一排排长叶莴苣生长在一个垂直农场。 （布兰登·韦德/美联社为伊甸园拍摄的图片）
在全球范围内， 三分之一的温室气体排放 来自农业和粮食系统。 食品系统的碳足迹包括其种植、加工、运输和废物产生的所有排放。
农业也是 易受气候变化影响 并且，作为冲突 乌克兰 表明，食品系统可能会受到地缘政治的影响。
已经有几种技术可以帮助将连接生产者和消费者的复杂系统脱碳。 这些技术还可以使我们的粮食系统更能抵御全球威胁。 以下是我们认为显示出巨大潜力的五个。
1. 碳农场和再生农业
今天，与我们的食物相关的大部分温室气体排放来自生产食物，并且是在耕作土壤时排放的。 这很重要，因为 未受干扰的土壤储存碳.
但随着管理方面的一些相对较小的变化，土壤可以再次成为碳汇。 例如种植豆类和 饲料作物 每隔几年，不只是种植小麦或玉米等商品，或者在秋季播种覆盖作物，否则田地会光秃秃的，而是让有机物质积累并帮助 土壤吸收碳. 这不仅有助于减缓气候变化，还可以保护土壤免受侵蚀。
农民可以简单地使用更多作物类型的想法在技术上似乎并不复杂，但它确实有效。 和新一代 智能农具包括使用大数据和人工智能的农业设备，将很快帮助农民采用这些生产食物和捕获碳的做法。
这些智能农业工具是更广泛的数字农业革命的一部分，也称为精准农业，它将 让农民减少对环境的影响 并跟踪他们的田地捕获了多少温室气体，创建一个记录他们努力的碳分类账。
2.智能肥料
传统上，它需要很多 化石燃料将空气中的氮转化为肥料. 此外，它是 挑战农民将适量的肥料放在正确的地方，在正确的时间，让作物有效地利用它。
肥料是 经常过度应用，而不被作物使用，最终成为污染，或者作为 温室气体 or 水污染物. 但新一代肥料旨在解决这些问题。
智能生物肥料，使用 培育或设计成与农作物和谐相处的微生物 并从环境中获取养分，将其提供给作物而不会造成浪费。
使用微生物从环境中捕获养分的智能生物肥料可以避免与传统肥料相关的浪费和污染问题。 （存在Shutterstock）
3、精准发酵
自历史之初，人类就利用微生物将糖和淀粉转化为发酵产品，例如啤酒、葡萄酒和面包。 但不久之后，精密发酵将用于生产更多产品。
几十年来，这项技术已被用于制造世界上大部分的胰岛素和用于奶酪制作的凝乳酶。 美国最近允许 无动物发酵乳蛋白 - 通过将产奶基因插入微生物制成 - 用于 冰淇淋，现在可以出售。 推出产品只是时间问题 精准发酵成为超市随处可见的地方.
未来，如果发酵微生物被喂食废弃产品（例如酿造过程中剩余的“废谷物”或植物蛋白中的废弃淀粉），农民可以用有机材料制造低影响、高价值的产品，否则会被浪费并分解成温室气体。
4.垂直农业
虽然没有什么比新鲜水果和蔬菜更好的了，采摘成熟并立即食用，但可悲的现实是，加拿大、美国北部和欧洲北部食用的大部分新鲜农产品来自美国西南部或南半球的工业农场。 这 这条长距离冷链的碳足迹 很大，而且产品的质量并不总是最好的。
新一代垂直农场旨在通过使用节能 LED 灯在家附近生产全年作物来改变这种状况。 这些 受控环境农业设施 比传统农场使用更少的水和劳动力，并在小块土地上生产大量新鲜水果和蔬菜。
更重要的是，这些设施如雨后春笋般涌现 北美 和欧洲，尤其是在新加坡和 日本. 虽然关于当前这一代垂直农场是否 在能源使用方面更好，他们越来越准备使用可再生能源来确保全年供应碳中和的新鲜农产品，即使在 加拿大北部.
5。 沼气
来自畜牧设施的粪便难以管理，因为它可能成为水污染和温室气体排放的来源。 但是，如果将牲畜粪便放在 厌氧消化，有可能捕获天然存在的甲烷作为 绿色天然气.
如果规划得当，沼气池还可以将城市有机废物转化为可再生能源，从而使农业有机会为可持续能源组合做出贡献。 这已经在安大略的农场发生，新一代沼气池正在帮助 增加农业收入并取代化石燃料.
驱动系统变化
当这些技术相互关联时，它们会变得更加令人兴奋。 例如，连接到畜牧场的沼气收集器可用于产生运行发酵设施所需的能量，以生产无动物乳制品。
同样，如果植物性蛋白质（例如来自豌豆等豆科作物的蛋白质）在农场使用再生农业技术生产并在当地加工，则剩余的淀粉可用于精确发酵。 虽然我们不知道这个过程正在大规模完成，但它潜在的可持续发展效益是巨大的。
释放这些好处的关键是发展农业食品企业 循环食品系统，从而使一个步骤的废品在另一个步骤中成为有价值的投入。 循环食品系统的一个重要补充将是从田间到餐桌的碳跟踪，从而获得回报。
实现碳中和的技术， 循环食品经济 正在迅速接近成熟。 五年后可能只有几年 上述技术成为主流.
今天，世界面临着本世纪最大的挑战之一：如何为世界不断增长的人口提供营养，应对气候变化，同时不破坏我们赖以生存的生态系统。 但我们正处于拥有养活未来和保护地球的工具的边缘。
关于作者
雷内·范·阿克，安大略农业学院教授兼院长， 圭尔夫大学; 埃文·弗雷泽（Evan Fraser）, Arrell 食品研究所所长和地理、环境与测绘学系教授， 圭尔夫大学及 莱诺纽曼, 加拿大研究主席，食品安全与环境， 弗雷泽谷大学
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