Интенсивное земледелие — это современная индустриальная форма земледелия . Методы интенсивного земледелия включают инновации в сельскохозяйственной технике , методах ведения сельского хозяйства, генной инженерии , методах достижения экономии за счет масштаба производства, создании новых рынков для потребления, патентной защите генетической информации и мировой торговле . Эти методы широко распространены в развитых странах .
Практика промышленного сельского хозяйства является относительно недавним развитием в истории сельского хозяйства и результатом научных открытий и технологических достижений. Инновации в сельском хозяйстве, начавшиеся в конце 19 века, в целом шли параллельно с развитием массового производства в других отраслях, характеризующих последнюю часть промышленной революции . Выявление азота и фосфора как критических факторов роста растений привело к производству синтетических удобрений , что сделало возможным более интенсивное использование сельскохозяйственных угодий для выращивания сельскохозяйственных культур. [1]
Некоторые культуры оказались более пригодными для интенсивного земледелия, чем другие. [2]
Критики интенсивно выращиваемых культур приводят широкий спектр проблем. Что касается качества продовольствия, критики утверждают, что качество снижается, когда культуры разводятся и выращиваются в первую очередь для косметических и транспортных характеристик. С экологической точки зрения промышленное выращивание культур, как утверждается, несет ответственность за потерю биоразнообразия , деградацию качества почвы , эрозию почвы , токсичность продуктов питания ( остатки пестицидов ) и загрязнение (через накопления и стоки агрохимикатов , а также использование ископаемого топлива для агрохимического производства и для сельскохозяйственной техники и распределения на большие расстояния ).
Проекты в рамках Зеленой революции распространяли технологии, которые уже существовали, но не были широко использованы за пределами индустриальных стран. Эти технологии включали пестициды, ирригационные проекты и синтетические азотные удобрения .
Новым технологическим достижением Зеленой революции стало производство того, что некоторые называли «чудо-семенами». [3] [ нужна страница ] Ученые создали штаммы кукурузы , пшеницы и риса , которые обычно называют HYV или «высокоурожайными сортами». HYV обладают повышенным потенциалом поглощения азота по сравнению с другими сортами. Поскольку злаки, поглощающие дополнительный азот, обычно полегают или падают 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 Зеленой революции. IR8, первый широко используемый рис HYV, разработанный IRRI, был создан путем скрещивания индонезийского сорта под названием «Peta» и китайского сорта под названием «Dee Geo Woo Gen». [4]
Благодаря молекулярной генетике Arabidopsis и риса ответственные за них 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. Рост стебля на мутантном фоне значительно снижается, что приводит к карликовому фенотипу. Фотосинтетические инвестиции в стебель резко сокращаются, поскольку более короткие растения по своей природе более устойчивы механически. Ассимиляты перенаправляются на производство зерна, усиливая, в частности, влияние химических удобрений на коммерческую урожайность.
HYV значительно превосходят традиционные сорта при наличии адекватного орошения, пестицидов и удобрений. При отсутствии этих факторов традиционные сорта могут превзойти HYV. Одной из критических замечаний в адрес HYV является то, что они были разработаны как гибриды F1 , а это означает, что фермер должен покупать их каждый сезон, а не сохранять с предыдущих сезонов, тем самым увеличивая себестоимость продукции фермера.
Пшеница — это злак , который выращивается по всему миру. В мировом масштабе это самая важная зерновая культура для человека, которая занимает второе место по общему производству среди зерновых культур после кукурузы ; третье место занимает рис . Пшеница и ячмень были первыми злаками, которые, как известно, были одомашнены. Выращивание и повторный сбор урожая и посев зерен диких злаков привели к одомашниванию пшеницы путем отбора мутантных форм с тяжелыми годами, которые оставались нетронутыми во время сбора урожая, и более крупными зернами. Из-за потери механизмов распространения семян одомашненные пшеницы имеют ограниченную способность к размножению в дикой природе. [5]
Сельскохозяйственное возделывание с использованием плугов с хомутами (3000 лет назад) увеличило урожайность зерновых культур, как и использование сеялок , которые заменили разбросной посев семян в 18 веке. Урожайность пшеницы продолжала расти, поскольку новые земли стали обрабатываться и с улучшением земледелия, включающего использование удобрений , молотилок и жатвенных машин (« комбайн »), тракторных культиваторов и сеялок, а также лучших сортов (см. Зеленую революцию и пшеницу Norin 10 ). С падением темпов роста населения, в то время как урожайность продолжает расти, площадь, отведенная под пшеницу, теперь может начать сокращаться впервые в современной истории человечества . [6]
В то время как озимая пшеница находится в состоянии покоя во время зимних заморозков, пшенице обычно требуется от 110 до 130 дней между посадкой и сбором урожая, в зависимости от климата, типа семян и почвенных условий. Решения по управлению урожаем требуют знания стадии развития урожая. В частности, весеннее внесение удобрений , гербицидов , фунгицидов , регуляторов роста обычно применяется на определенных стадиях развития растений. Например, текущие рекомендации часто указывают, что второе внесение азота должно быть сделано, когда колос (не видимый на этой стадии) составляет около 1 см в размере (Z31 по шкале Задокса ).
Кукуруза сажали коренные американцы на холмах, в сложной системе, известной некоторым как « Три сестры» : бобы использовали кукурузное растение в качестве опоры, а тыквы обеспечивали почвенный покров, чтобы остановить сорняки. Этот метод был заменен посадкой отдельных видов на холмах, где на каждом холме на расстоянии 60–120 см (2–4 фута) друг от друга высаживалось 3 или 4 семени, метод, который до сих пор используется домашними садоводами. Более поздней техникой была проверенная кукуруза , где холмы размещались на расстоянии 40 дюймов (1000 мм) друг от друга в каждом направлении, что позволяло культиваторам проходить по полю в двух направлениях. В более засушливых землях это было изменено, и семена высаживались на дно борозд глубиной 10–12 см (4–5 дюймов) для сбора воды. Современная техника высаживает кукурузу рядами, что позволяет выращивать ее, пока растение молодое, хотя метод холмов все еще используется на кукурузных полях некоторых индейских резерваций. Хауденосауни готовятся к изменению климата с помощью создания семенного банка. [2] С изменением климата больше культур смогут расти в разных областях, где они раньше не могли. Это откроет площади для выращивания кукурузы.
В Северной Америке поля часто засеваются в севообороте из двух культур с азотфиксирующей культурой, часто люцерной в более прохладном климате и соей в регионах с более длинным летом. Иногда в севооборот добавляется третья культура, озимая пшеница . Поля обычно вспахиваются каждый год, хотя земледелие с нулевой обработкой почвы становится все более распространенным. Многие из сортов кукурузы, выращиваемых в Соединенных Штатах и Канаде, являются гибридами. Более половины посевных площадей кукурузы в Соединенных Штатах были генетически модифицированы с использованием биотехнологии для выражения агрономических признаков, таких как устойчивость к вредителям или устойчивость к гербицидам.
До Второй мировой войны большую часть кукурузы в Северной Америке собирали вручную (как и сейчас в большинстве других стран, где ее выращивают). Это часто требовало большого количества рабочих и связанных с этим общественных мероприятий. Некоторые одно- и двухрядные механические уборочные машины использовались, но кукурузный комбайн не был принят на вооружение до послевоенного времени. С помощью ручной или механической уборочной машины собирают весь початок, который затем требует отдельной операции кукурузной шелушилки для удаления зерен из початка. Целые початки кукурузы часто хранили в кукурузных яслях, и эти целые початки являются достаточной формой для использования в качестве корма для скота. Немногие современные фермы хранят кукурузу таким образом. Большинство собирают зерно с поля и хранят его в бункерах. Комбайн с кукурузной головкой (с наконечниками и защелкивающимися вальцами вместо катушки) не срезает стебель; он просто тянет стебель вниз. Стебель продолжает опускаться вниз и сминается в измятую кучу на земле. Початок кукурузы слишком большой, чтобы пройти через щель в пластине, и защелкивающиеся ролики оттягивают початок кукурузы от стебля, так что в машину попадают только початок и шелуха. Комбайн отделяет шелуху от початка, оставляя только зерна.
Соевые бобы являются одной из культур « биотехнологической пищи», которая подвергается генной модификации , а ГМО-соя используется во все большем количестве продуктов. Компания Monsanto является мировым лидером по производству генетически модифицированной сои для коммерческого рынка. В 1995 году Monsanto представила соевые бобы « Roundup Ready » (RR), в геном которых была встроена копия гена бактерии Agrobacterium sp . штамма CP4 с помощью генной пушки , что позволяет трансгенному растению выживать при опрыскивании этим неселективным гербицидом глифосатом . Глифосат, активный ингредиент Roundup, убивает обычные соевые бобы. Бактериальный ген — это EPSP (= 5-енолпирувил шикимовая кислота-3-фосфат) синтаза. У сои также есть версия этого гена, но версия сои чувствительна к глифосату, а версия CP4 — нет. [7]
Соевые бобы RR позволяют фермеру сократить обработку почвы или даже сеять семена прямо в невспаханное поле, что известно как «нулевая обработка» или консервационная обработка почвы. У нулевой обработки почвы много преимуществ, она значительно снижает эрозию почвы и создает лучшую среду обитания для диких животных; [8] она также экономит ископаемое топливо и изолирует CO2 , парниковый газ . [9]
В 1997 году около 8% всех соевых бобов, выращиваемых для коммерческого рынка в Соединенных Штатах, были генетически модифицированы. В 2006 году эта цифра составила 89%. Как и в случае с другими « Roundup Ready » культурами, выражается обеспокоенность по поводу ущерба биоразнообразию . [10] Однако ген RR был выведен во многих различных сортах сои, что сама по себе генетическая модификация не привела к какому-либо снижению генетического разнообразия. [11]
Крупнейшим коммерческим гидропонным предприятием в мире является Eurofresh Farms в Уиллкоксе, штат Аризона, которое продало более 200 миллионов фунтов томатов в 2007 году. [12] Eurofresh имеет 318 акров (1,3 км 2 ) под стеклом и представляет собой около трети площади коммерческих гидропонных теплиц в США [13] Eurofresh не считает свои томаты органическими, но они не содержат пестицидов. Они выращиваются в минеральной вате с верхним орошением.
Некоторые коммерческие установки не используют пестициды или гербициды , предпочитая комплексные методы борьбы с вредителями . Часто потребители добровольно платят надбавку к цене за продукцию, которая маркируется как « органическая ». Некоторые штаты США требуют, чтобы почва была необходимым условием для получения органической сертификации . Существуют также пересекающиеся и несколько противоречивые правила, установленные федеральным правительством США. Поэтому некоторые продукты питания, выращенные с помощью гидропоники, могут быть сертифицированы как органические . Фактически, это самые чистые растения из возможных, поскольку нет никаких экологических переменных, а грязь в пищевых продуктах крайне ограничена. Гидропоника также экономит невероятное количество воды; она использует всего 1/20 количества, как обычная ферма, для производства того же количества продуктов питания. Уровень грунтовых вод может зависеть от использования воды и стока химикатов с ферм, но гидропоника может минимизировать воздействие, а также имеет то преимущество, что использование воды и возврат воды легче измерить. Это может сэкономить деньги фермера, позволяя сократить использование воды и иметь возможность измерять последствия для земли вокруг фермы.
Окружающая среда в гидропонной теплице строго контролируется для максимальной эффективности, и этот новый подход называется земледелием без почвы/контролируемой средой (S/CEA). С его помощью производители могут производить ультра-премиальные продукты в любой точке мира, независимо от температуры и вегетационного периода. Производители постоянно контролируют температуру, влажность и уровень pH .