12.11: Виробництво харчових продуктів і клітковини біосферою - Сільське господарство

Найважливішим використанням ґрунту і біосфери для людини є сільське господарство, виробництво продуктів харчування і клітковини шляхом вирощування сільськогосподарських культур і тваринництва. Сільське господарство дуже тісно пов'язане з практикою зеленої хімії багато в чому. Сільськогосподарські хімікати, включаючи добрива, гербіциди та інсектициди, виробляються та наносяться на посіви та землю у величезних кількостях. Щорічне виробництво мільйонів кілограмів цих хімічних речовин вимагає належної практики зеленої хімії та інженерії. Раціональне використання відносно невеликих кількостей гербіцидів дає можливість висаджувати культури в грунт, вкритий залишками посівів попереднього року, при незначній обробці ґрунту або без нього. Ця практика низькогрунтообробного землеробства, яка зараз називається консерваційною обробкою ґрунту (див. Розділ 11.11), відповідає найкращій практиці зеленої хімії та промислової екології. Органічна біомаса, що виробляється рослинами, може бути використана як відновлюване джерело сировини і палива. Деякі рослини в даний час генної інженерії для виробництва конкретних хімічних речовин.

Практика сільського господарства є абсолютно необхідною для виживання людства. Для того, щоб продовжувати годувати зростаюче населення світу, зберігаючи і навіть підвищуючи здатність ґрунту виробляти їжу, необхідно, щоб практика сільського господарства була максимально зеленою. У минулому і досі це часто не було правдою. Обробіток ґрунту людиною витіснив рідні рослини, знищив середовище існування дикої природи, забруднив ґрунт пестицидами, заповнив річки та водойми відкладами, а також іншим чином збурив і пошкодив навколишнє середовище. Сільськогосподарська практика, можливо, є найбільшим вторгненням антросфери в інші екологічні сфери. Позитивним моментом є те, що зростання вітчизняних культур тимчасово виводить з атмосфери парниковий газ вуглекислий газ та забезпечує органічну сировину та паливо з біомаси без чистого додавання вуглекислого газу в атмосферу.

Основою сільського господарства є розвиток домашніх рослин від їх диких предків. (Те ж саме можна сказати і про тварин, але лише жменька видів тварин була одомашнена, хоча кожен складається з багатьох різних порід.) Наші доісторичні предки навчилися підбирати рослини з бажаними характеристиками для виробництва їжі та клітковини, розробляючи нові види, які часто вимагають ретельних зусиль досвідчених ботаніків, щоб пов'язати їх зі своїми дикими предками. Лише близько 1900 року були застосовані наукові принципи спадковості до селекції рослин, зрештою, з відмінними результатами. Використовуючи наукові методи, аграрії здійснили «зелену революцію» у 1950-х та 1960-х роках, що призвело до появи сортів рису та пшениці, особливо, які значно підвищили врожайність. Використовувані методи включали селекційну селекцію, гібридизацію, перехресне запилення та зворотне схрещування для розробки сортів зерна, які у поєднанні з хімічними добривами та пестицидами призводять до значно більшої врожайності сільськогосподарських культур. Індія, країна, яка опинилася на межі голоду в 1940-х роках, збільшила виробництво зерна на 50%. Такі розробки, як більш висока врожайність та швидкодозріваючі карликові сорти рису, дозволили краще харчуватися зростаючому світовому населенню, принаймні відклавши неминучі проблеми, які будуть наслідком зростання населення. Завдяки розмноженню рослин, стійких до холоду, посухи та комах, загальна продуктивність сільськогосподарських культур була ще більше збільшена. Досягнуто підвищення поживних цінностей для зерна, наприклад, розвиток сортів кукурудзи, які мають більш високий рівень амінокислоти лізину.

Одним з основних досягнень селекції рослин стала розробка гібридів, отриманих шляхом схрещування справжніх штамів рослин. Так звана «гібридна енергія» добре відома, і багато гібридів мають значно більшу врожайність, ніж їхні батьківські штами. Кукурудза, надзвичайно продуктивний фотосинтезатор, зарекомендувала себе найбільш піддається виробництву гібридів, почасти через відділення чоловічих квіток, які ростуть на верхівках рослин, від жіночих квіток, прикріплених до бутонізуючих кукурудзяних колосків. Висаджуючи ряди кукурудзи, які чергуються між двома різними штамами, і зрізаючи пензлики з верхівок рослин, які мають виробляти насіння кукурудзи, гібридні сорти кукурудзи легко отримують. Зовсім недавно були розроблені методики вирощування гібридів інших видів рослин.

Існує, звичайно, багато факторів, крім генетичних штамів рослин, які беруть участь у високій врожайності. Вплив погоди пом'якшується розвитком сортів культур, які протистоять спеці, холоду та посухи. Забезпечення водою шляхом штучного зрошення значно підвищило врожайність сільськогосподарських культур і має важливе значення для врожайності в деяких регіонах, таких як овочівничі райони Каліфорнії. Практика зрошення продовжує ставати більш ефективною із заміною марнотратних розпилювальних іригаторів системами, які подають воду безпосередньо в грунт або навіть безпосередньо на коріння рослин. Комп'ютеризоване управління зрошенням може зробити його набагато ефективнішим. Екологічно широке використання гербіцидів мало деякі чудові переваги, поряд з деякими шкідливими наслідками, завдяки підвищенню продуктивності сільськогосподарських культур при меншій обробці ґрунту.