工业化农业能够成为一种向善的力量吗？

大规模农业是美国头号生态恶棍，这是名副其实的。但如果该行业能够变得更加可持续，情况会怎样？这简直不可思议？事实证明，为适应地球而进行的转变是美国农业的整个历史。下面介绍工业化农业如何在 20 世纪 30 年代的环境灾难面前转型——以及它如何改变以适应地球不确定的未来。

回顾农业的历史……

特德·吉诺威斯 (Ted Genoways) 撰文

在存放我祖先全部记录的阁楼箱子里，一堆褪色的照片和泛黄的剪报中，有一篇文章格外引人注目。这是一篇来自《威奇托周报》的短文，标题很醒目：“萨姆·吉诺威的农用拖拉机。”萨姆是我的远房表亲，他看到自己的名字出现在报纸上，显然非常高兴，甚至没有费心去核实作者的拼写是否正确。但这篇报道其实并不是关于他的。正如标题所示，重点是萨姆的拖拉机。“人们已经发现他能做多少种不同的工作，”他的妻子凯莉·梅告诉记者，“他们从几英里外赶来。”

那是 1917 年 5 月。美国对德国宣战，伍德罗·威尔逊总统将萨姆种植的小麦归类为“战争物资”。农业部将小麦生产列为国家优先事项，亨利·福特宣布将在收获时大规模生产拖拉机。那个季节，萨姆和他的卡特彼勒 45 犁了数百英亩的土地。“我不认为这种情况会持续这么长时间，”卡丽·梅说，“因为雇用他的人很快就会决定他们需要一辆自己的拖拉机。”

她完全正确。美国农场的拖拉机数量从 1917 年初的约 5 万台增加到 20 世纪 20 年代末的近 100 万台。随着马力的增加和工时节省，数千万英亩的岩石土地变成了新的农田。农民们砍伐树木和灌木，拔出巨石，挖掘灌溉渠，修建数英里的新道路。最重要的是，拖拉机将稠密的表土破碎，形成宽阔的犁沟和柔软的苗床。美国农业蓬勃发展。

但当欧洲粮食生产商重返全球市场时，美国农业却陷入了危险的过度生产。农作物价格跌至历史最低点，购买了拖拉机和设备的人们难以偿还债务利息。就在 20 世纪 30 年代的干旱到来之际，农民们放弃或休耕了 3300 万英亩新开垦的土地。没有保护和耕种，表土干涸并被风吹走，形成了“黑色暴风雪”。从德克萨斯州狭长地带到内布拉斯加州南部，从科罗拉多州落基山脉的山麓到萨姆居住的堪萨斯州花园平原附近连绵起伏的大草原，数以万计的家庭在后来被称为“沙尘暴”的事件中失去了他们的农场。

1933 年，富兰克林·罗斯福入主白宫后，任命亨利·华莱士为农业部长，以解决这一问题。历史学家经常认为，先锋良种玉米公司的创始人华莱士利用抗旱玉米将农场从沙尘暴中拯救出来。但罗斯福走得更远。为了减少沙尘暴和土壤流失，他付钱给林业工人，让他们在田地周围种植了 2 亿多棵树。他签署了《土壤保护法》，为土地所有者恢复本土植物提供补贴。真正拯救农业的是保护资源和奖励那些改变浪费做法的人的政策。

关于萨姆拖拉机的那段剪辑提醒我们，美国人的聪明才智解决了无数危机，但也制造了许多危机。我们的历史应该指导我们的决策，就像沙尘暴的形成部分是由于技术发展速度超过管理水平一样。大规模传统农业，或者我们通常所说的“大农业”，可以投入大量资金进行研究，以提高产量并减少对地球资源的影响。当今的农民比任何前几代人都能获得更多的数据、更多的研究和更多的支持。但如果不考虑规模扩大和种植增多带来的意外后果，我们就有可能为下一代带来问题。

这种例子远不止沙尘暴。新的灌溉系统帮助农民度过了 20 世纪 50 年代的下一次干旱，但也耗尽了蓄水层。转基因种子使人们能够在更少的土地上种植更多的作物，但也导致土壤健康状况下降和食物营养价值降低。饲养场和巨大的猪舍和鸡舍，通常被称为“集中式动物饲养场”，加速了肉类生产并释放了农田，但它们也推动了抗生素耐药性细菌的增加并污染了社区的饮用水。现在，随着工程师们转向自动触发灌溉、自动驾驶联合收割机和带有自动喂养系统的动物圈养，这是一个提高利润的好机会——但也存在生产再次对宝贵的自然资源构成不可预见的威胁的风险。

在联邦政策的支持下，萨姆度过了十年的艰难困苦。像他这样的故事提醒我们，美国人可以在未来艰难时期规划出更好的道路，但前提是我们要从过去的错误中吸取教训。农业巨头是一股强大的力量。我们必须确保它是一股积极的力量，对农民和我们这个星球不确定的未来都是如此。

…确定它的未来。

工业农业最大问题的实用解决方案，作者：尼克·斯托克顿。

水

过度消费、污染、气候变化以及不断增长的人口需求正在使加利福尼亚、地中海和中美洲等主要农业区变得干涸。

问题：经常性干旱

解决方案：早生植物

自 20 世纪 40 年代以来，从德克萨斯州到南达科他州的农民在偶尔的干旱期依靠奥加拉拉蓄水层。现在部分蓄水层的水位已经下降到危险的程度。农业巨头孟山都、先正达和杜邦已经培育出能够经受干旱考验的植物，但这些种子成本更高，农民并不总能获得与价格相符的产量。问题是，这些在干旱期幸存下来的植物一旦天气发生变化，往往无法迅速关闭干旱模式。作物重新打开叶片毛孔（为了防止宝贵的水分蒸发而关闭的毛孔）所需的时间越长，它们就越不可能利用促进生长的水分。但有些植物，比如埃默里大学研究的苜蓿相关生物学家罗杰·迪尔 (Roger Deal) 就拥有遗传物质，可以帮助它们在降雨后仅数小时就完全发挥作用。未来经过这种超能力改造的植物不会很快成为晚餐，但这并不意味着它们有一天不会出现在你的餐桌上。研究帮助植物“记住”进入和退出干旱生存模式的基因组产品可以帮助工程师设计出能够更快转变的种子，从而提高产量并使农民购买更明智的种子。

问题：H₂O过度使用

解决方案：试探性尝试

您无法询问蔬菜或谷物何时需要水，但您或许能够判断土壤需要多少水。从 2013 年开始，堪萨斯州的一群农民接受了一项为期五年的挑战，即减少 20% 的地下水消耗。通过在总共 170 块田地中插入电子探测器，这些实验种植者能够检查土壤的水分含量，并且只有当地面确实太干燥无法维持作物生长时才打开洒水器。最终，这种代理灌溉方法获得了回报：用水监测者种植的玉米产量是邻居的 98%，但用水量却减少了 23%。这对我们的水库和农民来说都是好消息：减少水泵使用量帮助探测器用户在季末多赚了 4% 的钱。

土壤

据联合国估计，密集型农业已严重破坏了地球上三分之一的生产性土地，并且每年继续毁坏约 240 亿吨土壤。有了创新的土壤补充剂，我们的食品系统可以更加轻松地应对。

问题：化肥沉降物

解决方案：地球的玄武岩

工业肥料帮助我们为人类和牲畜种植大量食物。加州大学伯克利分校 2015 年的一项研究表明，常规农业的产量平均比有机农业高 20%。另一方面，依赖这些化学增强剂会降低土壤质量和食物的营养成分。有机田间施肥效果更好，但见效缓慢。也许还有第三种方法：岩石。玄武岩含有植物所需的钙、铁和镁。将火山石的碎片添加到土壤中还可以吸收碳并有助于保持水分。听起来像蛇油？加州战略增长委员会（一个负责向可持续发展项目拨款的委员会）并不这么认为。2018 年，该委员会花费 470 万美元在全州的土地上测试玄武岩施肥。最大的挑战之一是将材料粉碎成合适的大小：大块的肥料分解得不够快，而小颗粒的制造成本太高。

问题：二氧化碳排放

解决方案：陆地上的珊瑚礁

农业每年排放的温室气体约占全球总量的 15%；即便是耕种土地也会释放出令人担忧的大量二氧化碳。“减少排放是好事，但仅仅依靠减少化石燃料的使用已经太迟了，”爱荷华州立大学利奥波德可持续农业中心主任马克·拉斯穆森 (Mark Rasmussen) 表示。拉斯穆森的提议是类似珊瑚的碳捕获，这意味着在地下种植“珊瑚礁”。在海上，这些生态系统由微小海洋生物的外骨骼组成，它们从海洋中获取二氧化碳来建造自己的外壳。拉斯穆森的团队希望利用土壤中自然产生的微生物，它们可以以同样的方式处理二氧化碳。研究人员会在土壤中播种这些微生物，在那里它们会将排放物转化为钙。这些人造珊瑚礁甚至可以位于非耕地之下，吸收大气中的二氧化碳，而不会损坏任何农用设备。

问题：有毒物质径流

解决方案：有益细菌

墨西哥湾存在玉米问题：美国中部各地的种植者用大量合成氮肥施肥。径流流入密西西比河，最终流入数百英里外的墨西哥湾。在这里，氮需求量大的藻类大量繁殖，形成大量“死区”，窒息其他海洋生物。墨西哥可能有解决玉米问题的办法：加州大学戴维斯分校和威斯康星大学麦迪逊分校的植物生物学家发现了几种墨西哥玉米野生品系，它们可以自己产生氮。这些植物长出地上根，分泌出一种含有共生细菌的凝胶。这些微生物将大气中的氮转化为必需的营养物质。科学家们在威斯康星州和加利福尼亚州种植了这种自养品种，观察到了类似的结果。他们目前正在研究是否可以培育出具有类似能力的高产商业玉米，从而减少美国对其头号农产品施肥的需求。

动物

美国人摄入的蛋白质中，近三分之二来自肉类、牛奶和鸡蛋，但饲养数十亿只动物却带来了一大堆令人讨厌的问题。代数和藻类可以帮上忙。

问题：粪便泻湖

解决方案：其他棕色能源

畜牧农民常常将动物粪便倾倒到露天的“泻湖”中，这种做法尤其危险，因为大雨导致这些水池溢出，粪便会混入洪水中。例如，在 2018 年的飓风弗洛伦斯期间，北卡罗来纳州数十家养猪场的粪便从这些盆地中溢出。即使没有自然灾害的帮助，泻湖也会泄漏或溢流到当地的水源中。幸好粪便池不是我们唯一的选择。充满细菌的大型水箱被称为厌氧消化器，它可以将废物转化为甲烷气体。农学家可以将这些烟雾转化为电能，要么卖回给电网，要么用来为他们的运营供电。2018 年，美国环保署的 AgStar Financial Services 通过向小型农场提供更便宜的微型消化器，减少了 400 多万吨温室气体排放。这一减排仅靠 248 个消化器项目，这只是该国 200 多万个农场中的一小部分。

问题：土壤被破坏

解决方案：Moo 数学

许多牧场主在土地上饲养尽可能多的奶牛。这是一种失败的策略。牛群吃草的速度太快，以至于牧场无法重新长出最好的草。这使裸露的土壤暴露在风雨中，导致其失去养分和体积。过度放牧的地区还会恶化景观的整体生态环境，因为几乎没有其他植物和动物的空间。答案可能很简单，只需确定在一块土地上可以放牧多少头奶牛而不会造成破坏即可。德克萨斯农工大学研究员 Monte Rouquette 在实验地块上饲养牛，计算降雨量、土壤成分和其他因素如何影响景观支持大量牲畜的能力。他还记录了生物多样性以及牛群数量如何影响肉的质量和数量。虽然他的模型特定于东德克萨斯州（他的家乡，也是数百万头奶牛的家园），但他的代数方法可以在其他地方使用，并且他与美国农业部分享了他的模型。

问题：奶牛的温室气体

解决方案：海带帮助

奶牛吃东西时会打嗝，而且打嗝量很大。事实上，尽管人们都在谈论放屁，但牛打嗝是牛甲烷排放的 70% 左右的原因。更重要的是，地球上十亿头牛群的打嗝总量约占地球一年温室气体总排放量的 14.5%。加州大学戴维斯分校的动物科学家 Ermias Kebreab 和他的团队发现，在奶牛饲料中混入红色大型藻类可使甲烷排放量下降 60%。添加干燥海藻似乎可以抑制哺乳动物四个胃中的第一个胃中肠道微生物产生的酶，而这些酶中至少有一种似乎对甲烷的形成起着重要作用。起初，反刍动物吃的鱼饲料比平常的晚餐要少一些，但少量糖蜜可以​​掩盖不熟悉的气味，帮助它们慢慢适应新的更好的打嗝饮食。

问题：无敌的虫子

解决方案：让超级教派分开

几十年前，农民可能会因为根虫、粉虱和蚜虫等昆虫而损失整季的农作物，但早期的解决方案也带来了问题，比如杀虫剂导致的蜜蜂种群大量减少。研究人员探索了其他选择，包括对作物进行改造，使其能够帮助杀死害虫，但结果也适得其反。这些转基因植物永远不会杀死所有目标，因为一些入侵者对有害蛋白质具有天生的抵抗力。一旦转基因作物杀死了其余的蜂群，那些无毒的剩余物就只能彼此繁衍后代。瞧：新一代更优秀、更凶猛的爬行动物诞生了。亚利桑那大学的研究人员通过在转基因田地里种植未改造的种子来解决这个问题，这让一些没有抗性的虫子得以存活，并将它们易感的 DNA 与更强壮的伙伴的 DNA 混合在一起。不过，这种方法需要大量劳动力，因此亚利桑那州的研究小组与中国的一些科学家合作，尝试杂交。他们将改良棉花与未改良棉花进行杂交，培育出了一种抗病和非抗病植物比例为 75：25 的棉花品种。

问题：化学肥料

解决方案：在活的三叶草中

土壤中已经含有大量的氮，但缺少几种能让植物将其转化为养分的分子。许多牧场主在牧场喷洒会污染水道的化学肥料，以确保他们的牛群在整个生长季都有足够的高大茂盛的草吃。这对奶牛有好处，但会损害我们的土壤和海洋生物。三叶草可以提供一种喷洒替代品。这种覆盖作物的根部含有共生细菌，可以将氮转化为植物可以利用的化学“固定”氮。德克萨斯农工大学的研究人员想出了一种让三叶草为草类服务的方法：他们在深秋草发芽之前在田地里播种这种豆科植物。然后牛吃了三叶草并排出固定氮，帮助下一季的草生长。这种方法不仅减少了对合成肥料的需求，还延长了放牧季节，因为动物可以大嚼美味的新绿植物。

本文最初发表于《大众科学》杂志 2019 年夏季刊《Make It Last》上。