“土壤比石油更重要”：常年糧食革命的內部
堪薩斯州鄉村一座溫室的水泥地板上整齊地排列著 100 個塑料花盆，每個花盆都長滿了雜亂的帶狀草狀葉子。這些植物是多年生植物——它們年復一年地不斷生長。這一單一特徵將它們與大豆、小麥、玉米、水稻和所有其他主要糧食作物區分開來，所有這些作物都是一年生植物：在一個生長季節內生存和死亡的植物。 “這些植物是贏家，能夠將它們的基因（傳遞給後代），”位於堪薩斯州薩利納的農業非營利組織土地研究所的李·德哈恩說。如果德哈恩的育種計劃保持目前的進展，這些年輕的多年生作物的後代有一天可能會引發一場農業革命。這些植物是中間小麥草。自 2010 年以來，DeHaan 一直致力於將這種小種子的野生物種轉化為高產的馴化穀物作物，稱為 Kernza。他相信它最終將成為一年生小麥的可行且更可持續的替代品，一年生小麥是世界上種植最廣泛的作物，也是人類消耗的五分之一卡路里的來源。精英 Kernza 植物是從土地研究所多年生穀物育種計劃的 4,000 株幼苗中挑選出來的。攝影：Ben Martynoga 一年生植物在裸露的地面上茁壯成長。種植它們需要準備田地，通常通過犁耕或強化除草劑處理，並每年種植新種子。因此，土地研究所首席科學家蒂姆·克魯斯將現有的農業系統描述為“地球上最大的干擾”。他說：“沒有什麼比這更好的了。”當今的糧食系統造成的損害是顯而易見的：佔全球溫室氣體排放量的三分之一；海洋死區覆蓋數千平方英里；每年損失 250 億至 400 億噸肥沃的表土。用多年生品種取代一年生植物將大大減少農業對環境的影響。水土流失將會減少；相反，多年生植物會促進土壤健康，限制養分和有毒農藥的流失，減少化肥和農藥的使用，並將導致氣候變暖的碳儲存在農田土壤中。只有一個問題。可靠、高產的多年生穀物作物幾乎不存在。土地研究所推動開發多年生穀物的靈感來自於其創始人、89 歲的韋斯·傑克遜。對於傑克遜來說，產生人類 95% 卡路里的土壤的健康應該是所有文明的首要關注點。 “土壤比石油更重要，”他在最近的一部紀錄片中說道。 “土壤和石油一樣是不可再生資源。從這裡開始，問問：‘這對我們有什麼要求？’”堪薩斯州薩利納土地研究所的李·德哈恩 (Lee DeHaan)。照片：Ben MartynogaJackson 在 20 世紀 70 年代末訪問堪薩斯州的一個本土草原保護區時偶然發現了答案。草原是生產力高、生物多樣性豐富的多年生草原生態系統。它們不會侵蝕土壤；他們建造它們。事實上，使美國中西部和大平原的大部分地區成為主要農業用地的肥沃土壤，是草原植物與地下微生物在數千年的作用下形成的。傑克遜想知道，為什麼我們不能擁有像草原植物一樣生長的多年生穀物。 “這就是讓我激動不已的頓悟，”他在最近的一次採訪中說道。 52 歲的德哈恩在 20 世紀 90 年代初十幾歲的時候就了解到了傑克遜的使命。他在明尼蘇達州的一個農場長大，立即受到了啟發。 “我很想嘗試培育第一種多年生穀物作物，”他決心道。 “這成了我的夢想。” 儘管仍處於開發階段，Kernza 已經是一種可行的作物，在美國 15 個州小規模種植。 Kernza 種子和麵粉用於生產從啤酒到早餐麥片等一系列產品。關鍵的挑戰是產量。在堪薩斯州，最好的肯扎產量約為一年生小麥的四分之一。但德哈恩表示，這種情況正在迅速改變。 “我目前最好的推斷是，一些 Kernza 植物可能會在大約 15 年內獲得與小麥相當的產量。”“我們必須快點，”他說。為了實現這一目標，他的育種計劃部署了 DNA 分析、計算機建模和遠紅 LED 照明，以推動實驗植物每年經歷兩個完整的育種週期。但產量只是成功的衡量標準之一。一年生小麥的根長約半米，而且是臨時性的，而克恩扎的根是永久性的，可以扎入 3 米深。這些根可以帶來一整套環境和農業效益：穩定和肥沃土壤、收集養分和提供水，即使在乾旱期間也是如此。土地研究所的小麥草（左）和小麥根的比較。照片：Ben Martynoga/The Land Institute 多年生植物對病蟲害、疾病和雜草的內在抵抗力往往比一年生植物強得多，尤其是在混合植物混養中生長時。土地研究所正在與 30 個國家的合作者合作開發許多新的多年生作物：油籽、小麥、豆類、藜麥和其他幾種穀物。潛在的應用是多種多樣的。在烏干達，研究人員正在開發具有耐旱性的多年生高粱。在飽受戰爭蹂躪的烏克蘭，供應鏈遭到破壞，肥沃的土壤正在退化，Kernza 正在作為一種低投入作物進行測試。正如德哈恩、克魯斯和同事在最近的一篇科學論文中所寫，多年生穀物代表了“農民的夢想……種植一次，然後在幾年內每個季節收穫的品種，只需最少的土地管理。”成功還遠未得到保證。但自 2018 年以來在中國種植的多年生水稻提供了重要的概念證明。這項工作由雲南大學牽頭，土地研究所支持，僅用了20年時間。多年生水稻現在的產量與優良一年生品種的產量相當，研究表明溫室氣體顯著減少。在雲南進行的一項研究試驗中種植了多年生水稻。照片：Ben Martynoga/The Land Institute 德哈恩認為，多年生穀物具有獨特的能力，能夠重新平衡他所說的農業可持續發展的“三足凳”，即生產力、農業經濟和環境影響必須達到平衡。這個比喻對德哈恩來說並不抽象——他已經親身經歷過。 20 世紀 80 年代，他家族在明尼蘇達州的農場生產了大量糧食，但經濟卻失敗了。飆升的利率迫使他們與中西部其他數千個農場一起出售。環境成本——土壤侵蝕、水污染——沒有出現在任何賬本上，但它們在景觀中是可見的。德哈恩認為，當前的農業是由全球每年 6000 億美元的補貼支持的，這些補貼往往支撐著生產，而農業社區卻在掙扎，生態破壞不斷加劇。多年生穀物最終可以同時在這三個方面發揮作用。但要實現這一目標，仍然必須解決艱鉅的挑戰。 Kernza 在土地研究所的研究領域不斷成長。 Lee DeHaan 估計該作物的產量將在 15 年內與小麥相當。攝影：Ben Martynoga 產量必須大幅提高。收成逐年減少的問題也必須得到解決。農民必須開發新的方法來種植和收穫這些作物。市場是另一個障礙。當前的供應鏈針對單一栽培的少數主要作物進行了優化，使得具有不同特性的新作物的加工成本過高。 Kernza 穀物（比小麥小）可供碾磨。由於所有這些原因，德哈恩堅決反對多年生植物是“靈丹妙藥”的觀點。 “原因是這很困難，”他說。 “權衡是時間和投資。這就是為什麼它們還不存在。這將需要數十年的工作和數百萬美元。” 值得注意的是，德哈恩並沒有將當前的農業工業聯合體視為敵人。 “每一項顛覆性技術總是遭到被顛覆者的反對，”他說。 “但是，如果構成當前系統的公司能夠適應這種破壞，他們就可以在新世界中發揮同樣的作用。” 土地研究所的策略是重新定位而不是替代。 “我們的目標是最終將目前用於一年生穀物作物的資源用於開發多年生植物品種，”德哈恩說。 “這就是我們的成功之路。” 有跡象表明這已經奏效，食品公司通用磨坊 (General Mills) 現在將 Kernza 納入其早餐麥片中。回到堪薩斯州的溫室，德哈恩進行了反思。 “2001 年我開始在這里工作時，這些想法被認為非常激進。甚至提出我們正在研究的想法都令人尷尬。這很可笑。”他說，現在情況已不再如此。主要研究機構、企業和不斷擴大的全球合作夥伴網絡現在都在致力於多年生穀物開發。 DeHaan 指出了他的“贏家”——擺在我們面前的 100 個年輕的 Kernza 工廠。在人類一代人的時間內，他們的後代可以養活數百萬人，同時修復需要數千年形成的土壤。 “我們不僅僅只是在雲端思考，”他說。 “我們不僅僅夢想著這個不可能的未來。”
已发布: 2025-12-12 12:00:00
