Презентация 3 класс окружающий мир растениеводство: Презентация «Растениеводство» 3 класс скачать

[Часть I]: 3 ПРИРОДНЫЕ РЕСУРСЫ И ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА | Проблема устойчивости: Продовольственная безопасность для всех: отчет о двух семинарах

Венот, Дж. П., Х. Туррал, М. Самад и Ф. Молле. 2007. Объяснение закрытия бассейна через смещение водного ландшафта в низовьях бассейна Кришны, Южная Индия, исследовательский отчет 111. Коломбо, Шри-Ланка: IWMI.

Воросмарти, К. Дж., П. Б. Макинтайр, М. О. Гесснер, Д. Даджен, А. Прусевич, П. Грин, С. Глидден, С. Э. Банн, К.А. Салливан, К. Р. Лерманн и П. М. Дэвис. 2010. Глобальные угрозы водной безопасности человека и биоразнообразию рек. Природа 467: 555-561.

Глина

Клэй, Дж. 2010. Сельское хозяйство с 2000 по 2050 год — бизнес как обычный сценарий. Вашингтон, округ Колумбия: Глобальная инициатива по урожаю.

WWF (Всемирный фонд дикой природы). 2010. Отчет «Живая планета-2010». Гланд, Швейцария: WWF.

Фоли

Монфреда, К., Н. Раманкутти и Дж. А. Фоли. 2008. Земледелие на планете. Часть 2: географическое распределение посевных площадей, урожайность, физиологические типы и чистая первичная продукция в 2000 году. Глобальные биогеохимические циклы 22 (1): 1-19.

Раманкутти, Н., Дж. А. Фоли, Дж. Норман и К. Максуини. 2002. Глобальное распределение пахотных земель: современные модели и чувствительность к возможным изменениям климата. Глобальная экология и биогеография 11 (5): 377-392.

Влек

Фридлингштейн, П., Р. А. Хоутон, Г. Марланд, Дж. Хаклер, Т. А. Боден, Т. Дж. Конвей, Дж. Г. Канадель, М. Р. Раупак, П. Сиэ и К. Ле Кере. 2010. Обновленная информация о выбросах CO2. Nature Geoscience 3: 811-812.

Грейнджер, А. 2009. Измерение планеты для заполнения пробелов в земных данных. Труды Национальной академии наук 106: 20557-20558.

Хамзина А., Ламерс Дж. П. А., Влек П. Л. Г. Влек. 2009. Азотфиксация Elaeagnus angustifolia при рекультивации деградированных пахотных земель Центральной Азии. Физиология деревьев 29 (6): 799-808.

MEA (Оценка экосистем на пороге тысячелетия). 2005. Жизнь не по средствам: природные активы и благополучие человека. Вашингтон, округ Колумбия: Island Press.

Rudel, TK, L. Schneider, M. Uriarte, BL Turner II, R. DeFries, D. Lawrence, J. Geoghegan, S. Hecht, A. Ickowitz, EF Lambin, T. Birkenholtz, S. Baptista, R. Грау. 2009. Интенсификация сельского хозяйства и изменения посевных площадей, 1970-2005 гг. Труды Национальной академии наук 106: 20675-20680.

Смит, П., Д. Мартино, З. Кай, Д. Гвари, Х. Янзен, П. Кумар, Б. Маккарл, С. Огл, Ф. О’Мара, К. Райс, Б. Скоулз, О. Сиротенко, М. Хауден, Т. Макалистер, Г. Пан, В. Романенков, У. Шнайдер, С. Товпрайун. 2007. Политические и технологические ограничения для реализации вариантов снижения выбросов парниковых газов в сельском хозяйстве. Сельское хозяйство, экосистемы и окружающая среда 118: 6-28.

Vlek, P. L. G., G. Rodriguez-Kuhl, and R. Sommer. 2004. Энергопотребление и производство CO ₂ в тропическом сельском хозяйстве, а также средства и стратегии сокращения или смягчения последствий. Окружающая среда, развитие и устойчивость 6: 213-233.

Укупорщик

Каппер, Дж. Л., Р. А. Кэди и Д. Э. Бауман. 2009. Воздействие молочного производства на окружающую среду: 1944 год по сравнению с 2007 годом. Журнал зоотехники 87: 2160-2167.

Каппер, Дж. Л. 2010a. Воздействие на окружающую среду традиционных, натуральных и травяных систем производства говядины. Материалы конференции по парниковым газам и животноводству, 2010 г.Банф, Канада.

Кэппер, Дж. Л. 2010b. Влияние производства говядины на окружающую среду в США: 1977 г. по сравнению с 2007 г. Труды конференции по парниковым газам и животноводству, 2010 г. Банф, Канада.

кормят 9 миллиардов | National Geographic

Шаг первый: заморозить след сельского хозяйства

На протяжении большей части истории, когда нам нужно было производить больше еды, мы просто вырубали леса или вспахивали луга, чтобы построить больше ферм. Мы уже очистили территорию размером примерно с Южную Америку для выращивания сельскохозяйственных культур.Чтобы разводить скот, мы захватили еще больше земель, площадь размером примерно с Африку. Следы сельского хозяйства привели к утрате целых экосистем по всему миру, включая прерии Северной Америки и атлантические леса Бразилии, а вырубка тропических лесов продолжается с угрожающей скоростью. Но мы больше не можем позволить себе увеличивать производство продуктов питания за счет расширения сельского хозяйства. Обмен тропических лесов на сельскохозяйственные угодья — одно из самых разрушительных действий, которые мы делаем для окружающей среды, и это редко делается для того, чтобы принести пользу 850 миллионам людей в мире, которые все еще голодают.Большая часть земель в тропиках, расчищенных для сельскохозяйственных нужд, не вносит большого вклада в обеспечение продовольственной безопасности мира, а вместо этого используется для выращивания крупного рогатого скота, соевых бобов для домашнего скота, древесины и пальмового масла. Предотвращение дальнейшей вырубки лесов должно быть главным приоритетом.

Шаг второй: выращивайте больше на фермах, которые у нас есть

Начиная с 1960-х годов «зеленая революция» повысила урожайность в Азии и Латинской Америке за счет использования лучших сортов сельскохозяйственных культур и большего количества удобрений, ирригации и техники, но с большими экологическими издержками.Теперь мир может обратить свое внимание на повышение урожайности на менее продуктивных сельскохозяйственных угодьях, особенно в Африке, Латинской Америке и Восточной Европе, где существует «разрыв в урожайности» между текущими уровнями производства и теми, которые возможны при улучшенных методах ведения сельского хозяйства. Используя высокотехнологичные системы точного земледелия, а также подходы, заимствованные из органического земледелия, мы могли бы повысить урожайность в этих местах в несколько раз.

Шаг третий: более эффективное использование ресурсов

У нас уже есть способы добиться высоких урожаев, а также значительно снизить воздействие на окружающую среду традиционного земледелия.Зеленая революция основывалась на интенсивном и неустойчивом использовании воды и химических веществ на основе ископаемого топлива. Но коммерческое сельское хозяйство начало делать огромные успехи, находя инновационные способы более целенаправленно вносить удобрения и пестициды с помощью компьютеризированных тракторов, оснащенных передовыми датчиками и GPS. Многие производители применяют индивидуальные смеси удобрений, адаптированные к их точным почвенным условиям, что помогает минимизировать сток химикатов в близлежащие водоемы.

Органическое земледелие также может значительно сократить использование воды и химикатов за счет включения покровных культур, мульчи и компоста для улучшения качества почвы, экономии воды и накопления питательных веществ.Многие фермеры также стали умнее относиться к воде, заменив неэффективные ирригационные системы более точными методами, такими как подпочвенное капельное орошение. Достижения как в традиционном, так и в органическом земледелии могут дать нам больше урожая на каплю из нашей воды и питательных веществ.

Шаг четвертый: сменные диеты

Было бы намного легче накормить девять миллиардов человек к 2050 году, если бы больше урожая, который мы выращивали, попадало в человеческие желудки. Сегодня только 55 процентов калорий, потребляемых урожаем в мире, напрямую кормят людей; остальные скармливаются скоту (около 36 процентов) или превращаются в биотопливо и промышленные продукты (примерно 9 процентов).Хотя многие из нас потребляют мясо, молочные продукты и яйца животных, выращиваемых на откормочных площадках, лишь небольшая часть калорий, содержащихся в кормах, используемых для скота, попадает в мясо и молоко, которые мы потребляем. На каждые 100 калорий зерна, которые мы кормим животных, мы получаем только около 40 новых калорий молока, 22 калорий из яиц, 12 калорий из курицы, 10 из свинины или 3 калорий из говядины. Поиск более эффективных способов выращивания мяса и переход на менее мясные диеты — даже простой переход с говядины зернового откорма на мясо, такое как курица, свинина или говядина, выращенная на пастбищах, — могут высвободить значительное количество продуктов питания во всем мире.Поскольку люди в развивающихся странах вряд ли будут есть меньше мяса в ближайшем будущем, учитывая их вновь обретенное процветание, мы можем в первую очередь сосредоточить внимание на странах, которые уже имеют богатую мясом диету. Сокращение использования продовольственных культур для производства биотоплива также может иметь большое значение для повышения доступности продовольствия.

Мир требует большего

К 2050 году население мира, вероятно, увеличится более чем на 35 процентов.

Чтобы прокормить это население, необходимо удвоить производство сельскохозяйственных культур.

Почему? Производство должно будет намного опережать рост населения, поскольку развивающийся мир станет достаточно богатым, чтобы есть больше мяса.

Шаг пятый: сокращение отходов

По оценкам, 25 процентов мировых пищевых калорий и до 50 процентов от общего веса пищи теряются или тратятся впустую, прежде чем их можно будет употребить. В богатых странах большая часть этих отходов находится в домах, ресторанах или супермаркетах. В бедных странах продукты питания часто теряются между фермером и рынком из-за ненадежного хранения и транспортировки.Потребители в развитом мире могут сократить отходы, предприняв такие простые шаги, как подача меньших порций, употребление остатков и поощрение кафе, ресторанов и супермаркетов к разработке мер по сокращению отходов. Из всех вариантов повышения доступности продуктов питания борьба с отходами будет одним из наиболее эффективных.

Взятые вместе, эти пять шагов могут более чем удвоить мировые запасы продовольствия и резко снизить воздействие сельского хозяйства на окружающую среду во всем мире. Но это будет нелегко.Эти решения требуют серьезного сдвига в мышлении. На протяжении большей части нашей истории мы были ослеплены чрезмерным императивом: больше, больше, больше в сельском хозяйстве — расчищать больше земли, выращивать больше сельскохозяйственных культур, использовать больше ресурсов. Нам нужно найти баланс между производством большего количества продуктов питания и поддержанием планеты для будущих поколений.

Это поворотный момент, когда мы сталкиваемся с беспрецедентными вызовами продовольственной безопасности и сохранению нашей глобальной окружающей среды. Хорошая новость в том, что мы уже знаем, что нам нужно делать; нам просто нужно понять, как это сделать.Решение глобальных продовольственных проблем требует от всех нас более внимательного отношения к еде, которую кладем на свои тарелки. Нам необходимо установить связи между нашей едой и фермерами, которые ее выращивают, а также между нашей едой и землей, водосборными бассейнами и климатом, которые нас поддерживают. Когда мы ведем наши продуктовые тележки по проходам наших супермаркетов, наш выбор будет определять будущее.

Джонатан Фоули руководит Институтом окружающей среды Миннесотского университета. Портреты фермеров Джима Ричардсона — последняя из его работ, посвященных сельскому хозяйству.Подход Джорджа Стейнмеца к общей картине раскрывает пейзажи индустриальной еды.

Журнал благодарит Фонд Рокфеллера и членов Национального географического общества за их щедрую поддержку этой серии статей.

Все карты и графика: Вирджиния У. Мейсон и Джейсон Трит, сотрудники NGM. Мир требует большего, источник: Дэвид Тилман, Университет Миннесоты. След сельского хозяйства, источник: Роджер ЛеБ. Гук, Университет штата Мэн. Карты, источник: Global Landscapes Initiative, Институт окружающей среды, Университет Миннесоты.

Устойчивое сельское хозяйство по сравнению с промышленным сельским хозяйством

Местная экономика и рабочие

Несколько лет назад независимые фермы были основой сельской экономики, поскольку фермеры тратили деньги на местные предприятия, от кормов и торговцев оборудованием до кафе. По мере консолидации фермерских хозяйств, когда некоторые фермы становились намного больше, а остальные закрывались, предприятия в центре города, которые полагались на них, также закрылись. Эта тенденция усугубляется вертикальной интеграцией агробизнеса, в результате чего одна компания владеет всей цепочкой поставок, а не поддерживает множество независимых предприятий.Поскольку устойчивые фермы меньше, чем их консолидированные промышленные аналоги, они по-прежнему покупают товары у местных продавцов, когда могут их найти.

Важно отметить, что работники устойчивых хозяйств слишком часто не попадают в это уравнение. По ряду причин производственные затраты на этих фермах, как правило, выше, чем на крупных фермах. Они должны переложить эти затраты на потребителя, но есть предел тому, что потребители будут платить. Даже при более высоких ценах многие фермы работают с минимальной маржой — иногда фермеры даже не платят себе зарплату.Как платить своим работникам прожиточный минимум — сложный финансовый вопрос, с которым сталкиваются многие устойчивые фермеры.

Однако промышленные операторы не намного лучше с точки зрения рабочих. В наши дни промышленные предприятия, такие как крупный CAFO или мясоперерабатывающий завод, пытающиеся открыть в сельской местности, обещают рабочие места; реальность редко оправдывает ажиотаж. Работа на этих предприятиях неизбежно низкооплачиваемая, не имеет льгот и долговременных гарантий и сопряжена с высоким риском получения травм.Кроме того, рабочие места часто не достаются даже жителям общины, поскольку операторы обнаружили, что они могут платить рабочим-мигрантам или иммигрантам гораздо меньше за ту же работу. Слишком часто это заканчивается тем, что сообщество огорчено налоговым бременем из-за притока новых жителей, запаха или шума от объекта и невыполненных обещаний о работе, а также иммигрантской рабочей силы, которой недоплачивают и которую эксплуатируют. Единственный победитель — корпоративный оператор.

Накормить мир

Распространенный аргумент против устойчивого сельского хозяйства состоит в том, что оно не может «прокормить мир».Однако, как отмечалось ранее, в результате современного индустриального сельского хозяйства каждый девятый человек во всем мире недоедает. И это несмотря на то, что сельскохозяйственное производство сегодня уже производит 2800 калорий в день на каждого человека на земле — этого достаточно, чтобы накормить 10 миллиардов населения, которые, как мы ожидаем, к 2050 году. Дело в том, что прокормить мир — это проблема власти, а не калорий. а промышленное сельское хозяйство концентрирует власть в руках все более узкого круга.

Кроме того, исследования показали, что различные виды устойчивого сельского хозяйства действительно позволяют достичь урожайности, равной урожайности, получаемой химически зависимыми методами.В зависимости от обстоятельств и урожая устойчивые урожаи оказались эквивалентными, немного более высокими (особенно в условиях засухи, что становится все более важным по мере изменения климата) или на 15-20 процентов ниже, чем при химическом сельском хозяйстве. Учитывая, насколько недостаточно финансируются исследования и разработки устойчивых методов ведения сельского хозяйства, особенно по сравнению с традиционными методами, разница в урожайности относительно невелика, что позволяет предположить, что дальнейшие инвестиции в исследования могут выявить значительный прирост производительности.

Политика поддержки устойчивого сельского хозяйства

Другой вид федеральной сельскохозяйственной политики мог бы помочь фермерам и налогоплательщикам и ограничить многие из наихудших последствий индустриализации. Политика, основанная на управлении поставками, которая создает резерв зерна (разумная защита от лет с низкой урожайностью) и минимальную цену для фермеров, будет стимулировать посев между забором, а не забором, , облегчая фермерам захват маргинальных земель. (земля не стоит возделывания, потому что на ней не будет достаточно денег) из производства.Анализ 2011 года, проведенный доктором Дэррилом Рэем из Университета Теннесси, показал, что если бы в период с 1996 по 2010 год существовал резерв, принадлежащий фермерам, а не лоскутная система субсидий, налогоплательщики сэкономили бы более 96 миллиардов долларов. Закон о продуктах питания семейных ферм Национальной коалиции семейных фермерских хозяйств является одним из примеров предложения закона о фермах для восстановления резервов и справедливых цен, наряду с экологически устойчивыми посадками и более безопасной программой действий в случае стихийных бедствий.

Есть также способы поставить цену на внешние эффекты.Коста-Рика, страна, которая в значительной степени полагается на экологический туризм, разработала систему платежей землевладельцам за «экосистемные услуги», чтобы побудить их применять методы устойчивого управления земельными ресурсами. В результате лесной покров вернулся на 50 процентов территории страны по сравнению с 20 процентами в 1980-х годах.

Воздействие климата на сельское хозяйство и продовольствие | Воздействие изменения климата

На этой странице:

Обзор

Сельское хозяйство — важный сектор экономики США.С. экономика. Урожай, скот и морепродукты, производимые в Соединенных Штатах, ежегодно приносят экономике более 300 миллиардов долларов. ^[1] С учетом пищевой промышленности и других отраслей, связанных с сельским хозяйством, сельскохозяйственный и пищевой секторы вносят более 750 миллиардов долларов в валовой внутренний продукт. ^[2]

Сельское хозяйство и рыболовство сильно зависят от климата. Повышение температуры и углекислого газа (CO2) может повысить урожайность некоторых культур в некоторых местах.Но для реализации этих преимуществ также должны быть соблюдены уровни питательных веществ, влажность почвы, доступность воды и другие условия. Изменения частоты и силы засух и наводнений могут создать проблемы для фермеров и владельцев ранчо и поставить под угрозу безопасность пищевых продуктов [3]. Между тем, повышение температуры воды может вызвать сдвиг ареала обитания многих видов рыб и моллюсков, что может нарушить экосистемы. В целом изменение климата может затруднить выращивание сельскохозяйственных культур, разведение животных и ловлю рыбы теми же способами и в тех же местах, что и в прошлом.Последствия изменения климата также необходимо учитывать наряду с другими развивающимися факторами, влияющими на сельскохозяйственное производство, такими как изменения в методах ведения сельского хозяйства и технологиях.

Воздействие на посевы

Несмотря на технологические усовершенствования, которые увеличивают урожайность кукурузы, экстремальные погодные явления в некоторые годы привели к значительному снижению урожайности. Источник: USGCRP (2009)

Щелкните изображение, чтобы просмотреть его в увеличенном виде.

Урожайные культуры, выращиваемые в Соединенных Штатах, имеют решающее значение для обеспечения продовольствием здесь и во всем мире.Фермы США поставляют почти 25% всех зерновых (таких как пшеница, кукуруза и рис) на мировом рынке [4]. Изменения температуры, содержания углекислого газа в атмосфере (CO ₂ ), а также частоты и интенсивности экстремальных погодных явлений могут оказать значительное влияние на урожайность сельскохозяйственных культур.

Для любой конкретной культуры эффект повышенной температуры будет зависеть от оптимальной температуры культуры для роста и воспроизводства. ^[1] В некоторых районах потепление может принести пользу типам культур, которые обычно там выращивают, или позволить фермерам переключиться на культуры, которые в настоящее время выращиваются в более теплых районах.И наоборот, если более высокая температура превышает оптимальную температуру культуры, урожайность снизится.

• Более высокие уровни CO ₂ могут повлиять на урожайность сельскохозяйственных культур. Некоторые лабораторные эксперименты показывают, что повышенные уровни CO ₂ могут увеличить рост растений. Однако другие факторы, такие как изменение температуры, озона и ограничения воды и питательных веществ, могут противодействовать этому потенциальному увеличению урожайности. Например, если температура превышает оптимальный уровень культуры, при отсутствии достаточного количества воды и питательных веществ прибавка урожая может быть уменьшена или отменена.Повышенный уровень CO ₂ связан с пониженным содержанием белка и азота в растениях люцерны и сои, что приводит к потере качества. Ухудшение качества зерна и кормов может снизить способность пастбищ и пастбищ поддерживать выпас скота. ^[1]
• Более экстремальные температуры и осадки могут препятствовать росту сельскохозяйственных культур. Экстремальные явления, особенно наводнения и засухи, могут нанести вред посевам и снизить урожайность. Например, в 2010 и 2012 годах высокие ночные температуры повлияли на урожайность кукурузы в США.Южный кукурузный пояс и преждевременное бутонирование из-за теплой зимы вызвали убытки мичиганской вишни на 220 миллионов долларов в 2012 году. ^[1]
• Борьба с засухой может стать проблемой в регионах, где повышение летних температур приводит к высыханию почв. Хотя в некоторых местах возможно усиление орошения, в других местах запасы воды также могут быть сокращены, оставляя меньше воды для орошения, когда требуется больше.
• Многие сорняки, вредители и грибки процветают при более высоких температурах, более влажном климате и повышенных уровнях CO. ₂ .В настоящее время фермеры США тратят более 11 миллиардов долларов в год на борьбу с сорняками, которые конкурируют с сельскохозяйственными культурами за свет, воду и питательные вещества. ^[1] Ареалы и распространение сорняков и вредителей могут увеличиваться с изменением климата. Это может вызвать новые проблемы для сельскохозяйственных культур, ранее не подвергавшихся воздействию этих видов.
• Хотя повышение CO ₂ может стимулировать рост растений, оно также снижает питательную ценность большинства пищевых культур. Повышение уровня углекислого газа в атмосфере снижает концентрацию белка и основных минералов в большинстве видов растений, включая пшеницу, сою и рис.Это прямое воздействие повышения уровня CO ₂ на питательную ценность сельскохозяйственных культур представляет собой потенциальную угрозу для здоровья человека. Здоровье человека также находится под угрозой из-за увеличения использования пестицидов из-за увеличения численности вредителей и снижения эффективности пестицидов. ^[3]

Начало страницы

Воздействие на домашний скот

Поголовье домашнего скота в континентальной части США. Источник: USGCRP (2016)

Щелкните изображение, чтобы просмотреть его в большем размере. Ежегодно американцы потребляют более 36 миллионов метрических тонн мяса и птицы. ^[4] На животноводство и птицу приходится более половины сельскохозяйственных денежных поступлений в США, часто более 100 миллиардов долларов в год. ^[5] Изменения климата могут прямо или косвенно повлиять на животных.

• Волны жары, которые, согласно прогнозам, увеличатся в связи с изменением климата, могут напрямую угрожать животноводству. В 2011 году воздействие высоких температур привело к потерям сельскохозяйственных производителей в размере более 1 миллиарда долларов США. ^[1] Тепловой стресс влияет на животных как прямо, так и косвенно.Со временем тепловой стресс может повысить уязвимость к болезням, снизить фертильность и сократить производство молока.
• Засуха может угрожать пастбищам и кормам. Засуха снижает количество качественных кормов, доступных для выпаса скота. В некоторых районах могут наблюдаться более длительные и интенсивные засухи из-за более высоких летних температур и уменьшения количества осадков. Для животных, которые зависят от зерна, изменения в урожайности из-за засухи также могут стать проблемой.
• Изменение климата может увеличить распространенность паразитов и болезней, поражающих домашний скот.Раннее наступление весны и более теплые зимы могут позволить некоторым паразитам и патогенам легче выжить. В районах с повышенным количеством осадков могут процветать зависящие от влаги патогены. ^[6]
• Возможные изменения в ветеринарной практике, включая увеличение использования паразитицидов и других средств лечения животных, вероятно, будут приняты для поддержания здоровья скота в ответ на вызванные климатом изменения вредителей, паразитов и микробов. Это может увеличить риск попадания пестицидов в пищевую цепочку или привести к развитию устойчивости к пестицидам с последующими последствиями для безопасности, распределения и потребления продукции животноводства и аквакультуры. ^[3]
• Увеличение содержания углекислого газа (CO ₂ ) может увеличить продуктивность пастбищ, но может также снизить их качество. Повышение содержания CO в атмосфере ₂ может увеличить продуктивность растений, на которых кормится домашний скот. Однако качество некоторых кормов, найденных на пастбищах, снижается с увеличением CO ₂ . В результате, крупный рогатый скот должен будет есть больше, чтобы получить те же питательные свойства.

Начало страницы

Воздействие на рыболовство

Американские рыбаки вылавливают пять миллионов тонн рыбы и моллюсков ежегодно. ^[7] Ежегодный вклад рыболовства США в экономику составляет более 1,55 миллиарда долларов (по состоянию на 2012 год). ^[8] Многие рыболовные хозяйства уже сталкиваются с многочисленными стрессами, включая перелов и загрязнение воды. Изменение климата может усугубить эти стрессы. В частности, изменения температуры могут привести к значительным ударам.

На этой карте показаны годовые центры биомассы трех видов на северо-востоке США с 1968 по 2015 годы. Точки заштрихованы от светлого к темному, чтобы показать изменения во времени.Источник: Агентство по охране окружающей среды США (2016). Индикаторы изменения климата в Соединенных Штатах: распространение морских видов . Источник данных: NOAA (2016). OceanAdapt.Exit

Щелкните изображение, чтобы просмотреть его в увеличенном виде. Ареалы многих видов рыб и моллюсков могут меняться. В водах у северо-востока США несколько экономически важных видов сместились на север с конца 1960-х годов. Три вида, показанные на [рисунке слева] (американский лобстер, красный хек и черный морской окунь), продвинулись на север в среднем на 119 миль. ^[9]

• Многие водные виды могут найти более холодные районы ручьев и озер или продвинуться на север вдоль побережья или в океане. Тем не менее, перемещение в новые районы может привести к конкуренции этих видов с другими видами за пищу и другие ресурсы, как описано на странице «Воздействие на экосистемы».
• Некоторые вспышки морских болезней связаны с изменением климата. Более высокая температура воды и более высокая соленость эстуаров позволили устричному паразиту распространиться дальше на север вдоль Атлантического побережья.Зимнее потепление в Арктике способствует развитию болезней лосося в Беринговом море и, как следствие, сокращению численности юконской чавычи. Наконец, более высокие температуры вызвали вспышки болезней у кораллов, водорослей и морского морского ушка. ^{[3], [10]}
• Изменения температуры и времени года могут повлиять на время размножения и миграции. Многие этапы жизненного цикла водных животных контролируются температурой и сменой времен года. Например, на северо-западе более теплая вода может повлиять на жизненный цикл лосося и повысить вероятность заболевания.В сочетании с другими климатическими воздействиями эти эффекты, по прогнозам, приведут к значительному сокращению популяций лосося. ^{[1], [11], [12]}

Помимо потепления, мировые океаны постепенно становятся более кислыми из-за увеличения содержания двуокиси углерода в атмосфере (CO ₂ ). Повышение кислотности может нанести вред моллюскам, ослабив их панцири, которые создаются за счет удаления кальция из морской воды. ^[10] Подкисление также угрожает структурам чувствительных экосистем, от которых зависят некоторые виды рыб и моллюсков. ^{[1], [13]}

На этой диаграмме показано влияние выбросов углекислого газа на рынок моллюсков. Углекислый газ поглощается океанами, что приводит к его подкислению. Подкисление уменьшает размер и численность моллюсков, что, в свою очередь, приводит к снижению урожая и, в конечном итоге, к изменению цен для потребителей. Источник: Агентство по охране окружающей среды США (2015). Изменение климата в Соединенных Штатах: преимущества глобальных действий

Международные воздействия

Изменение климата с большой вероятностью повлияет на продовольственную безопасность на глобальном, региональном и местном уровнях.Изменение климата может нарушить доступность продуктов питания, уменьшить доступ к продуктам питания и повлиять на качество продуктов питания. ^[14] Например, прогнозируемое повышение температуры, изменение режима выпадения осадков, изменение экстремальных погодных явлений и сокращение доступности воды могут привести к снижению продуктивности сельского хозяйства. Увеличение частоты и серьезности экстремальных погодных явлений также может препятствовать доставке продуктов питания, и ожидается, что в будущем резкие скачки цен на продукты питания после экстремальных явлений будут более частыми.Повышение температуры может способствовать порче и загрязнению.

В международном масштабе эти последствия изменения климата для сельского хозяйства и продовольствия, вероятно, будут аналогичны тем, которые наблюдаются в Соединенных Штатах. Однако другие факторы стресса, такие как рост населения, могут усилить воздействие изменения климата на продовольственную безопасность. В развивающихся странах варианты адаптации, такие как изменение методов выращивания сельскохозяйственных культур или разведения скотоводческих хозяйств, или улучшение ирригации, более ограничены, чем в Соединенных Штатах и ​​других промышленно развитых странах.

Любое нарушение распределения и транспортировки пищевых продуктов, связанное с климатом, на международном или внутреннем уровне может иметь значительные последствия не только для безопасности и качества, но и для доступа к продовольствию. Например, система транспортировки пищевых продуктов в Соединенных Штатах часто перемещает большие объемы зерна по воде. В случае экстремального погодного явления, затрагивающего водный путь, существует несколько альтернативных путей для транспорта, если они вообще есть. Высокие температуры и нехватка дождя летом 2012 года привели к одной из самых суровых летних засух в стране и серьезно повлияли на водораздел реки Миссисипи, основного трансконтинентального морского пути для сельского хозяйства Среднего Запада.Эта засуха привела к значительным продовольственным и экономическим потерям из-за сокращения движения барж, объема перевозимых грузов и числа американцев, занятых в индустрии буксиров. За засухой 2012 года сразу же последовало наводнение на всей территории Миссисипи весной 2013 года, что также привело к перебоям в движении барж и транспортировке продуктов питания. ^[3] Подобные изменения в транспорте ограничивают возможности фермеров экспортировать зерно на международные рынки и могут повлиять на мировые цены на продовольствие.

Воздействие на мировое продовольственное снабжение беспокоит Соединенные Штаты, поскольку нехватка продовольствия может вызвать гуманитарные кризисы и проблемы национальной безопасности. Они также могут повысить внутренние цены на продукты питания.

Начало страницы

Список литературы

[1] USGCRP (2014). Хатфилд, Дж., Дж. Такл, Р. Гротьян, П. Холден, Р. К. Изаурральде, Т. Мадер, Э. Маршалл и Д. Ливерман, 2014: гл. 6: Сельское хозяйство. Воздействие изменения климата в Соединенных Штатах: Третья национальная оценка климата , Дж.М. Мелилло, Тереза ​​(Т.К.) Ричмонд и Г. В. Йохе, редакторы, Программа исследования глобальных изменений США, 150–174.

[2] USDA (2016). Служба экономических исследований, без даты. Какова доля сельского хозяйства в общей экономике США?

[3] USGCRP (2014). Ziska, L., A. Crimmins, A. Auclair, S. DeGrasse, J.F. Garofalo, A.S. Хан, И. Лоладзе, А.А. Перес де Леон, А. Шоулер, Дж. Терстон и И. Уоллс, 2016: Ch. 7: Безопасность пищевых продуктов, питание и распространение. Воздействие изменения климата на здоровье человека в Соединенных Штатах: научная оценка. Программа исследования глобальных изменений США, Вашингтон, округ Колумбия, 189–216.

[4] USDA (2015). Оценки спроса и предложения в мировом сельском хозяйстве. Министерство сельского хозяйства США.

[5] USDA (2016). Служба экономических исследований. Проблемы животноводства и маркетинга .

[6] CCSP (2008). Влияние изменения климата на сельское хозяйство, земельные ресурсы, водные ресурсы и биоразнообразие в США .Отчет Научной программы США по изменению климата и Подкомитета по исследованиям глобальных изменений. Баклунд, П., А. Джанетос, Д. Шимел, Дж. Хэтфилд, К. Боут, П. Фэй, Л. Хан, К. Изаурральде, Б.А. Кимбалл, Т. Мадер, Дж. Морган, Д. Орт, В. Полли, А. Томсон, Д. Вулф, М. Райан, С. Арчер, Р. Бердси, К. Дам, Л. Хит, Дж. Хик, Д. Холлингер, Т. Хаксман, Г. Окин, Р. Орен, Дж. Рандерсон, В. Шлезингер, Д. Леттенмайер, Д. Мейджор, Л. Пофф, С. Бег, Л. Хансен, Д. Иноуэ, Б. П. Келли, Л. Мейерсон, Б. Петерсон и Р.Шоу. Агентство по охране окружающей среды США, Вашингтон, округ Колумбия, США.

[7] NOAA (2014). Национальная служба морского рыболовства. Fisheries of the United States, 2014. NOAA Current Fishery Statistics No. 2014.

[8] USDA (2012). Сельскохозяйственная перепись 2012 года: том 1, глава 1: Данные национального уровня США, таблица 33 . Министерство сельского хозяйства США.

[9] Агентство по охране окружающей среды США (2016). Индикаторы изменения климата в Соединенных Штатах: более пристальный взгляд: распределение морских видов .

[10] USGCRP (2014). Дони, С., А. А. Розенберг, М. Александер, Ф. Чавес, К. Д. Харвелл, Г. Хофманн, М. Орбах и М. Рукельшаус, 2014: гл. 24: Мировой океан и морские ресурсы. Воздействие изменения климата в Соединенных Штатах: Третья национальная оценка климата , Дж. М. Мелилло, Тереза ​​(Т.К.) Ричмонд, и Г. В. Йохе, редакторы, Программа исследования глобального изменения США, 557-578. DOI: 10.7930 / J0RF5RZW.

[11] CCSP (2008). Предварительный обзор вариантов адаптации для чувствительных к климату экосистем и ресурсов .Отчет Научной программы США по изменению климата и Подкомитета по исследованиям глобальных изменений. Глава 3. Джулиус, S.H., J.M. West (ред.), J.S. Барон, Б. Гриффит, Л.А. Джойс, П. Карейва, Б.Д. Келлер, М.А.Палмер, К. Петерсон и Дж. М. Скотт (авторы). Агентство по охране окружающей среды США, Вашингтон, округ Колумбия, США.

[12] IPCC (2014). Ромеро-Ланкао, П., Дж. Б. Смит, Д. Дж. Дэвидсон, Н. Диффенбо, П. Кинни, П. Киршен, П. Ковач и Л. Виллерс Руис, 2014: Северная Америка.В: Изменение климата 2014: Воздействие, адаптация и уязвимость. Часть B: Региональные аспекты. Вклад Рабочей группы II в Пятый оценочный доклад Межправительственной группы экспертов по изменению климата [Баррос В.Р., К.Б. Филд, Д.Дж. Доккен, доктор медицины Мастрандреа, К.Дж. Мах, Т. Билир, М. Чаттерджи, К.Л. Эби, Ю. Эстрада, Р. Генова, Б. Гирма, Э.С. Кисель, А. Леви, С. Маккракен, П.Р. Мастрандреа и Л.Л. Уайт (ред.)]. Издательство Кембриджского университета, Кембридж, Соединенное Королевство и Нью-Йорк, Нью-Йорк, США, стр.1439–1498.

[13] Агентство по охране окружающей среды США (2015). Изменение климата в Соединенных Штатах: преимущества глобальных действий: моллюски.

[14] USDA (2015). Браун, M.E., J.M. Antle, P. Backlund, E.R. Carr, W.E. Истерлинг, М. Уолш, К. Амманн, В. Аттаванич, К. Б. Барретт, М. Ф. Бельмар, В. Данчек, К. Функ, К. Грейс, J.S.I. Инграм, Х. Цзян, Х. Малетта, Т. Мата, А. Мюррей, М. Нгуги, Д. Одзима, Б. О’Нил и К. Тебальди. 2015. Изменение климата, глобальная продовольственная безопасность и США.С. Продовольственная система . 146 страниц.

Начало страницы

Вода для сельского хозяйства | Другое использование воды | Здоровая вода

Что такое сельскохозяйственная вода?

Вода для сельскохозяйственных нужд — это вода, которая используется для выращивания свежих продуктов и содержания домашнего скота. Использование воды для сельскохозяйственных нужд позволяет выращивать фрукты и овощи и разводить домашний скот, который является основной частью нашего рациона. Сельскохозяйственная вода используется для орошения, пестицидов и внесения удобрений, а также для охлаждения сельскохозяйственных культур (например, для легкого орошения) и борьбы с заморозками.По данным Геологической службы США (USGS), вода, используемая для орошения, составляет почти 65 процентов мирового водозабора пресной воды, не считая термоэлектрической энергии (1). В Соединенных Штатах для сельскохозяйственных целей используется 330 миллионов акров земли, на которых производится изобилие продуктов питания и других продуктов (2).

Эффективное и безопасное использование воды в сельском хозяйстве положительно сказывается на производстве и урожайности. Уменьшение количества применяемой воды может привести к снижению продуктивности и урожайности.Стратегии управления — самый важный способ улучшить использование воды в сельском хозяйстве и поддержать оптимальное производство и урожайность. Ключевым моментом является реализация стратегий управления, которые повышают эффективность водопользования без снижения урожайности. Некоторые примеры включают улучшенное планирование орошения и управление орошением для конкретных культур. Эти стратегии позволяют экономить воду и энергию и снижать затраты производителя (3).

Начало страницы

Почему я должен беспокоиться о качестве воды для сельского хозяйства в моем районе?

На качество воды может повлиять плохое планирование промышленных площадок, животноводческих ферм, скотных дворов и откормочных площадок.До недавнего времени тип источника воды указывал на потенциальные риски загрязнения. Плохое качество воды может повлиять на качество продовольственных культур и привести к заболеваниям тех, кто их потребляет. Например, вода может содержать микробы, вызывающие болезни человека. Орошение сельскохозяйственных культур зараженной водой может привести к загрязнению пищевых продуктов, которые при употреблении в пищу могут вызвать болезни. Подземные воды, например, считаются одним из самых безопасных источников воды. Однако, в зависимости от расположения и размера поля, использование воды из этих источников для орошения может оказаться невозможным.

Начало страницы

Откуда берется вода для сельского хозяйства?

Вода для сельскохозяйственных нужд поступает из различных источников. Типичные источники воды для сельскохозяйственных нужд включают:

• Поверхностные воды
  • Реки, ручьи и оросительные канавы
  • Открытые каналы
  • Заполненные воды, такие как пруды, водохранилища и озера
• Подземные воды из скважин
• Дождевая вода
  • Собираемая на месте вода, такая как цистерны и дождевые бочки

Муниципальные системы водоснабжения, такие как городское и сельское водоснабжение, также могут использоваться в сельскохозяйственных целях.

Начало страницы

Проблемы политики и возможные решения

Int J Environ Res Public Health. 2019 Март; 16 (5): 832.

S. Bhuvaneshwari

¹ Департамент гражданского строительства, Институт науки и технологий SRM, Каттанкулатур, Канчепурам 603203, Тамил Наду, Индия

Хирошан Хеттиараччи

Джей Н. Мигода

³ Департамент гражданской и экологической инженерии, Технологический институт Нью-Джерси, Ньюарк, Нью-Джерси 07032, США; ude.tijn@adogeem

¹ Департамент гражданского строительства, Институт науки и технологий SRM, Каттанкулатур, Канчепурам 603203, Тамил Наду, Индия

Поступило в редакцию 25 декабря 2018 г .; Принято 4 марта 2019 г.

Abstract

В Индии, второй по величине экономике сельского хозяйства с круглогодичным выращиванием сельскохозяйственных культур, образуется большое количество сельскохозяйственных отходов, в том числе пожнивных остатков.При отсутствии адекватных методов устойчивого управления примерно 92 кажется, что очень небольшое количество метрических тонн сельскохозяйственных отходов сжигается каждый год в Индии, вызывая чрезмерные выбросы твердых частиц и загрязнение воздуха. Сжигание растительных остатков стало серьезной экологической проблемой, вызывающей проблемы со здоровьем, а также способствующей глобальному потеплению. Компостирование, производство биоугля и механизация — это несколько эффективных устойчивых методов, которые могут помочь уменьшить проблему, сохраняя при этом питательные вещества, присутствующие в растительных остатках в почве.Правительство Индии пыталось обуздать эту проблему с помощью многочисленных мер и кампаний, направленных на продвижение устойчивых методов управления, таких как преобразование растительных остатков в энергию. Однако тревожный рост уровня загрязнения воздуха, вызванный сжиганием растительных остатков в городе Дели и других северных районах Индии, наблюдавшийся в последние годы, особенно в 2015 году и после него, свидетельствует о том, что эти проблемы еще не находятся под контролем. Решение проблемы сжигания растительных остатков заключается в эффективном применении устойчивых методов управления с вмешательством и политикой правительства.В этой рукописи рассматриваются основные технические, а также политические вопросы, которые не позволяют Индии достичь долгосрочного решения, а также потенциальные решения, которые были упущены из виду. Однако эффективное применение этих методов также требует от нас рассмотрения других социально-экономических аспектов, которые не были учтены. В этой рукописи также обсуждаются некоторые аспекты политики и функциональные возможности, основанные на анализе и текущей практике. Сектор сельскохозяйственных отходов может извлечь огромную пользу из некоторых примеров из других секторов отходов, таких как твердые бытовые отходы (ТБО) и управление сточными водами, где сбор, сегрегация, рециркуляция и удаление являются институционализированными для обеспечения работоспособности системы.Активное участие заинтересованных сторон, включая обучение и расширение прав и возможностей фермеров, наряду с техническими решениями и производством продукции, также может оказать огромную помощь. Несмотря на то, что проблема сжигания растительных остатков затрагивает многие секторы, такие как окружающая среда, сельское хозяйство, экономика, социальные аспекты, образование и энергетика, прошлые усилия правительства в основном касались сельского хозяйства и энергетики. Это отраслевое мышление — еще один барьер, который необходимо преодолеть. Правительство Индии, а также правительства других развивающихся стран могут извлечь выгоду из развивающейся концепции взаимосвязанного мышления при управлении экологическими ресурсами.Мышление Nexus способствует более высокоуровневой интеграции и более высокому уровню участия заинтересованных сторон, которое выходит за рамки дисциплинарных ограничений, обеспечивая платформу поддержки для решения таких проблем, как сжигание растительных остатков.

Ключевые слова: Индия, сельскохозяйственные отходы, растительные остатки, полевые остатки, технологические остатки, сжигание растительных остатков, биоуголь, компостирование, анаэробное сбраживание, биогаз, политические проблемы, взаимосвязанное мышление

1. Введение

Сельскохозяйственная промышленность играет важную роль. важную роль в общем экономическом росте мира.Однако в опубликованной литературе имеется ограниченное обсуждение управления сельскохозяйственными отходами. Это может быть связано с тем, что сельское хозяйство не регулируется как твердые бытовые отходы (ТБО). ТБО в основном регулируются государственными структурами, такими как муниципалитеты, и, следовательно, данные о создании и управлении собираются, записываются и анализируются в открытом доступе. С сельскохозяйственными отходами в основном обращаются владельцы сельскохозяйственных земель, которые преимущественно находятся в частном секторе, при небольшом участии государственного сектора.

Растущий спрос на продукты питания в развивающихся странах привел к огромному увеличению производства продуктов питания во всем мире. Следовательно, сельскохозяйственная деятельность представляет собой прибыльный бизнес как в развивающихся, так и в развитых странах. Разнообразие сельскохозяйственных видов деятельности увеличивает количество производимой агропродукции, что привело к общему увеличению загрязнения окружающей среды и образования отходов. Характер осуществляемой деятельности и образующиеся отходы зависят от географических и культурных факторов страны.Большие участки пустошей были преобразованы в пахотные земли из-за развития систем управления водными ресурсами, современных агротехнологий и широкомасштабного внедрения агрохимикатов [1]. Эти меры привели к глобальному загрязнению окружающей среды и усложнили утилизацию сельскохозяйственных отходов. Однако национальные агентства постоянно разрабатывают политику и возможные варианты обращения с этими отходами, включая их преобразование в повторно используемые ресурсы.

Отходы, полученные от различных сельскохозяйственных операций, определяются как сельскохозяйственные отходы.По данным Организации Объединенных Наций, сельскохозяйственные отходы обычно включают навоз и другие отходы ферм, птичников и боен; отходы сбора урожая; сток удобрений с полей; пестициды, попадающие в воду, воздух или почву; соль и ил с полей [1,2,3]. По данным Всемирного энергетического совета, сельскохозяйственные отходы, помимо всего вышеперечисленного, также могут включать испорченные пищевые отходы [4]. Отходы урожая, которые чаще называют растительными остатками, могут содержать как полевые остатки, которые остаются на сельскохозяйственном поле или в саду после уборки урожая, так и технологические остатки, которые остаются после переработки урожая в полезный ресурс.Стебли и стерня (стебли), листья и семенные коробочки — некоторые общие примеры полевых остатков. Жмых сахарного тростника и меласса являются хорошими примерами технологических остатков [2,4,5,6].

По данным Министерства новых и возобновляемых источников энергии Индии (MNRE), Индия производит в среднем 500 миллионов тонн (здесь и далее) растительных остатков в год [7]. В том же отчете показано, что большая часть пожнивных остатков фактически используется в качестве корма, топлива для других бытовых и промышленных целей. Однако по-прежнему имеется излишек в 140 млн тонн, из которых 92 млн тонн сжигается ежегодно [7].сравнивает сельскохозяйственные отходы, производимые отдельными азиатскими странами в Мт / год [7,8]. Также интересно отметить, что часть, сжигаемая как сельскохозяйственные отходы в Индии, по объему намного больше, чем все производство сельскохозяйственных отходов в других странах региона.

Таблица 1

Образование сельскохозяйственных отходов в Индии по сравнению с другими избранными странами того же региона [7,8].

Отходы сельскохозяйственной промышленности могут быть успешно использованы в различных сельскохозяйственных применениях и другой промышленной переработке.Однако стоимость сбора, обработки и транспортировки может быть намного выше, чем доход от полезного использования таких отходов. В центре внимания этой рукописи — классический пример того, как экономические причины помешали достижению устойчивого использования сельскохозяйственных отходов и привели к экологическому хаосу в Индии. Эта тема важна для более широкой аудитории за пределами Индии по двум причинам: во-первых, растительные остатки являются важной составляющей сельскохозяйственных отходов, которые могут быть фактически использованы на благо общества благодаря своему органическому составу.Другая важная причина заключается в том, что объем пожнивных остатков при нерациональных методах управления создает серьезные неблагоприятные воздействия на окружающую среду, которые выходят далеко за пределы Индии [9]. В частности, Индия является вторым по величине производителем риса и пшеницы в мире, двух культур, которые обычно производят большие объемы пожнивных остатков.

2. Остатки сельскохозяйственных культур: состав и механизмы разложения

Общие типы растительных остатков, производимых основными зерновыми культурами и сахарным тростником, обобщены в.Эти пожнивные остатки, особенно в виде пожнивных остатков, являются природным ресурсом, который традиционно способствует стабильности и плодородию почвы за счет вспашки непосредственно в почву или путем компостирования. Правильное обращение с растительными остатками также может повысить эффективность орошения и борьбу с эрозией. Однако массовые масштабы и высокие темпы растениеводства наложили экономические и практические ограничения на такие традиционные методы устойчивого развития. Во многих развивающихся странах, особенно в Азии, обычной практикой является сжигание излишков сельскохозяйственных культур [10,11].В то время как сжигание создает экологические проблемы, вспашка остатков полей в землю на миллионы гектаров за короткое время требует новой и дорогостоящей технической помощи.

Таблица 2

Пожнивные остатки основных культур [12,13].

Растительная биомасса в основном состоит из целлюлозы, гемицеллюлозы и лигнина с меньшими количествами пектина, экстрактивных веществ белка, сахаров и азотсодержащих материалов, хлорофилловых материалов [ 14,15,16].По сравнению с целлюлозой и гемицеллюлозой лигнин обеспечивает структурную поддержку и почти непроницаем. Лигнин устойчив к ферментации, поскольку он очень устойчив к химическому и биологическому разложению [17,18,19]. Непродовольственная часть сельскохозяйственных культур, такая как стебли, солома и шелуха, относится к категории лигноцеллюлозной биомассы [16]. Основные выращиваемые в мире сельскохозяйственные культуры — кукуруза, пшеница, рис и сахарный тростник, соответственно, составляют большую часть лигноцеллюлозной биомассы. Лигноцеллюлозная биомасса, состоящая из целлюлозы, гемицеллюлозы и лигнина, становится все более ценным товаром из-за ее широкой доступности в качестве сырья для производства биотоплива.

Растительные остатки, образующиеся в результате сельскохозяйственной деятельности, используются несколькими странами по-разному. Они используются в переработанном или необработанном виде, в зависимости от конечного использования. Возможные варианты включают его использование в качестве корма для животных, компостирование, производство биоэнергии и использование в другой расширенной сельскохозяйственной деятельности, такой как выращивание грибов [20,21]. По данным Lohan et al. [22], многие страны, такие как Китай, Индонезия, Непал, Таиланд, Малайзия, Япония, Нигерия и Филиппины, используют свои растительные остатки для производства биоэнергии и компоста.

Многочисленные исследователи работали над методами предварительной обработки лигноцеллюлозной биомассы для преобразования биотоплива [23,24,25]. Из-за его устойчивости к химическому и биологическому разложению грибами, бактериями и ферментами слой лигнина обычно предварительно обрабатывается или воздействует на него разрушающими лигнин микроорганизмами, чтобы разрушить слой лигнина и разложить целлюлозу и гемицеллюлозу до соответствующих мономеров и сахаров для эффективного конверсия биомассы в топливо [16]. Предварительная обработка может быть механической, химической, физико-химической и биологической.Эти методы приводят к увеличению доступной площади поверхности, пористости и снижению кристалличности целлюлозы и гемицеллюлозы и степени полимеризации.

Управление сельскохозяйственными отходами с использованием микробов также может быть отличным вариантом для детоксикации почвы и уменьшения загрязнения окружающей среды [26]. Популяции микробов разлагают сложные вещества, присутствующие в биомассе, до более простых, которые могут быть повторно использованы или переработаны в экологических процессах.Используемые методы могут быть аэробными или анаэробными, в зависимости от природы бактерий, грибов или водорослей, участвующих в разложении [27]. Методы микробной деградации снижают токсичность почвы, способствуют росту растений за счет обеспечения метаболитов, ускоряющих рост, и обеспечивают растения питательными веществами за счет связывания из почвы [28]. Таким образом, биоремедиация сельскохозяйственных отходов может быть эффективно проведена с помощью анаэробных и аэробных процессов, с помощью некоторых связанных методов, таких как компостирование, вермикомпостирование, производство биогаза, биометанирование и биоразработка [26].

Анаэробные варочные котлы могут превращать биомассу в биогаз, возобновляемый источник энергии, содержащий примерно 50% метана, и твердый остаток, используемый в качестве удобрения, богатого питательными веществами. Анаэробное сбраживание является многообещающей технологией повышения ценности из-за его способности преобразовывать почти все источники биомассы, включая различные типы органических отходов, навозной жижи и навоза, в высокоэнергетический биогаз [29]. Это эффективный и экологически привлекательный путь и многообещающий вариант утилизации побочных продуктов сельского хозяйства, поскольку они содержат высокий процент биоразлагаемых материалов.Анаэробное сбраживание включает микробное преобразование в водной среде и может обрабатываться без какой-либо предварительной обработки [30,31]. Кроме того, он включает в себя сложный биологический процесс, включающий анаэробное разложение биомассы. Деградация и преобразование продолжаются в отдельных фазах, осуществляемых различными группами специфических симбиотических микроорганизмов [16,32]. Он включает контролируемый субстрат и метаногенные бактерии для ферментации метана. Анаэробное сбраживание проходит в три этапа, на первом этапе гидролитические бактерии разлагают полимерное органическое вещество на мономеры (сахара, аминокислоты).После разложения мономера до жирных кислот (ацетата, формиата) на второй стадии и на третьей стадии кислоты восстанавливаются до диоксида углерода и метана ацетотрофами, метилотрофами и бактериями гидрогенотрофами [16,31].

Прошлые правительственные вмешательства в основном сосредоточены на использовании растительных остатков в качестве источника энергии: в виде биогаза, а также в качестве добавки для тепловых электростанций [33,34,35,36,37]. Биогаз, образующийся в результате анаэробного биоразложения твердых бытовых и сельскохозяйственных отходов, содержит около 40–70% метана, обычно это повышается до качества природного газа с содержанием метана 70–99%.В дальнейшем его можно закачивать в сеть природного газа или использовать в качестве топлива для транспорта [38]. Потенциал производства метана из пшеничной соломы колеблется от 0,145 м ³ / кг до 0,390 м ³ / кг для сухой органической массы, подаваемой в варочный котел [39,40,41]. Потенциал образования метана из рисовой соломы составляет от 0,241 м ³ / кг до 0,367 м ³ / кг [42]. Деублин и Стейнхаузер [32] сообщили о потенциале производства биогаза от 0,550 до 0,620 м ³ / кг для биомассы рисовой соломы с содержанием метана около 50%.Аналогичным образом, зарегистрированное биохимическое производство метана из биомассы сахарного тростника варьируется от 0,266–0,314 м ³ / кг [42].

3. Сжигание остатков сельскохозяйственных культур в Индии: статистика

Индия с 17% населения мира и аграрным фоном производит большие объемы продовольственного зерна, такого как рис и пшеница, для внутреннего потребления, а также на экспорт [7,43] . По данным Управления экономики и статистики, в 2012–2013 гг. В Индии было произведено 361 млн т сахарного тростника, 94 млн т пшеницы и 105 млн т риса ().Большинство выращиваемых культур сжигаются в остатках риса, пшеницы и сахарного тростника. Эти культуры имеют большую окупаемость инвестиций, что делает практически невозможным для фермеров поиск альтернативных культур, которые производят меньшие пожнивные остатки [7].

Таблица 3

Оценка урожайности основных культур в Индии [7]

На основе данных Jain et al. [43] и Межправительственной группы экспертов по изменению климата (МГЭИК) наибольший вклад в количество остатков, сжигаемых на ферме, вносят штаты Уттар-Прадеш, за которыми следуют Пенджаб и Харьяна. По данным IPCC, на ферме было сожжено более 25% от общего количества пожнивных остатков. Jain et al. [43] также сообщили, что доля сожженных растительных остатков колеблется от 8 до 80% для рисовых отходов во всех штатах. Среди различных пожнивных остатков основной вклад составил 43% риса, за ним следуют пшеница — около 21%, сахарный тростник — 19% и масличные культуры — около 5% [43,44].

Министерство сельского хозяйства объясняет увеличение сжигания пожнивных остатков на фермах нехваткой человеческого труда [7]. Jitendra et al. [45] сообщили, что 80% сжигания пожнивных остатков произошло в послеуборочный период с апреля по май и с ноября по декабрь. Причина этого заключается в структуре посевов, используемых для обеспечения более высокой экономической отдачи, что оставляет ограниченное время между двумя последовательными выращиваниями культур. Некоторые фермеры даже прибегают к циклу из трех урожаев в год с коротким перерывом между сбором урожая и посевом.

4. Неблагоприятное воздействие сжигания растительных остатков на окружающую среду

Сжигание растительных остатков создает многочисленные экологические проблемы. Основные неблагоприятные последствия сжигания растительных остатков включают выбросы парниковых газов (ПГ), которые способствуют глобальному потеплению, повышение уровня твердых частиц (ТЧ) и смога, которые вызывают опасность для здоровья, утрату биоразнообразия сельскохозяйственных земель и ухудшение состояния сельскохозяйственных угодий. плодородие почвы [22]. Сжигание растительных остатков значительно увеличивает количество загрязнителей воздуха, таких как CO ₂ , CO, NH ₃ , NO _X , SO _X , неметановые углеводороды (NMHC), летучие органические соединения (ЛОС), полуфабрикаты. летучие органические соединения (SVOC) и PM [46,47].Это в основном объясняет потерю органического углерода, азота и других питательных веществ, которые в противном случае остались бы в почве [7,43]. Jain et al. [43] сообщили, что сжигание 98,4 Мт растительных остатков привело к выбросам почти 8,57 Мт CO, 141,15 Мт CO ₂ , 0,037 Мт SO _x , 0,23 Мт NO _x , 0,12 Мт NH ₃ и 1,46 Мт НМЛОС, 0,65 Мт НМГК, 1,21 Мт ТЧ в течение 2008–2009 гг., Где CO ₂ составляет 91,6% от общих выбросов.Остальные 8,43% состояли из 66% CO, 2,2% NO, 5% NMHC и 11% НМЛОС [43].

ТЧ, выбрасываемое при сжигании пожнивных остатков в Дели, в 17 раз больше, чем от всех других источников, таких как выбросы транспортных средств, сжигание мусора и промышленность [45]. Таким образом, сжигание остатков в северо-западной части Индии вносит около 20% органического углерода и элементарного углерода в общий национальный бюджет выбросов от сжигания сельскохозяйственных отходов [22]. Hayashi et al. [21] и Gupta et al. [48] ​​предсказали, что совокупные выбросы CO, CO ₂ , N ₂ O и NO _x при сжигании риса и пшеничной соломы равны 0.11, 2.306, 0.002 и 0.084 Мт соответственно. Street et al. [49], подсчитали, что ежегодно сжигалось около 730 Мт биомассы как из антропогенных, так и из природных ресурсов в Азии, и 18% этой биомассы приходилось на Индию. Сжигание сельскохозяйственных культур увеличивает содержание твердых частиц в атмосфере и вносит значительный вклад в изменение климата. Одним из факторов глобального изменения климата является выброс мелкого черного, а также коричневого углерода (первичного и вторичного), который способствует изменению поглощения света [10,50,51,52].

Обычно PM в воздухе классифицируется как PM _2.5 и PM ₁₀ на основе аэродинамического диаметра и химического состава (PM _2,5 или мелкие твердые частицы с аэродинамическим диаметром <2,5 мкм и PM ₁₀ или крупные твердые частицы с аэродинамическим диаметром <10 мкм). Легкие твердые частицы могут оставаться в воздухе в течение более длительного времени и могут перемещаться с ветром на большие расстояния [43,53]. Воздействие твердых частиц усугубляется погодными условиями, поскольку частицы легкие, дольше остаются в воздухе и вызывают смог.Ежегодный вклад PM _2,5 из-за сжигания остатков рисового риса в районе Патиала в Пенджабе оценивается примерно в 60–390 мг / м ³ [22]. В течение октября 2017 года дым от сжигания пожнивных остатков в Пенджабе и Харьяне поднимается над северной Индией и Пакистаном. С наступлением более прохладной погоды в ноябре дым, смешанный с туманом, пылью и промышленными загрязнениями, образует густую дымку. Ветер обычно помогает рассеять загрязнение воздуха, а его отсутствие усугубляет проблему на несколько дней, как это было в ноябре 2017 года.Несколько крупных городов, включая Лахор, Нью-Дели, Лакхнау и Канпур, столкнулись с повышенным уровнем загрязнения [54]. 7 ноября 2017 года спектро-радиометр среднего разрешения (MODIS) спутника НАСА Aqua сделал снимок дымки и тумана в естественных цветах, покрывающих регион северных штатов Индии ().

Обсерватория Земли НАСА изображение распространения тумана и дымки над северными штатами Индии 8 ноября 2017 г. [54].

Стандарт ВОЗ для допустимых уровней PM _2.5 в воздухе составляет 10 мкг / м ³ , а в соответствии с Национальным стандартом качества окружающего воздуха Индии допустимый уровень для PM _2,5 установлен на уровне 40 мкг / м ³ . Однако на территории национальной столицы Дели было зарегистрировано среднее значение 98 мкг / м ³ , что как минимум в два раза больше индийского стандарта и в десять раз выше стандарта ВОЗ [55]. Помимо выбросов газов и аэрозолей, происходит постоянное ухудшение плодородия почвы из-за горения.Тепло от сжигания пожнивных остатков повышает температуру почвы и приводит к истощению популяции бактерий и грибов. Сжигание пожнивных остатков увеличивает температуру грунта почти до 33,8–42,2 ° C на глубине 10 мм [48], а долгосрочные эффекты могут достигать даже 15 см верхнего слоя почвы. Частое сжигание снижает азотный и углеродный потенциал почвы и убивает полезную для почвы микрофлору и фауну, а также удаляет большую часть органических веществ. При сжигании урожая полностью теряется углеродно-азотное равновесие почвы [56,57].Согласно NPMCR [7], сжигание одной тонны соломы приводит к потере всего количества органического углерода, 5,5 кг азота, 2,3 кг фосфора, 25 кг калия и 1,2 кг серы. В среднем пожнивные остатки различных культур содержат примерно 80% азота (N), 25% фосфора (P), 50% серы (S) и 20% калия (K). Если растительные остатки остаются в самой почве, они также могут обогатить почву C, N, P и K.

5. Вмешательство правительства

Строгие меры по уменьшению сжигания сельскохозяйственных культур и дальнейшему регулированию управления отходами сельскохозяйственных культур требуют участия соответствующих государственных органов.Правительство Индии предприняло несколько попыток познакомить сельскохозяйственное сообщество с передовой практикой управления сельскохозяйственными отходами и ознакомить с ними с помощью проектов, инициированных правительством. Защитниками окружающей среды и правительственными чиновниками также были сформулированы многочисленные форумы и предложения по ограничению сжигания растительных остатков и поощрению использования альтернативных устойчивых методов управления. Некоторые из действующих законов, касающихся сжигания растительных остатков: Раздел 144 Гражданского процессуального кодекса (ГПК), запрещающий сжигание риса; Закон о предотвращении загрязнения воздуха и борьбе с ним 1981 года; Закон об охране окружающей среды 1986 года; Закон о национальном трибунале 1995 года; и Закон 1997 года о Национальном апелляционном органе по окружающей среде.В частности, в штатах Раджастан, Уттар-Прадеш, Харьяна и Пенджаб Национальным судом по охране окружающей среды (NGT) были приняты строгие меры по ограничению сжигания растительных остатков [22,57].

5.1. Инициатива в отношении биогазовых установок

Биогазовые установки — прогрессивный шаг, предпринятый правительством Индии для сдерживания сжигания сельскохозяйственных культур и предотвращения загрязнения. Биогазовые технологии были в моде с 1970-х годов, и в рамках Национальной программы управления биогазом и навозом осуществляется несколько программ по выработке энергии из биогаза вне сети для обеспечения возобновляемой энергии для производства электроэнергии, приготовления пищи и освещения.Эти программы были реализованы Правительством в рамках миссии «Из отходов в энергию». Это также часть индийского плана действий по изменению климата [33,34,36,37].

Крупные промышленные биогазовые установки производят 5000 м3 биогаза ³ в сутки. Было создано около 400 внесетевых биогазовых электростанций с генерирующей мощностью 5,5 МВт [34,37,58]. В настоящее время в Индии действуют 56 биогазовых электростанций, большинство из них находятся в штатах Махараштра, Керала и Карнатака [59].Небольшие биогазовые установки семейного типа также были внедрены в сельских районах, которые могут производить от 1 до 10 м 3 ³ биогаза в день. Минприроды установило около пяти миллионов семейных биогазовых установок в рамках программы развития биогаза.

Последние разработки в области технологий открыли возможность использования рисовой соломы и других растительных остатков, кроме навоза и растительных отходов, для производства биогаза в рамках комплексного подхода. Урджа [60] сообщил о создании биогазовой установки в сочетании с коммерческими фермами и перерабатывающими предприятиями, которая была создана в Фазилке, Пенджаб, как новая инициатива в отношении зеленой энергии.Эта установка производит биогаз из рисовой соломы с помощью технологии биометанирования. Биогазовая установка, сертифицированная ведущими академическими институтами, такими как Индийский технологический институт, Дели и Пенджабский сельскохозяйственный университет, производит около 4000 м ³ биогаза из 10 тонн сельскохозяйственных остатков [60]. На другом биогазовом предприятии электростанция на рисовой соломе мощностью 12 МВт может потреблять 120 000 тонн стерни, собранной почти у 15 000 фермеров [61,62]. Эти частные предприятия создали около 700 000 рабочих мест для фермерского населения.Согласно Суду [62], вторичные пользователи, такие как биогазовые установки, предлагали фермерам рупии. 600 рупий 1600 (от 8 до 22 долларов) за тонну соломы. Благодаря некоторым из этих мер, реализованных государственными учреждениями и частным сектором, сжигание урожая было сокращено, но не полностью остановлено.

5.2. Национальные схемы и политика

Правительство Индии недавно поручило Национальной теплоэнергетической корпорации (NTPC) смешивать гранулы растительных остатков (почти 10%) с углем для выработки электроэнергии [63].Это помогло фермерам получить денежный доход в размере примерно рупий. 5500 (77 долларов США) за тонну пожнивных остатков. Эти прибыльные меры еще не реализованы, и фермеры могут выгодно ими воспользоваться.

Правительство Индии проводит несколько мероприятий, связанных с биокомпостированием. Раштрия Криши Викас Йогна (RKVY), Схема государственного плана дополнительной централизованной помощи, запущенная в августе 2007 года, является правительственной инициативой в рамках 11-го пятилетнего плана правительства Индии [64].В соответствии с этой схемой восемь демонстрационных и обучающих проектов были реализованы в различных деревнях округов Азамгарх и Маринатх Бханджам на востоке штата Уттар-Прадеш. Около 456 фермеров прошли обучение по вопросам биопереработки агроотходов и производства биокомпоста. Эти масштабные усилия помогли фермерам получить экономические преимущества [64].

В дополнение к вышесказанному, Министерство сельского хозяйства Индии недавно разработало Национальную политику управления остатками сельскохозяйственных культур (NPMCR) [7]. Ниже приведены основные цели NPMCR [7]:

• (1)

  Продвигать технологии для оптимального использования и обработки растительных остатков на месте, чтобы предотвратить потерю ценных питательных веществ в почве и разнообразить использование растительные остатки в промышленных применениях.

• (2)

  Разрабатывать и продвигать соответствующую сельскохозяйственную технику в сельскохозяйственной практике, такую ​​как модификация зерноуборочных машин (комбайны с двойными резаками для резки соломы). Предоставляйте скидки и льготы на покупку механизированной посевной техники, такой как сеялка happy, турбо сеялка, измельчитель и пакетировочные машины.

• (3)

  Используйте спутниковые технологии дистанционного зондирования для мониторинга обработки пожнивных остатков с Национальным агентством дистанционного зондирования (NRSA) и Центральным советом по контролю за загрязнением (CPCB).

• (4)

  Предоставлять финансовую поддержку с помощью междисциплинарного подхода и мобилизации средств в различных министерствах для инновационных идей и проектных предложений для достижения вышеуказанных целей.

В литературе пока нет существенной информации о каких-либо новых вмешательствах правительства для достижения целей 1, 2 или 4, указанных выше, однако новая политика действительно помогла в достижении цели 3 по мониторингу и обеспечению соблюдения мер, принимаемых Центральное правительство в сотрудничестве с правительствами штатов.Один из таких примеров — из Пенджаба. Пытаясь идентифицировать и определить точные места сжигания сельскохозяйственных культур, Совет по контролю за загрязнением Пенджаба (PPCB) и Управление по предотвращению и контролю окружающей среды (EPCA) (Национальное агентство) использовали методы дистанционного зондирования и воздушное наблюдение. Горящие области были обозначены на снимках как красные точки. Типичный случай показан на аэрофотоснимке, сделанном в ноябре 2015 года (), на котором показаны сельскохозяйственные угодья в Пенджабе и Харьяне после сбора урожая риса.Видны локализованные красные пятна, обозначающие области выгорания урожая [65]. Кроме того, в том же году проблема сжигания урожая стала доминирующей и привлекла внимание страны и международного сообщества после предупреждения НАСА и последующего тревожного повышения уровня загрязнения воздуха в городе Дели. Как следствие, такие штаты, как Раджастан, Пенджаб и Харьяна, наложили штрафы в размере от рупий. 2500 рупий 15 000 (от 35 до 210 долларов США) на фермеров, занимающихся сжиганием урожая [45]. Национальный экологический трибунал, государственное предприятие, созданное в соответствии с Законом о Национальном зеленом трибунале, издало строгие директивы для штатов по ограничению сжигания урожая с помощью инициатив по переработке и распространению надлежащей осведомленности среди людей.

Зоны выгорания урожая в Пенджабе и Харьяне, захваченные НАСА [65].

Благодаря бдительности правительственных органов в штатах Пенджаб и Харьяна объем сжигания стерни сельскохозяйственных культур снизился на 38% и 25% соответственно. Совет по контролю за загрязнением Пенджаба с помощью спутниковых изображений Центра дистанционного зондирования Пенджаба также смог определить места сжигания урожая и наложить штраф на фермеров [66,67]. Общее количество зарегистрированных текущих случаев в 2018 году составило 1816 по сравнению с 4710 в 2017 году с сокращением почти на 38% [66].Аналогичные действия были предприняты правительством Харьяны, в результате чего произошло сокращение на 25%. Некоторым фермерам в этих штатах были предоставлены льготы, вознаграждения и субсидии за применение мер контроля [67].

6. Практика устойчивого управления растительными остатками

Как обсуждалось в предыдущем разделе, большинство правительственных вмешательств до сих пор в основном были сосредоточены на производстве энергии из растительных остатков, особенно на производстве биогаза. В частности, в штатах Тамил Наду, Бихар, Ассам, Западная Бенгалия, Джамму и Кашмир пожнивные остатки используются в качестве корма для животных [22].Некоторые остатки перерабатываются для использования в строительстве, например, для использования золы рисовой шелухи в цементных смесях. Банановая кожура и отходы сахарного тростника используются в бумажной промышленности, тогда как шелуха и зола жома используются для выращивания грибов [4].

За последнее десятилетие ученые и земледельцы уже давно предлагают альтернативные меры по борьбе со сжиганием пожнивных остатков, но из-за недостаточной осведомленности и общественного сознания фермеров эти меры не были полностью реализованы.Это могло быть одной из причин, почему производство биогаза процветало, в то время как другие альтернативы, такие как использование растительных остатков в качестве сырья для кормов для животных, бумажная промышленность, строительная промышленность, не стали очень популярными. Если решение включает изготовление другого продукта из растительных остатков, такой продукт должен иметь надежный рынок, чтобы это решение было успешным. В некоторых случаях логистические проблемы при транспортировке материалов на большие расстояния также увеличивают стоимость. В этом контексте считается, что лучшими альтернативами могут быть те, которые позволяют производить конечные продукты для использования в самой сельскохозяйственной отрасли и, если возможно, на месте.В этом разделе представлена ​​информация о трех таких сельскохозяйственных приложениях, которые были упущены или пропущены по разным причинам. К ним относятся: компостирование, биоуголь и управление на месте с помощью механической интенсификации.

6.1. Компостирование

Компостирование — не новая концепция для Индии. Несмотря на то, что мелкомасштабное компостирование приусадебных участков и изготовление компоста из органических материалов в ТБО является обычным явлением, в литературе нет информации, подтверждающей, что это также относится к сельскохозяйственной промышленности в Индии.В недавней публикации Hettiarachchi et al. [68] обсудили общие проблемы, с которыми сталкиваются проекты компостирования органических отходов. Проблемы в основном не технические, а экономические, поскольку конечный продукт не всегда обеспечивает стабильный рынок. Это одна из проблем, о которой сельскохозяйственному сообществу не нужно беспокоиться, если они делают компост на месте из собственных растительных остатков, поскольку его можно легко вернуть на те же сельскохозяйственные угодья.

Высокое содержание органических веществ в растительных остатках делает его идеальным сырьем для компоста, подобного навозу и пищевым отходам.Компостирование — это естественный процесс гниения или разложения органических веществ микроорганизмами в контролируемых условиях [69]. Как богатый источник органических веществ, компост играет важную роль в поддержании плодородия почвы и тем самым способствует достижению устойчивой сельскохозяйственной продуктивности. Добавление компоста в почву улучшает физико-химические и биологические свойства почвы и может полностью заменить применение сельскохозяйственных химикатов, таких как удобрения и пестициды. Более высокий потенциал повышения урожайности и устойчивости к внешним факторам, таким как засуха, болезни и токсичность, — это положительные эффекты почвы, обработанной компостом [69,70,71].Эти методы также помогают в более высоком усвоении питательных веществ и активном круговороте питательных веществ из-за повышенной микробной активности в почве.

Компостирование опосредуется различными микроорганизмами, действующими в аэробной среде. Бактерии, грибы, ацитномицеты, водоросли и простейшие естественным образом присутствуют в органической биомассе или добавляются искусственно для облегчения разложения [72]. Это биологическая зрелость в аэробных условиях, когда органическое вещество животного или растительного происхождения разлагается на материалы с более короткими молекулярными цепями.В конечном итоге образуется более стабильный, гигиеничный, богатый гумусом компост, полезный для сельскохозяйственных культур и для повторного использования органических веществ почвы [73].

Во время компостирования органическое вещество подвергается воздействию в двух фазах (i) разложения и (ii) созревания. Первая фаза разложения начинается с разложения легко разлагаемых органических веществ, таких как сахара, аминокислоты и органические кислоты. Аэробные микроорганизмы потребляют кислород и выделяют углекислый газ и энергию. В первой термофильной фазе преобладают высокая температура, высокий pH и влажность, необходимые для активации микроорганизмов, и она продолжается от нескольких недель до месяцев [74].Во время этой фазы также гарантируется, что подложка должным образом охлаждается с достаточным количеством кислорода [75]. Вторая фаза длится несколько недель с распадом более сложных органических молекул с последующим уменьшением микробной популяции. Происходит переход от термофильной фазы к мезофильной при понижении температуры до 40–45 ° C [73,75,76,77]. Далее на заключительном этапе температура снижается до температуры окружающей среды, и система становится биологически менее активной. Наконец, получается почвенный материал от темно-коричневого до черного цвета.Этот похожий на почву материал также демонстрирует повышенное содержание гумуса и пониженное соотношение углерода и азота при нейтрализованном pH [69]. На аэробное компостирование влияют многие факторы, такие как количество кислорода, влажность, поступление питательных веществ, температура, pH и содержание лигнина. Обеспечение питательными веществами или соотношение C: N должно быть оптимальным в диапазоне от 20: 1 до 40: 1 для нормального роста микроорганизмов. Температура играет жизненно важную роль во время компостирования, более высокие температуры в термофильном диапазоне способствуют уничтожению патогенов и дезинфицируют органическое вещество [78].В конце концов биомасса превращается в материал, богатый питательными веществами, что может улучшить структурные характеристики почвы [79]. Аэробный процесс также включает в себя большое выделение энергии [80,81].

Пратап Сингх и Прабха [64] сообщили об экспериментальном и наблюдательном исследовании биокомпостирования, проведенном в Уттар-Прадеше, Индия. Пшеничная солома, рисовая солома, овощные культуры, листья садовых растений составляли общий вес биомассы для этого исследования. Конечный биокомпост содержал 45% твердых веществ, 26.7% органического вещества, 15,3% углерода и 1,36% общего азота, отражая богатый компост углерода и органических веществ. Они обнаружили значительное улучшение агрономических свойств культур риса и пшеницы, которые они экспериментировали. Питательные вещества, такие как азот (N) и фосфор (P), обеспечиваемые биокомпостом растениям, имеют большое значение для стратегии растениеводства [82]. Это также увеличивает микробную популяцию и местную микрофлору и фауну, необходимые для здоровья почвы [83,84]. В том же исследовании сообщается, что слой биокомпоста толщиной в один дюйм добавляет примерно 1 ед.0 т / га общего азота, 13,3 т / га углерода, 24 т / га органического углерода и 1,02 т / га органического азота в почве, помимо внесения питательных веществ, таких как P, K, Ca, Mg, S, Iron, Zn и др. [64].

6.2. Производство Biochar

В качестве меры по контролю выбросов парниковых газов сообщество сельскохозяйственных исследователей постоянно ищет способы эффективного повышения естественной скорости связывания углерода в почве. Это вызвало повышенный интерес к применению древесного угля, черного углерода и биоугля в качестве почвенной добавки для стабилизации содержания органических веществ в почве.Эти методы рассматриваются как жизнеспособный вариант уменьшения выбросов парниковых газов при значительном сокращении объема сельскохозяйственных отходов. Процесс связывания углерода по существу требует увеличения времени пребывания и устойчивости к химическому окислению биомассы до CO ₂ или восстановлению до метана, что приводит к снижению CO ₂ или выбросу метана в атмосферу [35]. Частично сгоревшие продукты представляют собой пирогенный углерод / технический углерод и становятся долгосрочным стоком углерода с очень медленным химическим преобразованием, идеально подходящим для улучшения почвы [85,86].

Biochar представляет собой мелкозернистый пористый продукт, богатый углеродом, полученный в результате термохимического превращения, называемого пиролизом, при низких температурах в бескислородной среде [87]. Это смесь углерода (C), водорода (H), кислорода (O), азота (N), серы (S) и золы в различных пропорциях [88]. При внесении в почву высокопористая природа биоугля помогает улучшить удержание воды и увеличить площадь поверхности почвы. В основном он взаимодействует с матрицей почвы, почвенными микробами и корнями растений [89], помогает удерживать питательные вещества и запускает широкий спектр биогеохимических процессов.Многие исследователи сообщают об увеличении pH, увеличении популяции дождевых червей и сокращении использования удобрений [90,91].

В частности, biochar используется в различных областях, таких как очистка воды, строительная промышленность, пищевая промышленность, косметическая промышленность, металлургия, очистка сточных вод и многие другие химические приложения. В настоящее время в Индии применение biochar ограничено и в основном встречается в деревнях и небольших городах. Учитывая его широкую применимость, было бы более полезно продвигать метод biochar в Индии.

6.3. Управление на месте с механической интенсификацией

Внесение растительных остатков на месте принято многими фермерами, поскольку это естественный процесс. Этот метод также приносит определенную пользу почве. Существует два основных способа внесения удобрений в поле, но оба метода предполагают оставление растительных остатков на сельскохозяйственных угодьях после сбора урожая. Чем они отличаются, зависит от того, что произойдет с обработкой почвы в следующем сезоне. В первом методе посев в следующем сезоне проводится без обработки почвы или с меньшей обработкой почвы, а в другом методе растительные остатки вносятся в почву механическими средствами во время обработки почвы [92].Хотя обработка растительных остатков на месте может обеспечить долгосрочную экономию затрат на оборудование и рабочую силу, для обоих методов требуется специальное (новое) оборудование, например, техника для заделки растительных остатков в почву или оборудование для беспахотной обработки почвы.

Удержание пожнивных остатков с помощью нулевой обработки почвы в основном практикуется в Северной Америке, и около 40% пахотных земель только в Соединенных Штатах обрабатываются с использованием нулевой обработки почвы [92]. Этот метод имеет много преимуществ для почвы, таких как охлаждающий эффект, повышенная влажность, источник углерода и защита от эрозии.Однако этот метод также имеет некоторые негативные последствия, например, заражение микробами, образование фитотоксинов и иммобилизацию питательных веществ. Это приводит к снижению урожайности, что может потребовать дополнительного использования сельскохозяйственных химикатов [92,93]. Для улучшения органического вещества почвы растительные остатки заделывают в почву вспашкой. Внесение азотных удобрений при вспашке на глубину 20–30 см может обогатить почву гумусом и предотвратить угнетение азота [92].

Национальная политика по управлению остатками сельскохозяйственных культур [7] конкретно упоминает управление на месте с помощью таких методов, как прямое заделывание в почву и мульчирование, как методы, которые следует продвигать в Индии не только для контроля сжигания остатков сельскохозяйственных культур, но и для предотвращения деградации окружающей среды. в пахотных землях.О каких-либо конкретных последующих действиях или мероприятиях, поддерживаемых государством с момента создания этой национальной политики, в литературе еще не сообщалось. Тем не менее, стоит отметить, что Национальная конференция по сельскому хозяйству для кампании Хариф, которая состоялась в 2017 году, вновь подчеркнула те же факты и перечислила методы механизации, чтобы избежать сжигания растительных остатков, среди рекомендаций, сделанных фокус-группами [94].

7. Обсуждение

В предыдущих разделах этой рукописи мы показали, что сжигание растительных остатков стало экологической катастрофой не только для Индии, но и для азиатского региона.Затем были кратко представлены меры политики и реализации, предпринятые правительством Индии. Также было кратко представлено использование растительных остатков для изготовления компоста / биоугля или внесения в почву, поскольку это три ключевых технических решения, которые еще не получили широкого рассмотрения политическим сектором Индии. Последовательность процесса понимания проблем сжигания урожая, поиска возможных решений и реализации решений кажется очень логичной. Тем не менее, смог, с которым ежегодно сталкиваются миллионы людей в стране (), ясно указывает на то, что проблема сжигания урожая не была в достаточной степени решена ни одним из предыдущих вмешательств.Следует задать вопрос: «Почему бы и нет?» Ответы на этот вопрос помогут определить лучшие альтернативы для реализации. Ключевые проблемы, связанные с политикой и / или функциональностью, выявленные на основе приведенного выше анализа, представлены в следующих подразделах.

7.1. Необходимость в рабочем механизме

Когда ТБО образуются в домашних хозяйствах, с ними обращаются должным образом. Это соответствует популярному термину «загрязнитель платит», используемому в законе об окружающей среде, который просто объясняет, кто должен нести ответственность за загрязнение [95].К счастью, общественная жизнь уже сформировала механизм обращения с ТБО. ТБО, производимые домашними хозяйствами в сообществе, собираются, обрабатываются и утилизируются (или, по крайней мере, предполагается) муниципалитетом. Это означает, что существует известный процесс обращения с ТБО, независимо от того, насколько он эффективен или устойчив. Ответственность за поддержание чистоты и безопасности в сообществе лежит на муниципалитете, а жители платят налоги и / или другие сборы в качестве своего вклада. Также стоит отметить, что до вмешательства местных и муниципальных властей ТБО сжигались также в городских и пригородных общинах.

Когда фермеры производят растительные остатки, кто должен взять на себя ответственность за управление ими? Согласно принципу «загрязнитель платит», это должен быть фермер. Это часто хорошо работает с крупными сельскохозяйственными предприятиями, особенно в развитых странах, где строго соблюдаются экологические законы. Однако, когда дело доходит до мелких фермерских хозяйств в развивающихся странах, отдельные фермеры не имеют ни возможностей, ни средств для обработки своих собственных отходов. Рассматривая пример с ТБО, здесь не хватает механизма организованных усилий, таких как муниципалитет, по управлению пожнивными остатками.Однако вмешательство правительства могло бы оказать фермерам необходимую поддержку в создании организованной сети. Например, местное правительство / муниципалитет может создать службу для обработки пожнивных остатков за разумную плату, взимаемую с фермера. Пока фермеры не привыкнут к этой концепции, стоит даже подумать о предоставлении такой услуги по субсидированной государством цене.

В зависимости от потребностей сообщества или региона государственные органы могут предложить различные варианты, такие как сбор и транспортировка растительных остатков с полей туда, где они необходимы / используются в качестве сырья, например компостирования, биогаза, завод по производству биоугля.В качестве альтернативы, то же самое предприятие может создать службу по аренде техники для тех, кому необходимо оборудование для внесения растительных остатков в почву до следующего сезона. Местное правительство не обязательно должно брать на себя ответственность. Вместо этого его можно передать общественной организации, такой как ассоциация фермеров, на основе образовательных и организационных навыков фермерского сообщества. Этот метод используется в течение многих лет в некоторых странах с дефицитом воды, где распределение воды необходимо контролировать и контролировать.Некоторые примеры участия сообществ в управлении переработанными сточными водами в качестве воды для орошения описаны в Hettiarachchi и Ardakanian [96].

7.2. Расширение прав и возможностей заинтересованных сторон

Как обсуждалось ранее, правительство Индии инициировало несколько пилотных проектов для повышения осведомленности о сжигании растительных остатков и содействия их устойчивому использованию в качестве ресурса. Хотя эти усилия заслуживают похвалы, следует также задаться вопросом, почему эти усилия еще не принесли каких-либо значительных результатов.Одна из причин может быть связана с разницей между объемом работы, выполняемой правительством, и тем, насколько ее ощущали или понимали фермерские сообщества. Обучение и расширение прав и возможностей заинтересованных сторон в сельском хозяйстве являются критически важными шагами для оказания значительного воздействия. Хотя имеется информация о реализации пилотных проектов, в литературе не приводится подробностей о том, как эти проекты были доведены до сведения заинтересованных сторон. На данный момент мышление фермеров сформировано на основе того, что они видели на протяжении поколений: они несут ответственность только за производство урожая, но остатки урожая не являются их обязанностью, и можно избавиться от них с наименьшими затратами. .Это мышление необходимо изменить, и фермеры должны чувствовать ответственность за производимые ими остатки, что возможно только с помощью надлежащих кампаний по повышению осведомленности. Тем не менее, повышение технических знаний не имеет большого значения, пока оно не будет упаковано с практическим решением, чтобы ответить на их вопросы о том, как обращаться с растительными остатками, не тратя целое состояние, или, что еще лучше, как заработать на этом деньги, используя их в качестве ресурс. Например, технические знания о том, как вносить остатки в почву и сколько питательных веществ они могут получить за счет этого, не окажут значительного влияния, когда они узнают, что оборудование, которое они должны арендовать для таких операций, стоит тысячи рупий (14 долларов США). .Фермеры также должны быть осведомлены о преимуществах снижения стоимости агрохимикатов за счет использования растительных остатков на сельскохозяйственных землях. Поэтому кампании по повышению осведомленности всегда должны проводиться параллельно с внедрением практического решения, которое расширяет их не только технически, но и экономически.

7.3. Избегайте отраслевого мышления: сосредоточьтесь на мышлении взаимосвязи

Это правда, что виноват в сельскохозяйственном секторе. Однако является ли проблема исключительно сельскохозяйственной проблемой? Исходя из того, что обсуждалось в предыдущих параграфах, сжигание растительных остатков — это проблема, выходящая далеко за рамки сельского хозяйства.Некоторые проблемы, такие как воздействие на окружающую среду, хорошо заметны благодаря смогу. Но для фермеров, которые не могут позволить себе тратить больше денег на надлежащее обращение с пожнивными остатками, это всегда была экономическая проблема, которая относительно незаметна. Когда цена на аренду оборудования составляет тысячи рупий (14 долларов США) по сравнению с ценой коробки спичек всего в несколько рупий (0,01 доллара США), с экономической точки зрения фермера это легко принять, даже если они осведомлены об экологическом ущербе, который это может нанести.

Однако на самом деле в общей картине происходит то, что фермеры сжигают ресурсную биомассу из-за сочетания экономических и социальных проблем, таких как недостаток образования или осведомленности. Несмотря на то, что сжигание растительных остатков затрагивает многие сектора, такие как окружающая среда, сельское хозяйство, экономика, социальные аспекты, образование и энергетика, усилия правительства в основном сосредоточены только на сельском хозяйстве и энергетике. Такое отраслевое мышление не очень помогает, о чем свидетельствует медленный прогресс с предыдущими правительственными вмешательствами.Отходы, которые могут быть полезными для сельского хозяйства (почва / продукты питания) и энергетики, тратятся впустую просто из-за отраслевого мышления.

Именно здесь правительство Индии может извлечь выгоду из развивающейся концепции взаимосвязанного мышления при управлении экологическими ресурсами. Мышление взаимосвязи способствует интеграции более высокого уровня, выходящей за рамки дисциплинарных границ [97]. Отличный пример — переработка сточных вод. Сточные воды, образующиеся в секторе отходов, используются во многих странах, испытывающих водный дефицит, для целей орошения после очистки (а в некоторых случаях без очистки).Таким образом, отходы помогают решить проблемы водоснабжения, с которыми сталкивается водный сектор, и проблемы спроса на воду в сельскохозяйственном секторе. Кроме того, при разумном использовании питательные вещества, перерабатываемые сточными водами, также полезны для сельскохозяйственных культур [96]. Компост, биоуголь или биогаз могут быть лучшими примерами, объясняющими, как мышление взаимосвязи может быть эффективно использовано в борьбе со сжиганием пожнивных остатков.

8. Резюме и выводы

Механизация методов ведения сельского хозяйства, увеличение доли пахотных земель для ведения сельского хозяйства с новыми системами орошения и использование агрохимикатов способствовали экспоненциальному росту сельскохозяйственного производства, а также сельскохозяйственных отходов во многих странах.Устойчивое управление сельскохозяйственными отходами стало серьезной проблемой, особенно для развивающихся стран, таких как Индия, с растущим населением, производительностью и экономическим ростом. Пожнивные остатки представляют собой одну из отраслей сельскохозяйственных отходов, которые создают особые проблемы из-за их огромного объема и отсутствия возможностей для их удаления. Принимая во внимание тот факт, что рис и пшеница, которые обычно производят большую часть растительных остатков, являются основными продуктами питания Индии, широкомасштабное выращивание этих культур для кормления постоянно растущего населения, очевидно, привело к образованию большого количества растительных остатков. , с чем страна не может справиться.

В Индии ежегодно образуется в среднем 500 Мт пожнивных остатков. Хотя большая часть его используется на корм, сырье для производства энергии и т. Д., По-прежнему существует огромный излишек в 140 млн тонн, из которых 92 млн тонн сжигается каждый год, в основном в северных штатах, таких как Пенджаб, Харьяна и Уттар. Прадеш. Особенно мелкие фермеры прибегают к сжиганию отходов сельскохозяйственных культур, поскольку это недорогая альтернатива из-за отсутствия технических знаний и возможностей надлежащей утилизации.Крупномасштабное сжигание сельскохозяйственных культур увеличивает CO ₂ , CO, N ₂ O и NO _x в атмосфере и привело к шокирующему увеличению загрязнения воздуха. Произошло тревожное ухудшение качества воздуха на севере Индии почти вдвое выше допустимого индийского стандарта и в десять раз выше стандарта ВОЗ.

Правительство Индии предприняло множество попыток сократить количество сжигаемых растительных остатков с помощью различных кампаний. Возможно, такие прошлые попытки были связаны с пропагандой и поощрением использования растительных остатков в энергетическом секторе в качестве сырья.Индийский институт сельскохозяйственных исследований (IARI) и Министерство новых и возобновляемых источников энергии Индии (MNRE) постоянно продвигают исследования и инновационные меры по обращению с отходами сельскохозяйственных культур без сжигания. Национальная политика по управлению пожнивными остатками (NPMCR), недавно сформулированная центральным правительством, излагает политику и правила, которые должны быть приняты местными агентствами для сдерживания сжигания сельскохозяйственных культур, и инициативы, направленные на устойчивые методы управления. В результате Национальное агентство дистанционного зондирования (NRSA) и Центральный совет по контролю за загрязнением (CPCB) теперь контролируют сжигание сельскохозяйственных культур с помощью воздушного наблюдения и наказывают фермеров, которые сжигают урожай.Однако в опубликованной литературе мало доказательств, подтверждающих эффективный контроль над ситуацией, скорее всего, из-за отсутствия образования, программ повышения осведомленности и участия заинтересованных сторон в реализации политики и инициатив. Продолжающееся загрязнение воздуха, особенно в ноябре и декабре, свидетельствует о том, что вышеуказанная политика не полностью предотвратила сжигание урожая.

Настоящие причины сжигания растительных остатков имеют скорее социально-экономические корни, чем корни в сельском хозяйстве или управлении отходами.Любые решения, связанные с перевозками на большие расстояния, дорогостоящими технологиями или высокими капиталовложениями, вряд ли будут успешными. В этом контексте устойчивые решения, включающие методы подачи питательных веществ из растительных остатков обратно на те же посевные площади, больше обещают быть успешными. Относительно недооцененные продукты на биологической основе, такие как биогаз, биоуголь, и управление на месте с механической интенсификацией, признаны жизнеспособным вариантом для утилизации отходов сельскохозяйственных культур. Следует практиковать крупномасштабное использование метана из отходов через биогазовые установки.Государственные агентства и частные предприятия могли бы разработать сеть природного газа для использования этого биогаза. Можно сформулировать инструкции по компостированию в сельской местности и применить их ко всем фермерам через ассоциации фермеров. Механизация уборки урожая может значительно сократить пожнивные остатки, а необходимое оборудование может быть арендовано или передано фермерам в качестве субсидии местными органами.

Есть три ключевых вопроса, связанных с политикой и / или функциональностью, связанных с обработкой пожнивных остатков, которые необходимо учитывать при любых будущих вмешательствах.Это: (1) необходимость думать о самодействующем механизме, а не об изолированном; (2) расширение прав и возможностей заинтересованных сторон; и (3) Избегать секторального мышления и, если возможно, склоняться к мышлению взаимосвязи. Отдельные мелкие фермеры не имеют возможности найти долгосрочное решение. Местное правительство, муниципалитет или ассоциация фермеров должны заполнить этот пробел и запустить общественные программы для оказания помощи, такие как аренда оборудования, транспортировка отходов и возможное направление отходов туда, где они могут быть необходимы в качестве сырья.Просвещение фермерского сообщества и других заинтересованных сторон имеет решающее значение для того, чтобы избавить их от привычного мышления поколений о том, что управление отходами не является их обязанностью. Еще важнее предоставить им техническую, а также социально-экономическую помощь. Их следует проинформировать о преимуществах снижения затрат на агрохимикаты за счет использования компоста и о дополнительных доходах, которые они могут получить за счет других программ рекуперации, таких как производство энергии.Последней, но, возможно, самой важной частью головоломки является отраслевое мышление о сокращении проблем сжигания растительных остатков только для сельскохозяйственного сектора и энергетики, хотя оно затрагивает многие другие сектора, такие как окружающая среда, экономика, социальные аспекты, и образование. Это отраслевое мышление можно преодолеть, приняв мышление взаимосвязи, которое способствует интеграции более высокого уровня, выходящей за рамки дисциплинарных границ.

Благодарности

Эта рукопись была представлена ​​в рамках продолжающегося сотрудничества между Институтом Нью-Джерси, Университетом Организации Объединенных Наций и Институтом науки и технологий SRM.

Вклад авторов

Концептуализация, J.N.M .; Методология, H.H .; Расследование, С.Б .; Программное обеспечение, проверка, ресурсы, обработка данных и визуализация, не применимо; Анализ, J.N.M., S.B. и H.H .; Письмо, С. и H.H .; Обзор и редактирование, J.N.M., S.B. и H.H.

Финансирование

Это исследование не получало внешнего финансирования.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Список литературы

0008x. [CrossRef] [Google Scholar] 78. Сонессон У., Бьорклунд А., Карлссон М., Далемо М. Экологический и экономический анализ систем управления биоразлагаемыми отходами. Ресурс. Консерв. Recycl. 2000; 28: 29. DOI: 10.1016 / S0921-3449 (99) 00029-4. [CrossRef] [Google Scholar] 79. Соммер С.Г., Даль П. Баланс питательных веществ и углерода при компостировании глубокой подстилки. J. Agric. Англ. Res. 1999; 74: 145. DOI: 10.1006 / jaer.1999.0446. [CrossRef] [Google Scholar] 80.Дюмонтет С., Динель Х., Балода С.Б. Уменьшение количества патогенов в иле сточных вод путем компостирования и других биологических обработок: обзор. Биол. Agric. Hortic. 1999; 16: 409. DOI: 10.1080 / 01448765.1999.9755243. [CrossRef] [Google Scholar] 81. Шайк К., Ван Мюррей Х., Лэмб Дж., Ди-Джакомо Дж. Компостирование снижает затраты на топливо и рабочую силу на семейных фермах. Биоцикл. 2000; 41: 72. [Google Scholar] 82. Брэди Н.С., Вейл Р.Р. Природа и свойства почв. 14-е изд. Прентис Холл; Река Аппер Сэдл, Нью-Джерси, США: 1996. [Google Scholar] 83.Нильсен Х. Б., Ангелидаки И. Совместное переваривание навоза и промышленных органических отходов на централизованных биогазовых установках: несбалансированность и ограничения процессов. Water Sci. Technol. 2008. 58: 1521–1528. DOI: 10.2166 / WST.2008.507. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 84. Уолл Д.Х., Нильсен Ю.Н., Сикс Дж. Биоразнообразие почв и здоровье человека. Природа. 2015; 528: 69–76. DOI: 10,1038 / природа15744. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 85. Изаурральде Р.С., Розенберг Н.Дж., Лал Р. Смягчение последствий изменения климата путем связывания углерода в почве: проблемы науки, мониторинга и деградированных земель.Adv. Агрон. 2001; 70: 1–75. [Google Scholar] 86. МакГенри М.П. Производство биоугля в сельском хозяйстве, производство возобновляемой энергии и секвестрация углерода на фермах в Западной Австралии, уверенность, неопределенность и риск. Agric. Экосист. Environ. 2009; 129: 1–7. DOI: 10.1016 / j.agee.2008.08.006. [CrossRef] [Google Scholar] 87. Амонетт Дж., Джозеф С. Характеристики biochar: Микрохимические свойства. В: Леманн Дж., Джозеф С., редакторы. Biochar для управления окружающей средой: наука и технологии. Сканирование Земли; Лондон, Великобритания: 2009.С. 33–52. [Google Scholar] 89. Леманн Дж., Джозеф С. Системы Biochar. В: Леманн Дж., Джозеф С., редакторы. Biochar для управления окружающей средой: наука и технологии. Earthscan; Лондон, Великобритания: 2009. С. 147–168. [Google Scholar] 90. Трайон Э. Влияние древесного угля на некоторые физические, химические и биологические свойства лесных почв. Ecol. Monogr. 1948; 18: 81–115. DOI: 10.2307 / 1948629. [CrossRef] [Google Scholar] 91. Гонт Дж., Коуи А. Учет парниковых газов Biochar и торговля выбросами. В: Lehmann J., Джозеф С., редакторы. Biochar для управления окружающей средой: наука и технологии. Earthscan; Лондон, Великобритания: 2009. С. 317–340. [Google Scholar] 93. Сингх Й., Сидху Х.С. Управление остатками зерновых культур для устойчивой системы производства риса и пшеницы на индо-гангетических равнинах Индии. Proc. Indian Natl. Sci. Акад. 2014; 80: 95–114. DOI: 10.16943 / ptinsa / 2014 / v80i1 / 55089. [CrossRef] [Google Scholar] 96. Хеттиараччи Х., Ардаканян Р. Примеры передовой практики повторного использования сточных вод. УООН-ФЛОРЕС; Дрезден, Германия: 2016.[Google Scholar] 97. Хеттиараччи Х., Ардаканян Р. Подход к управлению экологическими ресурсами и взаимосвязи: управление водой, почвой и отходами в контексте глобальных изменений. Springer Nature; Базель, Швейцария: 2016 г. [Google Scholar]

Как накормить 10 миллиардов человек к 2050 году, в 21 графике

Существует большой разрыв между количеством продуктов питания, которое мы производим сегодня, и количеством, необходимым для того, чтобы накормить всех в 2050 году. К 2050 году на Земле будет почти 10 миллиардов человек — примерно на 3 миллиарда ртов, которых нужно накормить, больше, чем было в 2010 году.По мере роста доходов люди будут все больше потреблять более ресурсоемкие продукты животного происхождения. В то же время нам необходимо срочно сократить выбросы парниковых газов (ПГ) от сельскохозяйственного производства и остановить преобразование оставшихся лесов в сельскохозяйственные угодья.

Таким образом, чтобы накормить 10 миллиардов человек на устойчивой основе к 2050 году, необходимо заполнить три пробела:

• 56-процентный разрыв в продуктах питания между урожаем калорий, произведенных в 2010 году, и калориями, необходимыми в 2050 году, в условиях роста «как обычно»;
• Разрыв в 593 миллиона гектаров земли (площадь почти вдвое больше Индии) между глобальной площадью сельскохозяйственных земель в 2010 году и ожидаемым расширением сельскохозяйственного производства к 2050 году; и
• Разрыв в 11 гигатонн в области снижения выбросов парниковых газов между ожидаемыми сельскохозяйственными выбросами в 2050 году и целевым уровнем, необходимым для удержания глобального потепления ниже 2 ^o C (3.6 ° F), уровень, необходимый для предотвращения наихудших климатических воздействий.

Меню из пяти блюд для устойчивого продовольственного будущего

Не существует серебряной пули, чтобы закрыть пробелы в сокращении выбросов ПГ, продовольствия и земли. Исследование WRI о том, как создать устойчивое продовольственное будущее, выявило 22 решения, которые необходимо одновременно применять для устранения этих пробелов. Относительная важность каждого решения варьируется от страны к стране. Решения сгруппированы в меню из пяти блюд: (1) снизить рост спроса на продукты питания и другие сельскохозяйственные продукты; (2) увеличить производство продуктов питания без расширения сельскохозяйственных угодий; (3) защита и восстановление природных экосистем; (4) увеличить запасы рыбы; и (5) сократить выбросы парниковых газов от сельскохозяйственного производства.

Первое блюдо: снижение роста спроса на продукты питания и другие сельскохозяйственные продукты

1. Уменьшите потери и отходы пищевых продуктов.

Примерно четверть продуктов питания, производимых для потребления человеком, остается несъеденной. Потери и отходы происходят по всей пищевой цепочке, от поля до вилки. Сокращение продовольственных потерь и отходов на 25 процентов к 2050 году сократит дефицит продовольствия на 12 процентов, дефицит земли на 27 процентов и разрыв в смягчении последствий выбросов парниковых газов на 15 процентов. Действия, которые необходимо предпринять, включают измерение пищевых отходов, установление целей по сокращению, улучшение хранения пищевых продуктов в развивающихся странах и оптимизацию этикеток с истекшим сроком годности.

2. Переходите на более здоровую и рациональную диету.

Прогнозируется, что потребление мяса жвачных животных (говядина, баранина и коза) вырастет на 88 процентов в период с 2010 по 2050 год. Говядина, мясо жвачных, потребляемое чаще всего, требует значительных ресурсов для производства, требует в 20 раз больше земли и выделяет в 20 раз больше парниковых газов. на грамм пищевого белка, чем обычные растительные белки, такие как фасоль, горох и чечевица. Ограничение потребления мяса жвачных до 52 калорий на человека в день к 2050 году — около 1.5 гамбургеров в неделю — сократят вдвое разрыв в снижении выбросов парниковых газов и почти сократят дефицит земли. В Северной Америке это потребует сокращения нынешнего потребления говядины и баранины почти наполовину. Действия, которые необходимо предпринять, включают улучшение маркетинга продуктов растительного происхождения, улучшение заменителей мяса и реализацию политики, благоприятствующей потреблению продуктов растительного происхождения.

3. Избегайте конкуренции со стороны биоэнергетики за продовольственные культуры и землю.

Если биоэнергетика конкурирует с производством продуктов питания за счет использования продовольственных или энергетических культур или выделенных земель, это увеличивает пробелы в сокращении выбросов продуктов питания, земли и выбросов парниковых газов.Биомасса также является неэффективным источником энергии: использование всей биомассы, собранной на Земле в 2000 году, включая урожай, пожнивные остатки, траву, поедаемую скотом, и древесину, обеспечит лишь около 20 процентов мировых потребностей в энергии к 2050 году. Поэтапный отказ от существующего биотоплива. производство на сельскохозяйственных землях сократит дефицит продовольствия с 56 до 49 процентов. Действия, которые необходимо предпринять, включают отмену субсидий на биотопливо и отказ от рассмотрения биоэнергетики как «углеродно-нейтральной» в политике возобновляемых источников энергии и программах торговли парниковыми газами.

4. Достичь уровня рождаемости на уровне воспроизводства.

Продовольственный дефицит в основном обусловлен ростом населения, половина которого ожидается в Африке, а одна треть — в Азии. Большая часть мира близка к достижению рождаемости на уровне воспроизводства к 2050 году (2,1 ребенка на женщину). Страны Африки к югу от Сахары являются исключением, с текущим коэффициентом рождаемости выше 5 детей на женщину и прогнозируемым коэффициентом 3,2 в 2050 году. Если страны Африки к югу от Сахары достигнут уровня рождаемости на уровне воспроизводства вместе со всеми другими регионами к 2050 году, они закроют дефицит земли на четверть и разрыв в снижении выбросов парниковых газов на 17 процентов при сокращении голода.Действия, которые необходимо предпринять, включают достижение трех форм социального прогресса, которые привели к тому, что все остальные добровольно снизили уровень фертильности: расширение возможностей для получения образования для девочек, расширение доступа к услугам в области репродуктивного здоровья и сокращение младенческой и детской смертности, чтобы родители не нуждались в достаточной мере. много детей, чтобы обеспечить выживание их желаемого числа.

Курс 2: Увеличение производства продуктов питания без расширения сельскохозяйственных угодий

5. Повышение продуктивности животноводства и пастбищ.

Производство животноводческой продукции на гектар значительно варьируется от страны к стране и является самым низким в тропиках. Учитывая, что к 2050 году прогнозируется рост спроса на продукты животного происхождения на 70 процентов и что на пастбища приходится две трети использования сельскохозяйственных земель, повышение продуктивности пастбищ является важным решением. Более быстрое увеличение производства мяса и молока на гектар пастбищ в период с 2010 по 2050 год на 25 процентов могло бы сократить нехватку земли на 20 процентов и разрыв в снижении выбросов парниковых газов на 11 процентов.Действия, которые могут предпринять фермеры, включают улучшение удобрения пастбищ, качества кормов и ветеринарной помощи; выращивание улучшенных пород животных; и использование ротационного выпаса. Правительства могут устанавливать целевые показатели производительности и оказывать фермерам финансовую и техническую помощь.

6. Улучшение селекции сельскохозяйственных культур.

Для удовлетворения спроса необходим рост урожайности в будущем. Традиционная селекция, отбор наиболее эффективных культур на основе генетических признаков, составила около половины исторического прироста урожайности.Новые достижения в молекулярной биологии открывают большие перспективы для дополнительного увеличения урожайности за счет удешевления и ускорения картирования генетических кодов растений, тестирования желаемых характеристик ДНК, очистки штаммов сельскохозяйственных культур и включения и выключения генов. Действия, которые необходимо предпринять, включают значительное увеличение государственных и частных бюджетов растениеводства, особенно таких «сиротских культур», как просо и ямс, которые имеют региональное значение, но не продаются в глобальном масштабе.

7. Улучшение управления почвенными и водными ресурсами.

Деградированные почвы, особенно в засушливых районах Африки, могут затронуть одну четверть пахотных земель в мире. Фермеры могут повысить урожайность на деградированных почвах, особенно на засушливых землях и в районах с низким содержанием углерода, за счет совершенствования методов управления почвенными и водными ресурсами. Например, агролесоводство или посадка деревьев на фермах и пастбищах может помочь восстановить деградированные земли и повысить урожайность. Опытные участки в Замбии, на которых было интегрировано деревьев Faidherbia albida деревьев дали на 88–190 процентов больше кукурузы, чем участки без деревьев.Ускорение роста урожайности на 20 процентов в период с 2010 по 2050 год — в результате улучшений в селекции сельскохозяйственных культур и управлении почвой и водными ресурсами — могло бы сократить нехватку земли на 16 процентов и пробел в смягчении воздействия парниковых газов на 7 процентов. Меры, которые необходимо предпринять, включают усиление поддержки учреждений по оказанию помощи в сборе дождевой воды, агролесоводстве и просвещении между фермерами; и реформирование законов о владении деревьями, которые мешают фермерам внедрять агролесоводство. Агентства также могут экспериментировать с программами, которые помогают фермерам восстановить здоровье почвы.

8. Чаще сажайте существующие пахотные земли.

Более частая посадка и уборка существующих пахотных земель, либо за счет сокращения залежей под паром, либо за счет увеличения «двойного сбора урожая» (посев двух культур на поле в один и тот же год), может увеличить производство продуктов питания, не требуя новых земель. Повышение ежегодной интенсивности возделывания сельскохозяйственных культур на 5 процентов по сравнению с 87 процентами базового уровня 2050 года сократит дефицит земель на 14 процентов и разрыв в смягчении воздействия парниковых газов на 6 процентов.Исследователи должны провести более детальный пространственный анализ, чтобы определить, где увеличение интенсивности возделывания сельскохозяйственных культур наиболее целесообразно, с учетом воды, выбросов и других экологических ограничений.

9. Адаптируйтесь к изменению климата.

В докладе Межправительственной группы экспертов по изменению климата за 2014 год прогнозируется, что без адаптации урожайность сельскохозяйственных культур в мире, вероятно, снизится как минимум на 5 процентов к 2050 году, а к 2100 году произойдет более резкое снижение. более чем на 20 процентов короче к 2100 году.Снижение урожайности на 10 процентов увеличит дефицит земли на 45 процентов. Адаптация потребует внедрения других пунктов меню, а также селекции культур, чтобы справиться с более высокими температурами, создания систем водосбережения и изменения производственных систем, где серьезные изменения климата сделают невозможным выращивание определенных культур.

Курс 3: Защита и восстановление природных экосистем и ограничение перемещения сельскохозяйственных земель

10. Свяжите повышение продуктивности с защитой природных экосистем.

Хотя повышение продуктивности сельского хозяйства может спасти леса и саванны во всем мире, в некоторых случаях оно может фактически привести к большей расчистке земель на местах. Чтобы избежать этих результатов, повышение производительности должно быть напрямую связано с усилиями по защите природных экосистем от преобразования в сельское хозяйство. Правительства, финансисты и другие лица могут связать кредиты под низкие проценты с защитой лесов, как это сделала Бразилия, и гарантировать, что инвестиции в инфраструктуру не будут осуществляться за счет экосистем.

Вырубка лесов в Южной Америке в значительной степени обусловлена ​​сельскохозяйственными товарами.

11. Ограничьте неизбежное расширение пахотных земель землями с низкими альтернативными экологическими издержками.

Когда расширение пахотных земель неизбежно — например, для местного производства продуктов питания в Африке или для производства масличной пальмы в Юго-Восточной Азии — правительства и инвесторы должны поддерживать расширение на земли с низкими экологическими издержками. Сюда входят земли с ограниченным биоразнообразием или потенциалом хранения углерода, но с высоким потенциалом производства продуктов питания. Например, анализ, который применяет экологические, экономические и правовые фильтры в Индонезии, может дать более точную оценку земель, подходящих для выращивания масличных пальм.Правительствам нужны инструменты и модели для оценки урожайности и воздействия на биоразнообразие и изменение климата, и они должны использовать эти инструменты для выработки правил землепользования, планирования дорог и управления государственными землями.

12. Лесовосстановление сельскохозяйственных земель с небольшим потенциалом интенсификации.

В некоторых случаях наиболее эффективным использованием земли может быть восстановление заброшенных или непродуктивных сельскохозяйственных земель обратно в леса или другие естественные места обитания. Это может помочь компенсировать неизбежное расширение сельского хозяйства в другие районы.Это должно быть ограничено низкопродуктивными сельскохозяйственными угодьями с ограниченным потенциалом улучшения, такими как крутые пастбища в Атлантическом лесу Бразилии.

До и после восстановления атлантического леса в Бразилии

13. Сохранение и восстановление торфяников.

Для использования торфяников в сельском хозяйстве требуется осушение, при котором в атмосферу выделяется большое количество углерода. На 26 миллионов гектаров осушенных торфяников в мире приходится 2 процента годовых выбросов парниковых газов.Их восстановление в водно-болотных угодьях должно стать приоритетной задачей и сократит разрыв в снижении выбросов парниковых газов до 7 процентов. Действия, которые необходимо предпринять, включают выделение средств на восстановление торфяников, улучшение картографирования торфяников и принятие законов, предотвращающих осушение торфяников.

Курс 4: Увеличение запасов рыбы

14. Улучшить управление промыслом в дикой природе.

Одна треть морских запасов подверглась перелову в 2015 году, а еще 60 процентов выловили на максимально устойчивых уровнях.Уловы должны быть сокращены сегодня, чтобы позволить дикому рыболовству восстановиться в достаточной мере для поддержания уровня вылова рыбы 2010 года в 2050 году. Это позволило бы избежать необходимости переоборудовать 5 миллионов гектаров земли для обеспечения эквивалентного количества рыбы из аквакультуры. Действия, которые необходимо предпринять, включают внедрение системы распределения уловов и систем управления на уровне сообществ, а также устранение порочных субсидий, поддерживающих чрезмерный вылов рыбы, который оценивается в 35 миллиардов долларов в год.

15. Повышение продуктивности и экологических показателей аквакультуры.

Поскольку уловы дикой рыбы сокращаются, производство аквакультуры должно увеличиться более чем вдвое, чтобы удовлетворить прогнозируемое 58-процентное увеличение потребления рыбы в период с 2010 по 2050 год. Это удвоение требует повышения продуктивности аквакультуры и решения текущих экологических проблем рыбоводных хозяйств, включая преобразование водно-болотных угодий, использование выловленной в дикой природе рыбы в кормах, высокой потребности в пресной воде и загрязнении воды. Действия, которые необходимо предпринять, включают выборочное разведение для улучшения темпов роста рыбы, улучшение кормов и борьбы с болезнями, внедрение рециркуляции воды и других мер борьбы с загрязнением, улучшение пространственного планирования для управления новыми фермами и расширение морских рыбных хозяйств.

Курс 5: Сокращение выбросов парниковых газов от сельскохозяйственного производства

Выбросы ПГ от сельскохозяйственного производства возникают в результате животноводства, внесения азотных удобрений, выращивания риса и использования энергии. По прогнозам, к 2050 году они вырастут с 7 до 9 гигатонн в год или более (в дополнение к 6 гигатоннам в год или более в результате изменений в землепользовании, которые не показаны в таблице ниже). В этом курсе рассматривается каждый из этих основных источников выбросов.

16. Уменьшите кишечную ферментацию с помощью новых технологий.

На долю жвачных животных приходилось около половины всех выбросов сельскохозяйственного производства в 2010 году. Из этих выбросов крупнейшим источником является «кишечный метан» или коровья отрыжка. Повышение продуктивности жвачных животных также снижает выбросы метана, в основном потому, что на килограмм корма производится больше молока и мяса. Кроме того, новые технологии могут снизить кишечную ферментацию. Например, 3-нитрооксипропан (3-NOP), химическая добавка, которая ингибирует микробный метан, была протестирована в Новой Зеландии и сократила выбросы метана на 30 процентов и может увеличить темпы роста животных.Правительствам следует расширять общественные исследования таких соединений, как 3-NOP, и требовать или стимулировать внедрение наиболее многообещающих.

17. Сокращение выбросов за счет улучшенного обращения с навозом.

Выбросы от «управляемого» навоза, происходящие от животных, выращиваемых в закрытых помещениях, составили около 9 процентов выбросов сельскохозяйственного производства в 2010 году. Улучшение управления навозом за счет лучшего отделения жидкости от твердых частиц, улавливания метана и других стратегий может значительно сократить выбросы.Например, использование очень сложных систем для сокращения практически всех форм загрязнения от свиноводческих ферм США приведет к увеличению цены на свинину только на 2 процента при одновременном сокращении выбросов парниковых газов и создании многих преимуществ для здоровья, воды и загрязнения окружающей среды. Меры, которые могут принять правительства, включают регулирование хозяйств, предоставление конкурентного финансирования для развития технологий и создание программ мониторинга для обнаружения и устранения утечек из метантенков.

18. Сократить выбросы от навоза, оставленного на пастбищах.

Фекалии и моча домашнего скота, откладываемые на полях, превращаются в закись азота, мощный парниковый газ. На этот неуправляемый навоз приходилось 12 процентов выбросов сельскохозяйственного производства в 2010 году. Новые подходы включают применение химикатов, предотвращающих превращение азота в закись азота, и выращивание трав, которые естественным образом препятствуют этому процессу. Правительства могут увеличить поддержку исследований таких химических и биологических ингибиторов нитрификации и стимулировать их внедрение фермерами.

19. Сократить выбросы от удобрений за счет повышения эффективности использования азота.

Выбросы от удобрений составили около 19 процентов выбросов сельскохозяйственного производства в 2010 году. В глобальном масштабе сельскохозяйственные культуры поглощают менее половины азота, применяемого в качестве удобрений, а остальная часть выбрасывается в атмосферу или теряется в виде сточных вод. Повышение эффективности использования азота, процента внесенного азота, поглощаемого культурами, включает улучшение удобрений и управления ими — или состав самих удобрений — для увеличения скорости поглощения азота, тем самым уменьшая количество необходимых удобрений.Действия, которые могут предпринять правительства, включают перевод субсидий с удобрений для поддержки более высокой эффективности использования азота, выполнение нормативных требований для компаний, производящих удобрения, по разработке улучшенных удобрений и финансирование демонстрационных проектов, которые повышают эффективность использования азота.

20. Принять меры по выращиванию риса и его сортам, снижающим выбросы.

На рисовые поля в 2010 году приходилось не менее 10 процентов выбросов сельскохозяйственного производства, в основном в форме метана.Но существуют менее вредные для выбросов и ресурсоемкие методы производства риса. Например, сокращение продолжительности затопления полей может снизить уровень воды, чтобы уменьшить рост продуцирующих метан бактерий. Такая практика может снизить выбросы до 90 процентов при одновременной экономии воды и повышении урожайности риса на некоторых фермах. Некоторые сорта риса также производят меньше метана. Действия, которые необходимо предпринять, включают проведение инженерного анализа для выявления перспективных возможностей для снижения уровня воды, вознаграждение фермеров, практикующих водосберегающее сельское хозяйство, инвестирование в селекционные программы, которые переходят на сорта риса с низким содержанием метана, и повышение урожайности риса.

21. Повышение эффективности использования энергии в сельском хозяйстве и переход на неископаемые источники энергии.

Выбросы в результате использования ископаемых источников энергии в сельском хозяйстве составили 24 процента выбросов сельскохозяйственного производства в 2010 году. Основные возможности включают повышение энергоэффективности, которая в сельскохозяйственных условиях исследована лишь незначительно, а также переход на солнечную и ветровую энергию. Снижение выбросов на единицу потребляемой энергии на 75 процентов сократит разрыв в снижении выбросов парниковых газов на 8 процентов.Действия, которые необходимо предпринять, включают интеграцию низкоуглеродных источников энергии и программ повышения эффективности в сельскохозяйственные программы и использование возобновляемых источников энергии в производстве азотных удобрений.

22. Реализуйте реалистичные варианты связывания углерода в почвах.

Усилия по сокращению выбросов в сельском хозяйстве в первую очередь были сосредоточены на улавливании углерода в почвах, но недавние исследования показывают, что этого добиться труднее, чем считалось ранее. Например, методы увеличения выбросов углерода, такие как беспахотное земледелие, дают незначительное увеличение углерода или вообще не дают его при измерении на более глубоких глубинах почвы.Важные стратегии включают предотвращение дальнейшей потери углерода из почвы путем прекращения преобразования лесов, защиты или увеличения углерода в почве за счет повышения продуктивности пастбищ и пахотных земель, увеличения агролесомелиорации и разработки новаторских стратегий для накопления углерода там, где плодородие почвы имеет решающее значение для продовольственной безопасности.

На пути к устойчивому продовольственному будущему

Задача обеспечения устойчивого питания 10 миллиардов человек к 2050 году намного сложнее, чем люди думают.Эти пункты меню не являются обязательными — мир должен реализовать все 22 из них, чтобы закрыть пробелы в сокращении продовольствия, земли и выбросов парниковых газов.

Хорошая новость заключается в том, что все пять курсов могут ликвидировать пробелы, обеспечивая при этом сопутствующие выгоды фермерам, обществу и здоровью людей. Это потребует титанических усилий и серьезных изменений в том, как мы производим и потребляем пищу. Итак, приступим и закажем все по меню!

Загрузить полный отчет «Создание устойчивого продовольственного будущего», авторами которого являются Тим Сёрчингер, Ричард Уэйт, Крейг Хэнсон, Джанет Ранганатан, Патрис Дюма и Эмили Мэтьюз

ПРИМЕЧАНИЕ РЕДАКТОРА, 15.04.19: В предыдущей версии графика «Продукты животного происхождения более ресурсоемкие, чем продукты растительного происхождения», «рис» и «корнеплоды и клубни» были перечислены в неправильном порядке. .Мы исправили графику и сожалеем об ошибке.