作为全球温室气体排放的主要原因之一，科学家和政府正在共同努力，将农业转变为一个经得起未来考验的产业。我们将听到英国政府新的可持续农业计划，该计划奖励农民的环保做法，科学家致力于减少对有害和昂贵的谷物肥料的依赖，以及微生物形成的食物可能很快就会出现在超市货架上……
在这一集里
付钱给农民保护他们的土地
马丁·莱恩斯，自然友好农业网络
农民:他们是地球最初的朋友，他们比任何人都更了解和重视环境问题。相反，他们往往是有动力的人，他们想要有所作为，以维持他们的生计。政府认识到了这一点，现在正在出台措施奖励良好的土地管理实践。环境土地管理计划确认了280种有助于保护环境的不同行动。它们是英国脱欧后欧盟共同农业政策(CAP)的替代品，后者主要是根据农民耕种的土地数量而不是他们耕作方式的可持续性来补偿农民。这些行动从保护树篱到评估土壤质量各不相同。马丁·莱恩斯是自然友好农业网络的英国主席，詹姆斯·泰特科参观了他在剑桥郡的农场。
马丁:我们正站在一块相当大的耕地上，但在田地的中间，我们建了一些栖息地带，把自然带回到田地的中心。这意味着我不再需要使用杀虫剂，我们的农场里有更多的传粉昆虫和掠食性昆虫，我可以依靠它们来增加我的食物产量。在这片土地上，有一种覆盖作物，它可以吸收养分，防止养分流失。这是一种新的奖励。我们对树篱有了更好的管理……那么多的自然资本，我的景观中的自然项目，现在将得到更好的回报。在过去，我们并没有因此获得奖励，我们正在改变这种基于面积的支付方式:仅仅因为我种植了多少公顷土地。所以它将以一种更可持续的方式支撑我的农业业务。
詹姆斯:我之前听到过批评，说这个新计划是在为农民已经在做的事情付钱?
马丁:我们已经在做一些事情，因为我们已经认识到在景观中融入自然是有益的。但对于大多数农民来说，他们并没有这样做。政府希望所有的农民都能踏上这段与自然友好的农业之旅，与自然合作，阻止自然的衰退，让更多的自然回归到景观中。我们将因此得到回报，这也将有助于我们的业务。
詹姆斯:我得到的印象是，你不仅是英国自然友好农业网络的主席，而且欢迎这些变化。这是你非常落后的事情。
马丁:是的。我们一直在与政府和DEFRA密切合作，研究如何设计这些产品，让它们真正为农民服务，让所有农民都能参与进来。所以我们欢迎这个方向，它奖励积极的农民做社会需要的行动，这是真正积极的。
詹姆斯:我们只讲了两三个例子，说明农民现在可以做些什么，还能赚点钱。
马丁:所以有一系列的措施:种植更多的树篱，更多的树。我们正在开垦一些土地，种上草本植物，以提高肥力。把动物放回原野吃草，增加肥力，这样我就可以去除人工或化石燃料肥料。它带来了一种综合的方法——并不是所有的选择都适合我这个耕地农民。因此，对于牲畜养殖户和全国不同地区的农民来说，有多种选择。这就像拿着一个购物篮，你沿着过道走，挑选你想要的东西。然后当你进入下一年的时候，你可以增加一些野心，在篮子里放更多的东西。它帮助农民将其视为一套选择，并将选择叠加到你的农场上。我种植粮食，我生产小麦，但我也提供栖息地。我把营养物质锁在土壤里，把碳从大气中吸收回土壤里。 And these are all multiple wins that we can stack benefits across my farm landscape.
James -在大约280种做法中，很明显我们没有时间讨论所有的做法，你认为有什么特别缺失的吗?或者有什么可以鼓励可持续发展的做法，政府确实希望农民采取，但还没有包括在计划中?
马丁:我想采取整个农场的方法。作为农民，我们可以选择在农场的一端做一两个单独的行动，但在农场的另一端做一些不好的做法，我们需要采取整个农场的方法。
James -新ELMS计划的一个真正优点是，它对小农来说是一个胜利。我认为全球90%的粮食贸易是由四家公司控制的，以前在CAP下，也就是欧盟的计划下，农民会根据他们耕种的土地数量得到补偿。这算小人物赢了吗?
Martin:我认为是这样的，很多小农场，小农场，有更多的农场边缘，在之前的方案中，你只奖励中间的一点，而在新方案中，你会奖励那些边缘。因此，更多的小块土地，更多的多样性实际上这些小农户将获得更多的收入。拥有大片土地的农民将会看到他们的收入下降，因为他们没有管理周围的自然资产。所以我认为这确实有助于支持小型农场业务。
詹姆斯:也许还有什么进一步的改进，或者你想看到的一些东西?你提到了你希望用整体的方式来分析农场……
Martin:我们对公告的方式和他们对其的评估方式的担忧之一是，这是关于收入的放弃。因此，有些地区实际上并没有生产很多食物，而是依赖于以前的支付结构来支撑他们的业务，这意味着我们只根据食物产量来评估它。有些土地不具备经济的耕种模式，实际上，它们需要为它们提供的公共利益而受到重视，尤其是高地和山谷之类的地方，那里的公众非常喜欢去农村。这也涉及到商业成本:试图管理这种环境以获得公共利益。因此，政府确实需要关注公共利益在英国不同地区的价值所在。
通过杂交提高作物产量
泰莎·彼得斯，土地研究所
关于我们最常种植的食物，一个引人注目的方面是，这些植物都是一年生植物:它们生长、结果和死亡都在一个季节内。这意味着农民需要每年重新准备土壤和播种，这需要花费时间、燃料和机器的磨损。这反过来又增加了生产成本，使农民更难预测收入:例如，今年燃料和化肥价格暴涨。所以，如果我们能一次种植这些作物，然后在几年的时间里从同样的作物中收获，这不是很好吗?这就是一个名为“土地研究所”的组织正在研究的:通过培育具有多年生野生亲缘关系的高产现代作物，生产出年复一年持续生长的谷物。彼得斯泰……
Tessa:在土地研究所，我们的目标是你种下一种作物，然后在那个夏天收获，然后第二年你就不用再回去播种了。你只需要收获下一个夏天出产的粮食。对我们来说，我们希望看到至少能生产三年粮食的作物。
Chris -我们的农业祖先花了数千年的时间来选择、进化、选择和培育植物，这些植物是我们现在种植的作物中的精华。它们是一年生的;它们长出来，结出种子，然后死去。所以你是说你想要扭转这一切，发明一种不会发生这种情况的植物?如何?
泰莎-是的，非常喜欢。我们试着回到一万年前，然后说，好吧，有了新技术，我们能不能选择不同的作物，或者我们能不能选择不同的作物杂交，让我们现在选择的谷物(比如小麦)变成多年生作物?我们之所以认为这是可能的，是因为我们可以回到过去，我们可以看看那些被人类种植了几千年的作物，我们可以说，这些作物主要是作为饲料种植的，但它们有很好的品质。我们知道它们可以种植，所以让我们看看能否把它们培育成粮食作物。我们是否可以选择更大的种子和自由脱粒能力，以确保我们可以将它们用于不同的东西，比如面粉?我们相信这是可能的，因为我们的人选择了中国云南的多年生水稻。他们在生产多年生水稻方面非常成功。
克里斯:起点是什么?你是从多年生植物开始，然后试着把我们最好的一年生植物的特征繁殖到它身上吗?那些多年生植物是什么?你所依据的谷物是否年复一年地出现?
Tessa:我们从两个不同的角度来解决这个问题。我们有一个多年生项目，我们关注一年生作物，高粱、小麦和水稻。然后我们把它们和一种多年生的近亲杂交，比如，多年生小麦，我们把它和中间小麦草杂交我们尽量保留小麦的所有我们喜欢的东西。我们喜欢大的种子，我们喜欢它容易收获，它不会碎，在收获前不会从茎上掉下来，诸如此类的东西。但我们想要引进所有我们真正喜欢的多年生特征:越冬和来年生产粮食的能力。
克里斯:当一个人在花园里种多年生植物时，你通常会发现，它们可以存活几年，然后它们就会枯萎，大多数园丁会告诉你，是时候把它们嚼碎了，然后换掉它们。那么你认为这些小麦计划的生命周期可以延长多久呢?换句话说，有多少次我不用耕地从而节省了燃料，轮胎磨损和其他所有与耕地相关的成本从而获得了相同的产量而不需要其他成本和土地成本?
Tessa:我们的目标是至少三年。我们知道这些是草本多年生植物，它们可能需要重新种植。但对于小麦来说，这是你用拖拉机穿过田地的三分之一。在中国，多年生水稻已经种了八次了。一年有两次丰收。这是四年。
克里斯-收益是怎样的呢?
特莎:多年生水稻?产量等于年粮。对于我们研究的其他一些作物，产量要低得多，大约是小麦产量的三分之一到一半。因此，我们的目标当然是通过植物育种来提高产量，希望在某种程度上能与小麦的产量相媲美。
克里斯:有什么东西埋在地下太久会有什么问题吗?害虫有更多的机会来攻击它，它有更多的机会因为其他原因而削弱，进一步降低产量。那么如何建立防范措施呢?
Tessa:我们发现的一件事是多年生作物也有防御能力，使它们在某些情况下更能抵御疾病。这就是它们进化至今的方式。我们还没有遇到任何重大的疾病问题。
克里斯:主要的好处是，除了你打破了农民必须每年购买种子来种植的联系。但这意味着你不需要开拖拉机在那片土地上节省燃料，土壤也是受益者因为你没有受到土壤侵蚀因为你没有翻转它，你没有将地面内部暴露在空气中，没有各种侵蚀事件和营养物质的损失等等。
特莎:是的，这绝对是土壤中有活根的一大优势。土壤是由活的根以及土壤中微生物和真菌的相互作用所控制的。这些微生物还会分泌大量化学物质，帮助土壤固定并粘合在一起。所以它们也增加了渗透，因为根正在穿透土壤。所以当下雨的时候，更多的水实际上进入了土壤，而不是仅仅流走并带走了表层土壤。另一个非常重要的方面是这些多年生植物的根结构往往比一年生作物大得多。这种巨大的根系结构增加了土壤中储存的碳量。它还可以清除土壤中可用的氮，并将其从系统和人类用来饮用的水源中清除出来。这些作物对干旱也有相当的弹性，因为它们有这些长长的根系结构，可以从土壤剖面的深处取水。因此，在地下种植多年生植物有很多好处，从减少拖拉机的通行次数到改善土壤和水质。
豌豆有望减少化肥的使用
吉尔斯·奥尔德罗伊德，剑桥大学
杂交是提高作物产量的一种方法，但并不是唯一的方法。剑桥大学的科学家们正从一个稍微不同的角度来研究这个问题。吉尔斯·奥尔德罗伊德是作物科学中心的主任，他们正在设计谷物植物，利用与土壤中微生物自然发生的相互作用，就像豌豆等豆类一样。
克里斯-贾尔斯，告诉我。豌豆得到了玉米，小麦，大麦，等等，却没有。
贾尔斯-是的。因此，豌豆和豆类已经学会了与这些固氮细菌接触，这些细菌可以在豌豆的根部定居，它们能够将大气中的氮转化为植物可以利用的活性态氮，然后将其结合成氨基酸，蛋白质，DNA和RNA等。
克里斯-他们做得有多好，贾尔斯?比如，如果你比较一袋肥料和一棵豌豆，肥料比豌豆好多少，反之亦然?
贾尔斯:嗯，豌豆不需要任何施肥，所以它们就是这么好。它们通过与细菌的相互作用从空气中获得所有的氮。如果你将其与小麦或迷宫进行比较，你会通过施肥获得大部分氮。
克里斯:那么你的目标是说，嗯，我们了解豌豆是如何做到的，然后我们从生物学上借鉴，我们赋予小麦豌豆的方式。
贾尔斯-没错。因此，在过去的20年里，我和研究团体的许多其他人一直在努力了解豌豆是如何与这些固氮细菌接触的，并确定豌豆和豆类中存在的基因成分，这些基因成分使豌豆和豆类能够识别土壤中的细菌并将这些细菌吸引到根部，然后创造固氮的环境。
克里斯:这是基因工程吗?
贾尔斯-正确。
然后你从豌豆中提取遗传元素并把它们植入小麦中，这样它就能产生合适的因素和环境。所以那里的微生物被吸收到小麦根部。
贾尔斯-没错。所以我们现在对豌豆是如何与这些固氮细菌结合的有了很好的了解。我们很清楚，至少很多基因成分都参与了这个过程。所以现在我们正在把这些基因从豌豆中提取出来，放入我们的谷类作物中，并试图让我们的谷类作物与这些固氮细菌接触。这样我们就可以种植谷物而不需要添加氮。
克里斯:管用吗?
贾尔斯:我们正在做这件事，所以我们刚刚得到了做这件事的资金，做所有的工程。我们用比尔和梅林达·盖茨基金会的资金研究了很长时间来了解豆科植物的生长过程。我们现在正在推进这样一种产品概念，即我们如何让这个系统发挥作用，让谷物真正固定自己的氮。
克里斯-我想如果你能做到这一点，植物就能有效地自我施肥，这意味着我们可以减少土壤的剂量，这对农民的口袋是有好处的。这对环境有好处。但这可能也意味着那些生活在土壤自然较贫瘠的地区的人们不得不使用更多的肥料，他们可能会对你的工作非常满意因为这意味着他们也会从他们的作物中获得更好的产量。
贾尔斯:所以当我们看氮的时候，它就像一枚两面硬币。在像英国这样的高收入国家，特别是在剑桥郡，我们正在施用高浓度的肥料来支持我们的作物生产力。这本质上是绿色革命和绿色革命，使我们能够使用这些氮肥。它使我们谷物产品的产量增加了三倍。所以我们非常依赖无机肥料的使用来维持我们的作物生产。但是使用这些肥料会造成严重的污染。它是农业产生的主要污染物之一，既进入我们的水生系统，导致生物多样性崩溃，也造成温室气体排放。所以在英国这里，比如剑桥郡，如果我们能停止使用这些氮肥我们就能以一种更可持续的方式种植食物。另一方面，如果你看看撒哈拉以南非洲等收入较低的国家，那里的农民没有财力购买这些肥料。正因为如此，他们的农作物产量非常糟糕。 I mean, we're talking about 20% of the potential production that they could actually be achieving, in part because of the lack of these inorganic fertilisers. So we can find ways of getting nitrogen into those systems, and particularly sustainable ways of getting nitrogen into those systems. We can massively raise up crop production for smallholder farmers. So really, if we can make this work, it could be truly transformative of our food production systems. Driving sustainability in high income countries and driving equity of global food production, particularly for smallholder farmers.
克里斯:在最后一刻，这个方法在任何地方都适用吗?因为如果微生物从土壤中出来并与豌豆植物形成这种关系，如果你试图在豌豆通常不生长的地方种植植物，它会成功吗?换句话说，这些微生物是否足够普遍，如果你在撒哈拉以南的非洲种植转基因植物，那里有细菌，植物可以利用它们?
吉尔斯:所以我们知道这些固氮细菌在世界各地的土壤中无处不在。但是有一些特殊的细菌与豌豆有关，还有一些不同的细菌与豆类有关。所以你可能需要使用接种剂当然在美国的土壤生产中他们会使用接种剂。但是一旦你使用了这些接种剂，你就可以把种子种在那里了。
克里斯:那是你把物质添加到土壤里的地方。
贾尔斯-没错。你种下种子，就带着细菌。但通常当你接种后，这些细菌就会出现在土壤中并保持在土壤中。所以你不需要每年都接种细菌存在于土壤中，下次你种植作物时，那里的细菌，作物可以找到它们并形成固氮的反结合。
从农场到工厂的食品生产
Pasi Vainikka，太阳能食品公司
到目前为止，我们一直在讨论传统的、可耕种的农民如何适应以帮助环境，无论是通过用可持续的方法维持他们的农场，还是种植更适应的作物，以在不使用有害和昂贵肥料的情况下产生产量。但是，许多科学家认为，如果我们要实现我们的气候目标，就必须减少肉类和奶制品的排放问题。芬兰太阳能食品公司认为他们找到了解决方案。他们的方法更为激进:将食品生产从农场转移到工厂。他们通过利用细菌来种植富含蛋白质和脂肪的食物，这些细菌本身以二氧化碳和氢气为食，这些二氧化碳和氢气是利用太阳能发电从水中持续产生的。我采访了首席执行官帕西·瓦尼尼卡，想了解一下……
Pasi -主要原料是生物体，是一个单细胞，氢气，我们从水中制造(电力用于从水和二氧化碳中制造氢)。基本上，生物发酵罐就像一个大的苏打流。我们培育的整个细胞生物量就是我们的产品。这是一种干粉。
传统农业存在土地使用问题。将食品生产从农场转移到工厂解决了这个问题。这个过程，正如你所描述的，不需要大量的水，也不会损害土壤。那么，要扩大规模，从根本上解决粮食安全问题，是否存在真正的障碍呢?
帕西:不完全是。所以对于一家食品科技公司来说，你需要证明三件事。你得证明它是安全的。第二，是否有营养价值?它在技术上是如何工作的?它形成结构了吗?结构形成是关于一杯水和一罐酸奶的不同之处——那就是质地。这是厚的。这就是你需要的。第三个问题是，它能缩放吗? And that's where we are now. That's why we are investing in our first factory to prove that it really scales. We think of how quickly this food tech transition can happen. The unfortunate fact is that it's a huge industrial operation to get these factories built, and it takes time: two years per factory. So it's a scaling problem for the industry after we have proven the initials which we think we've already done.
詹姆斯-我能理解。我们先来讨论一下产品的营养价值问题。消费这些东西的人能得到什么?
帕西-简单的答案是把它想象成粉末状的肉。所以它是一个完整的蛋白质。它确实含有所有必需的氨基酸，加上它含有极端纯素饮食中通常缺乏的三种物质，铁、b12和类胡萝卜素，它们可以转化为维生素a。所以它可以作为蛋白质的主要成分，也可以被称为强化剂。所以把这些维生素和铁添加到以植物为主的饮食中。
詹姆斯-很明显不是粉末状的，对吧?它是如何与食物或口感融合在一起的?
用一些简单的例子，每个人都明白小麦粉的概念。你从超市里买的，但你很少这样吃，对吧?所以你可以把它做成不同质地的面包。所以无论是肉类替代品，它都可以有不同种类的饮料应用到奶昔，酸奶，冰淇淋，乳制品替代品，素食蛋黄酱，还可以在一些糕点，面条，意大利面中取代鸡蛋。不要忘了标准的蛋白质棒。所以这种食材的用途和应用是非常广泛的。
詹姆斯-所以一旦你满足了营养价值的标准，就像你所做的那样，或者缩放会起作用，这是天空的极限吗?一旦一切就绪，你希望有什么可能性开始销售这个产品?
帕西:最重要的是，从科学的角度来看，将粮食生产与农业分离，我们还可以考虑，在粮食生产系统层面上，不管你喜欢与否，如果你看看地球，作为人类，我们需要实现的是或多或少地将动物饲养从这个等式中移除。因为我们所吃的食物对环境造成的影响中有80%来自于工业和动物饲养。所以我们需要大幅减少。也许不能完全消除，也许不能完全消除，但是可以限制和减少我们在那里练习的音量。这就是我们和像我们这样的公司要做的事情。
詹姆斯:比如说，食物能唤起强烈的情感。当人们听说你的工作，听说你在工厂里用细菌生产食物时，你是否遇到过心理障碍?
帕西:实际上你可以采用几种方法。首先是消费者的接受度。我们已经做了一些关于接受度的研究一旦人们明白了它对环境和营养的好处，实际上人们就会对新的机会持开放态度因为还没有全新的食物种类，对吧?因此，认为一个人可能是解决方案的一部分而不是问题的一部分，这实际上是很有趣的。因此，吃环保食品是一种善行。
詹姆斯:这就解释了为什么你的产品中含有大量的蛋白质和脂肪，因为我认为目前世界上三分之一的蛋白质供应来自肉类和乳制品，正如我们所知，正如你所提到的，这是最资源密集型的农业类型之一。所以我明白为什么你的目标是减少对肉类和乳制品的依赖，但是不同的细菌或不同的投入可以发酵，以生产具有其他营养成分的食品吗?在这个过程中还有其他的可能性吗?
帕西:在回答这个问题时，我们打开了一个潘多拉的盒子，因为技术带来了如此多的机会，随着时间的推移，几乎任何事情都是可能的。我的意思是，人造肉是一种特殊的应用。我们所做的是培养一种微生物。我们不修改它。所以基本上生物体的组成就是这样的。和你我的构成是一样的。粗略地说，除非你进入基因工程领域，否则你无法对其产生太大影响。然后新的窗口打开了机会基本上是定制生物体来产生你想要的任何蛋白质。我们今天是一个非转基因产品，但当然未来有转基因的机会，基本上可以生产蛋白质，脂肪或香料，颜色，等等。很多公司都在研究这个。
- 以前的土耳其的地震和中国的气球
- 下一个你能配着调子唱一首歌吗?
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