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可持續農業
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可持續農業是以可持續的方式進行農業，以滿足社會目前的食品和紡織品需求，同時又不損害當代或後代滿足其需求的能力。[1] 它可以基於對生態系統服務的理解。 有許多方法可以提高農業的可持續性。 在可持續糧食系統內發展農業時，必須發展靈活的業務流程和農業做法。[2]農業具有巨大的環境足跡，在引起氣候變化方面發揮著重要作用（糧食系統占人為溫室氣體排放量的三分之一）[3][4]，包括缺水、水污染、土地退化、森林砍伐和其他過程；[5]它同時引起環境變化並受到這些變化的影響。[6]可持續農業包括環境友好的耕作方法，允許在不損害人類或自然系統的情況下生產作物或牲畜。 它涉及防止對土壤、水、生物多樣性、周圍或下游資源以及那些在農場或鄰近地區工作或生活的人產生不利影響。可持續農業的要素可以包括永久農業、農林業、混合農業、多種作物種植和輪作。[7]
發展可持續的糧食系統有助於人口的可持續性。 例如，緩解氣候變化的最佳方法之一是建立基於可持續農業的可持續糧食系統。 可持續農業提供了一種潛在的解決方案，使農業系統能夠在不斷變化的環境條件下養活不斷增長的人口。除了可持續農業實踐外，飲食轉向可持續飲食是大幅減少環境影響的一種相互交織的方式。[8][9][10][11]有許多可持續發展標準和認證體系，包括有機認證、雨林聯盟、公平貿易、可持續農業認證、全球良好農業規範認證、鳥類友好認證和咖啡社區共同代碼。[12]
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定義
"可持續農業"一詞於1977年被美國農業部定義為植物和動物生產實踐的綜合系統，具有特定地點的應用，從長遠來看:[13]
滿足人類對食物和纖維的需求
提高環境質量和農業經濟賴以生存的自然資源基礎
最有效地利用不可再生資源和農場資源，並酌情整合自然生物循環和控制。
維持農場經營的經濟可行性
提高農民和整個社會的生活質量。
然而，與土地建立可持續關係的想法在土著社區中已經流行了幾個世紀，直到這個詞被正式添加到詞典中。[14]
目標
一個共同的共識是，可持續農業是養活不斷增長的人口最現實的方式。為了成功地養活地球人口，農業實踐必須考慮未來的成本——環境及其燃料社區。[15] 無法為每個人提供足夠資源的風險導致在可持續發展領域採用技術來提高農業生產力。 這一進步的理想最終結果是能夠養活世界各地不斷增長的人口。可持續農業的日益普及與人們對地球承載能力（或行星邊界）已經達到甚至超過人類能力的廣泛擔憂有關。[16]
與農業可持續性相關的幾個關鍵原則：[17]
- 將營養循環、土壤再生和固氮等生物和生態過程納入農業和食品生產實踐。
- 減少不可再生和不可持續的投入，特別是對環境有害的投入。
- 利用農民的專業知識，既能有效地耕種土地，又能促進農民的自力更生和自給自足。
- 通過不同技能人員的合作與協作解決農業和自然資源問題。所處理的問題包括蟲害管理和灌溉。
它"考慮了長期和短期的經濟學，因為可持續性很容易被定義為永遠，即旨在促進無休止的再生的農業環境"。[18] 它平衡了資源保護的需要和農民追求生計的需要。[19]
它被認為是和解生態學，在人類景觀中容納生物多樣性。[20]
通常，在農業中實施可持續做法是通過採用技術和以環境為重點的適當技術來實現的。
技術方針
可持續農業系統正在成為人工智慧研發日益重要的領域。通過利用人工智慧在資源優化、作物健康監測和產量預測等領域的技能，農民可能會大大推進更環保的農業實踐。人工智慧移動土壤分析使農民能夠提高土壤肥力，同時減少生態足跡。 這項技術允許對土壤養分水平進行現場實時評估。[21] 農業光伏通過優化土地利用來增強可持續農業——允許作物與太陽能電池板一起種植，從而產生清潔能源。 這種雙重用途方法可以節約土地資源，改善微氣候，並可以促進更具彈性和生態友好的耕作方式。[22]
環境因素
可能對土壤造成長期損害的做法包括過度耕種土壤（導致侵蝕）和灌溉沒有足夠的排水（導致鹽鹼化）。[23][24]
農業用地最重要的因素是氣候、土壤、養分和水資源。 其中，水土保持最容易受到人為干預。 當農民種植和收穫作物時，他們從土壤中去除一些養分。 如果不進行補充，土地就會出現養分枯竭，要麼無法使用，要麼產量下降。可持續農業依賴於補充土壤，同時儘量減少不可再生資源（如天然氣或礦物礦石）的使用或需求。
一個可以"永久生產"但對其他地方的環境質量產生負面影響的農場不是可持續農業。一個例子就是施用肥料或糞肥，它可以提高農場的生產力，但可以污染附近的河流和沿海水域（營養化）。[25] 另一個極端也可能是不受歡迎的，因為土壤中養分耗盡導致的作物產量低的問題與雨林破壞有關。[26] 在亞洲，可持續農業所需的具體土地約為12.5英畝（5.1公頃），其中包括動物飼料土地，作為經濟作物的穀物生產和其他糧食作物。 在某些情況下，還包括一個小單位的水產養殖（AARI-1996）。
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營養品
硝酸鹽在農業中廣泛用作肥料。 不幸的是，與農業相關的一個主要環境問題就是硝酸鹽滲入環境[27]。原則上可以無限期使用的硝酸鹽可能來源包括:
2.種植豆科作物和飼料，如花生或苜蓿，與氮固定細菌共生，稱為根瘤菌[29]
3.哈伯工藝的氮氣工業生產使用氫氣，氫氣目前來自天然氣（但這種氫氣可以通過使用可再生電力電解水來製造）。
4.基因工程（非豆類）作物，通過基因改造使其能夠進行氮固定，而無需依賴微生物共生。[30]
最後一種選擇是在1970年代提出的，但只是逐漸變得可行。[31][32]替代磷和鉀等其他營養投入的可持續選擇更為有限。
其他選擇包括長期作物輪作，恢復每年淹沒耕地（恢復失去的營養）的自然循環，如尼羅河洪水，長期使用生物炭，以及使用適應害蟲，乾旱或缺乏營養等不太理想條件的作物和牲畜土地。 需要高水平土壤養分的作物可以通過適當的肥料管理實踐以更可持續的方式種植。
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磷酸鹽是肥料的主要成分。 它是僅次於氮的植物的第二大營養素，[33]通常是一個限制因素[34]，這對可持續農業很重要，因為它可以提高土壤肥力和作物產量。[35]磷參與所有主要的代謝過程，包括光合作用，能量轉移，信號傳導，高分子生物合成和呼吸。 它是根分枝和強度和種子形成所必需的，並且可以增加抗病能力。[36]
磷以無機物和有機物的形式存在於土壤中，約占土壤生物量的0.05%。磷肥是農業土壤中無機磷的主要輸入，耕種土壤中約70%-80%的磷是無機的。[37]長期使用含磷化肥會導致富營養化並耗盡土壤微生物生命，因此人們一直在尋找其他來源。
磷肥是由磷酸鹽岩製成的。[38]然而，磷礦石是一種不可再生的資源，並且正在被農業開採消耗殆盡:峰值磷將在未來幾百年內發生，[39][40][41]或更早。[42][43]
鉀是植物發育中非常重要的常量營養素，通常在肥料中尋求。[44] 這種營養素對農業至關重要，因為它可以提高作物的保水性，營養價值，產量，味道，顏色，質地和抗病性。它常用於穀物、水果、蔬菜、大米、小麥、小麥、糖、玉米、大豆，棕櫚油和咖啡的種植。[45]
氯化鉀（KCl）是農業中最廣泛使用的鉀的來源，[46] 占農業用鉀總產量的90%。[47]
氯化鉀的使用會導致土壤中高濃度的氯化物（Clˉ）損害其健康，這是由於土壤鹽分增加，養分可用性不平衡以及該離子對土壤生物體的殺菌作用。 因此，植物和土壤有機體的發育受到影響，使土壤生物多樣性和農業生產力受到威脅。[48][49][50][51]無氯化物肥料是替代KCl的可持續選擇，其使用應考慮植物的營養需求和促進土壤健康。[52][53]
土地退化正在成為一個嚴重的全球問題。 根據政府間氣候變化專門委員會的說法:"地球無冰土地面積約有四分之一受到人為造成的退化（中等置信度）。 據估計，目前農田土壤侵蝕（無耕作）比土壤形成率（中等置信度）高10至20倍至100倍以上（傳統耕作）。"[54]地球上幾乎一半的土地被旱地覆蓋，容易退化。每年有超過10億噸南部非洲土壤因侵蝕而流失，如果繼續侵蝕，將導致三到五十年內作物產量減半。土壤管理不當正在威脅種植足夠食物的能力。 集約農業降低了土壤中的碳含量，損害了土壤結構，作物生長和生態系統功能，[55]並加速了氣候變化。農業實踐的修改是一種公認的碳封存方法，因為土壤可以作為有效的碳匯。
隨著全球人口的增加和對糧食需求的增長，土地作為資源正面臨著巨大的壓力。在土地利用規劃與管理中，考慮土地利用變化對土壤侵蝕等因素的影響，有助於促進長期農業的可持續性。例如，研究表明中東乾旱地區Wadi Ziqlab的農民在放牧牲畜並種植橄欖、蔬菜和穀物的過程中，如何管理土地使用變化可以有效減少土壤退化的影響[57]。
回顧20世紀，對於貧困人口來說，由於許多複雜而具有挑戰性的生活環境，遵循無害環境的土地做法並不總是可行的選擇。[58]在目前，開發中國家的土地退化加劇，可能與小農戶在困境中不得不採取不可持續的農業做法密切相關。[59]
大規模的土地轉為農業使用，對環境和人類健康造成了嚴重後果。例如，由於人與動物之間天然緩衝區的退化，導致了人畜共患疾病（如2019冠狀病毒）的傳播，並加速了生物多樣性的喪失，同時形成了更多基因相似的動物群體[60][61]。
土地是地球上有限的資源。儘管擴大農業用地有助於滿足糧食需求，但它也會導致生物多樣性的減少和森林砍伐的加劇。關於這一點，一項研究發現，北歐定居者（維京人）向北大西洋的法羅群島引進羊群，隨著時間推移，土地的細分比放牧本身更容易加劇土壤侵蝕與退化的問題[62]。
聯合國糧食及農業組織估計，未來幾十年裡，農田將繼續因工業化和城市發展而喪失，同時濕地填海和森林轉為種植，導致生物多樣性喪失和土壤侵蝕加劇[63]。
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在現代農業中，能源用於農場機械化、食品加工、儲存和運輸過程[64]。因此，能源價格與食品價格密切相關[65]。石油也作為農業化學品的投入之一。國際能源署預測，由於化石燃料資源枯竭，不可再生能源的價格將更高。除非採取措施將化石燃料能源與糧食生產「脫鉤」，否則可能會降低全球糧食安全，並轉向包括可再生能源在內的「節能」農業系統[65][66][67]在巴基斯坦，太陽能灌溉被認為是一種封閉的農業灌溉系統[68]
如果人們使用當地產品，運輸的環境成本是可以避免的[69]
在一些地區，降水量足夠支持作物生長，但許多其他地區需要灌溉。為了使灌溉系統可持續，它們需要適當的管理（以避免鹽鹼化），並且不能從其水源中使用比自然補充更多的水，否則水源將變成不可再生資源。水井鑽探技術和潛水泵的改進，加上滴灌和低壓樞軸的開發，使得在以前僅依賴降水而難以預測成功農業的地區也能定期實現高作物產量。然而，這一進展是有代價的。在許多地區，如奧加拉拉含水層，水的使用速度超過了其補充速度。
根據加利福尼亞大學戴維斯分校農業可持續發展研究所的數據，即使在「正常」年份中，平均降水量也必須採取幾項措施來開發抗旱農業系統。這些措施包括政策和管理行動[70]：
可持續水資源開發的指標包括年平均降水流量、來自國外的流量、來自國外水的百分比以及總取水量[71]。據估計，農業活動消耗了全球69%的淡水[72]。
社會因素
可持續農業試圖用一個廣泛的解決方案解決多個問題。 可持續農業實踐的目標是減少農業造成的環境退化，同時增加作物 - 從而增加糧食產量。 有許多不同的戰略試圖利用可持續農業做法，以促進小規模農業社區內的農村經濟發展。 現代話語中最受歡迎和最對立的兩個戰略是允許不受限制的市場決定糧食生產，並將糧食視為人權。 這兩種方法都沒有被證明是行之有效的。 農業社區內農村減貧的一個有希望的建議是可持續的經濟增長;這項政策的最重要方面是，通過穩定小規模農業經濟，定期將最貧窮的農民納入全經濟的發展。[74]
2007年，聯合國報告了"非洲的有機農業和糧食安全"，指出使用可持續農業可以成為在不擴大土地使用和減少環境影響的情況下實現全球糧食安全的工具。[75] 21世紀初，開發中國家提供的證據表明，當其社區中的人沒有被納入農業過程時，就會造成嚴重傷害。 社會科學家查爾斯·凱洛格（Charles Kellogg）說:"在最後的努力中，被剝削者把他們的痛苦轉嫁給土地。" [75]可持續農業意味著能夠永久地、持續地"養活其組成人口"。[75]
有很多機會可以提高農民的利潤，改善社區並繼續可持續的做法。 例如，在烏干達，轉基因生物最初是非法的。 然而，由於烏干達香蕉危機的壓力，香蕉細菌枯萎病有可能消滅90%的產量，他們決定探索轉基因生物作為可能的解決方案。[76] 政府發布了《國家生物技術和生物安全法案》，該法案將允許參與國家香蕉研究計劃的科學家開始試驗轉基因生物。[77] 這項努力有可能幫助當地社區，因為很大一部分人靠自己種植的食物為生，而且這將是有利可圖的，因為他們的主要產品的產量將保持穩定。
並非所有地區都適合農業。[78][79] 過去幾十年的技術進步使得其中一些地區的農業得以發展。例如，尼泊爾已經建立了溫室來應對其高海拔和山區地區的農業問題。 溫室能夠提供更高的作物產量，並且由於是封閉系統，它們還可以節約用水。[80]
海水淡化技術可以將鹽水轉化為淡水，這為缺乏水源的地區提供了更多的水源來支持農業。[81] 這使得可以灌溉農作物，而不會減少自然淡水來源。[82] 儘管海水淡化可以作為為需要水源的地區提供灌溉水源的工具，但它需要大量資金和資源。中國的一些地區已經在考慮大規模的海水淡化，以增加水源的供應，但目前海水淡化過程的成本使其在實踐中難以實現。[83]
從事可持續農業的婦女來自從學術界到勞動界的多種背景。[84] 從1978年到2007年，美國女性農場經營者的數量增加了兩倍。2007年，女性經營了14%的農場，而1978年為5%。 大部分增長是由於女性在"男性主導的傳統農業領域"之外從事農業。[78]
在美國，家庭或社區在房屋、學校等後院種植食物的做法在第一次世界大戰、大蕭條和第二次世界大戰期間變得普遍，以至於在某一時期，美國40%的蔬菜是通過這種方式生產的。此做法在新冠肺炎大流行時期再次變得受歡迎。這種方法允許以相對可持續的方式種植食物，同時使貧困人群更容易獲得食物[85]。
經濟因素
傳統會計系統只考慮農民直接產生的生產成本，而忽略了環境問題等成本，這些被稱為外部性[17]。
Netting 研究歷史中的小農系統，探討了可持續性與集約農業之間的關係[86]。
有幾項研究將生態系統服務、生物多樣性、土地退化和可持續土地管理等外部性納入經濟分析。這些包括《生態系統和生物多樣性經濟學》研究和《土地退化經濟學倡議》，旨在對可持續土地管理和可持續農業的做法進行經濟成本效益分析。
三重底線框架包括社會、環境和財務方面的底線。通過減緩物質消費和人口增長，以及顯著提高物質和能源的使用效率，可持續的未來是可行的。為了實現這一過渡，需要平衡長短期目標，並增強公平性和生活質量[87]。
挑戰和辯論
可持續農業的障礙可以通過三個不同的維度來打破和理解。這三個維度被視為可持續發展的核心支柱：社會、環境和經濟支柱[88]。社會支柱涉及與社會出生、成長和學習的條件有關的問題[88]。它涉及從傳統的農業實踐轉向新的可持續實踐，這將創造更好的社會和條件[88]。環境支柱解決氣候變化問題，重點關注為子孫後代保護環境的農業實踐[88]。經濟支柱發現了可持續農業實踐的方法，同時促進經濟增長和穩定，對生計的影響最小[88]。所有三大支柱都必須得到解決，以確定並克服阻礙可持續農業實踐的障礙[88]。
社會障礙包括文化轉變、合作需求、激勵措施和新的立法[88]。從傳統農業向可持續農業的轉變將需要農民和消費者的行為發生顯著變化[89]。農民之間的合作與協作對於成功過渡到可持續實踐至關重要，且要儘量減少困難[89]。這對那些注重競爭和盈利能力的農民來說可能是一項挑戰[90]。農民改變農業方法也必須有足夠的激勵[91]。可以利用公共政策、廣告和法律來克服這些社會障礙，使可持續農業成為強制性或有吸引力的選擇[92]
環境障礙妨礙了保護和保存自然生態系統的能力[88]。這些障礙的例子包括使用農藥和氣候變化的影響[88]。農藥廣泛用於防治可能毀滅生產的害蟲，並在保持食品價格和生產成本低廉方面發揮重要作用[93]。為了向可持續農業過渡，鼓勵農民使用綠色農藥，這些農藥對人類健康和棲息地的危害較小，但會導致更高的生產成本[94]。氣候變化也是一個快速增長的障礙，農民對其幾乎沒有控制權，可以通過基於地點的障礙看到這一點[95]。這些基於地點的障礙包括天氣條件、地形和土壤質量等因素，這些因素可能導致生產損失，從而導致農民不願意轉變傳統做法[95]。許多環境利益也不易見或不立即顯現[96]。諸如較低的土壤和養分流失率、改善的土壤結構以及更多有益的微生物水平等重大變化需要時間[96]。在傳統農業中，益處易於觀察，沒有雜草、害蟲等，但是土壤和周圍生態系統的長期成本是隱性且「外部化」的[96]。自從技術發展以來，傳統農業實踐已經對環境造成了顯著破壞，包括生物多樣性喪失、破壞生態系統、惡化水質等危害[91]。
實施可持續農業實踐的經濟障礙包括低經濟回報/盈利性、缺乏財政激勵和資本投資不足。[97] 財務激勵和環境條件在是否採納可持續實踐方面起著重要作用。[88][97] 轉向可持續農業所需的人工和物質資本需要對勞動力進行培訓，並對新技術和產品進行投資，這需要大量成本。[88][97] 此外，從事傳統農業的農民可以進行大規模生產，從而最大化盈利。[88] 而可持續農業提倡低生產能力，這在可持續農業中是很難實現的。[88]
作者詹姆斯·霍華德·昆斯特勒聲稱幾乎所有現代技術都是不好的，除非農業以古老的傳統方式進行，否則無法實現可持續性。[98] 可持續農業的努力得到了可持續性社區的支持，但這些努力通常被視為漸進的步驟，而不是終極目標。[91] 促進可持續農業的一種有前景的方法是通過本地農業和社區花園。[91] 將本地農產品和農業教育融入學校、社區和機構中，可以促進新鮮農產品的消費，從而推動消費者需求。[91]
有些人預見到一種真正的可持續穩定狀態經濟，它可能與今天的經濟大不相同：大幅降低能源使用，減少生態足跡，減少消費者包裝商品，本地採購與短食物供應鏈，減少加工食品，更多的家庭和社區花園等。[99]
關於農業的可持續性定義存在爭議。這一定義可以通過兩種不同的方法來描述：生態中心主義方法和技術中心主義方法。[100] 生態中心主義方法強調低增長或無增長的人類發展，注重有機農業和生物動力農業技術，目的是改變消費模式以及資源的分配和使用。技術中心主義方法認為可通過多種策略實現可持續性，從政府主導的工業系統調整（如以保護為導向的農業系統）到認為生物技術是應對日益增長的食品需求的最佳方式。[100]
可以通過兩種不同的視角來看待可持續農業這一主題：多功能農業和生態系統服務。[101] 這兩種方法相似，但從不同的角度看待農業的功能。採用多功能農業理念的人注重以農場為中心的方法，並將功能定義為農業活動的產出。[101] 多功能性的核心觀點是，農業不僅僅是生產食品和纖維，它還是一個多功能的企業。這些功能包括可再生資源管理、景觀保護和生物多樣性。[102] 以生態系統服務為中心的方法認為個人和整個社會從生態系統中獲得益處，這些益處被稱為「生態系統服務」。[101][103] 在可持續農業中，生態系統提供的服務包括授粉、土壤形成和養分循環，這些都是食品生產所必需的功能。[104]
大多數農業專業人士都同意，追求可持續性目標是「道德責任」。[75] 主要的爭論來自於什麼樣的系統可以提供通向這一目標的路徑，因為如果大規模使用不可持續的方法，它將對環境和人類社會產生巨大的負面影響。
方法
其他做法包括多種作物種植，即在同一塊田地里種植多種多年生作物，每種作物在不同的季節生長，以避免它們為自然資源競爭。[106] 這種系統將增加對疾病的抵抗力，並減少土壤侵蝕和養分流失的影響。以豆科植物為例，豆科植物能進行氮固定，與依賴土壤硝酸鹽生長的植物結合使用，幫助土地每年都能得到重複利用。豆科植物將在一個季節內生長，補充土壤中的銨和硝酸鹽，接下來一個季節，其他植物可以在田地里播種並為收穫做準備。
可持續的雜草管理方法可能有助於減少除草劑抗性雜草的發展。[107] 作物輪作如果使用豆科植物，也可能有助於補充氮，並提高資源的使用效率。[108]
還有許多方法可以實踐可持續的畜牧業。一些放牧管理工具包括將放牧區域圍成較小的區域，稱為圍欄區，降低牲畜密度，並頻繁地將牲畜從一個圍欄區轉移到另一個圍欄區。[109]
增加產量是集約化的目標。可持續集約化涵蓋了一些特定的農業方法，這些方法既能增加產量，又能改善環境結果。農場期望的結果可以在不需要更多土地耕作或破壞自然棲息地的情況下實現；系統的表現得到了提升，而沒有帶來淨環境成本。可持續集約化已成為聯合國的優先事項。可持續集約化與以往的集約化方法不同，特別強調更廣泛的環境結果。到2018年，預計在100個國家，總共有1.63億個農場採用了可持續集約化。這些農場所覆蓋的農業用地面積為4.53億公頃，占全球農場面積的29%。[110] 鑑於對糧食安全、人類人口增長和適合農業的土地逐漸減少的擔憂，需要採取可持續的集約化農業實踐，以保持高作物產量，同時維護土壤健康和生態系統服務。關於生態系統服務是否足夠強大，以允許減少使用不可再生輸入，同時保持或提高產量，已經成為廣泛討論的話題。近期在東亞灌溉稻田生產系統中的研究表明——至少在害蟲管理方面——通過利用花蜜植物促進生物防治的生態系統服務，可以將殺蟲劑的使用減少70%，同時與標準做法相比，產量提高了5%。[111]
水效率可以通過減少對灌溉的需求並使用替代方法來提高。此類方法包括：研究抗旱作物、監測植物蒸騰作用並減少土壤蒸發。[113]
抗旱作物被廣泛研究，作為解決水短缺問題的一種手段。這些作物經過基因工程改造，可以在水資源稀缺的環境中生長。這有助於減少灌溉需求並幫助節約水資源。儘管研究取得了一定進展，但大多數成功的抗旱品種對水資源節約的總體影響有限。然而，一些作物，如水稻，已經成功地進行了抗旱基因改造。[114]
土壤改良包括使用來自回收中心的堆肥。利用院子和廚房廢料中的堆肥能有效地利用當地資源。
在種植前避免耕作，並在收穫後留下植物殘留物，可以減少土壤水分蒸發，還能防止土壤侵蝕。[115]
覆蓋土壤表面的作物殘留物可以減少水分蒸發，降低表層土壤溫度，減少風力影響。[115]
提高磷礦效果的一種方法是向土壤中添加微生物接種物，如磷溶解微生物（PSM）。[79] 這些微生物能溶解土壤中已有的磷，並通過有機酸的產生和離子交換反應等過程，使磷對植物可用。[79] 實驗表明，這些磷溶解微生物能夠提高作物生長，包括莖高、乾重和產量。[79]
有菌根的存在能使磷的吸收效率更高。[116] 菌根是植物與真菌之間的一種共生關係，[116] 真菌能高效吸收土壤中的養分，包括磷。[117] 這些真菌能增加磷的吸收，尤其是在磷被鋁、鈣和鐵固定的土壤中。[117] 菌根還能夠釋放有機酸，使磷變得可溶，進而促進植物的吸收。[117]
土壤蒸汽滅菌可以作為化學物質的替代方案進行土壤滅菌。有多種方法可以將蒸汽引入土壤，以殺死害蟲並提高土壤健康。
太陽能殺菌基於相同的原理，用於提高土壤溫度，以殺死病原體和害蟲。[118]
某些植物可以作為生物熏蒸劑種植，作為「天然」熏蒸劑，通過壓碎後將其翻入土壤並用塑料覆蓋四周，這樣可釋放出抑制害蟲的化合物。來自十字花科的植物釋放出大量的有毒化合物，如甲基異硫氰酸酯。[119][120]
將當前的農田遷移到更具環境優化的地區，同時允許在這些廢棄區域內的生態系統再生，可能會顯著減少全球作物生產的碳排放、生物多樣性和灌溉水足跡。即使僅在國家邊界內進行遷移，也有巨大的潛力。[121][122]
可持續性還可能涉及作物輪作。[123] 作物輪作和覆蓋作物有助於防止土壤侵蝕，通過保護表土免受風力和水流的侵害。 有效的作物輪作可以減少作物的害蟲壓力，提供雜草控制，減少病害積累，並提高土壤養分和養分循環的效率。[124] 這減少了對化肥和殺蟲劑的需求。[123] 通過引入新的遺傳資源增加作物的多樣性，可以比單一栽培時提高10%到15%的產量。[124][125]多年生作物減少了耕作的需要，從而有助於緩解土壤侵蝕，並且有時能夠更好地耐旱，改善水質，並有助於增加土壤有機質。當前有研究項目試圖開發可替代現有年度作物的多年生作物，例如用野生草種中間偃麥草替代小麥，或是將其與小麥進行實驗性雜交。[126] 在沒有使用化學品的情況下完成這一切是可持續性的一項主要目標，這也是作物輪作作為可持續農業核心方法的原因。[124]
相關概念
有機農業可以定義為： 一個綜合農業系統，力求可持續性，提高土壤肥力和生物多樣性，同時，除了極少數例外，禁止合成農藥，抗生素，合成肥料，轉基因生物和生長激素。[127][128][129][130]
一些人聲稱有機農業可能是美國消費者可獲得的最可持續的產品，尤其是在沒有其他替代品的情況下，儘管有機行業的重點並不在於可持續性。[123]
2018年，美國有機產品的銷售額達到了525億美元。[131] 根據美國農業部（USDA）的一項調查，三分之二的美國人至少偶爾消費有機產品。[132]
生態農業是一個側重於可持續農業環境方面的概念。生態農業包括所有方法，包括有機農業，旨在再生生態系統服務，例如：防止土壤侵蝕、水分滲透和保持、碳封存（以腐殖質形式）以及增加生物多樣性。[133] 許多技術被應用於生態農業，包括免耕農業、多物種覆蓋作物、條帶耕作、梯田種植、風障、牧草作物等。
在生態農業實踐中，有很多方法和技術，每一種都有其獨特的益處和實施方式，旨在促進更可持續的農業。作物基因多樣性是一種減少單一作物種植所帶來的風險的方法，單一作物可能會因氣候變化而受到影響。[134] 這種生物多樣性使得作物更加有彈性，提高了糧食安全性，並增強了農田的長期生產力。[134] 另一個方法是使用生物汽化器，它將有機廢料轉化為可燃氣體，這為生態農業提供了多個好處：它可以作為燃料、作物和魚塘的肥料，並且作為去除富含有機物廢料的方法。[135] 由於生物氣化器可以作為肥料使用，因此減少了農業生產中所需的工業肥料的量。另一個技術是水產養殖與農業結合，它將養殖廢料與農田廢料結合，將廢物引導到魚塘，而不是讓它們進入環境中。[136] 魚塘中的泥漿也可以用來施肥作物。[136]
生態農業中還可以使用有機肥料，如動物糞肥和綠肥。[137] 這有助於改善和保持土壤肥力，降低成本並提高產量，減少對工業肥料（氮和磷）等不可再生資源的使用，並減少密集農業系統對環境的壓力。[137] 精準農業也可以用於生態農業，它專注於使用非化學方法高效去除害蟲，並儘量減少耕作，以維持農田的可持續性。精準農業機器的一個例子是假播種床耕耘機，它可以去除大部分小雜草，同時僅耕作1厘米深。[138] 這種最小耕作減少了由於土壤擾動而產生的新雜草。[138] 其他減少土壤侵蝕的方法包括等高耕作、條帶耕作和梯田種植。[139]
生態農業科學的挑戰在於，能夠實現一個主流的、可持續甚至再生的生產食品系統。為了進入生態農業領域，相對於消費者的位置可以減少食品運輸所產生的食品里程，從而幫助減少燃燒發動機排放對生物圈的破壞。
生態農場的設計最初受到與傳統農業相同的限制：當地氣候、土壤的物理特性、土壤補充物的預算、勞動力和可用的自動化設備。然而，通過生態農業方法進行長期水資源管理可能有助於保護並增加當地水資源的可用性，並且需要的投入更少，從而保持土壤肥力。
需要考慮一些生態農業獨有的原則：
傳統農業常被認為是固有的破壞性，刀耕火種或刀耕炭種的輪作農業在亞馬遜地區已經有數千年的歷史。[148]
一些傳統系統將多種作物種植與可持續性結合。在東南亞，稻魚共生系統在水稻田中同時養殖淡水魚和水稻，既生產了額外的產品，又減少了鄰近河流的富營養化。[149] 印尼的一種變體結合了水稻、魚、鴨子和水蕨；鴨子吃掉限制水稻生長的雜草，節省了勞動力和除草劑，而鴨子和魚的糞便代替了肥料。[150]
提高田地農業（Raised field agriculture）最近在世界某些地區得到復興，例如在玻利維亞和秘魯的高原地區。傳統的瓦魯瓦魯提高田地重新復興，在貧瘠地區創造了富含營養的土壤。這種方法極為高效，最近被該地區的土著群體以及附近的亞馬遜盆地利用，開發那些歷史上難以耕種的土地。
其他形式的傳統農業包括農林複合、輪作和水資源收集。水資源收集是最大且最常見的做法，尤其是在乾旱地區和乾旱季節。衣索比亞，農業貢獻了超過其國內生產總值（GDP）的半數，並占其出口的80%以上；然而，該國以其嚴峻的乾旱和乾旱期而聞名。[151] 雨水收集被認為是一種低成本的替代方案。此類收集利用高雨期收集並儲存屋頂的水，以備乾旱時使用。[152] 雨水收集已成為幫助該國生存的一項重要做法，重點放在徑流灌溉、屋頂水收集和洪水擴展上。
美國的土著居民通過自給農業技術實踐可持續農業。許多部落種植或收穫當地生態系統中茁壯成長的植物來獲取食物。土著農業實踐是特定於當地環境的，並與自然過程相協調。[153] 這種實踐被稱為永久農業，它涉及對當地環境的深刻理解。[154] 土著農業技術還將當地的生物多樣性融入許多實踐中，有助於土地的健康保持。[155]
許多土著部落將間作納入他們的農業中，這是一種將多種作物一起種植在同一地區的做法。這種策略讓作物通過交換養分、維持土壤濕度和提供物理支撐來相互促進生長。間作中配對的作物通常不會在資源上激烈競爭，這有助於它們各自的成功。例如，許多部落採用了類似於「三姐妹花園」的間作技術。這種園藝技術包括玉米、豆類和南瓜。這些作物在一起生長，玉米稈支撐著豆類，豆類提供氮，南瓜保持濕潤。[156] 間作還提供了一種自然的害蟲管理和防止雜草生長的策略。間作是一種天然的農業實踐，通常能改善土壤和植物的整體健康，提高作物產量，並具有可持續性。[154]
土著可持續農業最重要的方面之一是他們對採摘的傳統生態知識。阿尼什那比部落遵循一種名為「尊敬的收穫」（The Honorable Harvest）的理念。尊敬的收穫是一套強調人們應「只取所需，取之必用」的實踐方法。[157] 這一做法通過遵循一些採摘植物的規則來保護資源。這些規則包括：永遠不要取第一株植物，永遠不要取超過一半的植物，永遠不要取最後一株植物。[158] 這種方法促進了植物的未來生長，從而實現了該地區植物的可持續利用。
土著美國人通過管理森林、動物和作物的結合，實踐農林複合。他們還通過控制火燒和林業促進樹木生長。通常，這些火燒後的剩餘灰燼會被用作作物的肥料。通過改善森林條件，當地的野生動植物種群也得到了增加。土著美國人允許他們的家畜在森林中放牧，這為樹木提供了天然肥料。[154]
主條目：再生農業
再生農業是一種用於食品和農業系統的保護與修複方法。它專注於表土的土壤再生、增加生物多樣性、[159] 改善水循環、[160] 增強生態系統服務、支持生物固碳、提高氣候韌性，並加強農田土壤的健康與活力。實踐方法包括儘可能回收農場廢棄物，並添加來自農場外的堆肥材料。[78][161][162]
這一部分摘自《永續農業》。
永久農業是土地管理和定居點設計的一種方法，採用在繁榮的自然生態系統中觀察到的安排。 它包括一套使用整個系統思維導出的設計原則。 它將這些原則應用於再生農業，都市計畫，再野生化和社區復原力等領域。 這個詞是由比爾·莫里森和大衛·霍爾姆格倫在1978年創造的，他們提出了這一概念，反對現代工業化方法，而是採取了更傳統或"自然"的農業方法。[163][164][165]
20世紀早期和中期的多位思想家探索了免耕園藝，免耕耕作和"永久性農業"的概念，這是永久農業領域的早期靈感。[166]莫里森和霍爾姆格倫從20世紀70年代和80年代的工作導致了幾本書，從1978年的《永續農業一》開始，並開發了"永續農業設計課程"，這是傳播永久文化思想的主要方法之一。[167]從關注南澳大利亞的土地使用開始，永久農業的範圍已經擴大到包括其他地區和其他主題，例如適當的技術和故意社區設計。[168]
一些概念和做法統一了被稱為永久農業的各種方法。 莫里森和霍爾姆格倫的三個基本倫理和霍爾姆格倫的十二個設計原則經常在永久養殖文獻中被引用和重申。諸如伴生種植，多年生作物的廣泛使用以及草本螺旋等設計已被永久文化主義者廣泛使用。
永久農業作為一種流行的運動在很大程度上與科學文獻隔離，並且由於缺乏明確的定義或嚴格的方法而受到批評。[169]儘管存在長期的分歧，但一些21世紀的研究支持了永久農業改善土壤質量和生物多樣性的說法，[170]並將其確定為能夠促進農業生態轉型的社會運動。
更多信息：多樣化種植
現有的證據表明，多元文化可能有助於可持續農業。一項關於多作物系統的薈萃分析發現，在某些間作兩作物系統中，將單一的經濟作物與覆蓋作物結合，能夠比傳統單一作物系統具有更高的捕食性昆蟲多樣性，並且在相似的產量下表現出更好的生態服務效果。[171]
一種可持續農業的策略是開發使用多年生作物的多元種植系統。例如，水稻、小麥、高粱、大麥和向日葵等作物正在被開發為多年生品種，這些作物每年不需要重新種植。若這些作物與如苜蓿等豆科覆蓋作物搭配使用，系統將能夠固定氮氣，從而減少對化肥和農藥的需求。[126]
利用城市空間（例如屋頂花園、社區花園、共享花園、有機農場以及其他形式的城市農業）可能有助於可持續發展。[172] 有人認為「游擊園藝」是可持續性實踐的一個例子[173] ——在某些情況下，食用植物的種子已經在本地鄉村地區播種。[174]
水培是一種農業替代方法，它創造了最佳的生長環境，而不使用靜止介質。這一創新的農業技術可以在不影響土壤健康的情況下提高作物產量。該可持續農業技術的最大缺點是與開發相關的成本。[175]
標準規格
認證體系對農業社區和消費者非常重要，因為這些標準決定了農產品的可持續性。現有許多可持續性標準和認證體系，包括有機認證、雨林聯盟、公平貿易認證、可持續發展認證、全球良好農業規範、鳥類友好型認證和咖啡共同體標準（4C）。 這些標準規定了生產商、製造商和貿易商需要遵循的規則，以確保他們所做、製造或種植的東西不會對人類和環境造成傷害。[176] 這些標準也被稱為自願可持續性標準（VSS），是由非政府組織（NGO）或私人公司設計和推廣的私有標準，要求產品符合特定的經濟、社會或環境可持續性指標。要求可能涉及產品質量或特性，但也涵蓋生產和加工方法以及運輸。VSS通常由非政府組織或私人公司設計並推廣，廣泛應用於從農民到零售商的各個環節。認證和標籤用於標示VSS的成功實施。根據國際貿易中心（ITC）標準地圖，標準覆蓋的主要產品是農業產品。[177] 目前約有500個VSS適用於許多開發中國家的主要出口產品，如咖啡、茶葉、香蕉、可可、棕櫚油、木材、棉花和有機農產品。[178] 研究表明，VSS有助於減少富營養化、水資源使用、溫室氣體排放和自然生態系統的轉換。[179] 因此，VSS被認為是可持續農業的潛在工具。
USDA生產的有機標籤是基於國家化的農場和設施標準的支持。認證步驟包括制定一個有機系統計劃，確定農產品的耕作、放牧、收穫、儲存和運輸方式。該計劃還管理和監控與農產品相關的物質、保護措施以及可能接觸到農產品的非有機產品。隨後，USDA認證機構會審查和檢查有機系統計劃。一旦認證獲得批准，農產品會貼上USDA的批准標籤並分發到美國各地。為了確保農民負責並確保美國消費者獲得有機產品，每年都要進行至少一次檢查。[180] 這是可持續認證系統通過農產品管理的一個例子。
政策
可持續農業是國際政策中的一個話題，涉及其減少環境風險的潛力。2011年，《可持續農業與氣候變化委員會》在其關於應對氣候變化下食品安全的政策建議中，強調必須將可持續農業融入國家和國際政策中。[181] 委員會強調，天氣變異性增加和氣候衝擊將對農業產量產生負面影響，因此需要儘早採取行動推動農業生產系統的變革，以提高其韌性。[181] 委員會還呼籲在未來十年大幅增加對可持續農業的投資，包括國家研究與開發預算、土地恢復、經濟激勵和基礎設施改善。[181]
在2021年聯合國氣候變化大會期間，45個國家承諾提供超過40億美元支持向可持續農業的過渡。組織「慢食」對這些資金的效果表示關切，認為它們集中在技術解決方案和植樹造林上，而不是「全面的農業生態學，這種生態學將食品從大規模生產的商品轉變為在自然邊界內運作的可持續系統」。[182]
此外，峰會還進行了談判，最終達成了大幅減少二氧化碳排放、實現碳中和、結束森林砍伐和對煤炭的依賴、限制甲烷排放等目標。[183][184]
2021年11月，氣候行動追蹤報告稱，根據當前政策，全球努力正朝著2.7°C的溫度升高目標前進，發現當前的目標無法滿足全球需求，因為煤炭和天然氣消費是進展差距的主要原因。[185][186]此後，志同道合的開發中國家要求為該協定提供增編，取消開發中國家滿足富裕國家同樣要求的義務。
進一步信息：歐洲綠色協議
2020年5月，歐盟發布了一項名為「從農場到餐桌」的計劃，旨在使其農業更加可持續。在該計劃的官方網站上，歐盟執委會執行副主席弗朗斯·蒂梅爾曼斯表示：新冠疫情危機表明我們每個人都如此脆弱，同時也顯示了恢復人類活動與自然之間平衡的重要性。在綠色協議的核心，生物多樣性和從農場到餐桌戰略指向了自然、食品系統和生物多樣性的更好平衡；以保護我們人民的健康和福祉，同時提高歐盟的競爭力和韌性。這些戰略是我們即將開展的大轉型的關鍵部分。[187]
該計劃包括以下目標：
1930年至2000年的政策
新政實施了促進可持續農業的政策和計劃。根據1933年的《農業調整法案》，政府向農民提供補貼，創建了一個供應管理制度，限制重要農作物的生產量。[188][189][190] 這使得農民能夠專注於種植食物，而不是參與市場競爭體系。新政還為那些讓一些土地保持未耕種或未放牧的農民提供了貨幣激勵，以改善土壤狀況。[188] 還建立了合作擴展服務，設立了美國農業部、土地贈款大學和地方社區之間的資金共享責任。[189]
1950至1990年代，美國政府在農業政策上的立場發生了變化，停止了可持續農業的推進。《1954年農業法案》通過後，政府通過靈活的價格支持來支持農民，但僅限於商品項目。[191] 《1965年食品和農業法案》推出了新的收入支持支付，並繼續實施供應控制，但降低了價格支持。[191] 《1973年農業與消費者保護法案》取消了價格支持，改為引入目標價格和虧損支付。[191] 它繼續通過降低利率來促進商品作物的生產。《1985年食品安全法案》繼續實施商品貸款計劃。[190][191] 這些政策推動了利潤至上的理念，而非可持續性，因為美國政府推動農場最大化生產輸出，而不是設定限制。[191] 這意味著農場變成了食品工廠，規模越來越大，種植更多的商品作物，如玉米、小麥和棉花。從1900年到2002年，美國的農場數量大幅減少，而自1950年以來，農場的平均規模卻在增加。[191][190]
當前政策
在美國，聯邦自然資源保護服務局（USDA）為那些有興趣進行自然資源保護的農業生產者提供技術和財政援助。通過像可持續農業研究與教育計劃和中英再生能源供應協議這樣的項目，促進可持續農業實踐的研究，並提供一個應對農業和氣候變化的框架。
未來政策
目前，美國農業系統可能會轉向更可持續方向的政策包括綠色新政。這一政策倡導通過拆解1950年代至1980年代建立的大型商品農場來實現農業治理的去中心化。[188] 農業社區的去中心化治理將允許在地方層面進行更具適應性的管理，以幫助集中應對氣候變化緩解、糧食安全以及景觀規模的生態管理。[188] 綠色新政將投資於公共基礎設施，支持農民從工業化食品制度過渡，並獲得農業生態學技能。[188] 就像新政一樣，它將投資於合作社和公有資源，來共享和重新分配土地、食品、設備、研究設施、人員和培訓計劃等資源。[188] 所有這些政策和計劃將打破美國農業可持續發展所面臨的障礙。[190]
2016年，中國政府採納了減少中國肉類消費50%的計劃，以實現更可持續和健康的食品系統。[192][193]
2019年，國家基礎研究計劃或973計劃資助了關於「科技後院」（STB）的研究。科技後院是通常在農村地區創建的中心，特別是那些小規模農業比例較高的地區，這些中心將傳統農業知識與新技術和創新的實施相結合。該計劃的目的是在全國範圍內投資於可持續農業，增加糧食產量，同時儘量減少對環境的負面影響。該計劃最終證明了其成功，研究發現，傳統實踐與適當技術的結合在提高作物產量方面發揮了重要作用。[194]
印度與食品與土地使用聯盟（FOLU）合作，CEE（能源、環境與水委員會）提供了印度可持續農業實踐和系統（SAPSs）現狀的概述。[195] 印度旨在通過政策制定者、行政人員、慈善家等各方合作擴大SAPSs，這些方案代表了常規、投入密集型農業的重要替代方案。此類努力識別出16種SAPSs，包括農業林業、輪作、雨水收集、有機農業和自然農業，使用農業生態學作為研究的視角。最終的結論是，儘管有一定進展，但可持續農業在印度還遠未成為主流。進一步的提案正在進行中，旨在推動SAPSs的推廣，包括重構政府支持以及嚴格的證據生成，以證明可持續農業的好處和實施效果。
印度在探索可持續農業領域方面的一個例子是由教育家Pragati Chaswal創辦的Sowgood基金會，這是一個非營利組織。[196] 該基金會通過幫助小學生在郊區農舍和花園的農田上進行農耕，向他們傳授可持續農業知識。今天，印度新德里許多政府和私立學校已經採納了Sowgood基金會的可持續農業課程。
2012年，以色列農業部宣布其在推動可持續農業政策方面的承諾達到了一個高潮。該政策的一個重要組成部分是資助一些使小型巴勒斯坦-阿拉伯社區能夠接觸到可持續農業的項目。該計劃旨在創造生物多樣性，培訓農民採用可持續農業方法，並為農業利益相關者定期舉辦會議。[197]
歷史
1907年，美國作家弗蘭克林·H·金在其著作《四十世紀農民》中討論了可持續農業的優勢，並警告稱，這種做法對未來農業至關重要。[198] 據報道，「可持續農業」一詞是由澳大利亞的農業學家戈登·麥克萊蒙特首次提出的。[199] 這一術語在20世紀80年代末變得流行。[156] 2002年，國際園藝學會在多倫多國際園藝大會上舉辦了關於園藝可持續性的國際研討會。[200] 在隨後的2006年首爾會議上，這些原則進一步討論。[201]
這種全球人口可能無法得到充分供應的問題，自19世紀初托馬斯·羅伯特·馬爾薩斯起便引發了關注，但近年來變得愈發重要。[15] 從20世紀末到21世紀初，由於全球人口迅速增長的憂慮，這一問題在美國廣泛討論。農業長期以來一直是全球最大的產業，需要大量的土地、水和勞動力投入。進入21世紀時，專家們開始質疑這一產業是否能夠跟上人口增長的步伐。[16] 這一辯論引發了對全球糧食不安全以及「解決飢餓問題」的關注。[202]
相關條目
參考文獻
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