Как распределены возделываемые почвы на нашей планете: Soil Carbon Storage | Learn Science at Scitable

У нас осталось всего 60 урожаев?

Утверждения о том, что в мире осталось всего 100, 60 или даже 30 лет урожая, часто попадают в заголовки. Эти заявления преувеличены, но эрозия почвы — это проблема, и мы можем с ней что-то сделать.

by Hannah Ritchie

14 января 2021 г.

Благодарности: Большое спасибо доктору Дэниелу Эвансу за отзывы и вклад в эту статью.

Совершенное утверждение, что в мире их всего 100; 60 или даже 30 лет оставшегося урожая часто попадает в заголовки. Хотя они продолжают повторяться, для них нет научной основы. Хотя требования преувеличены, эрозия почвы это важная проблема. Скорость эрозии во всем мире составляет пять порядков. Некоторые из них быстро разрушаются: по оценкам, срок жизни 16% почв составляет менее 100 лет. Другие разрушаются медленно: срок жизни половины из них превышает 1000 лет; и одной трети более 5000 лет. Чтобы защитить наши почвы, мы должны применять более эффективные методы ведения сельского хозяйства, такие как посев покровных культур, минимальная обработка почвы или ее отсутствие, а также контурная обработка. Таким образом, мы можем продлить срок службы почв, от которых мы все зависим.

Если прочитать заголовки газет о состоянии почв в мире, то легко убедиться, что до глобального голода нас отделяет всего несколько десятилетий: официальный;

Хорошая новость заключается в том, что эти заявления преувеличены. Плохая новость заключается в том, что это не мешает им повторяться снова и снова. Статистика «осталось 60 урожаев», кажется, просто не умрет.

И хотя заголовки преувеличены, это не должно умалять того факта, что многие из наших почв деградируют, и нам необходимо принять меры для их восстановления.

Откуда берутся эти претензии?

Честный ответ: мы не знаем. Ботаник и научный коммуникатор Джеймс Вонг попытался проследить эти утверждения до их корней для статьи в New Scientist. ¹ Мы знаем, что высокопоставленный чиновник на сельскохозяйственной конференции ООН ФАО назвал цифру «60 урожаев» и что Майкл Гоув упомянул срок от 30 до 40 лет. Но мы не знаем, на чем они основывали свои оценки.

Цифра «100 урожаев», кажется, связана с исследованием, проведенным в Великобритании учеными из Университета Шеффилда. ² Я говорю «кажется», потому что в статье не упоминается цифра в 100 лет. Джеймс Вонг не смог найти, откуда взялось это число; Я также потратил много времени на копание и не сделал лучше.

В любом случае, в этом исследовании рассматривалась разница в свойствах почв городских участков в Лестере, городе в Великобритании, и почв некоторых близлежащих ферм. Он пришел к выводу, что почвы на городских участках имеют больше органического вещества, более высокий уровень азота и лучшую плотность почвы. Не совсем информативно для более крупного и срочного вопроса о состоянии мировых почв.

Не существует единого срока жизни почв мира

Что мы знаем о состоянии почв мира?

Недавнее исследование Дэниела Эванса и его коллег дало нам первую оценку диапазона продолжительности жизни почвы по всему миру. ³ Для этого использовалась база данных 4285 измеренных скоростей почвенной эрозии из 240 исследований, охватывающих 255 уникальных местоположений в 38 странах. Как показано на карте, эти 255 локаций охватывают все континенты мира.

Как бы мы оценили «срок жизни» почвы? Для этого не существует единого показателя: почвы сложны и обладают целым рядом свойств, от баланса питательных веществ до плотности и структуры. Лучшим косвенным показателем — и показателем, который использовали Дэниел Эванс и его коллеги, — была чистая скорость эрозии важнейшего верхнего слоя почвы, самого верхнего слоя толщиной около 30 сантиметров 9.0015 [в действительности эта мощность варьируется от почвы к почве, но 0,3 м является наиболее общепринятой цифрой для этого верхнего продуктивного слоя] . Посевы нуждаются в этом слое для роста: здесь хранятся углерод, вода и питательные вещества. ⁴  

В зависимости от того, как обрабатывается почва, верхний слой почвы может истончаться или утолщаться. Если мы знаем, с какой скоростью он истончается, мы можем оценить, сколько времени потребуется, чтобы этот слой исчез. Например, если верхний слой почвы истончается на 0,5 сантиметра каждый год, потребуется 60 лет, чтобы потерять 30 сантиметров. ⁵ Если вы хотите получить более подробное представление о продолжительности жизни почвы и о том, как она рассчитывается, ведущий автор объясняет это здесь .

Это не единственный показатель, определяющий продуктивность почвы, но важный показатель, который дает нам ценную информацию о состоянии почв в мире.

Количество лет и пространственное распределение участков для 255 уникальных местоположений в исследовании. ⁶

Продолжительность жизни почв мира составляет пять порядков

Что это исследование говорит нам о продолжительности жизни наших почв?

Почвы из 4285 точек исследования были сгруппированы в три категории.

‘ Голые’ почвы – это участки земли, на которых преднамеренно не выращивают какие-либо сельскохозяйственные культуры для определения скорости эрозии почв без растительности. Они используются для оценки «наихудшего сценария».

Традиционно управляемые почвы – это почвы, которые активно возделываются без применения заметных методов сохранения. Они используются для представления «обычного сценария бизнеса».

Почвы управления консервацией были почвами, которые были подвергнуты методам сохранения почвы, таким как изменение землепользования (леса и пастбища) или улучшенные методы ведения сельского хозяйства, такие как совмещение культур, нулевая обработка почвы или контурное земледелие. Позже мы рассмотрим влияние этих методов.

На этой диаграмме мы видим, как распределение расчетных сроков жизни почвы в этих трех категориях варьировалось в глобальном наборе данных. По оси абсцисс отложена продолжительность жизни в годах, а по оси у — совокупный процент почв, которые, как было установлено, имеют такую ​​продолжительность жизни. Обратите внимание, что шкала на оси продолжительности жизни является логарифмической и простирается от 10 лет до 10 миллионов лет. Это еще раз демонстрирует, насколько неточным и бессмысленным является указание единственной продолжительности жизни почв мира.

Давайте сосредоточимся на «традиционно управляемых» почвах, показанных синим цветом. Эти данные важны для понимания многих мировых методов ведения сельского хозяйства. Мы рассмотрим методы консервации позже.

Многие из этих почв истончаются; некоторые очень быстро. 16% имеют продолжительность жизни менее 100 лет, если они продолжат разрушаться с их нынешними темпами. Это не локальная проблема: примеры почв с продолжительностью жизни менее века есть на всех континентах, включая США, Австралию, Испанию, Италию, Бразилию и Китай. Долговечность этих почв вызывает беспокойство, и мы должны действовать быстро, чтобы сохранить их.

Но утверждение о «60 урожаях» явно ложно. Более 90% традиционно управляемых почв имели «срок жизни» более 60 лет. Медиана составила 491 год для прореживания почв. Половина из них имела продолжительность жизни более 1000 лет, а 18% превышали 10 000 лет. Были также некоторые почвы, которые вообще не подвергались эрозии. Там, где скорость почвообразования превышала скорость эрозии, почва уплотнялась. На самом деле, некоторые из них уплотнялись — почва формировалась быстрее, чем разрушалась. В правом нижнем углу диаграммы мы видим скорость прироста почвы. 7% традиционно управляемых почв были утолщенными.

Если бы мы оставили нашу землю совершенно голой, удалив всю растительность и предотвратив любое естественное восстановление с помощью пестицидов, наша почва могла бы подвергаться эрозии быстрее. Одна треть (34%) голых почв имеет продолжительность жизни менее 100 лет.

Не существует единой цифры, сколько урожаев осталось в мире, потому что существует так много различий в типах, качестве и управлении нашими почвами. Просто невероятно, чтобы все они деградировали с одинаковой скоростью. Как показывают эти результаты: одни почвы быстро разрушаются, а другие утолщаются.

Что мы можем сделать, чтобы замедлить эрозию и восстановить наши почвы?

Настораживает то, что многие из наших почв истончаются. Кто-то очень быстро.

Но есть вещи, которые мы можем сделать, чтобы продлить срок службы наших почв. Взгляните на кривую «сохранения» на предыдущем графике. Он сдвинут далеко вправо — тем более, что шкала продолжительности жизни логарифмическая — это означает, что эти почвы размываются гораздо медленнее, чем почвы, управляемые традиционным способом, если вообще эрозируют. На самом деле, одна пятая на самом деле утолщалась (это означает, что почва формировалась быстрее, чем разрушалась).

Сравнение этих двух групп показано в таблице. Доля почв с продолжительностью жизни менее 100 лет была менее половины доли традиционно управляемых почв — 7% против 16%. Срок жизни половины почв, находящихся под управлением природоохранных служб, превышает 5000 лет; а 40% превысили 10 000 лет.

Звучит многообещающе, но что на самом деле означает «сохранение»? Какие практики мы должны внедрить? Согласно Evans et al., мы должны рассмотреть четыре вмешательства. ⁷

Мы могли бы перейти от использования сельскохозяйственных земель к использованию лесов или пастбищ . Это наиболее эффективный способ продлить срок службы почвы, но он сокращает площадь земли, доступной для ведения сельского хозяйства. По мере того, как население планеты увеличивается, а потребности в продуктах питания растут, нам необходимо найти способы защиты наших возделываемых почв. Если мы сможем повысить урожайность сельскохозяйственных культур, у нас появится возможность сократить количество пахотных земель, необходимых для удовлетворения этого спроса.

Возможна посадка покровных культур в межуборочный сезон . Если нам нужно использовать нашу землю для сельского хозяйства, покровные культуры могут быть эффективными для улучшения качества почвы. Ни один из участков, на которых в исследовании использовались покровные культуры, не имел срок службы менее 100 лет.

Это метод выращивания сельскохозяйственных культур с целью поддержания растительного покрова и предотвращения оголения почвы и ее подверженности эрозии между вегетационными периодами.

Из приведенных выше сравнений мы знаем, что «голые» почвы подвергаются эрозии гораздо быстрее. Чтобы предотвратить это, в межсезонье можно посадить покровную культуру, которая сохранит структуру почвы, плодородие и повысит содержание органического вещества.

Покровные культуры состоят из бобовых растений, таких как горох, фасоль и чечевица. Доказано, что покровные культуры эффективно снижают эрозию почвы. ^{8 , 9 , 10}

Мы можем использовать методы минимальной или нулевой обработки почвы . Обычная «обработка почвы» — это обычная практика, при которой фермеры механически взбалтывают и переворачивают почву с помощью плугов.

Это делается для механического удаления и уничтожения сорняков; аэрируйте верхний слой почвы и равномерно перемешайте питательные вещества по всему профилю почвы.

Но это также оказывает негативное воздействие: может повредить структуру почвы, что приведет к тому, что почвы станут более подвержены эрозии. Усиливающаяся эрозия почвы может привести к потере питательных веществ и органических веществ; это может увеличить химический сток с земли; и может уменьшить инфильтрацию воды.

Методы минимальной или нулевой обработки почвы пытаются обрабатывать почвы без механического опрокидывания почвы. Это снижает эрозию почвы, но имеет свои недостатки: поскольку вспашка не повреждает сорняки, для их уничтожения часто требуется больше гербицидов. Некоторые из этих компромиссов можно уменьшить, комбинируя их с обрезкой покровных культур. Покровные культуры, такие как бобовые, обогащают почву азотом и могут защитить почву от сорняков и вредителей.

Мы можем реализовать контурную обработку или террасирование на склонах холмов . Уклон земли имеет большое значение для восприимчивости почвы к эрозии. Почвы на крутых склонах размываются гораздо быстрее. 37% почв, возделываемых вверх и вниз по склону, имели срок жизни менее 100 лет. Контурная культивация, когда вы выращиваете культуры перпендикулярно или поперек склона, сократила этот показатель до 7%.

Контурная обработка не всегда практична на очень крутых склонах. В этом случае террасирование может быть эффективным. Только 2% террасных участков имели срок службы менее 100 лет. Недостатком террасирования является то, что оно может уменьшить количество земли, доступной для выращивания сельскохозяйственных культур. В некоторых случаях выгоды от снижения эрозии почвы и улучшения управления водными ресурсами и питательными веществами перевешивают эти затраты.

Наиболее эффективные методы ведения сельского хозяйства зависят от местоположения. Они будут зависеть не только от экологических качеств земли, но и от социальных и экономических ограничений фермера. Универсального решения не существует, но очевидно, что существует множество возможностей увеличить продолжительность жизни почв по всему миру.

Экстремальные заголовки могут принести больше вреда, чем пользы

Люди часто утверждают, что, хотя крайние заголовки могут быть лживыми, они того стоят, если заставляют людям принять меры. Я не покупаю это. Это может быть разрушительным во многих отношениях.

Во-первых, это подталкивает некоторых людей к неэффективным или контрпродуктивным решениям. Некоторые винят снижение плодородия почвы в использовании удобрений и других химических веществ. Заявление высокопоставленного чиновника ООН о «60 урожаях» много раз использовалось в качестве довода в пользу перехода на системы органического земледелия [вот это используется на конференции ООН, посвященной Международному году почвы] . Майкл Гоув сказал, что в Великобритании осталось всего от 30 до 40 лет урожая, потому что они «пропитывали их химикатами». Но многие методы сохранения не имеют ничего общего с органическим земледелием. На самом деле, для перехода на беспахотную обработку почвы часто требуется более пестицидов и удобрений, не менее. Поскольку средняя урожайность в органическом земледелии, как правило, ниже, для него требуется больше сельскохозяйственных земель. Это явно противоречит наилучшему способу уменьшить эрозию почвы: иметь как можно меньше пахотных земель. В некоторых случаях органическое земледелие может сыграть свою роль, но это не окончательное решение. Вводящие в заблуждение заголовки убеждают людей, что это так.

Преувеличение также создает противоположную проблему: апатию. Многие люди не воспринимают это всерьез и не считают, что есть какая-то проблема. Заголовки могут быть преувеличены, но это не должно умалять того факта, что эрозия почвы это серьезная проблема. Это то, что мы не можем позволить себе игнорировать, и, как я показал, это проблема, с которой мы можем что-то сделать.

Тайный мир под нашими ногами сногсшибателен и является ключом к будущему нашей планеты | Почва

Под нашими ногами находится настолько удивительная экосистема, что она проверяет пределы нашего воображения. Он так же разнообразен, как тропический лес или коралловый риф. Мы зависим от него на 99% нашей пищи, но мы едва ли осознаем это. Земля.

Под одним квадратным метром нетронутой земли в средних широтах Земли (к которым относится и Великобритания) может обитать несколько сотен тысяч мелких животных. Примерно 90% видов, к которым они принадлежат, еще не названы. Один грамм этой почвы — меньше чайной ложки — содержит около километра грибковых нитей.

Когда я впервые рассмотрел ком земли с помощью мощной линзы, я едва мог поверить в то, что увидел. Как только я нашел фокусное расстояние, он ожил. Я сразу увидел ногохвостов — крошечных животных, похожих на насекомых — десятков форм и размеров. Круглые крабовые клещи были повсюду: в некоторых почвах их до полумиллиона на квадратный метр.

Затем я начал видеть существ, которых раньше никогда не встречал. То, что я принял за крошечную белую многоножку, оказалось, когда я посмотрел на нее, совершенно другой формой жизни, называемой симфилидой. Я заметил нечто, похожее на японское аниме: длинное и низкое, с двумя прекрасными антеннами спереди и двумя сзади, уравновешенное и подпрыгивающее, как мужественный дракон или летающая лошадь. Это был щетинохвост, или диплюран.

Пробираясь сквозь комок, я снова и снова находил животных, о существовании которых, несмотря на мою степень по зоологии и всю жизнь, погруженную в естествознание, я не знал. После двух часов изучения килограмма почвы я понял, что увидел больше основных ветвей животного мира, чем за недельное сафари в Серенгети.

То, что эта тонкая подушка между камнем и воздухом может выдержать все, что мы на нее бросаем, и по-прежнему поддерживать нас, является опасным убеждением

Но еще более захватывающим, чем разнообразие и изобилие почвы, является вопрос о том, что же это такое на самом деле. Большинство людей видят его как унылую массу измельченных камней и мертвых растений. Но оказывается, что это биологическое сооружение, построенное живыми существами для обеспечения своего выживания, вроде осиного гнезда или бобровой плотины. Микробы делают цемент из углерода, с помощью которого они склеивают минеральные частицы, создавая поры и проходы, через которые проходят вода, кислород и питательные вещества. Крошечные комки, которые они строят, становятся блоками, которые животные в почве используют для строительства больших лабиринтов.

Почва имеет фрактальный масштаб, что означает, что ее структура постоянна независимо от увеличения. Бактерии, грибы, растения и почвенные животные, бессознательно работая вместе, создают неизмеримо сложную, бесконечно разветвляющуюся архитектуру, которая, подобно Пыли в романе Филипа Пулмана, спонтанно организуется в связные миры. Эта биологическая структура помогает объяснить устойчивость почвы к засухам и наводнениям: если бы это была просто куча материи, ее бы смыло.

Это также показывает, почему почва может так быстро разрушаться, когда она обрабатывается. При определенных условиях, когда фермеры вносят азотные удобрения, микробы в ответ сжигают углерод: другими словами, цемент, скрепляющий их катакомбы. Поры проваливаются. Проходы схлопываются. Почва становится сырой, безвоздушной и уплотненной.

Но ничто из вышеперечисленного не отражает истинного чуда почвы. Давайте начнем с чего-то, что переворачивает наше представление о том, как мы выживаем. Растения выделяют в почву от 11% до 40% всех сахаров, которые они производят в результате фотосинтеза. Случайно они их не пропускают. Их намеренно закапывают в землю. Еще более странно то, что перед тем, как выпустить их, они превращают некоторые из этих сахаров в соединения невероятной сложности.

Производство таких химикатов требует энергии и ресурсов, так что это похоже на выбрасывание денег на ветер. Почему они это делают? Ответ открывает ворота в секретный сад.

Эти сложные химические вещества закачиваются в зону, непосредственно окружающую корни растения, которая называется ризосферой. Они выпущены для создания и управления его отношениями.

Почва полна бактерий. Его землистый запах — это запах соединений, которые они производят. В большинстве углов, большую часть времени они ждут в анабиозе сообщений, которые их разбудят. Эти сообщения являются химическими веществами, которые выпускает растение. Они настолько сложны, потому что растение стремится предупредить не бактерии в целом, а конкретные бактерии, которые способствуют его росту. Растения используют сложный химический язык, который могут понять только микробы, с которыми они хотят говорить.

Когда корень растения упирается в ком почвы и начинает передавать свои сообщения, это вызывает взрыв активности. Бактерии, откликающиеся на его зов, потребляют сахар, которым их кормит растение, и размножаются, образуя одни из самых плотных микробных сообществ на Земле. В одном грамме ризосферы может быть миллиард бактерий; они высвобождают питательные вещества, от которых зависит растение, и производят гормоны роста и другие химические вещества, которые помогают ему расти. Словарный запас растения меняется от места к месту и время от времени, в зависимости от того, что ему нужно. Если ему не хватает определенных питательных веществ или почва слишком сухая или соленая, он обращается к видам бактерий, которые могут помочь.

Почва является наиболее запущенной из основных экосистем. Фотография: Лиз Макберни/The Guardian

Сделайте шаг назад, и вы увидите нечто, что меняет наше понимание жизни на Земле. Ризосфера находится вне растения, но функционирует как часть целого. Его можно рассматривать как внешнюю кишку растения. Сходство между ризосферой и человеческим кишечником, где бактерии также живут в поразительном количестве, поразительно. В обеих системах микробы расщепляют органический материал на более простые соединения, которые растение или человек могут усвоить. Хотя существует более 1000 типов (основных групп) бактерий, одни и те же четыре доминируют как в ризосфере, так и в кишечнике млекопитающих.

Подобно тому, как человеческое грудное молоко содержит сахара, называемые олигосахаридами, целью которых является питание не ребенка, а бактерий в кишечнике ребенка, молодые растения выделяют большое количество сахарозы в почву, чтобы питать и развивать свой новый микробиом. Подобно тому, как бактерии, живущие в нашем кишечнике, побеждают и атакуют вторгшиеся патогены, дружественные микробы в ризосфере создают защитное кольцо вокруг корня. Так же, как бактерии в толстой кишке обучают наши иммунные клетки и посылают химические сообщения, которые запускают защитные системы нашего организма, иммунная система растений обучается и активируется бактериями в ризосфере.

Почва может быть не так прекрасна для глаз, как тропический лес или коралловый риф, но как только вы начнете ее понимать, она станет так же прекрасна для ума. От этого понимания может зависеть наше выживание.

Мы сталкиваемся с величайшей трудностью, с которой когда-либо сталкивалось человечество: накормить мир, не пожирая планету. Уже сейчас сельское хозяйство является самой серьезной причиной разрушения среды обитания в мире, самой серьезной причиной глобальной утраты дикой природы и самой серьезной причиной глобального кризиса вымирания. На его долю приходится около 80% вырубки лесов в этом столетии. Известно, что из 28 000 видов, находящихся под угрозой исчезновения, 24 000 находятся под угрозой из-за фермерства. Только 29% веса птиц на Земле составляют дикие виды: остальное — домашняя птица. Только 4% млекопитающих в мире по весу являются дикими; люди составляют 36%, а домашний скот — остальные 60%.

Если что-то не изменится, все может стать еще хуже, намного хуже. В принципе, еды предостаточно даже для растущего населения. Но примерно половина калорий, которые выращивают фермеры, теперь скармливается домашнему скоту, и спрос на продукты животного происхождения быстро растет. Без радикальных изменений в том, как мы питаемся, к 2050 году миру нужно будет выращивать примерно на 50% больше зерна. Как мы могли бы сделать это, не уничтожив большую часть остальной жизни на Земле?

Без радикальных изменений в нашем питании к 2050 году миру нужно будет выращивать примерно на 50% больше зерна. Фотография: Фил Кларк Хилл/Corbis/Getty Images

Точно так же, как сельское хозяйство разрушает важнейшие системы Земли, их разрушение угрожает нашим запасам продовольствия. Поддержание даже нынешнего уровня производства может оказаться невозможным. Нарушение климата, вероятно, в целом сделает влажные места более влажными, а сухие – более сухими. Согласно одной оценке, еще один градус нагрева может высушить 32% поверхности суши в мире. К середине этого века сильные засухи могут одновременно затронуть дугу от Португалии до Пакистана. И это до того, как мы примем во внимание растущую экономическую нестабильность глобальной продовольственной системы или геополитические факторы, такие как текущая война на Украине, которые могут угрожать 30% мирового экспорта пшеницы.

Под угрозой не только количество продукции, но и ее качество. Сочетание более высоких температур и более высоких концентраций CO ₂ снижает уровень минералов, белков и витаминов группы В, содержащихся в сельскохозяйственных культурах. Уже сейчас от одного только дефицита цинка страдает более миллиарда человек. Хотя мы редко обсуждаем это, в одной статье падение концентрации питательных веществ описывается как «экзистенциальная угроза».

Мы едва ли заметим потерю устойчивости почвы до тех пор, пока во время засухи плодородные земли не превратятся в пыльные мешки

Некоторые специалисты по растениеводству считают, что мы можем противостоять этим тенденциям, повышая урожайность в местах, которые остаются продуктивными. Но их надежды основаны на нереалистичных предположениях. Наиболее важным из них является достаточное количество воды. Ожидаемый рост урожайности потребует на 146% больше пресной воды, чем используется сегодня. Только одна проблема: этой воды не существует.

За последние 100 лет потребление воды увеличилось в шесть раз. На орошение сельскохозяйственных культур расходуется 70% воды, которую мы забираем из рек, озер и водоносных горизонтов. Уже 4 миллиарда человек страдают от нехватки воды не менее одного месяца в году, а 33 крупных города, включая Сан-Паулу, Кейптаун, Лос-Анджелес и Ченнаи, находятся под угрозой острого дефицита воды. По мере истощения грунтовых вод фермеры стали больше полагаться на талую воду ледников и снежных покровов. Но и они сокращаются.

Вероятная точка возгорания — долина Инда, воды которой используются тремя ядерными державами (Индией, Пакистаном и Китаем) и несколькими нестабильными регионами. Уже сейчас извлекается 95% стока реки. Ожидается, что по мере роста экономики и населения к 2025 году спрос на воду в водосборе будет на 44% превышать предложение. Но одна из причин, по которой земледелие там могло интенсифицироваться, а города расти, заключается в том, что в результате глобального потепления ледники в Гиндукуше и Гималаях тают быстрее, чем накапливаются, поэтому больше воды вытекает. текла по рекам. Это не может продолжаться. К концу века, вероятно, исчезнет от одной до двух третей ледяной массы. Трудно увидеть этот конец хорошо.

На орошение сельскохозяйственных культур расходуется 70% воды, которую мы забираем из рек, озер и водоносных горизонтов. Фотография: Citizens of the Planet/UCG/Universal Images Group/Getty Images

И все это до того, как мы подойдем к почве, тонкой подушке между камнем и воздухом, от которой зависит человеческая жизнь, с которой мы обращаемся как с грязью. Хотя существуют международные договоры о телекоммуникациях, гражданской авиации, инвестиционных гарантиях, интеллектуальной собственности, психотропных веществах и допинге в спорте, глобального договора о земле не существует. Представление о том, что эта сложная и малопонятная система может выдержать все, что мы в нее бросаем, и продолжать поддерживать нас, может быть самым опасным из всех наших убеждений.

Деградация почвы достаточно сильна в богатых странах, где земля часто остается голой и подвергается воздействию зимних дождей, уплотняется и разрушается из-за чрезмерного удобрения и пестицидов, которые разрывают пищевые сети. Но в более бедных странах ситуация еще хуже, отчасти потому, что сильные дожди, циклоны и ураганы могут отрывать голую землю от земли, а отчасти потому, что голодные люди часто вынуждены возделывать крутые склоны. В некоторых странах, в основном в Центральной Америке, тропической Африке и Юго-Восточной Азии, более 70% пахотных земель в настоящее время подвержены сильной эрозии, что серьезно угрожает будущему производству.

Изменение климата, которое вызовет более интенсивные засухи и штормы, усугубляет угрозу. Потеря упругости почвы может происходить постепенно и незаметно. Мы вряд ли заметим его, пока удар не подтолкнет сложную подземную систему к критической точке. Когда наступает сильная засуха, скорость эрозии деградированной почвы может возрасти в 6000 раз. Другими словами, почва разрушается. Плодородные земли превращаются в свалки.

Некоторые люди отреагировали на эти угрозы, призвав к перемещению и деинтенсификации сельского хозяйства. Я понимаю их опасения. Но их видение математически невозможно.

Подпишитесь на наш информационный бюллетень Inside Saturday, чтобы получить эксклюзивный закулисный взгляд на создание самых важных статей журнала, а также список наших еженедельных событий.

Исследование, опубликованное в журнале Nature Food, показало, что среднее минимальное расстояние, на котором можно накормить людей, составляет 2200 км. Другими словами, это кратчайшее среднее путешествие, которое должна пройти наша пища, если мы не хотим голодать. Для тех, кто зависит от пшеницы и подобных злаков, это 3800 км. Четверть населения мира, которое потребляет эти культуры, нуждается в продуктах питания, выращенных на расстоянии не менее 5200 км.

Почему? Потому что большинство людей в мире живут в больших городах или густонаселенных долинах, внутренние районы которых слишком малы (и часто слишком сухие, жаркие или холодные), чтобы их можно было прокормить. Большую часть продовольствия в мире приходится выращивать на обширных малозаселенных землях — в канадских прериях, на равнинах США, на обширных территориях в России и Украине, во внутренних районах Бразилии — и доставлять в труднодоступные, густонаселенные места.

Что касается снижения интенсивности земледелия, то это означает использование большего количества земли для производства того же количества продуктов питания. Землепользование, возможно, является самой важной из всех экологических проблем. Чем больше земель занимает сельское хозяйство, тем меньше остается лесов и водно-болотных угодий, саванн и диких пастбищ, и тем больше происходит потеря дикой природы и темпы вымирания. Любое земледелие, каким бы добрым и осторожным оно ни было, предполагает радикальное упрощение природных экосистем.

Новое понимание почвы может стать ответом на более безопасный и продуктивный рост зерновых, корнеплодов, фруктов и овощей. Фотография: Дэн Браунсворд/Getty Images/Image Source

Экологи протестуют против разрастания городов: расточительного использования земли под жилье и инфраструктуру. Но разрастание сельского хозяйства — использование больших участков земли для производства небольшого количества продуктов питания — преобразовало гораздо большие территории. В то время как 1% земель в мире используется для зданий и инфраструктуры, сельскохозяйственные культуры занимают 12%, а выпас скота, самый экстенсивный вид сельского хозяйства, использует 28%. Только 15% земель, напротив, охраняются природой. Тем не менее, мясо и молоко животных, которые живут исключительно на пастбищах, обеспечивают всего 1% белка в мире.

В одной газете рассматривалось, что произойдет, если все в США последуют совету знаменитых поваров и перейдут с говядины, откормленной зерном, на говядину, откормленную на пастбищах. Было обнаружено, что, поскольку они медленнее растут на траве, поголовье крупного рогатого скота должно увеличиться на 30%, а площадь земли, используемой для их кормления, увеличится на 270%. Даже если США вырубят все леса, осушат водно-болотные угодья, орошат пустыни и аннулируют свои национальные парки, им все равно придется импортировать большую часть своей говядины.

Уже сейчас большая часть говядины, которую покупают США, поступает из Бразилии, которая в 2018 году стала крупнейшим экспортером в мире. Это мясо часто рекламируют как «пастбищное». Многие пастбища были созданы путем незаконной вырубки тропических лесов. Во всем мире производство мяса может уничтожить 3 млн кв. км мест с высоким биоразнообразием за 35 лет. Это почти размер Индии.

Животноводство совместимо с богатыми, функциональными экосистемами только при крайне малочисленном скотоводстве. Например, проект Knepp Wildland в Западном Сассексе, где небольшие стада крупного рогатого скота и свиней свободно бродят по большому поместью, часто упоминается как способ примирить мясо и дикую природу. Но в то время как это отличный пример восстановления дикой природы, это ужасный пример производства продуктов питания.

Если бы эта система была развернута на 10% сельскохозяйственных угодий Великобритании и если бы, как предлагают ее сторонники, мы получали мясо таким образом, она снабжала бы каждого человека здесь 420 граммами мяса в год, чего хватило бы примерно на три года. питание. Мы могли бы есть первоклассный стейк примерно раз в три года. Если бы все сельскохозяйственные угодья в Великобритании управлялись таким образом, это давало бы нам 75 килокалорий в день (одна 30-я часть нашей потребности) в мясе, и больше ничего.

Конечно, это не так. Очень богатые ели мясо каждую неделю, другие — нет. Те, кто говорит, что мы должны покупать только такое мясо, которые часто используют лозунг «меньше и лучше», преподносят эксклюзивный продукт так, как будто он доступен каждому.

Участники кампаний, шеф-повара и авторы статей о кулинарии выступают против интенсивного земледелия и того вреда, который оно наносит нам и миру. Но проблема не в прилагательном, а в существительном. Разрушение земных систем вызвано не интенсивным земледелием или экстенсивным земледелием, а их катастрофическим сочетанием.

Итак, что мы можем сделать? Часть ответа заключается в том, чтобы вывести из сельского хозяйства как можно больше продуктов питания. Как назло, передовые технологии появились именно тогда, когда они нам нужны. Прецизионная ферментация, производящая белок и жир на пивоваренных заводах из почвенных бактерий, питаемых водой, водородом, CO ₂ и минералами, потенциально может заменить все животноводство, все выращивание сои и производство большого количества растительного масла, при этом значительно сократив использование земли. и другие воздействия на окружающую среду.

Но этому замечательному счастью угрожают права на интеллектуальную собственность: его легко могут захватить те же корпорации, которые сейчас монополизировали мировую торговлю зерном и мясом. Мы должны яростно сопротивляться этому: патенты должны быть слабыми, а антимонопольное законодательство — сильным. В идеале эта еда без ферм должна быть с открытым исходным кодом.

Затем мы могли бы переместить производство: новые технологии ферментации могли бы использоваться местными предприятиями для обслуживания местных рынков. Поскольку некоторые из беднейших стран мира богаты солнечным светом, они могли бы эффективно использовать технологию, основанную на зеленом водороде. Производство микробов приводит в ужас некоторых из тех, кто требует продовольственного суверенитета и продовольственной справедливости. Но он мог бы обеспечить и то, и другое более эффективно, чем это делает сельское хозяйство.

Такие технологии впервые со времен неолита дают нам возможность изменить не только нашу систему питания, но и все наши отношения с живым миром. Огромные участки земли могут быть освобождены как от интенсивного, так и от экстенсивного земледелия. Эпоха вымирания может быть заменена эпохой возрождения.

Революционная модель садоводства британского фермера выглядит как волшебство, но является результатом многолетних тщательных экспериментов

Конечно, нам все равно нужно будет производить зерновые, корнеплоды, фрукты и овощи. Так как же сделать это безопасно и продуктивно? Ответ может заключаться в нашем новом понимании почвы.

На ферме в южном Оксфордшире методы, разработанные овощеводом по имени Иэн Толхерст-Толли, похоже, предвосхитили недавние открытия почвоведов.

Толли — крупный, крепкий мужчина лет шестидесяти, с травленой и обветренной кожей, широкой тяжелой челюстью, длинными светлыми волосами, одной золотой серьгой, руками, покрытыми землей и маслом. Он начал заниматься сельским хозяйством без обучения и инструкций, без земли и каких-либо средств для ее покупки. После череды злоключений ему удалось арендовать семь гектаров (17,3 акра) очень бедной земли по сниженной арендной плате 34 года назад.

«Ни один обычный садовод даже не взглянет на эту землю», — сказал он мне. «Это 40% камень. Они бы назвали это строительным мусором. Он даже не считается пахотным: агроном сказал бы, что он годится только для травы или деревьев. Но за последние 12 месяцев мы собрали 120 тонн овощей и фруктов».

Удивительно, но вот уже 34 года Толли возделывает этот щебень без пестицидов, гербицидов, минеральных удобрений, навоза и любых других удобрений. Он впервые применил способ выращивания, который он называет «органическим без запасов». Это означает, что он не использует домашний скот или продукты животноводства ни на одном этапе сельскохозяйственного цикла, но он также не использует искусственных ресурсов.

Пока он не доказал модель, считалось, что это формула высасывания плодородия из земли. Овощи, в частности, считаются голодными культурами, для роста которых требуется много дополнительных питательных веществ. Тем не менее, Толли, ничего не добавляя, повысил свою урожайность до тех пор, пока она не достигла нижней границы того, чего достигают интенсивные производители с искусственными удобрениями на хорошей земле: подвиг, который многие считают невозможным. Примечательно, что плодородие его почвы неуклонно росло.

Новые технологии ферментации могут позволить освободить обширные участки земли от сельскохозяйственных угодий. Фотография: Малан Лоу/Alamy

Во время моего первого визита, однажды в июне, я был поражен большим разнообразием и здоровьем посевов Толли. Один участок представлял собой голубую дымку луковичных растений, другой — лоскутное одеяло из морской зелени: молодые растения цветной капусты, несколько сортов капусты и кале. Там были ряды радужного мангольда с золотыми, зелеными, белыми и малиновыми стеблями. Широкие стручки фасоли начали прорастать из плотных цветочных столбов. Его картофель был в полном цвету, зловещий паслен, тычинки, похожие на желтые жала. Кабачки грубо высовывались за своими трубчатыми цветами. Были морковь, помидоры, перец, фасоль всех видов, зелень, пастернак, сельдерей, огурцы, салат. Он выращивает 100 сортов овощей, которые продает в своем фермерском магазине и подписчикам своего овощного ящика.

Участки разделялись заброшенными берегами, в которых ученые, изучающие его ферму, обнаружили 75 видов полевых цветов. Эти банки являются важным компонентом его системы, укрывая хищных насекомых, которые борются с вредителями сельскохозяйственных культур. Хотя он не использует пестициды, ни на одном из овощных растений, которые я видел, не было признаков значительного повреждения насекомыми: листья были темными и широкими, почти без дырки или пятна.

Практически в одиночку, путем проб и ошибок, Толли разработала новую и революционную модель садоводства. Сначала это похоже на волшебство. На самом деле это результат многолетних кропотливых экспериментов.

Два его новшества кажутся ключевыми. Во-первых, как он выразился, нужно «сделать систему водонепроницаемой»: не допустить, чтобы дождь смывал почву, унося с собой питательные вещества. Это означает, что земля почти никогда не остается голой. Под его овощами растет подстилка из «зеленых удобрений», растений, покрывающих почву. Под листьями его тыкв я мог видеть тысячи крошечных ростков: «сорняков», которые он намеренно посеял. Когда урожай собран, сидераты заполняют брешь и вскоре превращаются в цветочные заросли: голубые цветки цикория, малиновый клевер, желтый донник и трилистник, розовато-лиловый Фацелия , эспарцет розовый.

— Под сидератом есть сидераты, — сказала мне Толли. «Как только мы срезаем более крупные растения, они зацветают, и пчелы сходят с ума».

Пурпурные Фацелия цветы обеспечивают идеальное «зеленое удобрение», гарантируя, что земля никогда не останется голой. Фотография: Дэвид Коллинз/Alamy

Некоторые растения в его смеси пускают глубокие корни, которые тянут питательные вещества из недр. Время от времени Толли проводит по ним косилкой, измельчая их в грубую солому. Дождевые черви тянут его вниз и внедряют в землю. «Идея состоит в том, чтобы позволить растениям возвращать как минимум столько же углерода и минералов, сколько мы извлекаем».

Толли говорит мне, что «сидераты связывают питательные вещества, фиксируют азот, добавляют углерод и увеличивают разнообразие почвы. Чем больше видов растений вы сажаете, тем больше бактерий и грибков вы поощряете. Каждое растение вызывает свои ассоциации. Корни — это клей, который держит и строит биологию почвы».

Другим важным нововведением является разбрасывание по зеленому удобрению в среднем одного миллиметра в год измельченной и компостированной древесины, произведенной из его собственных деревьев или доставленной местным древесным хирургом. Эта крошечная поправка, кажется, имеет огромное значение. За пять лет после того, как он начал добавлять щепу, его выход примерно удвоился. Как объясняет Толли: «Это не удобрение; это инокулянт, который стимулирует микробы. Углерод в древесине способствует размножению бактерий и грибков, которые оживляют почву». Толли считает, что он добавляет достаточно углерода, чтобы помочь микробам построить почву, но не настолько много, чтобы они блокировали азот, что происходит, если вы даете им больше, чем им нужно.

Судя по всему, Толли укрепляет и диверсифицирует отношения в ризосфере — внешней кишке растения. Сохраняя корни в почве, увеличивая количество видов растений и добавляя нужное количество углерода, он, кажется, поощрял бактерии строить свои катакомбы в его каменистой почве, улучшая структуру почвы и помогая своим растениям расти.

Успех Толли заставляет задуматься о том, что означает плодородие. Дело не только в количестве питательных веществ, содержащихся в почве. Это также зависит от того, доступны ли они растениям в нужные моменты и безопасно ли они обездвижены, когда они не нужны растениям. В здоровой почве сельскохозяйственные культуры могут регулировать свои отношения с бактериями в ризосфере, гарантируя, что питательные вещества высвобождаются только тогда, когда они необходимы. Другими словами, плодородие — это свойство функционирующей экосистемы. Сельскохозяйственная наука уделяла большое внимание химии почв. Но чем больше мы понимаем, тем более важной кажется биология.

Можно ли воспроизвести систему Толли? Пока результаты неоднозначны. Но если мы сможем узнать, как опосредовать и улучшить взаимосвязь между культурными растениями, бактериями и грибами в самых разных почвах и климатических условиях, можно будет повысить урожайность при одновременном снижении затрат. Наше растущее понимание экологии почвы может стать катализатором более зеленой революции.

Я считаю, что мы могли бы объединить этот подход с другим набором инноваций, разработанным некоммерческой организацией в Салине, штат Канзас, под названием Land Institute. Он стремится выращивать многолетние зерновые культуры, чтобы заменить однолетние растения, из которых мы получаем большую часть нашей пищи. Однолетники – это растения, которые отмирают после одного вегетационного периода. Многолетники выживают из года в год.

Большие площади с преобладанием однолетних растений в природе встречаются редко. Они имеют тенденцию колонизировать землю после катастрофы: пожара, наводнения, оползня или извержения вулкана, обнажающего голые скалы или почву. При выращивании однолетников мы должны держать землю в катастрофическом состоянии. Если бы мы выращивали многолетние зерновые культуры, мы меньше зависели бы от разрушения живых систем для производства пищи.

В то время как однолетнее выращивание риса может вызвать разрушительную эрозию, длинные корни многолетних сортов связывают и защищают почву. Фотография: Тим Крюс/The Land Institute

В течение 40 лет Институт Земли исследует мир в поисках многолетних видов, которые могли бы заменить однолетники, которые мы выращиваем. Уже сейчас, работая с Фэнъи Ху и его командой в Юньнаньском университете в Китае, компания разработала многолетний рис, урожайность которого не уступает, а в некоторых случаях превышает урожайность современных однолетних сортов. Фермеры стоят в очереди за семенами. В то время как ежегодное выращивание риса может вызвать разрушительную эрозию, длинные корни многолетних сортов связывают и защищают почву. Некоторые посевы многолетнего риса в настоящее время собирают шесть раз без повторной посадки.

Многолетники — это собственные сидераты. Чем дольше они растут, тем крепче их связи с микробами, фиксирующими азот из воздуха и выделяющими другие минералы. Согласно одной оценке, многолетние системы удерживают в пять раз больше воды, выпадающей на землю, чем однолетние культуры.

В Земельном институте ведется разработка перспективных линий многолетней пшеницы, масличных культур и других зерновых культур. Глубокие корни и жесткая структура многолетних растений могут помочь им противостоять климатическому хаосу. Многолетние подсолнухи, которые разводит институт, пережили две сильные засухи, одна из которых полностью уничтожила однолетние подсолнухи, росшие рядом с ними.

Хотя ни одно решение не является панацеей, я считаю, что некоторые компоненты новой глобальной продовольственной системы — более устойчивой, более распределенной, более разнообразной и более устойчивой — встают на свои места.