Интенсивное сельское хозяйство , также известное как интенсивное земледелие (в отличие от экстенсивного земледелия ), обычное или промышленное сельское хозяйство — это тип сельского хозяйства , как сельскохозяйственных культур , так и животных , с более высокими уровнями затрат и производства на единицу площади сельскохозяйственных угодий . Оно характеризуется низким коэффициентом парования, более высоким использованием затрат, таких как капитал , рабочая сила , агрохимикаты и вода, и более высокой урожайностью на единицу площади земли. [1]
Большинство коммерческих видов сельского хозяйства являются интенсивными в одном или нескольких отношениях. Формы, которые в значительной степени полагаются на промышленные методы , часто называют промышленным сельским хозяйством , которое характеризуется технологиями, разработанными для повышения урожайности. Методы включают посадку нескольких культур в год, сокращение частоты лет под паром, улучшение сортов , механизированное сельское хозяйство , контролируемое более расширенным и подробным анализом условий выращивания, включая погоду, почву , воду, сорняки и вредителей. Современные методы часто включают более широкое использование небиотических ресурсов, таких как удобрения , регуляторы роста растений, пестициды и антибиотики для скота. Интенсивные фермы широко распространены в развитых странах и все больше распространяются во всем мире. Большая часть мяса, молочных продуктов , яиц , фруктов и овощей, доступных в супермаркетах , производится такими фермами.
Некоторые интенсивные фермы могут использовать устойчивые методы , хотя это обычно требует больших затрат труда или более низкой урожайности. [2] Устойчивое повышение производительности сельского хозяйства , особенно в мелких хозяйствах , является важным способом уменьшения количества земли, необходимой для ведения сельского хозяйства, а также замедления и обращения вспять деградации окружающей среды, вызванной такими процессами, как вырубка лесов . [3]
Интенсивное животноводство подразумевает содержание большого количества животных на относительно небольшой площади земли, например , путем ротационного выпаса [4] [5] или иногда в виде концентрированных операций по кормлению животных . Эти методы увеличивают урожайность корма и волокон на единицу площади земли по сравнению с экстенсивным животноводством ; концентрированный корм доставляется редко перемещаемым животным, или, при ротационном выпасе, животные многократно перемещаются на свежий корм. [4] [5]
Развитие сельского хозяйства в Британии между 16-м веком и серединой 19-го века привело к значительному росту производительности сельского хозяйства и чистого выпуска. Это, в свою очередь, способствовало беспрецедентному росту населения, высвободив значительную часть рабочей силы, и тем самым способствовало Промышленной революции . Историки называли огораживания , механизацию , четырехпольный севооборот и селекционное разведение наиболее важными инновациями. [6]
Промышленное сельское хозяйство возникло в ходе промышленной революции. К началу 19 века сельскохозяйственные методы, орудия, семенной фонд и сорта настолько усовершенствовались, что урожайность с единицы земли во много раз превышала урожайность в Средние века . [7] [ нужна страница ]
Первая фаза включала в себя непрерывный процесс механизации. Конные машины, такие как жатка Маккормика, произвели революцию в уборке урожая, в то время как такие изобретения, как хлопкоочистительная машина, снизили стоимость обработки. В этот же период фермеры начали использовать паровые молотилки и тракторы . [8] [9] [10] В 1892 году был успешно разработан первый бензиновый трактор, а в 1923 году трактор International Harvester Farmall стал первым универсальным трактором, ознаменовав переломный момент в замене тягловых животных машинами. Затем были разработаны механические уборочные машины ( комбайны ), сеялки, рассадопосадочные машины и другое оборудование, еще больше совершив революцию в сельском хозяйстве. [11] Эти изобретения увеличили урожайность и позволили отдельным фермерам управлять все более крупными фермами. [12]
Определение азота , фосфора и калия (NPK) как критических факторов роста растений привело к производству синтетических удобрений , что еще больше увеличило урожайность . В 1909 году впервые был продемонстрирован метод Габера-Боша для синтеза нитрата аммония . Удобрения NPK вызвали первые опасения относительно промышленного сельского хозяйства из-за опасений, что они имеют побочные эффекты, такие как уплотнение почвы , эрозия почвы и снижение общего плодородия почвы , а также опасения по поводу здоровья из-за попадания токсичных химикатов в продукты питания . [13]
Открытие витаминов и их роли в питании в первые два десятилетия 20-го века привело к появлению витаминных добавок, которые в 1920-х годах позволили выращивать часть скота в закрытых помещениях, что снизило его воздействие на неблагоприятные природные факторы. [14]
После Второй мировой войны использование синтетических удобрений резко возросло. [15]
Открытие антибиотиков и вакцин способствовало разведению скота за счет снижения заболеваемости. [16] [17] Развитие логистики и холодильного оборудования, а также технологий обработки сделало возможным распространение на большие расстояния. Интегрированная борьба с вредителями — это современный метод минимизации использования пестицидов до более устойчивого уровня. [18] [19]
Существуют опасения относительно устойчивости промышленного сельского хозяйства, а также воздействия удобрений и пестицидов на окружающую среду, что привело к возникновению органического движения [20] и созданию рынка для устойчивого интенсивного земледелия, а также финансирования разработки соответствующих технологий .
Интенсификация пастбищ — это улучшение пастбищных почв и трав для увеличения потенциала производства продовольствия в животноводческих системах. Обычно она используется для обращения вспять деградации пастбищ , процесса, характеризующегося потерей корма и снижением грузоподъемности животных , что является результатом чрезмерного выпаса , плохого управления питательными веществами и отсутствия сохранения почвы . [21] Эта деградация приводит к бедным пастбищным почвам с пониженным плодородием и доступностью воды , а также к повышенным темпам эрозии, уплотнения и подкисления . [22] Деградированные пастбища имеют значительно более низкую производительность и более высокий углеродный след по сравнению с интенсифицированными пастбищами. [23] [24] [25] [26] [27]
Методы управления, которые улучшают здоровье почвы и, следовательно, производительность травы, включают орошение , скарификацию почвы и применение извести , удобрений и пестицидов . В зависимости от целей производительности целевой сельскохозяйственной системы, могут быть предприняты более сложные проекты по восстановлению для замены инвазивных и малопродуктивных трав видами трав, которые лучше подходят для почвенных и климатических условий региона. [21] Эти интенсивные системы трав позволяют повысить показатели поголовья с более быстрым набором веса животных и сокращением времени до убоя, что приводит к более производительным, углеродоэффективным животноводческим системам. [25] [26] [27]
Другой метод оптимизации урожайности при сохранении баланса углерода - это использование интегрированных систем растениеводство-животноводство (ICL) и растениеводство-животноводство-лесное хозяйство (ICLF), которые объединяют несколько экосистем в одну оптимизированную сельскохозяйственную структуру. [28] При правильном выполнении такие производственные системы способны создавать синергию, потенциально приносящую пользу пастбищам за счет оптимального использования растений, улучшенных показателей кормления и откорма, повышения плодородия и качества почвы, интенсификации круговорота питательных веществ , комплексной борьбы с вредителями и улучшения биоразнообразия . [21] [28] Введение определенных бобовых культур на пастбища может увеличить накопление углерода и фиксацию азота в почвах, в то время как их усвояемость способствует откорму животных и снижает выбросы метана от кишечной ферментации . [21] [25] Системы ICLF обеспечивают продуктивность мясного скота до десяти раз выше, чем деградированные пастбища; дополнительную урожайность от урожая кукурузы , сорго и сои ; и значительное снижение баланса парниковых газов из-за секвестрации углерода лесами. [22]
В программе выпаса скота «Двенадцать апреля» для молочного производства, разработанной Министерством сельского хозяйства США ( SARE) , кормовые культуры для молочных стад высаживаются на многолетних пастбищах. [29]
Ротационный выпас — это разновидность кормодобывания, при котором стада или отары регулярно и систематически перемещаются на свежие, отдохнувшие пастбища (иногда называемые загонами ), чтобы максимизировать качество и количество роста корма. Его можно использовать с крупным рогатым скотом, овцами, козами, свиньями, курами, индейками, утками и другими животными. Стада пасутся на одной части пастбища или загона, позволяя другим восстанавливаться. Отдыхающие выпасные земли позволяют растительности возобновлять запасы энергии, восстанавливать системы побегов и углублять корневые системы, что приводит к долгосрочному максимальному производству биомассы . [4] [5] [30] [31] Пастбищные системы сами по себе могут позволить травоядным удовлетворять свои потребности в энергии, но ротационный выпас особенно эффективен, потому что травоядные процветают на более нежных молодых стеблях растений. Паразиты также остаются умирать, сводя к минимуму или устраняя необходимость в дегельминтизаторах. С ростом производительности ротационных систем животным может потребоваться меньше дополнительного корма, чем в системах непрерывного выпаса. Поэтому фермеры могут увеличить нормы поголовья. [4] [32]
Интенсивное животноводство или «промышленное животноводство» — это процесс выращивания скота в условиях изоляции при высокой плотности поголовья. [33] [34] [35] [36] [37] « Концентрированное кормление животных » (CAFO) или «интенсивное животноводство» может содержать большое количество (до сотен тысяч) коров, свиней, индеек или кур, часто в закрытых помещениях. Суть таких ферм заключается в концентрации скота в определенном пространстве. Цель состоит в том, чтобы обеспечить максимальный выход при минимально возможных затратах и с наивысшим уровнем безопасности пищевых продуктов. [38] Этот термин часто используется в уничижительном смысле. [39] CAFO значительно увеличили производство продуктов питания от животноводства во всем мире, как с точки зрения общего объема произведенных продуктов питания, так и эффективности.
Животным доставляют еду и воду, а также часто применяют терапевтическое использование противомикробных препаратов, витаминных добавок и гормонов роста. Гормоны роста не используются ни на курах, ни на других животных в Европейском Союзе . Нежелательное поведение, часто связанное со стрессом от заключения, привело к поиску послушных пород (например, с выведенным естественным доминирующим поведением), физических ограничений для прекращения взаимодействия, таких как индивидуальные клетки для кур, или физических модификаций, таких как дебикирование кур для уменьшения вреда от драки. [40] [41]
Обозначение CAFO возникло в результате принятия в 1972 году Федерального закона США о чистой воде , который был принят для защиты и восстановления озер и рек до качества «пригодных для ловли рыбы и купания». Агентство по охране окружающей среды США определило некоторые операции по кормлению животных, а также многие другие виды промышленности, как «точечные источники» загрязнения грунтовых вод . Эти операции подлежали регулированию. [42]
В 17 штатах США отдельные случаи загрязнения грунтовых вод были связаны с CAFO. [43] Федеральное правительство США признает проблему утилизации отходов и требует, чтобы отходы животных хранились в лагунах . Эти лагуны могут быть размером до 7,5 акров (30 000 м2 ) . Лагуны, не защищенные непроницаемой подкладкой, могут просачиваться в грунтовые воды при некоторых условиях, как и стоки от навоза, используемого в качестве удобрения. Лагуна, которая прорвалась в 1995 году, выбросила 25 миллионов галлонов азотистого шлама в реку Нью- Ривер в Северной Каролине . Утечка предположительно убила от восьми до десяти миллионов рыб. [44]
Большая концентрация животных, отходов животных и мертвых животных в небольшом пространстве вызывает этические проблемы у некоторых потребителей. Активисты по защите прав животных и защите животных утверждают, что интенсивное разведение животных является жестоким по отношению к животным.
Зеленая революция преобразила сельское хозяйство во многих развивающихся странах. Она распространила технологии, которые уже существовали, но не были широко использованы за пределами индустриальных стран. Эти технологии включали «чудо-семена», пестициды, орошение и синтетические азотные удобрения. [45]
В 1970-х годах ученые создали высокоурожайные сорта кукурузы, пшеницы и риса. Они обладают повышенным потенциалом поглощения азота по сравнению с другими сортами. Поскольку злаки, поглощающие дополнительный азот, обычно полегали (падали) перед сбором урожая, в их геномы были введены гены полукарликовости. Пшеница Норин 10 , сорт, выведенный Орвиллом Фогелем из японских карликовых сортов пшеницы, сыграла важную роль в разработке сортов пшеницы. IR8 , первый широко используемый высокоурожайный рис, разработанный Международным институтом исследований риса , был создан путем скрещивания индонезийского сорта под названием «Peta» и китайского сорта под названием «Dee Geo Woo Gen». [46]
Благодаря молекулярной генетике Arabidopsis и риса ответственные за это мутантные гены ( уменьшенная высота (rht) , нечувствительность к гиббереллину (gai1) и тонкий рис (slr1) ) были клонированы и идентифицированы как клеточные сигнальные компоненты гибберелловой кислоты , фитогормона, участвующего в регуляции роста стебля посредством его влияния на деление клеток. Инвестиции фотосинтеза в стебель резко сокращаются у более коротких растений, а питательные вещества перенаправляются на производство зерна, усиливая, в частности, эффект урожайности химических удобрений.
Высокоурожайные сорта в несколько раз превзошли традиционные и лучше реагировали на добавление орошения, пестицидов и удобрений. Гибридная сила используется во многих важных культурах для значительного повышения урожайности для фермеров. Однако преимущество теряется для потомства гибридов F1 , что означает, что семена для однолетних культур необходимо закупать каждый сезон, тем самым увеличивая затраты и прибыль для фермеров.
Севооборот или последовательность посевов — это практика выращивания ряда разнородных типов культур на одном и том же участке в последовательные сезоны для получения таких преимуществ, как предотвращение накопления патогенов и вредителей, которое происходит при постоянном возделывании одного вида. Севооборот также стремится сбалансировать потребности различных культур в питательных веществах, чтобы избежать истощения питательных веществ в почве . Традиционным компонентом севооборота является пополнение азота за счет использования бобовых и зеленых удобрений последовательно со злаками и другими культурами. Севооборот также может улучшить структуру почвы и ее плодородие путем чередования растений с глубокой и поверхностной корневой системой. Связанный метод заключается в посадке многовидовых покровных культур между коммерческими культурами. Это сочетает в себе преимущества интенсивного земледелия с непрерывным покровом и поликультурой .
Орошение сельскохозяйственных культур составляет 70% мирового потребления пресной воды. [47] Орошение затоплением , самый старый и самый распространенный тип, обычно распределено неравномерно, так как части поля могут получать избыточное количество воды, чтобы доставить достаточное количество в другие части. Верхнее орошение , использующее центрально-поворотные или боковые разбрызгиватели, дает гораздо более равномерную и контролируемую схему распределения. Капельное орошение является самым дорогим и наименее используемым типом, но доставляет воду к корням растений с минимальными потерями. [48]
Меры по управлению водосбором включают в себя подпиточные ямы, которые собирают дождевую воду и стоки и используют их для подпитки запасов грунтовых вод. Это помогает в пополнении скважин грунтовых вод и в конечном итоге уменьшает эрозию почвы. Запруженные реки, создающие водохранилища, хранят воду для орошения и других целей на больших территориях. Меньшие территории иногда используют оросительные пруды или грунтовые воды.
В сельском хозяйстве обычно требуется систематическая борьба с сорняками, часто выполняемая машинами, такими как культиваторы или распылители жидких гербицидов. Гербициды убивают определенные цели, оставляя урожай относительно невредимым. Некоторые из них действуют, препятствуя росту сорняков, и часто основаны на фитогормонах . Борьба с сорняками с помощью гербицидов затрудняется, когда сорняки становятся устойчивыми к гербициду. Решения включают:
В сельском хозяйстве терраса — это выровненный участок холмистой возделываемой местности, спроектированный как метод сохранения почвы для замедления или предотвращения быстрого поверхностного стока оросительной воды. Часто такие земли формируются в несколько террас, что придает им ступенчатый вид. Человеческие ландшафты выращивания риса на террасах, которые следуют естественным контурам уступов, как контурная вспашка , являются классической чертой острова Бали и рисовых террас Банауэ в Банауэ, Ифугао , Филиппины . В Перу инки использовали непригодные для использования склоны, строя стены из сухого камня для создания террас, известных как Анденс .
Рисовое поле — это затопленный участок пахотной земли, используемый для выращивания риса и других полуводных культур . Рисовые поля являются типичной особенностью стран Восточной и Юго-Восточной Азии , выращивающих рис , включая Малайзию, Китай, Шри-Ланку, Мьянму, Таиланд, Корею, Японию, Вьетнам, Тайвань, Индонезию, Индию и Филиппины. Они также встречаются в других регионах выращивания риса, таких как Пьемонт (Италия), Камарг (Франция) и долина Артибонит (Гаити). Они могут встречаться естественным образом вдоль рек или болот , или могут быть построены даже на склонах холмов. Они требуют большого количества воды для орошения, большая часть которой поступает из-за наводнений. Это создает благоприятную среду для выращиваемого сорта риса и враждебно по отношению ко многим видам сорняков . Как единственный вид тягловых животных , который комфортно себя чувствует на водно-болотных угодьях , буйвол широко используется на азиатских рисовых полях. [49]
Недавней разработкой в области интенсивного производства риса является Система интенсификации рисоводства . [50] [51] Разработанная в 1983 году французским отцом -иезуитом Анри де Лоланье на Мадагаскаре , [52] к 2013 году число мелких фермеров, использующих эту систему, выросло до 4–5 миллионов. [53]
Аквакультура — это выращивание природных продуктов воды ( рыба , моллюски , водоросли , морские водоросли и другие водные организмы). Интенсивная аквакультура происходит на суше с использованием резервуаров, прудов или других контролируемых систем, или в океане с использованием садков. [54]
Интенсивные методы ведения сельского хозяйства, которые считаются устойчивыми [ кем? ], были разработаны для замедления ухудшения состояния сельскохозяйственных земель и даже восстановления здоровья почвы и экосистемных услуг . [ необходима ссылка ] Эти разработки могут относиться к категории органического земледелия или интеграции органического и традиционного сельского хозяйства.
Выпас на пастбищах подразумевает посадку зерновых культур непосредственно на пастбищах без предварительного применения гербицидов. Многолетние травы образуют живой мульчирующий подлесок для зерновых культур, устраняя необходимость в посадке покровных культур после сбора урожая . Пастбища интенсивно выпасаются как до, так и после производства зерна. Эта интенсивная система дает эквивалентную прибыль фермерам (частично за счет увеличения корма для скота), одновременно создавая новый верхний слой почвы и поглощая до 33 тонн CO 2 /га/год. [55] [56]
Биоинтенсивное сельское хозяйство ориентировано на максимизацию эффективности на единицу площади, затрат энергии и воды.
Агролесоводство объединяет технологии сельского хозяйства и садоводства/лесоводства для создания более интегрированных, разнообразных, продуктивных, прибыльных, здоровых и устойчивых систем землепользования.
Совмещение культур может повысить урожайность или сократить затраты и, таким образом, представляет собой (потенциально устойчивую) интенсификацию сельского хозяйства. Однако, хотя общая урожайность на единицу площади земли часто увеличивается, урожайность любой отдельной культуры часто снижается. Существуют также проблемы для фермеров, которые полагаются на сельскохозяйственное оборудование, оптимизированное для монокультуры , что часто приводит к увеличению затрат труда.
Вертикальное земледелие — это интенсивное крупномасштабное производство сельскохозяйственных культур в городских центрах, в многоэтажных зданиях с искусственным освещением, для производства низкокалорийных продуктов, таких как зелень, микрозелень и салат.
Интегрированная система земледелия — это прогрессивная, устойчивая система сельского хозяйства, такая как сельское хозяйство с нулевыми отходами или интегрированная мультитрофическая аквакультура , которая включает взаимодействие нескольких видов. Элементы этой интеграции могут включать:
Промышленное сельское хозяйство использует огромное количество воды , энергии , [59] и промышленных химикатов , увеличивая загрязнение пахотных земель , пригодной для использования воды и атмосферы . Гербициды , инсектициды и удобрения накапливаются в грунтовых и поверхностных водах . Промышленные методы ведения сельского хозяйства являются одним из основных факторов глобального потепления , на долю которых приходится 14–28% чистых выбросов парниковых газов . [60]
Многие из негативных последствий промышленного сельского хозяйства могут проявляться на некотором расстоянии от полей и ферм. Например, соединения азота со Среднего Запада перемещаются вниз по Миссисипи, ухудшая прибрежное рыболовство в Мексиканском заливе, вызывая так называемые океанические мертвые зоны. [61]
Многие виды диких растений и животных вымерли в региональном или национальном масштабе, а функционирование агроэкосистем было глубоко изменено. Интенсификация сельского хозяйства включает в себя множество факторов, включая потерю элементов ландшафта, увеличение размеров ферм и полей и увеличение использования инсектицидов и гербицидов. Крупные масштабы инсектицидов и гербицидов приводят к быстрому развитию устойчивости среди вредителей, что делает гербициды и инсектициды все более неэффективными. [62] Агрохимикаты могут быть вовлечены в расстройство коллапса колоний , при котором отдельные члены пчелиных колоний исчезают. [63] (Сельскохозяйственное производство в значительной степени зависит от пчел, опыляющих многие сорта фруктов и овощей.)
Интенсивное земледелие создает условия для роста и передачи паразитов, которые значительно отличаются от тех, с которыми паразиты сталкиваются в популяциях естественных хозяев, потенциально изменяя отбор по различным признакам, таким как признаки жизненного цикла и вирулентность. Некоторые недавние вспышки эпидемий выявили связь с интенсивными методами ведения сельского хозяйства. Например, вирус инфекционной анемии лосося (ISA) наносит значительный экономический ущерб лососевым фермам. Вирус ISA является ортомиксовирусом с двумя различными кладами, одной европейской и одной североамериканской, которые разошлись до 1900 года (Krossøy et al. 2001). [64] Это расхождение предполагает, что предковая форма вируса присутствовала у диких лососевых до появления лососевых, выращиваемых в садках. Поскольку вирус распространялся путем вертикальной передачи (от родителя к потомству) [ необходимо разъяснение ] .
Интенсивная монокультура увеличивает риск неудач из-за вредителей , неблагоприятных погодных условий и болезней. [65] [66]
Исследование, проведенное Управлением по оценке технологий США , пришло к выводу, что в отношении промышленного сельского хозяйства существует «отрицательная связь между тенденцией к увеличению размера фермы и социальными условиями в сельских общинах» на «статистическом уровне». [67] Сельскохозяйственная монокультура может повлечь за собой социальные и экономические риски. [68]
ротационный выпас подразумевает более высокий уровень управления с большим количеством загонов, более короткими периодами выпаса и более длительными периодами отдыха.
Существует множество причин, по которым производители переходят на интенсивные системы выпаса. К ним относятся...
Самая большая гипоксическая зона в Соединенных Штатах и вторая по величине гипоксическая зона в мире образуется в северной части Мексиканского залива, прилегающего к реке Миссисипи. Это изображение из анимации NOAA показывает, как сток с ферм (зеленые области) и городов (красные области) стекает в Миссисипи. Этот сток содержит избыточное количество питательных веществ из удобрений, очистных сооружений и других источников.
В северо-центральных штатах интенсивное выращивание определенных видов и гибридов тополей представляет наибольшую возможность для достижения максимального производства древесного волокна при условии, что будут приняты адекватные меры по борьбе с многочисленными насекомыми и болезнями, которые могут их атаковать. [...] [...] Тенденция к монокультуре [...] увеличивает уязвимость системы земледелия к насекомым и болезням. Наибольший потенциал для коварной катастрофы из-за вирусных заболеваний имеют монокультуры вегетативно размножаемых многолетних культур.
Промышленные монокультуры — отдельные культуры там, где когда-то было разнообразие, и отдельные сорта каждой культуры там, где раньше их было тысячи, — также наносят удар по биологическому и генетическому разнообразию. [...] Монокультуры слабы, подвержены нашествиям насекомых, болезням и плохой погоде.
того, что монокультуры являются относительно нестабильными сельскохозяйственными экосистемами, они также уязвимы к катастрофам, вызванным социальными и экономическими потрясениями.