказательств. Фото: Адриана Ади/NurPhoto/Getty
Насколько эффективно «цифровое сельское хозяйство»? В чем, например, преимущества отправки прогнозов погоды на телефоны мелких фермеров? Улучшает ли цифровой подход питание или делает сельское хозяйство более устойчивым? Помогает ли это фермерам адаптироваться к изменению климата, что является приоритетом для переговоров, проходящих на этой неделе на 27-й Конференции сторон ООН по изменению климата (COP27) в Шарм-эль-Шейхе, Египет?
Честный ответ на эти вопросы заключается в том, что мы пока не можем быть уверены.
Отчасти это связано с отсутствием доказательств — потребности мелких фермеров недостаточно изучены, о чем сообщил проект Ceres2030 в 2020 году (см. go.nature.com/3o5hgl7). Более того, правила доказательной базы в политике в области сельского хозяйства, продовольственных систем и адаптации к изменению климата не так систематичны, как в политике в области здравоохранения и медицины.
Приятное событие, которое может скоро измениться. Три организации создают сеть под названием Juno Evidence Alliance — ее название отсылает к ее истокам в проекте Ceres2030, обе названы в честь римских богинь. Это результат сотрудничества между CABI, некоммерческой межправительственной организацией, занимающейся сбором сельскохозяйственной информации, со штаб-квартирой в Уоллингфорде, Великобритания; Университет Нотр-Дам в Индиане; и Havos.ai, компания, специализирующаяся на машинном обучении для синтеза доказательств, базирующаяся в Вашингтоне, округ Колумбия, и Итаке, Нью-Йорк. Сотрудничество получило финансирование в размере 3 миллионов долларов США от Фонда Билла и Мелинды Гейтс для этого и связанных с ним проектов, и правительство Великобритании заявляет, что также планирует финансировать альянс.
Натуральные решения для продуктивности сельского хозяйства
Juno будет запущен в начале следующего года. Его первым проектом будет оценка литературы по вопросам питания, сельского хозяйства и изменения климата. В частности, он определит области, в которых исследования удовлетворяют и не удовлетворяют потребности людей. После этого его создатели хотят разработать руководство для исследователей о принципах синтеза доказательств и о том, как проводить исследования, которые можно было бы легко сравнивать с другими исследованиями. Juno также будет обучать людей навыкам синтеза доказательств.
Кроме того, Продовольственная и сельскохозяйственная организация ООН (ФАО) в прошлом месяце объявила о планах опубликовать двухгодичный обзор технологий и инноваций в области агропродовольственных систем (см. go.nature.com/3hgixy7). По словам Криса Барретта, экономиста по сельскому хозяйству Корнелльского университета в Итаке и одного из руководителей проекта, в ходе этого проекта будут изучены такие актуальные вопросы, как широкое использование дронов в сельском хозяйстве на глобальном юге и насколько распространено в странах укреплять соль с йодом, эффективное средство для снижения дефицита йода.
При условии финансирования обе инициативы будут использовать алгоритмы машинного обучения; в случае с Юноной — заниматься поиском литературы. Мэри О’Коннор, которая курирует инновации в области доказательств для CABI, говорит, что искусственный интеллект может сократить время, необходимое для проведения обзора доказательств, до 6–8 месяцев по сравнению с 18 месяцами или двумя годами, которые обычно требуются.
Усилия по публикации большего количества исследований, поиску и заполнению пробелов в знаниях и улучшению синтеза доказательств явно запоздали. Комитеты исследователей, которые руководят лицами, принимающими решения, и регулирующими органами по всему миру, в том числе в международных организациях, таких как ФАО, сталкиваются с литературой по прикладным наукам о жизни, объем которой превышает 10 миллионов записей только на английском языке. Обзоры, обобщающие работу по многим темам, немногочисленны и редки.
Лицам, принимающим решения, может быть сложно сравнивать выводы отдельных исследований.
Команда Juno должна использовать опыт других областей, особенно медицины. Cochrane, благотворительная организация, базирующаяся в Лондоне, проводит и публикует обзоры медицинских данных с 1990-х годов. Они используются, в частности, Всемирной организацией здравоохранения (ВОЗ) в своих руководствах для врачей и пациентов. Только в прошлом месяце ВОЗ объявила об обновлении рекомендаций по беременности и родам, основанных на работе Кокрейн. Существует также Campbell Collaboration, сеть социологов, которая занимается синтезом данных о вмешательстве в социальную политику в самых разных областях, от образования до полицейской деятельности.
Но синтез доказательств в науке о пищевых системах сталкивается с проблемами, которые не затрагивают медицину, в которой так много исследований основано на рандомизированных плацебо-контролируемых испытаниях. Проекту Juno необходимо будет установить общий язык для классификации фундаментальной и прикладной науки в области здоровья и питания человека, микробиома, здоровья растений, почвоведения, аспектов науки о климате и многого другого.
Ожидания от винограда: сделать австралийское вино более экологичным
Его исследователям придется искать науку в разбросанных хранилищах; захватить богатство неиспользованных исследований по неевропейским языкам; и отследить исследователей (включая фермеров, которые также занимаются исследованиями), которые собирают данные, но не публикуют результаты своей работы в журналах. Им потребуется найти надежные способы оценки качества отдельных исследований, которые служат исходными данными для обзоров, и найти методы, учитывающие предвзятость.
Синтез данных также нуждается в долгосрочном финансировании, международном признании и институциональной поддержке, как сообщает Nature Иоахим фон Браун, экономист по сельскому хозяйству из Боннского университета в Германии. «Эти инициативы нуждаются в легитимности, иначе правительства не будут прислушиваться к их советам», — говорит он. В заявлении ФАО говорится, что она будет «изучать синергию и потенциальные партнерские отношения» в этой области.
Растет признание необходимости решать проблемы климата, питания и сельского хозяйства комплексно, а не разрозненно. Саммит ООН по продовольственным системам 2021 года собрал организации из разных областей, и COP27 уделяет беспрецедентное внимание сельскому хозяйству.
