27 октября 2023 г.
Как умное сельское хозяйство и биотехнологии могут помочь нам накормить людей завтрашнего дня?
Изменение климата и рост населения планеты оказывают на нашу планету огромное давление. Наши нынешние продовольственные системы, деятельность, связанная с производством и потреблением продуктов питания, а также их последствия для экономики, здоровья и окружающей среды подталкивают нас к планетарным границам .
«Наша продовольственная система переживает решающий момент; существует огромный потенциал для инноваций, которые позволят создать более здоровое, доступное и устойчивое питание для всех, но одновременно мы сталкиваемся с огромными глобальными проблемами», — говорит Ричард Зальцман, директор по воздействию EIT Food , Панъевропейская организация, работающая над созданием инновационной, инклюзивной и устойчивой продовольственной системы: «Решения, которые мы принимаем сейчас, от политики и инвестиций до образа жизни и поведения, окажут существенное влияние на нашу будущую продовольственную систему».
Пищевая промышленность уже вносит основной вклад в изменение климата: выбросы от мирового сельского хозяйства и животноводства в 2018 году достигли 9,3 млрд тонн эквивалента углекислого газа (Гт CO 2 экв.) , и если что-то не изменится, выбросы могут увеличиться на 15–20%. к 2050 году .
Чтобы смягчить негативные последствия роста производства и обеспечить будущие поставки продовольствия, пищевая промышленность должна создать устойчивую продовольственную систему от фермы до прилавка, защищать ресурсы и использовать их эффективно и действенно. Как потребители, наши отношения с продуктами питания – то, как мы их выращиваем, производим и едим, – должны измениться в ответ на возросший спрос и потепление условий. Но как этого добиться?
Умное сельское хозяйство
Организация Объединенных Наций ожидает, что население планеты вырастет до 9,7 миллиардов человек в течение следующих 30 лет. Поскольку производство продуктов питания увеличивается, чтобы не отставать, потребуется больше земель для скота и сельскохозяйственных культур, что приведет к увеличению выбросов парниковых газов. Накормить растущее население в условиях меняющегося климата, с ограниченными земельными ресурсами и ограниченными ресурсами – трудная задача. Дополнительное пространство, необходимое для ведения сельского хозяйства, будет конкурировать с пространством, необходимым для жилищных нужд, и по мере того, как застройщики строят жилье, фермерам придется рассмотреть возможность ведения сельского хозяйства вверх, чтобы максимально использовать доступное пространство.
Вертикальное земледелие предполагает выращивание таких культур , как помидоры, грибы и клубника, сложенными слоями, обычно в заводских условиях, часто без почвы и солнечного света .
Такие фермы используют малоценную землю, которую иначе нельзя было бы использовать для производства продуктов питания, и даже были освоены за пределами атмосферы Земли . Кроме того, 1 акр вертикальной фермы способен производить урожай, эквивалентный 10–20 акрам обычного земледелия . Поскольку этот метод строго контролируется, культуры, менее уязвимые к климату, вредителям и патогенам, можно выращивать круглый год, независимо от сезона.
Чтобы обеспечить будущую продовольственную безопасность, фермеры также должны обеспечить, чтобы их урожай был достаточно устойчивым, чтобы выжить в меняющихся условиях. Биотехнологические решения – те, которые используют биологические системы, живые организмы или их части для разработки различных продуктов – могут стать ключевыми.
Точная селекция, или редактирование генов, позволяет селекционерам растений и животных точно модифицировать ДНК , удаляя или изменяя гены в определенном месте, чтобы создать организм с желаемыми генетическими характеристиками, такими как устойчивость к вредителям или болезням, что существенно ускоряет процесс естественного отбора. Он отличается от генетической модификации, более спорного метода, при котором в геном растения или животного вводятся определенные гены – часто другого вида .
Этот метод оказался многообещающим для выведения деревьев какао с повышенной устойчивостью к болезням ; выведение ячменя, риса и томатов с повышенной устойчивостью к болезням и выведение сорта томата с укороченными стеблями, который растет быстрее и требует меньше места , что делает его пригодным для вертикального земледелия. Ученые также отредактировали куриную ДНК так, что при освещении оплодотворенных яиц синим светом развиваются только яйца самок . Бычки были генетически модифицированы, чтобы производить больше потомства мужского пола , а это означает, что такое же количество говядины можно производить с использованием меньшего количества крупного рогатого скота .
Восстание роботов-фермеров
Сельское хозяйство производит 23,7 миллиона тонн продуктов питания в день , и методы значительно изменились с тех пор, как наши предки впервые обрабатывали землю. Механизация автоматизированного ручного труда с помощью таких машин, как тракторы и комбайны, сделала возможным промышленное сельское хозяйство в крупных масштабах. Вторая революция, которая реализует сельскохозяйственные технологии и внедряет инновационные и устойчивые методы, может еще больше повысить эффективность и урожайность сельскохозяйственных культур и изменить наши продовольственные системы к лучшему.
И все начинается с семян; человеческий глаз в настоящее время оценивает саженцы, но роботов, оснащенных машинным зрением и искусственным интеллектом (ИИ), можно научить распознавать желаемые признаки, чтобы помочь в селекции растений, ускоряя или даже прекращая трудоемкий процесс сортировки саженцев.
«Сельское хозяйство является быстро растущей областью применения машинного обучения, и в ближайшие годы мы можем ожидать, что в ближайшие годы мы увидим больше аспектов нашего производства продуктов питания, поддерживаемых искусственным интеллектом, робототехникой и автоматизацией», — говорит Зальцман.
Роботы-фермеры, оснащенные искусственным интеллектом, GPS и машинным обучением, могут помочь фермерам ухаживать за растениями на индивидуальном уровне. Они используются на всех этапах сельскохозяйственного процесса: от автономного картографирования земли до посева семян , прогнозирования влажности почвы, питательных веществ и углерода в почве , прополки и распределения гербицидов , а также обнаружения вредителей и болезней . Такая технология гарантирует, что только те растения, которые нуждаются во внимании, получат его, помогая экономить ресурсы и приводя к экологической и финансовой экономии.
Дроны могут выполнять аналогичные задачи, включая автоматизацию проверки полей на наличие вспышек вредителей или сорняков , сбор данных и измерение влажности почвы , а также доставку вакцин для скота в отдаленные районы .
Роботы также играют роль после сбора урожая, отслеживая здоровье продукции. Инженеры разработали роботизированное устройство, которое «плавает» по зернохранилищам по запатентованной технологии и помогает обеспечить качество запасов и предотвратить пищевые отходы.
И это не только на земле; новые технологии проникают и в аквакультуру. К 2030 году выращивание водных животных и растений может обеспечить до двух третей мирового потребления морепродуктов , но оно неэффективно и часто приводит к чрезмерной эксплуатации ресурсов, оказывая воздействие на окружающую среду и водное биоразнообразие. Многие виды рыб вылавливаются в качестве прилова из-за неизбирательных методов лова. Новые устройства, которые «настраивают» рыболовные сети, излучая свет, который может привлекать или отталкивать различные виды рыб , помогают поддерживать устойчивое рыболовство.
Отходы не…
Четверть продуктов питания, производимых для потребления человеком, остается несъеденной , при этом, по оценкам EIT Food, только в Европе выбрасывается 88 миллионов тонн . Пришло время «перезагрузить систему», заявляет организация, в пользу экономики замкнутого цикла, которая эффективно использует ресурсы для сокращения потерь продуктов питания в процессах выращивания, сортировки и за их пределами.
«Мы наблюдаем растущий сдвиг в цепочке поставок в сторону внедрения принципов замкнутого цикла», — говорит Зальцман. Интеллектуальные технологии, в том числе камеры, весы и мусорные баки, интегрируются в сферу общественного питания. Этот подход «поможет компаниям сделать более осознанный выбор при покупке продуктов питания и сократить количество отходов», добавляет Зальцман.
Во время сортировки такие продукты, как фрукты и овощи, часто выбрасываются, поскольку они считаются некачественными, например, неправильной формы или цвета. Сортировочные машины на основе датчиков могут обнаруживать и удалять нежелательные продукты с производственных и перерабатывающих линий, а также перенаправлять их, тем самым сокращая пищевые отходы. «Там, где невозможно сократить количество отходов, предприниматели также ищут инновационные способы дать побочным продуктам новую жизнь», — говорит Зальцман. Например, фруктовые косточки можно спасти и превратить в полезные продукты, такие как спреды, масла и заменители молока.
Срок годности и срок годности были введены в 1970-х годах как средство определения свежести наших продуктов, часто без особой научной основы или единообразия. Примерно 60% продуктов питания, выбрасываемых в Великобритании , съедобны и выбрасываются потребителями, привязанными к таким датам. Продление срока годности скоропортящихся продуктов может сократить количество отходов в розничной торговле на 50%, а дома – на 63% .
Исследователи работают над различными способами определения свежести наших продуктов питания в режиме реального времени, в том числе над газовыми датчиками на основе целлюлозной бумаги, которые улавливают газы на водной основе, такие как аммиак, из испорченного мяса и рыбы , а также над упаковкой пищевых продуктов, содержащей недорогие датчики pH, которые могут сообщать, когда такие продукты, как рыба, фрукты, молоко и мед, испортились, а колориметрические датчики обнаруживают этилен — газ, выделяющийся при созревании фруктов.
Наша постоянно меняющаяся диета и альтернативные источники белка
Как потребители, мы также должны сыграть свою роль. Мы лучше, чем когда-либо, осознаем, что наш выбор, в том числе то, что мы едим и как делаем покупки, влияет на окружающую среду и устойчивое развитие.
Благодаря нашей возможности импортировать продукты со всего мира, мы утратили связь с сезонностью продуктов. Вместо того, чтобы ожидать, что продукты будут доступны круглый год, нам следует подумать о том, чтобы есть сезонные продукты и смотреть на этикетки, чтобы увидеть, как далеко наша еда прошла путь от фермы до вилки. «В условиях глобальной пандемии, изменения климата и международного конфликта, обнажающего хрупкость нашей продовольственной системы в последние годы, мы видим, что потребители все больше признают ценность местных сезонных продуктов», — говорит Зальцман. «Необходимо приложить больше усилий для внедрения устойчивости во все наши цепочки поставок, от поддержки и стимулирования фермеров к принятию методов регенеративного земледелия, вплоть до того, чтобы сделать устойчивый выбор продуктов питания более прозрачным, доступным и доступным для потребителей».
Наш выбор диеты – вегетарианской, веганской, пескетарианской или мясной – также имеет влияние, и есть обоснования того, какая из них лучше не только для нашего здоровья, но и для здоровья планеты. «То, как мы едим, оказывает огромное влияние на наши планетарные границы, и мы знаем, что сельскохозяйственные животные, в частности, непропорционально способствуют этим серьезным и растущим последствиям», — объясняет Никола Харрис , директор по связям с общественностью Plant Based Contract, знаковой массовой кампании, направленной на сокращение выбросов парниковых газов. выбросы газов от животноводства. «Сельскохозяйственные животные являются основной причиной вырубки лесов Амазонки, изменения землепользования, исчезновения видов, загрязнения воды, выбросов метана и мертвых зон океана. Чтобы обеспечить безопасную и пригодную для жизни планету, нам необходимо разумно использовать наши ресурсы, чтобы не допустить пересечения опасных переломных моментов».
Мы все чаще наблюдаем сдвиг в сторону растительной диеты, которая необходима, если мы хотим жить безопасно в пределах наших планетарных границ, говорит Харрис: «Система растительного питания обеспечит огромное сокращение выбросов метана, треть которого приходится на продукты животного происхождения». сельское хозяйство во всем мире. Глобальное сокращение выбросов метана примерно на 45% в этом десятилетии может предотвратить повышение температуры на 0,3 °C к 2045 году».
Недавний анализ рациона 55 000 веганов, вегетарианцев, любителей рыбы и мяса показал, что веганские диеты оказывают лишь 30% воздействия на окружающую среду, чем диета с высоким содержанием мяса , а на единицу потребляемой пищи мясо и молочные продукты оказывают от 3 и в 100 раз большее воздействие на окружающую среду продуктов растительного происхождения.
«Если бы существующие рекомендации по здоровому питанию и экологическому поведению были обновлены, чтобы пропагандировать преимущества употребления в пищу растительной пищи, мы могли бы предотвратить 45 000 смертей ежегодно и сэкономить NHS 1,2 миллиарда фунтов стерлингов», — добавляет Харрис.
Исследование предполагает, что даже небольшие изменения, такие как употребление меньшего количества мяса или выбор альтернатив мясу, могут иметь глубокое влияние. Диеты с низким содержанием мяса оказывают гораздо меньшее воздействие на окружающую среду по сравнению с диетами с высоким содержанием мяса: снижение на 70 % по большинству экологических мер. большая разница.»
Но сокращение потребления мяса может также уменьшить количество белка в рационе. Белки необходимы для ряда функций организма, в том числе в качестве гормонов и ферментов , и поэтому их необходимо добавлять в диету с низким содержанием белка. Какие альтернативные источники существуют?
Существует целый ряд продуктов, таких как тофу, темпе, сейтан, бобовые, водоросли, семена, орехи и насекомые , цель которых — имитировать физические и органолептические свойства наших основных мясных продуктов, используя технологии для обеспечения аналогичной текстуры и вкуса. Белки растительного происхождения, такие как соя, горох, чечевица, люпин, нут, рапс, рапс и семена рапса, считаются более здоровыми и экологически безопасными, чем мясо, и оказывают меньшее воздействие на окружающую среду . Благодаря своему присутствию на полках супермаркетов, они уже знакомы потребителям и в целом хорошо приняты.
Выращенное в лаборатории мясо производится путем выращивания в культурах клеток животных, в результате чего получается продукт, напоминающий традиционное мясо по текстуре и внешнему виду. Несмотря на то, что его производство более эффективно и требует меньше ресурсов на единицу мяса, потребители обеспокоены его безопасностью, поскольку оно является искусственным. Точно так же насекомые богаты белками и незаменимыми аминокислотами и легко доступны, но наше негативное восприятие часто влияет на нашу способность рассматривать их как подходящую альтернативу мясу.
Выбор диеты, соответствующий ценностям
Фермеры и пищевая промышленность уже делают шаги в правильном направлении для обеспечения продовольственной безопасности в будущем, адаптируя существующие методы ведения сельского хозяйства или внедряя новые, предназначенные для сокращения отходов, сокращения выбросов парниковых газов или обеспечения максимально устойчивого использования сельскохозяйственных земель. Еще многое предстоит сделать, и потребители направляют фермеров и промышленность в своем покупательском поведении, отдавая предпочтение устойчивым и экологически чистым вариантам, а не неэффективности и расточительности.
«Как изменится поведение потребителей в будущем, во многом зависит от шагов, которые мы предпримем прямо сейчас», — говорит Зальцман. «Поскольку так много предпринимателей разрабатывают интересные решения по всей цепочке поставок, от ресурсов для устойчивого сельского хозяйства до решений по упаковке замкнутого цикла, нам необходимо найти способы четко и прозрачно сообщать о расширении выбора, доступного потребителям, и дать им возможность делать диетический выбор, который соответствует их потребностям. ценности ».