面對糧食危機的科技農業對策,我們能夠做些什麼?

面對糧食危機的科技農業對策,我們能夠做些什麼?

日本京都立命館大學古氣候學家Takeshi Nakagawa曾說過:「農業在面對氣候變遷時,有著脆弱的致命傷。」

傳統農業「看天吃飯」,在全球暖化的浪潮下,確實受制於諸多限制以及惡劣氣候連帶伴隨的影響。根據聯合國統計,2050年全球人口將成長至100億,但全球已有70% 的水資源應用於農業,且目前有30%的土壤已經貧瘠化。面對人口急遽上升、可耕地資源有限與氣候變遷的窘境,地球即將上演一齣糧食危機。農業支撐人類生存,然而,全球暖化和人口暴增逐漸拉開序幕,為避免不久的將來埋下引爆的糧食戰爭的伏筆,我們期盼著農業的科技創新。

小編彙整國際農業科技新知期刊(No.87)之資料,向大家科普面對氣候變遷下,國際糧食生產的新技術。

一、垂直與城市農耕(vertical & urban farming)

因應全球人口數快速增加,土地資源卻有限的困境下,垂直農業與室內農耕應運而生。

垂直農場科技有其必要性與優勢點存在:

1.   土地資源有限的解決替代方案之一。

2.   節省水資源用量,並降低化學肥料用量,追求食物安全。

3.   不需顧慮極端氣候或季節變化可全年生產,且精密環控設計,使作物產量優於一般傳統農耕。

4.   產品在地自產自銷,減少運輸過程中的消耗,降低碳足跡,作物的供應更為環保與新鮮。

5.   可以生產非當季、或是非適合當地氣候的作物,提高食物多樣性。

智慧化氣耕栽培  | 垂直農場技術

美國 AeroFarms公司自2004年便開始發展室內垂直農耕,氣耕種植系統(aeroponics)技術專利,室內精密環控耕作,可以依照目標作物所需空間訂製結構高度,其用水量比田間少95%,比水培少40%,其作物生長週期比田間縮短一半,且單位面積產量是傳統農業的 390 倍。

可自由組裝| 垂直農場技術

2020年韓國n.thing公司於消費電子展推出樂高積木概念設計的垂直農場Plant Cube,Plant Cube高度自動化控制,針對不同作物提供精確的光源、溫濕度、水養分需求配給,使能源利用效率最大化,並且可依照客戶需求進行拼裝與規模擴增。

二、應用於食品生產的3D列印技術(3D printing)

隨著能源日益損耗,自然資源終將匱乏,從糧食浪費到過度捕撈皆威脅著糧食是否能永續供應,而食物印表機將是一個有效率餵飽人類的方法之一。

專家指出3D食品列印技術是一個更環保與健康的選擇,首先,3D食品列印提供了使用其它蛋白質來源的可能性。畜牧業所造成的空氣以及水資源汙染一直為人所詬病,農業溫室氣體的排放量佔全球排放量1/5以上,且其中一半以上來自畜牧業,3D列印肉品技術以可食性蛋白質(植物/昆蟲等)為主軸降低畜牧需求。

其次,3D列印可以降低食物浪費,全世界有人在挨餓,但卻有三分之一的糧食未放到餐桌就面臨被丟棄的命運。3D食品列印有訂單才生產,沒有庫存的煩惱,並且可以賦予剩餘物資第二生命,以技術延長商品的保值期限。

再者,3D食品列印符合新時代消費趨勢,針對不同客群提供客製化的服務。德國公司Biozoon針對咀嚼與吞嚥困難的銀髮族,採用新鮮食物列印為適當的質地化食品。日本新創公司Open Meals推出3D列印壽司店,預計今年於東京開幕。3D 列印壽司原料為方塊狀的食用凝膠,目前官網上公布了八種概念模型(圖1)。

                                      圖1. Open Meals公司壽司概念模型圖(本照片取自Open Meals官網)
期待有朝一日,除了糧食危機,3D列印技術也能應用於綠化產業,列印一株植物、一棵樹,甚至是一片森林,為世界增添更多綠色。

三、藻類原料(algae feedstock)

你知道嗎?人類所食用的魚獲僅占世界總魚獲產量的一小部分,其餘大部分都作為水產養殖或畜牧類的飼料使用。

如水產養殖飼料中占高比例的「魚粉」(40%),來自海洋捕撈的雜魚製成,但隨著氣候變遷加劇,人為捕撈過度,海洋資源逐漸枯竭,水產養殖飼料供不應求。研究指出:藻類原料可作為有效且便宜的魚粉替代飼料來源,量產藻類的成本為每噸400 - 600美元,比起魚粉可省下60% - 70%的價格。

四、基因改造與人造肉(genetic modification & cultured meats)

CRISPR基因編輯技術,可以研發抗逆境、高產量且富含營養價值的作物品種,被期待與預估可以作為減緩糧食危機的重要方案之一。利用生物反應器製造而成的人造肉(cultured meat),被學者認為是優質蛋白質的來源,且可以最小化畜牧業汙染與動物福利的問題,預計在2021年正式商品化。

或許上述介紹的農業科技並非一人之力可以完成,涉及到自動化儀器或精密設備,那在面對氣候變遷與糧食危機雙重考驗下,我們可以做一些什麼呢?

大家不要忘記:「只要你願意,綠化是順手可行的一件簡單的事情。」

                                                           圖2. 中和稅捐處屋頂菜園(綠達人施工)
屋頂田園或是陽台菜園(圖2),亦是因應都市土地資源有限,解決糧食問題的一個重要對策,並且每個人都可以著手進行,只要挑選適合的綠屋頂材料以及植栽,你也可以享有居家田園之樂,同時抵禦全球暖化的加劇。

綠屋頂可以簡略分為「薄層式/庭院式」與「盆缽式」兩類:

「薄層式/庭院式」綠屋頂,指的是屋頂結構上層依序有防水層、阻根層、蓄排水層、過濾層、介質層和植栽層,而Zinco綠屋頂系統(圖3),可以在介質層中提供更多的覆土空間給植栽生長 ,增加可選擇栽種的植物種類,無論是淺根或是深根系的蔬菜,甚至是果樹皆可種植。 (參考文章: 一個經得起時間淬鍊的綠屋頂)

                                                                     圖3. Zinco綠屋頂系統剖面示意圖
「盆缽式」綠屋頂,指的是直接在屋頂結構上層安裝蔬菜箱、植栽箱組合,保綠植栽箱綠屋頂(圖4)施作流程簡單,屋頂上不需額外施作阻根防水層,且盆底底部設計蓄水層(蓄水容量28L/m2)與空氣斷根層 (輕量化屋頂隔熱),短期出門旅遊不澆水也沒有負擔,適合剛接觸綠化的每一個我們使用。

                                                               圖4. 保綠植栽箱剖面示意圖
對於暖化下的環境衝擊與未來糧食缺乏議題,我們能做的,其實比你想像中的在多那麼一點,試著想像一下,五年後的你乘坐著一架飛機,當機身逐漸貼近地平線時,你所看到的景象是一片生機盎然的綠屋頂,並零星分布著採收食物的人影,那將會是一幕多麼令人心情愉悅的光景阿!

參考資料:

2020. 財團法人中正農業科技社會公益基金會. 國際農業科技新知. 87 : 9 - 13.