Энергия и сельское хозяйство

Блестящая статья — просто находка на Medium! Об энергоэффективности современного сельского хозяйства. О его тупиковости и ущербности. Развенчивает и втаптывает в грязь миф о том, что с использованием ископаемого топлива эффективность сельского хозяйства возросла и якобы это единственный и безальтернативный путь, чтобы прокормить растущее население планеты.

Органическое. Модное. Сочное и свежее – всё это далеко не ново.  В последние десятилетия движение за экологически чистые продукты питания значительно возросло, но это далеко не просто современная мода. На протяжении 98% истории человечества органическое сельское хозяйство (производство продуктов питания без использования синтетических материалов) и продукты питания были нормой. Из ~12000-летней истории сельского хозяйства только за последние ~200 лет люди перешли от традиционного (органического) сельского хозяйства к промышленному (современному / коммерческому). Эти переходы можно описать тремя «аграрными революциями»:

1. Сельскохозяйственная революция, ~12000 лет назад: переход от обществ охотников-собирателей к экспансионистам в области сельского хозяйства → большая зависимость от зерна, селекция культур и приручение животных
2. Промышленная аграрная революция, 1800-е годы в Великобритании: внедрение машинного труда, севообороты для повышения плодородия почвы и кормов для скота, селекционное разведение → в то время производство продуктов питания превышало рост населения
3. Зеленая революция, ~ 1940–1960-е годы: стремительное увеличение урожайности и интенсификация использования земель за счет генетической модификации и гибридной селекции, а также интенсивного применения пестицидов и удобрений → высокопродуктивная пшеница + распространение риса в Азии и Латинской Америке

До промышленной революции сельское хозяйство основывалось на потоках энергии, обеспечиваемых Землей, животными и людьми. С появлением механизации люди освободились от ручного труда на полях. Это было названо «эффективностью». И хотя человеческий усилий и времени теперь требовалось меньше, это не значит, что требовалось меньше энергии. Беспристрастный взгляд на современное сельское хозяйство выявляет множество удивительных фактов, НАСКОЛЬКО ОНО СТАЛО затратней с точки зрения отдачи на единицу вложенной энергии (рассматривается в этой статье ).

Современное сельское хозяйство стало поглотителем энергии, а это означает, что затраты энергии в этой сфере намного превышают ее отдачу. В традиционном сельском хозяйстве мускулы человека обеспечивают EROI 10:1, а животные — 5:1 . Таким образом, каждая калория, затраченная человеческим телом, дает 10 калорий пищи. Теперь соотношение изменилось. В условиях промышленного сельского хозяйства, чтобы получить 1 калорию пищи, необходимо вложить 10 калорий! Как мы можем позволить себе такой чистый отрицательный результат в масштабах мировой продовольственной системы?

Причина в ископаемом топливе.

Сегодня каждая калория нашей пищи содержит до 10 ккал потраченной на ее производство энергии ископаемого топлива.

Энергетическая отдача от вложенной энергии (EROIE) составляет 0,1:1, дикая историческая аномалия, результат одноразового наследства в виде ископаемого топлива. Как говорит доктор Том в своем учебнике физики по этому поводу: «В некотором смысле мы едим ископаемое топливо! Он также указывает на EROEI 0,1:1, что значительно ниже точки безубыточности.

Очевидно, что во времена, предшествовавшие ископаемому топливу, когда мы использовали труд людей и животных в нашей сельскохозяйственной деятельности, EROEI менее 1:1 означал бы голод: тратилось больше энергии, чем было получено от земли».

Ископаемая энергия присутствует во всех областях нынешней промышленной продовольственной системы. Как показано на графике, ископаемое топливо требуется не только на полях, но и на каждом последующем этапе переработки продуктов питания, до транспортировки и охлаждения перед доставкой потребителю.

Создание  устойчивых продовольственных систем требует переосмысления нашей энергетической системы. Так же, как окружающая среда является частью экономики, продукты питания сегодня – это производная энергии ископаемого топлива.

Производство продуктов питания напрямую зависит от ископаемой энергии. От обработки полей химическими удобрениями до пластиковой упаковки, доставки транспортом и охлаждения — промышленное сельское хозяйство стало независимым от природных факторов и энергии (солнечная, ветровая, гидроэнергетика) и переключилось на невозобновляемые ресурсы (нефть, уголь, природный газ) которые одновременно конечны и непостоянны.

Цены на продовольствие очень чувствительны к колебаниям цен на энергоносители. Когда цены на энергоносители растут, цены на продукты питания растут, и наоборот. В исследовании восьми азиатских стран 64,17% колебаний цен на продукты питания объяснялись движением цен на нефть. То же самое можно увидеть в США, где волатильность цен на нефть отражается на ценах на кукурузу.

Во время нефтяного кризиса 1970-х годов мировые цены на продовольствие резко выросли. То же самое произошло во время рецессии 2008 года, когда множество факторов, включая спад экономики, рост спроса на производство биотоплива и высокие цены на нефть, сокращающие производство продуктов питания, привели к повсеместному снижению продовольственной безопасности. Проблема продовольственной безопасности усугубляется колебаниями цен и объемов производства. Это подвергает риску тех, кто уже сталкивается с недостатком еды или относится к малообеспеченным.

Традиционное сельское хозяйство также зависит от энергии, но получает ее от природы. Важным источником энергии для доиндустриального сельского хозяйства является почва. Почва — это живая среда с меняющимся составом, в которой обитает множество организмов, включая дождевых червей, бактерий, грибов, простейших микроорганизмов. Они расщепляют органические остатки, чтобы растения могли поглощать важные для роста питательные вещества, такие как азот, фосфор и калий.

С использованием синтетических удобрений для ускорения этого процесса и повышения продуктивности, а также переход на монокультуры, здоровье почвы ухудшилось. Синтетические удобрения уменьшают микробное биоразнообразие почвы, нарушая ее состав, добавляя другие проблемы, такие как подкисление почвы, засоленность и загрязнение тяжелыми металлами. Все это снижает способность почвы к регенерации и природную продуктивность.

При снижении микробиоты почвы разлагается меньше органических веществ, что приводит к обеднению питания растений. Подкисление почвы приводит к дефициту питательных веществ, что отрицательно сказывается на росте корней и деревьев. Высокие концентрации соли в почве «блокируют» впитывание воды корнями и иногда могут даже высасывать воду из растений, задерживая рост.

Все более актуальная проблема — загрязнение почвы тяжелыми металлами, представляющее угрозу для растений и животных и человека. В результате биоаккумуляции (постепенного накопления веществ в организме) по мере того, как люди принимают в пищу продукты, выращенные на загрязненных почвах, в организме накапливаются опасные уровни тяжелых металлов, нанося ущерб внутренним органам, когнитивным способностям и провоцируя нервные расстройства. Эта проблема связана не только с загрязнением почвы. Тяжелые металлы могут попадать в органы пищеварения разными путями, включая воду, и накапливаться в течение длительного времени.

В дополнение к химическому загрязнению, важным фактором деградации почвы являются монокультуры (выращивание одной культуры в одном и том же месте год за годом). Без севооборота (чередование типов культур) питательные вещества почвы истощаются. Чтобы урожаи не падали, для выращивание монокультур активно используются химические удобрения. Монокультура также делает посевы более восприимчивыми к сорнякам и вредителям из-за утраты биологического разнообразия в качестве естественной защиты. Это, в свою очередь,  увеличивает использование пестицидов, создавая порочный круг, ослабляющий здоровье и продуктивность грунта.

Заменив химией природные экосистемные процессы, мы фактически сделали нашу почву инертной. Это похоже на введение человеческому организму стероидов для повышения производительности. Но слишком много стероидов привело к отказу организма и теперь требуется все больше лекарств, чтобы поддерживать его функционирование. Так вот, в сфере сельского хозяйства стероиды ввели не одному человеку, а всему миру. И наша земля сейчас – лишь оболочка прежнего чуда, уставшая и лишенная способности заботиться о себе.

Мы получаем более 99,7% пищевых калорий из земли и менее 0,3% из водных экосистем. Почва технически восстановима; однако восстановление всего 3 см плодородного слоя почвы занимает 1000 лет. В более засушливых регионах мира, где процессы усугубляются изменением климата, этот процесс может занять еще больше времени. Следовательно, сохранение почвы и ее обитателей имеет решающее значение для обеспечения природной энергией для производства сельскохозяйственных культур, чтобы прокормить мир (особенно группы риска). Не учитывая других преимуществ природных процессов, таких как связывание углерода и фильтрация воды.

Хотя само по себе промышленное земледелие имеет недостатки, стоит отметить, где именно проявляется наибольшая неэффективность после того, как урожай выращен. Согласно базе данных ФАО , в 2013 году только 8% зерновых культур, выращенных в США, пошло в пищу для людей; 32% скормили скоту; 32% ушло в промышленное использование, например, на производство биотоплива. Чтобы понять, почему это неэффективно, необходим краткий экскурс в область пищевых цепей.

График Мичиганского университета

Человек, как один из главных хищников планеты, считается вторичными / третичными / четвертичными потребителем. Мы находимся дальше всего по пищевой цепочке от первичного источника энергии, дающего необходимые нам калории. Каждый этап передачи энергии вверх по цепочке называется трофическим уровнем. Только 10% энергии переходит на следующий трофический уровень, где будет использован потребителем. Остальная часть энергии не переваривается или теряется в виде тепла во время метаболических процессов.

Состоятельные и преуспевающие страны  могут позволить себе большее потребление мяса, т.е. “они могут позволить себе больше потерь энергии”. Растительная пища содержит больше калорий, потребители мяса получают лишь небольшую часть от их первоначального объема. Это не значит, что всеядное питание по своей природе неправильно (в конце концов, эволюционно мы являемся всеядными существами), однако многие развитые страны мира едят непозволительно много мяса. И по мере того, как развивающиеся страны богатеют, их рационы также увеличивают количество мяса и, соответственно, спрос.

Мировой спрос на мясо в основном связан с свининой, птицей и говядиной. И тут есть проблема. Только в США на говядину приходится 36% всех выбросов парниковых газов. В мире при получении всего одного фунта (454 грамма) баранины генерируется в пять раз больше парниковых газов, чем при получении фунта курицы, и примерно в 30 раз больше, чем при производстве фунта чечевицы. Помимо выбросов, мясо оказывает огромное давление на природные ресурсы, в значительной степени способствуя обезлесению, обезвоживанию и загрязнению пресной воды, а также исчезновению биоразнообразия. Мы пока можем «позволить» себе все эти потери, потому что у нас все еще есть доступ к дешевой ископаемой энергии. В условиях дефицита ископаемого топлива в будущем и других необходимых ресурсов, таких как фосфор, а также для преодоления колоссальной неэффективности сельского хозяйства и негативного влияния на окружающую среду, отказ от чрезмерного потребления мяса будет не просто одной из “возможностей”. Это будет необходимость.

Cуществует множество других съедобных вариантов мяса и белка, популярность которых растет. Как и в случае с органическим земледелием, в этих альтернативах нет ничего нового. Вегетарианцы и веганы во всем мире полагаются на бобовые, орехи, сою, яйца и другие продукты в качестве источника белка. Для сравнения: в 100 г чечевицы содержится 24 г белка, а в 100 г мяса ягненка — 20 г.

Добавьте насекомых

При сравнении протеина говядины и сверчка в процентах от массы тела сверчки содержат 69% белка, а говядина — только 29%. Существует более 2000 видов съедобных насекомых, и 80% населения мира уже употребляет их в пищу. От южноамериканских огненных муравьев до мексиканских лепешек из мучных червей и лакомств из личинок африканских жуков.

Экологически белок из насекомых очень энергоэффективен. В плане использования воды, из 100 галлонов воды получается 6 гр говяжьего белка, 18 гр куриного белка или 238 г белка насекомых. Семья из четырех человек, употребляющая пищу сверчков только один раз в неделю в течение года сэкономит 650 000 литров воды. Что касается землепользования, с одного гектара (2,47 акра или 10 000 квадратных метров) можно производить 150 тонн белка насекомых в год. Кроме того, сверчки производят в 80 раз меньше метана, чем коровы. Это серьезный аргумент в решении проблемы парниковых газов и изменения климата.

Другие преимущества насекомых включают:

• адаптируемость для городского сельского хозяйства, поскольку насекомых можно разводить на перепрофилированных складах методом вертикального земледелия;
• это устойчивый корм для аквакультур в отличие от зерновых, поскольку почти вся рыба питается насекомыми;
• лучший корм для скота, так как хитин в экзоскелете насекомых служит усилителем иммунной системы,

Здоровье нашей планеты имеет не меньшую ценность, чем здоровье людей. Исследования показывают, что ежегодно во всем мире можно избежать от 10,9 до 11,6 миллионов преждевременных смертей. Для этого нужно сократить потребление красного мяса и сахара на 50%, а потребление фруктов, орехов, овощей и бобовых — удвоить. Чтобы достичь этих целей, изменения должны быть адаптированы к условиям местности. Учитывая, что жители Северной Америки едят в 6,5 раз больше мяса, чем жители Южной Азии, эти изменения рационов должны учитывать культурные и региональные особенности.

Прокормить растущее население и избежать дальнейшего экологического разрушения — одна из самых серьезных проблем нашего времени. Земля, вода, воздух и денежный капитал накладывают ограничения — существует еще много менее известных ограничений: истощение фосфора, истощение нефти, истощение лития, истощение всего.

Сырье — это основа промышленного сельского хозяйства; без этих составляющих продолжение этой деятельности просто невозможно. Но идея полного перехода на органическое сельское хозяйство с его на 25% меньшей урожайностью меньшей примерно  нереалистична. Пока что.

Нынешняя продовольственная система стала частью добывающей и основывается на ископаемом топливе. Но это не продлиться долго. Подходит конец этой парадигме и возникает необходимость найти альтернативные способы не только нашего существования, но и процветания.