目前，约有十亿人遭受长期饥饿。世界各地的农民种植的粮食足以养活他们，但粮食分配不均，而且即使分配均匀，许多人也买不起，因为价格正在上涨。
但另一个挑战正在逼近。
到 2050 年，世界人口将增加 20 亿或 30 亿，这将可能使粮食需求翻一番，根据几项研究。需求也将上升，因为更多人将拥有更高的收入，这意味着他们将吃得更多，尤其是肉类。将更多耕地用于生物燃料将对我们的农场提出额外的要求。因此，即使我们解决了当今的贫困和获取问题——这是一项艰巨的任务——我们也必须将产量翻一番，以保证全球范围内的充足供应。
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但这还不是全部。
通过砍伐热带森林、耕种边际土地以及在敏感的景观和流域中加强工业化耕作，人类已使农业成为地球上主要的环境威胁。农业已经消耗了地球表面很大一部分，并且正在破坏栖息地、耗尽淡水、污染河流和海洋，以及比几乎任何其他人类活动更广泛地排放温室气体。为了保证地球的长期健康，我们必须大幅减少农业的不利影响。
世界粮食系统面临三个令人难以置信的、相互交织的挑战。它必须保证当今活着的 70 亿人都能得到充分的食物；它必须在未来 40 年内将粮食产量翻一番；并且它必须在实现这两个目标的同时变得真正具有环境可持续性。
这些同步目标有可能实现吗？由我协调的一个国际专家团队已经确定了五个步骤，如果共同实施，可以将全球人类消费的粮食增加 100% 以上，同时显着减少温室气体排放、生物多样性丧失、用水和水污染。应对三重挑战将是人类有史以来面临的最重要的考验之一。可以公平地说，我们的应对措施将决定我们文明的命运。
撞上障碍
乍一看，养活更多人的方法似乎很明确：通过扩大耕地和提高单产——每公顷收获的作物量——来种植更多粮食。不幸的是，世界在这两个方面都遇到了重大障碍。
社会已经耕种了地球表面约 38% 的土地，不包括格陵兰岛或南极洲。农业是迄今为止人类对地球土地的最大利用；没有其他任何事物可以与之媲美。而这 38% 中的大部分覆盖了最好的耕地。其余大部分被沙漠、山脉、苔原、冰川、城市、公园和其他不适宜种植的地区覆盖。剩余的少数前沿地区主要位于热带森林和热带草原，这对全球的稳定至关重要，尤其是作为碳和生物多样性的储存地。扩张到这些地区不是一个好主意，然而，在过去 20 年中，每年创造了 500 万到 1000 万公顷的耕地，其中很大一部分位于热带地区。然而，由于城市发展和其他力量，特别是温带地区造成的耕地损失，这些增加仅使耕地净面积扩大了 3%。
提高单产听起来也很诱人。然而，我们的研究团队发现，过去 20 年全球平均作物单产提高了约 20%——远低于通常报告的水平。这一改进意义重大，但速度远不足以在 21 世纪中叶将粮食产量翻一番。虽然某些作物的单产大幅提高，但其他作物的单产增长甚微，少数甚至下降。
如果我们种植的所有粮食都用于人类，那么养活更多人会更容易。但世界上只有 60% 的作物是供人食用的：主要是谷物，其次是豆类（豆类、扁豆）、油料作物、蔬菜和水果。另有 35% 用于动物饲料，最后的 5% 用于生物燃料和其他工业产品。肉类是这里最大的问题。即使采用最高效的肉类和奶制品系统，用作物喂养动物也会减少世界潜在的粮食供应。通常，谷物喂养的牛场需要 30 公斤谷物才能生产一公斤可食用的去骨牛肉。鸡肉和猪肉的效率更高，而草饲牛肉则将非食物材料转化为蛋白质。但是，无论你如何看待，谷物喂养的肉类生产系统都会消耗全球粮食供应。
增加粮食产量的另一个障碍是对环境的破坏，这种破坏已经非常广泛。只有我们对能源的使用，及其对气候和海洋酸化的深刻影响，才能与农业对环境影响的巨大程度相媲美。我们的研究团队估计，农业已经清理或彻底改造了世界史前草原的 70%、热带草原的 50%、温带落叶林的 45% 和热带森林的 25%。自上次冰河时代以来，没有什么比农业更能扰乱生态系统了。农业的实际足迹几乎是世界路面和建筑物的 60 倍。
淡水是另一个受害者。人类每年惊人地使用 4,000 立方公里的水，其中大部分是从河流和含水层中提取的。灌溉占用水量的 70%。如果我们只计算消耗性用水量——即被使用且未返回流域的水——灌溉量攀升至总量的 80% 或 90%。因此，许多大河，如科罗拉多河，流量减少，一些河流完全干涸，许多地方的地下水位迅速下降，包括美国和印度的地区。
水不仅在消失，而且还在被污染。化肥、除草剂和杀虫剂正以惊人的水平传播，并且几乎在每个生态系统中都能发现。自 1960 年以来，氮和磷在环境中的流动量增加了一倍以上，导致广泛的水污染和世界许多主要河流入海口处巨大的缺氧“死亡区”。具有讽刺意味的是，来自农田的肥料径流——以种植更多粮食的名义——损害了另一个重要的营养来源：沿海渔场。肥料无疑是绿色革命的关键成分，绿色革命帮助养活了世界，但当我们施用的肥料中几乎一半都流失而不是滋养作物时，我们显然可以做得更好。
农业也是社会温室气体排放的最大单一来源， collectively 占我们释放的二氧化碳、甲烷和一氧化二氮的约 35%。这超过了全球交通运输（包括所有汽车、卡车和飞机）或发电的排放量。用于种植、加工和运输食物的能源是一个令人担忧的问题，但绝大多数排放来自热带森林砍伐、动物和稻田释放的甲烷以及过度施肥土壤产生的一氧化二氮。
五种解决方案
现代农业一直是世界上令人难以置信的积极力量，但我们不能再忽视其不断缩小的扩张能力或其施加的日益严重的环境危害。以前解决粮食和环境问题的方法常常相互冲突。我们可以通过清理更多土地或使用更多水和化学品来提高粮食产量，但这会以环境为代价。或者我们可以通过将耕地从耕种中移除来恢复生态系统，但这会减少粮食产量。这种非此即彼的方法不再可以接受。我们需要真正综合的解决方案。
经过数月的研究和审议——基于对新生成的全球农业和环境数据的分析——我们的国际团队已经确定了一个五点计划，以共同应对粮食和环境挑战。
停止扩大农业足迹。我们的首要建议是减缓并最终停止农业扩张，特别是进入热带森林和热带草原。这些生态系统的消亡对环境产生了深远的影响，尤其是通过生物多样性丧失和二氧化碳排放增加（来自清理土地）。
减缓森林砍伐将大大减少环境破坏，同时仅对全球粮食生产施加轻微的限制。农场产能的由此下降可以通过减少城市化、退化和废弃对生产力更高的耕地的取代来抵消。
已经提出了许多减少森林砍伐的建议。最有希望的建议之一是减少毁林和森林退化造成的排放 (REDD) 机制。在 REDD 机制下，富裕国家向热带国家付款以保护其热带雨林，以换取碳信用额。其他机制包括制定农产品认证标准，以便供应链可以确保作物不是在森林砍伐造成的土地上种植的。此外，更好的生物燃料政策，即依赖柳枝稷等非食用作物而不是粮食作物，可以使重要的耕地重新可用。
弥合世界单产差距。为了在不扩大农业足迹的情况下将全球粮食产量翻一番，我们必须显着提高现有耕地的单产。存在两种选择：我们可以提高我们最佳农场的生产力——通过改进作物遗传学和管理来提高其“单产上限”。或者我们可以提高世界上生产力最低的农场的单产——缩小农场当前单产与其更高潜在单产之间的“单产差距”。第二种选择提供了最大和最直接的收益——尤其是在饥饿最严重的地区。
我们的研究团队分析了全球作物单产模式，发现世界大部分地区存在显着的单产差距。特别是，在非洲、中美洲和东欧的许多地区，单产可以大幅提高。在这些地区，更好的种子、更有效的肥料施用和高效的灌溉可以在相同的土地面积上生产更多的粮食。我们的分析表明，缩小世界前 16 种作物的单产差距可以将粮食总产量提高 50% 至 60%，而对环境的破坏很小。
在生产力最低的农业土地上缩小单产差距可能通常需要一些额外的肥料和水。必须注意避免不受控制的灌溉和化学品使用。许多其他技术可以提高单产。“免耕”种植技术减少了土壤扰动，防止了侵蚀。在粮食作物季之间种植的覆盖作物可以减少杂草，并在耕入地下时为土壤增加养分和氮。还可以采用来自有机和农业生态系统的经验，例如将作物残留物留在田地中，以便它们分解成养分。为了缩小世界单产差距，我们还必须克服严重的经济和社会挑战，包括向贫困地区的农场更好地分配肥料和种子品种，以及改善许多地区进入全球市场的机会。
更高效地利用资源。为了减少农业对环境的影响，低产和高产地区都必须以更高的效率进行农业生产：每单位水、肥料和能源产生更多的作物产量。
平均而言，种植一卡路里食物大约需要一升灌溉水，尽管有些地方使用更多。我们的分析发现，农场可以显着减少用水量，而不会大幅减少粮食产量，尤其是在干燥的气候中。主要策略包括滴灌（将水直接施用于植物的根部，而不是浪费地喷洒到空气中）；覆盖（用有机物覆盖土壤以保持水分）；以及减少灌溉系统中的水损失（通过减少运河和水库的蒸发）。
对于肥料，我们面临着一种金发姑娘问题。有些地方养分太少，因此作物产量低，而另一些地方养分过多，导致污染。几乎没有人“恰到好处地”使用肥料。我们的分析显示了地球上的热点地区——尤其是在中国、印度北部、美国中部和西欧——那里的农民可以大幅减少肥料用量，而对粮食产量几乎没有影响。令人惊讶的是，世界上只有 10% 的耕地产生了农业肥料污染的 30% 至 40%。
可以解决这种过量问题的行动包括政策和经济激励措施，例如向农民支付流域管理和保护费用、减少过度使用肥料费用、改善粪肥管理（尤其是粪肥储存，从而减少暴风雨期间流入流域的量）、通过回收利用捕获过量养分以及实施其他保护措施的费用。此外，恢复湿地将增强其作为天然海绵过滤径流中养分的能力。
同样，免耕可以帮助滋养土壤，精准农业（仅在需要和最有效的时候和地点施用肥料和水）和有机耕作技术也可以做到这一点。
将饮食从肉类转向。通过更多地利用我们的作物直接喂养人类，减少用于育肥牲畜的作物，我们可以显着提高全球粮食供应量和环境可持续性。
在全球范围内，人类每年可以通过转向全植物饮食来净增高达 3 万亿额外卡路里的热量——比我们目前的供应量增加 50%。当然，我们目前的饮食和作物用途具有许多经济和社会效益，我们的偏好也不太可能完全改变。尽管如此，即使饮食上的微小转变，例如从谷物喂养的牛肉转向家禽、猪肉或牧场饲养的牛肉，也可以获得丰厚的回报。
减少食物浪费。最后一个显而易见但经常被忽视的建议是减少食物系统中的浪费。地球上生产的食物大约有 30% 被丢弃、损失、变质或被害虫消耗。
在富裕国家，大部分浪费发生在系统的消费者端，在餐馆和垃圾桶中。我们日常消费模式的简单改变——减少超大份量、扔进垃圾桶的食物以及外卖和餐厅用餐的次数——可以显着减少损失，以及我们不断膨胀的腰围。在贫穷国家，损失规模相似，但发生在生产者端，表现为作物歉收、被害虫毁坏的库存或因基础设施和市场不良而从未交付的食物。改进的储存、冷藏和配送系统可以大大减少浪费。此外，更好的市场工具可以将拥有作物的人与需要作物的人联系起来，例如非洲的手机系统，可以将供应商、贸易商和购买者联系起来。
虽然完全消除从农场到餐桌的浪费是不现实的，但即使是小小的步骤也将非常有益。有针对性的努力——尤其是减少肉类和奶制品等资源密集型食物的浪费——可能会产生很大的影响。
走向网络化粮食系统
原则上，我们的五点战略可以解决许多粮食安全和环境挑战。这些步骤共同可以将世界粮食供应量增加 100% 到 180%，同时显着降低温室气体排放、生物多样性丧失、用水和水污染。
重要的是要强调，所有五个要点（甚至更多）都必须共同追求。没有哪个单一策略足以解决我们所有的问题。想想散弹枪，而不是银弹。我们拥有绿色革命和工业规模农业的巨大成功可以借鉴，以及有机农业和当地粮食系统的创新。让我们采纳最好的想法，并将它们融入一种新方法——一种侧重于营养、社会和环境绩效的可持续粮食系统，以将负责任的粮食生产扩大规模。
我们可以将下一代系统配置为对附近的气候、水资源、生态系统和文化敏感的本地农业系统网络，并通过高效的全球贸易和运输方式连接起来。这样的系统可以具有弹性，并且还可以为农民支付维持生计的工资。
将有助于促进这种新粮食系统的一种工具将是能源与环境设计先锋奖计划的等效计划，该计划现在用于可持续地建造新的商业建筑。该 LEED 计划根据通过结合从太阳能和高效照明到回收建筑材料和低建筑垃圾等各种绿色选项中的任何一种而累积的点数，授予越来越高的认证级别。
对于可持续农业，食物将根据其在营养、粮食安全和其他公共利益方面的表现，减去其环境和社会成本来获得积分。这种认证将帮助我们超越当前的食物标签，如“本地”和“有机”，这些标签实际上并没有告诉我们太多关于我们正在吃什么的信息。相反，我们可以查看我们食物的整体性能——跨越营养、社会和环境维度——并权衡不同耕作方法的成本和收益。
想象一下这种可能性：来自热带地区的可持续柑橘和咖啡，与来自温带地区的可持续谷物相连，并辅以当地种植的绿色蔬菜和根茎类蔬菜，所有这些都在透明、基于绩效的标准下种植。使用您的智能手机和最新的可持续食物应用程序，您将了解您的食物来自哪里、谁种植的、如何种植的，以及它在各种社会、营养和环境标准方面的排名。当您找到有效的食物时，您可以将其发布到您的农民和美食家社交网络。
我们不同农业系统的原则和实践——从大型商业农业到本地和有机农业——为应对世界粮食安全和环境需求奠定了基础。以真正可持续的方式养活 90 亿人口将是我们文明不得不面对的最伟大的挑战之一。这将需要来自世界各地无数人的想象力、决心和辛勤工作。时不我待。