本文发表于《大众科学》的前博客网络，反映了作者的观点，不一定代表《大众科学》的观点。
圣地亚哥——在未来50年里，人类需要生产出相当于整个人类文明史上生产的食物总量。不断增长的地球人口对此提出了要求。然而，可耕种的土地资源稀缺，水和化肥（由化石燃料制成）等其他资源也日益受限。
正如本周末在美国科学促进会的年度会议上描述的那样，这就是世界农学家面临的困境。幸运的是，聪明的科学家们并非束手无策。宾夕法尼亚州立大学的乔纳森·林奇认为，我们目前的处境需要一场“第二次绿色革命”。他说，第一次发生在20世纪60年代。在发达国家广泛使用化肥实际上降低了玉米等作物的产量——额外的营养物质使植物长得太高，以至于它们会直接倒下。解决方案包括开发矮秆玉米和水稻品种，这些品种可以（字面上地）承受额外的施肥。
他说，我们现在需要的是一个在贫瘠土壤中提高产量，而无需使用化肥的系统，因为化肥在世界许多地方仍然非常昂贵。这种需求非常迫切：非洲每年因贫瘠的土壤而损失95%的潜在玉米产量，超过700万五岁以下儿童死于饥饿。
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他说，许多土壤的主要限制因素是磷含量低。确实存在的磷集中在土壤的表层。他描述了一个在拉丁美洲高地的项目，该项目通过培育普通豆类的品种，从土壤中提取更多的磷。普通豆类是超过10亿人的重要食物来源，其根系结构在土壤下水平扩散。新的根系捕获了更多的磷。它们还具有保护豆类种植的山区土壤免受侵蚀的额外好处。他目前正在将研究扩展到玉米，玉米的问题恰恰相反：它需要深根来捕获沉入地下的氮。
此外，孟山都的首席技术官罗伯特·弗雷利在一次私人谈话中告诉我，基因工程在帮助提高玉米和大豆产量方面的力量。他说，今年是人们首次可以获得玉米和大豆完整基因组序列的一年，他说，这就像在黑暗的房间里找钥匙时打开了灯。“育种一直基于特征，而不是基因，”他说，“但现代植物育种更像CSI。”虽然生物技术作物过去曾被用于创造抗杀虫剂的作物，但下一代生物技术将尝试直接提高产量。“我们正在研究一系列可以影响产量的基因，”他说，“这些基因可以调整光合作用的效率，或者可以用于提高耐旱性和耐热性。”
他说，对于玉米，他预计未来20年的产量将比2000年的水平翻一番。10%的改进将来自农艺改进，例如配备GPS的拖拉机，可以在精细优化的位置播种。30%到40%将来自育种的进步。其余一半将来自生物技术。所有这些产量增长都可以在减少水、化肥和农药等投入量的三分之一的情况下实现。“农业的现状就像20世纪60年代的计算机，”他说。“现在，你在基因组测序方面有了根本性的突破，可以添加到育种中。在生物技术方面，你已经了解了特定基因的模式和作用。然后你可以将它们整合在一起，在正确的时间将正确的种子种植在正确的田地上，并达到正确的种植密度。”