传统食物模式会加剧气候变化,未来蟋蟀会成为食物替代肉食?

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  据国外媒体报道,在丹麦的一个牛棚中,一个塑料盒大小的小温室中放着雏菊,它将是未来农业可持续发展的希望……一头被命名为“黛西”的奶牛在牛棚中拥有充足的食物,研究人员认真量化食物数量和类型,送到它的嘴旁,它可以很方便地喝到水。黛西不会在牛棚进行太长时间的试验,只要它的进食达到研究人员的预期——开始打嗝。

  丹麦奥胡斯大学动物科学教授梅特·尼尔森负责监测这头牛进食和打嗝情况,他解释了黛西隔离观察的最终目的,在这个塑料盒中,奶牛每一次打嗝释放的气体都可以监测到,奶牛打嗝时释放较高浓度的甲烷,甲烷是一种温室气体,只有以该方式记录它们的生存特征,我们才能阐明如何减轻畜牧业对气候造成的破坏。

  畜牧业排放的甲烷气体占食品生产过程中排放甲烷总量的40%,但事实上牲畜并非最大的甲烷贡献者,“最大贡献者”是大米,目前研究人员渴望改变畜牧的行为方式,从而减少温室气体排放,这也是新一波农业生产和高科技解决方案的一部分,旨在减少农业生产对气候变化的影响。

  整个农业生产领域,以及与之相伴的森林砍伐,造成了近四分之一的温室气体排放,农业用水也占世界用水量的70%。

  这不仅能改变气候,而且还影响了我们在原产地种植粮食的能力,干旱、洪涝、高温和海平面上升正在将我们地球上富饶土地变成无法种植粮食的地方。

  但如果我们能以一种不仅减少农业对地球环境的影响,甚至有利于气候发展的方式生产食物,将会怎么样呢?

  牛是反刍动物,这意味着它们消化系统的一部分(瘤胃)将用于发酵低营养食物,例如:草和叶子,它含有各种各样的微生物,能够帮助它们从食物中尽可能多地提取营养物质,不幸的是,其中一些微生物会产生甲烷气体,然后从瘤胃中释放出来,这正是尼尔森对奶牛进行隔离观测试验的动机。

  尼尔森说:“制造甲烷气体的不是奶牛,而是其体内一种叫做古生菌的微生物,所以,如果我们能阻止这一过程,使古生菌不再产生甲烷,我们基本上就会有制造甲烷气体的牛。”

  一些人可能认为完全放弃养牛可能是缓解气候变化的最佳方式,正如尼尔森所解释的那样,对许多人来说,放弃吃牛肉不是一个合理的解决方案。

  尼尔森和其他研究人员反而十分关注一种不太可能的甲烷来源——海藻,海门冬藻是生长在澳大利亚的一种温水海藻,它含有一种名为三溴甲烷的化合物,如果将牛每天2%摄入食物换成海门冬藻,就能减少牛98%的甲烷气体排放。

  然而,牛是否喜欢三溴甲烷的味道还有待探讨,在一些实验中,将海藻放入饲料中,家畜会相应地减少食量,同时,研究显示三溴甲烷对人类具有致癌性,尽管很少有研究表明该物质会转移到任何肉类和奶制品中,但许多人已通过自来水接触到低含量的三溴甲烷。

  尽管对安全性较强、减少甲烷排放的海藻牛饲料正在研发之中,一些种类的海藻已成为人类食物的营养来源,加拿大不列颠哥伦比亚省温哥华岛西南海岸,卡斯卡迪亚海藻公司的科学家和工作人员正在努力地将他们的海藻农场最大化地拓展到北美市场。从理论上讲,海藻不是一种植物,但它是少数几种富含维生素B12的素食来源之一,它仅需要海水和阳光就能持续生长。

  培育海藻的过程首先从海草叶片上收集叫做芽孢囊菌的小斑块开始,然后将它们带来培养池,一旦芽孢囊菌被释放出来,就会附着在培养池的线绳上,45天之后,这些幼苗就会发育成熟,此时将它们放在海水中,在线绳上固定,很快就会生长成海藻。卡斯卡迪亚海藻公司首席执行官迈克·威廉姆森说:“我们只使用本地海藻物种,不做任何外来物种入侵行为,我们在养殖海藻的区域收集芽孢囊菌。”

  2019年,美国哈佛大学一项研究显示,海藻养殖不仅排放很少的温室气体,而且海藻固碳效率是陆地植物的20倍,威廉姆森说:“海藻生长时,一定数量的海藻会脱落到深海中,并永远地留在沉积物中。”

  海藻除了存储碳,还会吸收冲入河流和海洋中的人造化肥的多余养分,虽然 化肥有助于提高陆地农作物产量,但过多的化肥冲进下水道可能会改变人们的栖息环境,损害海洋生物,与此同时,人造化肥在生产制造和田地施肥的过程中会向大气层释放大量温室气体。

  一种有效解决方案是更谨慎地使用这些化学物质的农业技术,最新技术可以大规模地减少水、化肥、杀虫剂和除草剂的使用,同时可以提高他们的利润,众所周知,精准农业的目标是仅在有需求区域提供适量的水和化学处理,避免大面积喷洒和浪费。

  最新研发的“观测喷洒”技术减少农业化学品的使用

  其中一项进展是使用二氧化硅纳米颗粒,该颗粒释放肥料和杀虫剂的速度缓慢而稳定,减少了它们的使用量和使用频率,其中一些解决方案也包含使用微生物,从而实现“土壤再生”。

  此外,蓝河科技公司希望通过他们最新研发的“观测喷洒”技术减少农业化学品的使用,并与农业机械制造商约翰·迪尔合作,使其成为现实,通过应用人工智能技术,选择性地使用除草剂,从而能够避免不加选择地喷洒化学品覆盖整个农作物及其周围土壤。

  蓝河科技公司表示,他们喷洒的化学物质仅相当于传统农业中常用化学物质的10-30%,安装在自动喷雾器上的摄像头连接到电脑上,电脑使用机器学习算法在几毫秒内识别捕捉到相关图像,依据这些信息,电脑指令决定是否喷洒除草剂。目前,人工智能系统经过几个季节的试验,现能准确识别杂草,将其与农作物区分开来,迄今为止,该技术已被用于种植玉米、棉花和大豆。

  考虑到2019年全球在除草剂上花费了大约330亿美元,而且该数字仍在不断增加,如果蓝河科技公司的试验成功,“观测喷洒”技术的推广应用,将成为农民节约成本的一项重大措施,同时,它还有助于减轻过剩化学品对环境的影响。

  但是新一代农民希望完全停止使用人工化肥和杀虫剂,让土壤中的微生物替代人工化肥的作用。

  英国“全循环农场”首席执行官汤姆·莫菲(Tom Morphew)称,基本形式的再生农业不会破坏土壤……它仅是将微生物生命留在土壤中,喂养它们。

  虽然工业化农业生产带来农作物产量大幅增加,并有可能养活迅速增长的人口,但有些做法可能会使土壤退化,莫菲说:“大部分的土壤退化和破坏源自化肥、除草剂和杀虫剂的大量使用,这可能会影响土壤中真菌、微生物等有机生物的自然平衡,我们一旦破坏了土壤的生命系统,便很难通过其他方式恢复土壤。”

  还有另一个不幸的副作用——土壤会向大气层释放碳,对环境有害的农业技术已经将全球种植土壤从一个碳库变成了碳源,加剧了全球气候危机,美国宾夕法尼亚州非营利机构罗道尔研究所的土壤科学家鲁义超(音译)说:“目前我们需要最大限度地增加碳输入,同时最大限度地减少碳输出。”

  要最大限度地增加土壤中碳的储存量,就需要使农田常年种植着植物,从而促进根系深层生长,这有助于将植物从大气中收集的碳转移至土壤中。土壤真菌以根部输送的碳为食,并为植物提供其他营养物质作为反馈,在表层土壤上施用富含微生物的堆肥也十分有益,土壤微生物对于分解植物的碳输入具有重要意义,并将它们转化为可封存的碳形式。

  像“全循环农场”这样的新一代农业耕作者,他们将避免土壤过度耕作,从而有助于维持土壤结构和真菌群落,该策略以及其他的做法(例如:覆土作物和间隔伴植),都旨在将土壤重新变成一个碳存储库。然而,这些方法在将碳吸收到土壤能产生多大的影响,尤其是长期效应,仍存在一些疑问。

  但是增加土壤中碳储存量是有可能实现的,在精准基因编辑技术的帮助下,一些研究人员正在开发能够从大气中吸收更多碳的农作物新品种。

  即使考虑到这些技术进步,也很难完全消除农业生产对环境的影响,一些科学家认为,解决该问题的方法可能是在室内或者地下进行农业种植,这里种植的叶菜能在没有土壤和阳光照射的情况下生长,室内种植不仅减少了耕地的使用,而且不需要使用杀虫剂,并大幅减少了灌溉用水。

  这些种植方法是雾栽法(植物通过布料生根)或者水栽法(使用水灌溉土壤),尽管有创新,但将这些技术应用于需要大量空间生长的主要粮食作物(例如谷物)是不可行的,而且这些方法相对能源消耗较大。

  另一种选择可能是海水温室,即使在不适宜居住的沙漠环境,也能使用海水和阳光种植农作物,供人类食用。使用海水代替淡水,可以减轻这种能源密集型方式种植蔬菜所产生的环境压力。

  那么如果海水可以用于种植蔬菜,我们能否利用其他看似不太可能的资源制造食物呢?

  蟋蟀的营养价值与牛肉相当?

  位于加拿大多伦多郊外的恩托莫农场有一个构想:用蟋蟀蛋白质作为全球食品安全和环境解决方案,据联合国粮农组织(FAO)一份关于食用昆虫的报告显示,蟋蟀含有蛋白质和其他多种重要营养,其营养价值相当于牛肉,同时蟋蟀体内所含B12维生素是牛肉的3倍多,恩托莫农场创始人贾罗德·高丁说:“更重要的是,蟋蟀所含的蛋白质浓度更高,而且易被人们吸收。”

  蟋蟀含有蛋白质和其他多种重要营养,其营养价值相当于牛肉,同时蟋蟀体内所含B12维生素是牛肉的3倍多,恩托莫农场创始人贾罗德__高丁说:“更重要的是,蟋蟀所含的蛋白质浓度更高,而且易被人们吸收。”

  联合国粮农组织称,与牛肉和猪肉不同,蟋蟀等昆虫排放的温室气体相对较低,它们的生存条件很简单,只需要少量饲料、土壤和水即可。目前最大的挑战是如何让人们改变对传统食物的依赖,味蕾能够接受昆虫蛋白质。

  另一种方法是在食物中使用温室气体,碳捕获技术利用从集中来源捕获的二氧化碳,例如:水泥厂,或直接空气捕集消除周围空气中的二氧化碳,捕获的二氧化碳可以永久地储存在地下。但是,当碳捕获技术不被用于隔离碳时,二氧化碳可以被重新用于制造伏特加和苏打水。

  总部位于美国纽约的初创公司“空气公司”最近推出了一款“空气伏特加”,这是世界上第一种使用空气中捕获的二氧化碳提取乙醇制作的烈酒。

  据悉,目前美国可口可乐公司已经与瑞士一家直接空气捕获公司Climeworks公司建立合作关系,利用捕获的二氧化碳使高端饮用苏打水Valser发出嘶嘶声,一旦Valser水瓶盖被开,二氧化碳就会释放到空气中,Valser苏打水中使用的二氧化碳是从空气中捕获收集的,利用该方法可将天然气安全地储存在地下,或者作为某种生产过程中的副产品。总部位于美国纽约的初创公司“空气公司”最近推出了一款“空气伏特加”,这是世界上第一种使用空气中捕获的二氧化碳提取乙醇制作的烈酒,他们从空气中收集二氧化碳,通过电解水作用产生可再生氢,从而制造出酒精。

  虽然伏特加不能解决全球粮食安全问题,但这些消费品正在帮助人们实现对碳捕获技术的需求,如果未来进一步扩大此类技术,就可以在减少二氧化碳方面发挥重要作用,这可能是新型绿色食品的开端。

  事实上,没有什么灵丹妙药使农业生产可持续性发展,但是那些走在技术革命前沿的人们正在证明是有办法解决气候变化问题,技术创新、新的农业生产模式以及不断变化的消费者需求结合在一起,将对世界粮食生产带来极具意义的转变,一些最新技术、工具和试验可以将食物制造从环境负担中彻底转变为绿色解决方案,能否正确使用它们主要取决于我们。(叶倾城)

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