Может ли промышленное сельское хозяйство быть силой добра?

Большое сельское хозяйство разрушает наш воздух, воду и землю. Что нам делать дальше?

Отредактировано 2023-15-06
Фотография сельского хозяйства

Крупномасштабное сельское хозяйство имеет заслуженную репутацию главного экологического злодея Америки. Но что, если бы эта отрасль могла измениться и стать более устойчивой? Немыслимо? Оказывается, изменение в угоду нашей планете - это целая история сельского хозяйства в США. Ниже мы расскажем, как промышленное сельское хозяйство трансформировалось перед лицом экологической катастрофы в 1930-х годах, и как оно может измениться, чтобы приспособиться к неопределенному будущему Земли.

Обратитесь к прошлому сельского хозяйства...

Эссе Теда Геноуэйса

Среди выцветших фотографий и пожелтевших вырезок в чердачном ящике, где хранятся записи о моих предках, выделяется один предмет. Это короткая статья из газеты "Уичита Уикли Игл", смело озаглавленная: "Фермерский трактор Сэма Геноуэя". Сэм, мой дальний кузен, видимо, был так счастлив увидеть свое имя в газете, что не потрудился убедиться в правильности написания. Но на самом деле история была не о нем. Как следует из названия, в центре внимания был трактор Сэма. "Люди узнали, сколько разных видов работ он может выполнять, - сказала репортеру его жена, Кэрри Мэй, - и они приезжают за много миль вокруг".

Это был май 1917 года. Америка объявила войну Германии, и президент Вудро Вильсон классифицировал пшеницу, которую выращивал Сэм, как "материал войны". Министерство сельского хозяйства сделало производство зерна национальным приоритетом, а Генри Форд объявил, что к сбору урожая начнется массовое производство тракторов. В тот сезон Сэм и его Caterpillar 45 вспахали сотни акров. "Я не думаю, что это продлится так долго", - сказала Кэрри Мэй, - "поскольку люди, которые его нанимают, вскоре решают, что им нужен собственный трактор".

Она была совершенно права. Количество тракторов на американских фермах увеличилось с примерно 50 000 в начале 1917 года до почти миллиона к концу 1920-х годов. Благодаря дополнительной лошадиной силе и экономии человеко-часов десятки миллионов каменистых акров превратились в свежие сельскохозяйственные угодья. Фермеры вырывали деревья и кустарник, вытаскивали валуны, рыли ирригационные каналы и прокладывали километры новых дорог. Самое главное, тракторы разрушали плотный верхний слой почвы, чтобы получить широкие борозды и мягкие грядки. Американское сельское хозяйство переживало бурный подъем.

Но когда европейские производители зерна вновь вышли на мировой рынок, сельское хозяйство США оказалось в опасной ситуации перепроизводства. Цены на урожай упали до рекордно низкого уровня, а люди, купившие тракторы и оборудование, с трудом справлялись с выплатой процентов по долгам. Фермеры забросили или засеяли 33 миллиона акров вновь открытых земель, как раз когда наступила засуха 1930-х годов. Незащищенный и незасеянный верхний слой почвы высох и унесся, образовав "черные метели". От техасского Панхандла до южной Небраски, от предгорий Колорадских скал до холмистой прерии близ Гарден-Плейн, штат Канзас, где жил Сэм, десятки тысяч семей потеряли свои фермы в результате того, что стало известно как "Пыльная чаша".

Когда Франклин Д. Рузвельт вошел в Белый дом в 1933 году, он назначил Генри А. Уоллеса министром сельского хозяйства для решения этой проблемы. Историки часто утверждают, что Уоллес, основатель компании Pioneer Hi-Bred Corn Company, вытащил фермы из "пыльной чаши" с помощью кукурузы, которая противостоит засухе. Но Рузвельт пошел гораздо дальше. Чтобы уменьшить пыльные бури и потерю почвы, он заплатил лесникам за посадку более 200 миллионов деревьев вокруг полей. Он подписал Закон о сохранении почв, который предусматривал субсидии для землевладельцев на восстановление местных растений. Что действительно спасло сельское хозяйство, так это политика, которая защищала ресурсы и вознаграждала тех, кто пересмотрел расточительную практику.

Эта вырезка о тракторе Сэма напоминает нам о том, что американская изобретательность разрешила бесчисленное множество кризисов, но она же породила и множество других. Наша история, например, о том, что "Пыльная чаша" возникла отчасти благодаря технологиям, опережающим рациональное использование ресурсов, должна служить нам ориентиром при принятии решений. Крупномасштабное традиционное сельское хозяйство, или то, что мы часто называем "Big Ag", может делать огромные инвестиции в исследования для повышения урожайности и снижения воздействия на ресурсы Земли. Современные фермеры имеют доступ к большему количеству данных, большему количеству исследований и большей поддержке, чем любое предыдущее поколение. Но, не учитывая непредвиденные последствия роста и увеличения объемов производства, мы рискуем создать проблемы для следующего поколения.

Примеры этого выходят далеко за рамки "Чаши пыли". Новые ирригационные системы помогли фермерам пережить следующую засуху в 1950-х годах, но при этом истощили водоносные горизонты. Генетически модифицированные семена позволили выращивать больше культур на меньших площадях, но это также привело к ухудшению здоровья почвы и снижению питательной ценности продуктов. Откормочные площадки и огромные свинарники и курятники, часто называемые "концентрированным откормом животных", ускорили производство мяса и освободили сельскохозяйственные угодья, но они также привели к росту устойчивых к антибиотикам бактерий и загрязнению питьевой воды. Теперь, когда инженеры переходят к саморегулируемому орошению, самодвижущимся комбайнам и животноводческим помещениям с системами самокормления, появляется прекрасная возможность повысить прибыль, но также и риск того, что производство снова будет представлять непредвиденную угрозу для ценных природных ресурсов.

Сэм, опираясь на федеральную политику, выдержал десятилетие трудностей и лишений. Истории, подобные его, являются напоминанием о том, что американцы могут проложить лучший курс через трудные времена, но только если мы научимся на ошибках прошлого. Большое сельское хозяйство - это мощная сила. Мы должны обеспечить ее позитивное влияние на фермеров и на неопределенное будущее нашей планеты.

...чтобы исправить свое будущее.

Практические решения самых больших проблем промышленного сельского хозяйства, Ник Стоктон.

Вода

Чрезмерное потребление, загрязнение окружающей среды, изменение климата и растущие потребности растущего населения иссушают ключевые сельскохозяйственные регионы, такие как Калифорния, Средиземноморье и Центральная Америка.

Проблема: Регулярные засухи

Решение: Раннецветущие растения

С 1940-х годов фермеры от Техаса до Южной Дакоты полагались на водоносный горизонт Огаллала во время спорадических засух. Теперь запасы этого резерва находятся на опасно низком уровне. Сельскохозяйственные гиганты Monsanto, Syngenta и DuPont разработали растения, способные преодолевать засуху, но эти семена стоят дороже, и фермеры не всегда получают урожай, необходимый для оправдания цены. Проблема в том, что эти выжившие после засухи растения часто не могут достаточно быстро отключить режим засухи, как только погода меняется. Чем больше времени требуется растениям, чтобы вновь открыть поры в листьях, которые закрываются, чтобы предотвратить испарение драгоценной жидкости, тем меньше вероятность того, что они смогут воспользоваться влагой, способствующей росту. Но некоторые растения, например, люцерна, родственница люцерны, которую изучает биолог Роджер Дил из Университета Эмори, могут похвастаться генетическим материалом, который помогает им стать полностью функциональными уже через несколько часов после дождя. Будущие растения, модифицированные с помощью таких суперспособностей, не скоро станут обедом, но это не значит, что когда-нибудь они не окажутся на вашей тарелке. Исследование геномных особенностей, которые помогают растениям "помнить", что нужно входить и выходить из режима выживания при засухе, может помочь инженерам разработать семена, которые будут быстрее переходить из одного режима в другой, что повысит урожайность и сделает их более разумным приобретением для фермеров.

проблема: чрезмерное использование H₂O

Решение: Зонды для проверки воды

Вы не можете спросить у овощей или зерновых, когда они хотят пить, но вы можете определить, сколько воды потребляет ваша почва. Начиная с 2013 года, группа фермеров из Канзаса взяла на себя пятилетнюю задачу сократить потребление грунтовых вод на 20 процентов. Втыкая электронные зонды в свои 170 полей, фермеры-экспериментаторы смогли проверить содержание влаги в почве и включать дождевальные установки только в тех случаях, когда почва действительно была слишком сухой для поддержания урожая. В итоге метод "жажда по косвенным признакам" принес свои плоды: Наблюдатели за водой вырастили 98 процентов урожая кукурузы, как и их соседи, но использовали на 23 процента меньше жидкости. Это хорошая новость как для наших водных запасов, так и для наших фермеров: Уменьшение нагрузки на насосы помогло пользователям зонда закончить сезон с на 4 процента большей наличностью.

Почва

По оценкам ООН, интенсивное сельское хозяйство серьезно ухудшило состояние трети продуктивных земель Земли и продолжает уничтожать около 24 миллиардов тонн грязи каждый год. Благодаря инновационным добавкам к почве наша продовольственная система может действовать более мягко.

фермерские угодья с молочными продуктами, кукурузой и игрушечным тракторомБольшое сельское хозяйство.

Проблема: Выпадение удобрений

Решение: Базальт земли

Промышленные удобрения помогают нам выращивать много пищи для людей и скота. Исследование, проведенное в 2015 году Калифорнийским университетом в Беркли, показало, что урожайность при использовании обычных удобрений в среднем на 20% выше, чем при органическом земледелии. С другой стороны, использование этих химических удобрений ухудшает качество почвы и содержание питательных веществ в продуктах. Органическое полевое удобрение лучше, но работает медленно. Возможно, есть третий путь: камни. В базальте есть то, что так необходимо растениям: кальций, железо и магний. Добавление в почву раздробленных кусков вулканического камня также всасывает углерод и помогает удерживать влагу. Звучит как змеиное масло? Калифорнийский совет стратегического роста, комитет, который направляет гранты на проекты устойчивого развития, так не считает. В 2018 году он потратил 4,7 миллиона долларов на тестирование базальтового удобрения на площадях по всему штату. Одна из самых больших проблем - измельчить материал до нужного размера: Большие куски не распадаются достаточно быстро, а мелкие зерна стоят слишком дорого.

Проблема: выбросы CO₂

Решение: Коралловые рифы на суше

Сельское хозяйство выбрасывает примерно 15 процентов мировых парниковых газов в год; даже обработка почвы выделяет неприятное количество CO₂. "Сокращение выбросов - это хорошо, но уже слишком поздно полагаться на простое сокращение использования ископаемого топлива", - говорит Марк Расмуссен, директор Центра Леопольда по устойчивому сельскому хозяйству в штате Айова. Предложение Расмуссена - это улавливание углерода с помощью кораллов, что означает, по сути, выращивание "рифов" под землей. В море эти экосистемы состоят из экзоскелетов крошечных морских существ, которые собирают углекислый газ из океана для создания своих оболочек. Команда Расмуссена хочет использовать естественные микробы почвы, которые могут перерабатывать углекислый газ таким же образом. Исследователи посеют эти микробы в почву, где они будут превращать выбросы в кальций. Искусственные рифы могут располагаться даже под невозделываемыми землями, всасывая атмосферный CO₂ без риска повредить сельскохозяйственное оборудование.

Проблема: токсичные стоки

Решение: Полезные микроорганизмы

В Мексиканском заливе существует проблема с кукурузой: фермеры по всей средней Америке удобряют посевы большим количеством синтетического азота. Стоки стекают в реку Миссисипи, которая в конечном итоге попадает в залив, расположенный в сотнях миль. Здесь жаждущие азота водоросли разрастаются в огромные "мертвые зоны", которые душат других морских обитателей. Возможно, в Мексике есть решение проблемы с кукурузой: Биологи-растениеводы из Калифорнийского университета в Дэвисе и Висконсинского университета в Мэдисоне обнаружили несколько диких сортов мексиканской кукурузы, которые производят собственный азот. Растения образуют надземные корни, которые выделяют гель, содержащий симбиотические бактерии. Эти микробы преобразуют атмосферный азот в необходимые питательные вещества. Ученые вырастили самопитающийся сорт в Висконсине и Калифорнии, получив схожие результаты. В настоящее время они изучают возможность создания высокоурожайной товарной кукурузы с подобными способностями, что позволит сократить потребность Америки в удобрениях для сельскохозяйственного продукта № 1.

Животные

Американцы получают почти две трети своего белка из мяса, молока и яиц, но выращивание миллиардов существ создает целый пир неприятных проблем. На помощь приходят алгебра и водоросли.

Проблема: отстойники для какашек

Решение: Другая коричневая энергия

Обычно животноводы сбрасывают фекалии животных в открытые "отстойники", и эта практика особенно опасна, когда сильные дожди переполняют эти бассейны, добавляя навоз в паводковые воды. Например, во время урагана "Флоренс" в 2018 году навоз с десятков свиноферм Северной Каролины вылился из таких бассейнов. Даже без помощи стихийных бедствий отстойники могут протекать или переполняться, попадая в местные источники водоснабжения. Хорошо, что отстойники - не единственный выход. Большие резервуары, наполненные бактериями, известные как анаэробные метантенки, могут превращать отходы в газ метан. Затем сельскохозяйственные предприятия могут перерабатывать дым в электроэнергию, которую они могут либо продавать обратно в сеть, либо использовать для питания своих предприятий. В 2018 году финансовая служба EPA AgStar Financial Services сократила более 4 миллионов тонн выбросов парниковых газов, предложив небольшим фермерским хозяйствам более дешевые микродигестеры. Это сокращение было достигнуто благодаря реализации всего 248 проектов по установке метантенков - крошечной части более чем 2 миллионов фермерских хозяйств страны.

Проблема: Разрушенная почва

Решение: Математика му

Многие владельцы скотоводческих ранчо набивают свою землю таким количеством коров, которое она может вместить. Это проигрышная стратегия. Толпы пасутся так быстро, что пастбища не успевают отрастить лучшие травы. Это подвергает голую почву воздействию стихии, в результате чего она теряет питательные вещества и объем. Переполненные пастбища также ухудшают общую экологию ландшафта, оставляя мало места для других растений и животных. Ответ на этот вопрос может быть таким же простым, как определение того, сколько коров может пастись на том или ином участке земли без ущерба для здоровья. Исследователь из Техасского университета A&M Монте Рукетт выращивает скот на экспериментальных участках, рассчитывая, как количество осадков, состав почвы и другие факторы влияют на способность ландшафта выдерживать то или иное количество скота. Он также ведет учет биоразнообразия и того, как численность стада влияет на качество и количество мяса. Хотя его модели специфичны для Восточного Техаса (его дом и дом миллионов коров), его алгебраический подход может работать и в других местах, и он делится своими моделями с Министерством сельского хозяйства США.

Проблема: парниковые газы у коров

Решение: Помощь ламинарии

Когда коровы едят, они отрыгивают. Очень много. На самом деле, несмотря на все разговоры о пердеже, отрыжка коров отвечает примерно за 70 процентов выбросов метана крупным рогатым скотом. Более того, совокупная отрыжка миллиардного стада землян составляет примерно 14,5 процента от общего объема выбросов парниковых газов на планете за год. Ученый-зоотехник из Калифорнийского университета в Дэвисе Эрмиас Кебреаб и его команда обнаружили, что добавление красных макроводорослей в корм молочным коровам привело к 60-процентному снижению выбросов метана в атмосферу. Добавление сушеных морских водорослей, по-видимому, подавляет ферменты, вырабатываемые микробами кишечника в первом из четырех желудков млекопитающих, и, по крайней мере, один из этих ферментов, по-видимому, играет важную роль в образовании метана. Поначалу жвачные съели немного меньше рыбного корма по сравнению с их обычным ужином, но небольшое количество патоки, чтобы скрыть незнакомый запах, помогло им легче освоить новый рацион с улучшенными свойствами.

Проблема: Непобедимые жуки

Решение: Держите убер-секты отдельно друг от друга

Фермеры прошлых десятилетий могли терять целые сезоны урожая из-за таких насекомых, как корневые черви, белокрылки и тля, но первые решения принесли свои проблемы, например, уничтожение популяции пчел с помощью пестицидов. Исследователи изучали другие варианты, включая модификацию сельскохозяйственных культур, чтобы они могли уничтожать вредителей, но и это дало обратный эффект. Эти модифицированные растения никогда не уничтожают все свои цели, потому что некоторые захватчики обладают врожденной устойчивостью к белкам, уничтожающим вредителей. Когда модифицированная культура уничтожает остальной рой, у этих неядовитых остатков остается только друг с другом, чтобы сделать детей. И вот - новое поколение лучших и страшных ползучих гадов. Исследователи из Университета Аризоны обошли эту проблему, посадив немодифицированные семена на генетически измененных полях, что позволило некоторым нестойким жукам выжить и смешать свою восприимчивую ДНК с ДНК их более крепких приятелей. Однако этот метод трудоемок, поэтому аризонская группа объединилась с учеными из Китая, чтобы попробовать скрещивание. Они скрестили измененный хлопок с немодифицированной версией, в результате чего был получен сорт, который породил смесь устойчивых и неустойчивых растений в соотношении 75-25.

Проблема: химические удобрения

Решение: В живом клевере

В почве уже содержится много азота, но ему не хватает тех нескольких молекул, которые позволяют растениям превращать его в питательные вещества. Многие животноводы опрыскивают пастбища химическими удобрениями, загрязняющими водные пути, чтобы у их стада было много высокой, сочной травы, которую можно есть в течение всего сезона. Это хорошо для коров, но вредно для нашей почвы и морской жизни. Клевер может стать альтернативой распылению. В корнях этой покровной культуры живут симбиотические бактерии, которые преобразуют азот в химически "фиксированную" разновидность, которую могут использовать растения. Исследователи из Техасского университета A&M придумали, как заставить клевер работать на травы: Они засеяли поля бобовыми культурами поздней осенью, до того, как прорастет трава. Затем скот поедал трилистник и выбрасывал фиксированный азот, способствуя процветанию травы в следующем сезоне. Этот метод не только снижал потребность в синтетических удобрениях, но и продлевал пастбищный сезон, когда животные ели новую аппетитную зелень.