一排排長葉萵苣生長在一個垂直農場。 （布蘭登·韋德/美聯社為伊甸園拍攝的圖片）
在全球範圍內， 三分之一的溫室氣體排放 來自農業和糧食系統。 食品系統的碳足跡包括其種植、加工、運輸和廢物產生的所有排放。
農業也是 易受氣候變化影響 並且，作為衝突 烏克蘭 表明，食品系統可能會受到地緣政治的影響。
已經有幾種技術可以幫助將連接生產者和消費者的複雜系統脫碳。 這些技術還可以使我們的糧食系統更能抵禦全球威脅。 以下是我們認為顯示出巨大潛力的五個。
1. 碳農場和再生農業
今天，與我們的食物相關的大部分溫室氣體排放來自生產食物，並且是在耕作土壤時排放的。 這很重要，因為 未受干擾的土壤儲存碳.
但隨著管理方面的一些相對較小的變化，土壤可以再次成為碳匯。 例如種植豆類和 飼料作物 每隔幾年，不只是種植小麥或玉米等商品，或者在秋季播種覆蓋作物，否則田地會光禿禿的，而是讓有機物質積累並幫助 土壤吸收碳. 這不僅有助於減緩氣候變化，還可以保護土壤免受侵蝕。
農民可以簡單地使用更多作物類型的想法在技術上似乎並不復雜，但它確實有效。 和新一代 智能農具包括使用大數據和人工智能的農業設備，將很快幫助農民採用這些生產食物和捕獲碳的做法。
這些智能農業工具是更廣泛的數字農業革命的一部分，也稱為精準農業，它將 讓農民減少對環境的影響 並跟踪他們的田地捕獲了多少溫室氣體，創建一個記錄他們努力的碳分類賬。
2.智能肥料
傳統上，它需要很多 化石燃料將空氣中的氮轉化為肥料. 此外，它是 挑戰農民將適量的肥料放在正確的地方，在正確的時間，讓作物有效地利用它。
肥料是 經常過度應用，而不被作物使用，最終成為污染，或者作為 溫室氣體 or 水污染物. 但新一代肥料旨在解決這些問題。
智能生物肥料，使用 培育或設計成與農作物和諧相處的微生物 並從環境中獲取養分，將其提供給作物而不會造成浪費。
使用微生物從環境中捕獲養分的智能生物肥料可以避免與傳統肥料相關的浪費和污染問題。 （存在Shutterstock）
3、精準發酵
自歷史之初，人類就利用微生物將糖和澱粉轉化為發酵產品，例如啤酒、葡萄酒和麵包。 但不久之後，精密發酵將用於生產更多產品。
幾十年來，這項技術已被用於製造世界上大部分的胰島素和用於奶酪製作的凝乳酶。 美國最近允許 無動物發酵乳蛋白 - 通過將產奶基因插入微生物製成 - 用於 冰淇淋，現在可以出售。 推出產品只是時間問題 精準發酵成為超市隨處可見的地方.
未來，如果發酵微生物被餵食廢棄產品（例如釀造過程中剩餘的“廢穀物”或植物蛋白中的廢棄澱粉），農民可以用有機材料製造低影響、高價值的產品，否則會被浪費並分解成溫室氣體。
4.垂直農業
雖然沒有什麼比新鮮水果和蔬菜更好的了，採摘成熟並立即食用，但可悲的現實是，加拿大、美國北部和歐洲北部食用的大部分新鮮農產品來自美國西南部或南半球的工業農場。 這 這條長距離冷鏈的碳足跡 很大，而且產品的質量並不總是最好的。
新一代垂直農場旨在通過使用節能 LED 燈在家附近生產全年作物來改變這種狀況。 這些 受控環境農業設施 比傳統農場使用更少的水和勞動力，並在小塊土地上生產大量新鮮水果和蔬菜。
更重要的是，這些設施如雨後春筍般湧現 北美 和歐洲，尤其是在新加坡和 日本. 雖然關於當前這一代垂直農場是否 在能源使用方面更好，他們越來越準備使用可再生能源來確保全年供應碳中和的新鮮農產品，即使在 加拿大北部.
5.沼氣
來自畜牧設施的糞便難以管理，因為它可能成為水污染和溫室氣體排放的來源。 但是，如果將牲畜糞便放在 厭氧消化，有可能捕獲天然存在的甲烷作為 綠色天然氣.
如果規劃得當，沼氣池還可以將城市有機廢物轉化為可再生能源，從而使農業有機會為可持續能源組合做出貢獻。 這已經在安大略的農場發生，新一代沼氣池正在幫助 增加農業收入並取代化石燃料.
驅動系統變化
當這些技術相互關聯時，它們會變得更加令人興奮。 例如，連接到畜牧場的沼氣收集器可用於產生運行發酵設施所需的能量，以生產無動物乳製品。
同樣，如果植物性蛋白質（例如來自豌豆等豆科作物的蛋白質）在農場使用再生農業技術生產並在當地加工，則剩餘的澱粉可用於精確發酵。 雖然我們不知道這個過程正在大規模進行，但它潛在的可持續發展效益是巨大的。
釋放這些好處的關鍵是發展農業食品企業 循環食品系統，從而使一個步驟的廢品在另一個步驟中成為有價值的投入。 循環食品系統的一個重要補充將是從田間到餐桌的碳跟踪，從而獲得回報。
實現碳中和的技術， 循環食品經濟 正在迅速接近成熟。 五年後可能只有幾年 上述技術成為主流.
今天，世界面臨著本世紀最大的挑戰之一：如何為世界不斷增長的人口提供營養，應對氣候變化，同時不破壞我們賴以生存的生態系統。 但我們正處於擁有養活未來和保護地球的工具的邊緣。
關於作者
雷內·範·阿克，安大略農業學院教授兼院長， 圭爾夫大學; 埃文·弗雷澤（Evan Fraser）, Arrell 食品研究所所長和地理、環境與測繪學系教授， 圭爾夫大學和 萊諾紐曼, 加拿大研究主席，食品安全與環境， 菲沙河谷大學
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