量子计算机的进展:产量和品质需求的动力推动了物理农业发展

产量和品质需求的动力推动了物理农业发展

转载

物理农业技术

粮食安全

饥饿

绿色革命

转基因作物

物理增产技术

杂谈

第一节    产量需求的动力

    1.世界应对粮食安全的目标

   联合国的粮食安全报告指出：世界粮食短缺是大势所趋，碳排放、人口增长、贫困、水土流失、干旱、气候异常无不推动这种趋势的发展，要解决粮食危机，就必须扭转导致这些问题的环境趋势。要做到这一点，就需要采取极其严格的措施，要求大大超越常规做法，使2020年的碳排放比2006年减少80%；到2040年，把世界人口维持在80亿；消除贫困；恢复森林、土壤和蓄水层。

    2. 人口增长的压力

    人口增加3成 粮食产量要增加6成。世界人口增长带来的粮食消费需求，是粮食供给必须首先保障的粮食消费。人类对食物需求的增长主要来自两个方面：一是人口增长带来的粮食需求增长，另一个是膳食结构改善带来的粮食需求增长。

    世界人口在过去的30年中每10年增加100000万人口。预计世界人口2015年为720000万人，2030年为830000万人，2050年将增到930000万人。尽管世界人口增长速度将逐步放慢，但由于世界人口基数巨大，年均增长绝对量到2015年将高达7900万人，2025～2030年间仍将达到6700万人。世界人口的绝对增长将几乎大部分发生在发展中国家。到2030年，东亚地区的人口增长率将下降到0.5％，但是撒哈拉沙漠以南非洲地区的人口增长率仍将达到2.1％。

    除了人口增加外，人均收入和生活水平的提高也是刺激粮食需求增加的重要原因。生活水平的提高使肉类消费量增加，相应地，作为肉类来源的畜禽类的饲料，谷物需求也大大增加。若以2000年的生产状况为标准，到2050年，全世界的谷物产量将达到21.43亿-34.02亿吨，而这个数字只能满足世界总人口60%的需求。仅在人口急剧增长的发展中国家和地区，就需要增加10.06亿-19.14亿吨粮食才能满足90%的人口对粮食的需求。据估计，在那些人口增长停滞不前的发达国家，为满足肉类消费量的增加和生物燃料的生产，就必须使粮食生产增加36%，即10.008亿-13.63亿吨的粮食才行。

    3.产量的需求   

    过去应对粮食需求不断增长的措施是，采用各种科学技术来提高农业产量。20世纪60年代和70年代，化肥、灌溉、高产小麦及水稻品种的应用革新创造的“绿色革命”，就是最著名的案例。但这一次，许多最有效的农业技术早已投入使用，土地长期生产率的提高速度正在缓慢降低。1950年—1990年期间，世界粮食亩产量年增长率达到2%以上，超过人口增长率。但是从那以后，粮食单产年增长率降到了1%多一点。一些国家的粮食单产——包括日本和中国的水稻单产，似乎已经接近了可能的极限。在人类步入21世纪以来，已经有6年世界粮食产量低于了消费量，2008年粮食开始收获的时候，世界粮食库存量仅够维持62天，几乎接近历史最低库存记录。日益增长的畜牧业和能源的需求也加重了粮食需求，需求增长速度超过粮食供应的情形越来越严重，由此引发的粮食价格飞涨将严重威胁处于混乱边缘的国家的政府，即使是发达国家也慌张的关掉了粮食出口大门。中、美、印、俄等粮食产量大国自身的粮食安全对世界的影响具有蝴蝶效应。美国气象学家爱德华·罗伦兹（Edward Lorenz）：“一只蝴蝶在巴西轻拍翅膀，可以导致一个月后德克萨斯州的一场龙卷风。”这就是粮食安全的蝴蝶效应。

    为了满足人类不断增长的粮食需求，到2030年世界粮食产量必须从目前的约200000多万吨增加到300000多万吨，几乎相当于从20世纪60年代中期以来的粮食增产数量。实现这个粮食增产任务十分艰巨。但如果不能实现这个粮食增产任务，世界粮食供给就要出大问题。到那时，粮食供给问题就可能成为影响世界经济发展、社会稳定的最为重要、最为直接的因素。粮食短缺和价格巨幅波动等已是今后人类社会发展路途中的常态，尤其是气候异常造成的粮食歉收和国际投机的逐利行为会威胁到世界各国的政治安全，动乱和战争会因水源和粮食的争夺而变得愈来越多。
    而按照生态学专家从全球植物的总产量估计，地球只能养活80亿人口。使用良种的潜力已被人类挖掘到了近端，人们寄望于转基因技术来解决粮食产量的企图也总是令人灰心丧气。沙漠、荒原农业或是沙漠设施农业再一次被人们想起，然而受困于水源的限制也不会为粮食产量的增加做出令人类刮目的贡献。

    4.转基因作物的奢望
   一些评论者把转基因作物当作走出困境的途径。遗憾的是，没有任何转基因作物可以使单产有令人惊喜的提高，能够与“绿色革命”期间小麦和水稻单产翻一番的情况一较高下。以后似乎也不可能做到这一点，根本原因在于，常规作物育种技术已经开发了作物单产的大部分提升潜力。

    5.物理增产技术的未来

    就在前述的“绿色革命”、“转基因作物”的粮食增产模式一一亮相的时候，物理增产技术也在低碳农业、节水农业的倡导环境中受到关注。利用植物生理学原理实施的植物生长的光、温度控制在十九世纪六十年代一下子就把人类的维生素植物蔬菜的供应量提高到了想象有多高就有多高的喜悦梦想中，从那个时候人们一下子看到了物理增产技术的神奇，以至于后来的几十年中人们不断地推进着这一技术的进步，或许现在的物理增产技术能在制约粮食生产发展的环境灾难中推进粮食的增产。