Усто́йчивое се́льское хозя́йство — ведение сельского хозяйства, при котором максимально используется ресурсный потенциал земель, но при этом обеспечивается экологическая безопасность и постоянное возобновление плодородия экосистемы. Это система земледелия, которая позволяет обеспечить потребности общества в продовольствии и текстиле, не ставя при этом под угрозу способность будущих поколений удовлетворять свои нужды[1]. Так, в устойчивом сельском хозяйстве используются методы, которые не причиняют вреда окружающей среде[2].
Сельское хозяйство существенно воздействует на экологию. Оно играет важную роль в изменении климата, поскольку на долю продовольственных систем приходится около трети всех антропогенных выбросов парниковых газов[3][4]. Кроме того, сельское хозяйство приводит к нехватке и загрязнению воды, деградации земель, вырубке лесов и другим процессам[5]. В итоге сельскохозяйственная деятельность оказывает воздействие на окружающую среду и, в свою очередь, сама испытывает последствия этих изменений[6].
Устойчивое сельское хозяйство — это подход к ведению сельского хозяйства, который не вредит почве, водным ресурсам и биоразнообразию[7]. Он также не представляет опасности для людей, работающих или проживающих на ферме или в близлежащих районах. Среди методов устойчивого сельского хозяйства можно выделить пермакультуру, агролесоводство, смешанное земледелие и севооборот.
Выращивание кофе в тени — это пример устойчивого сельского хозяйства, который имитирует природные экосистемы. Деревья, растущие рядом с кофейными кустами, обеспечивают их тенью, питательными веществами и поддерживают структуру почвы.
Создание устойчивых продовольственных систем помогает поддерживать численность населения. Одним из наиболее эффективных способов смягчения последствий изменения климата является формирование устойчивых продовольственных систем, основанных на устойчивом сельском хозяйстве.
Устойчивое сельское хозяйство может стать действенным инструментом для удовлетворения потребностей в продуктах питания растущего населения в условиях меняющейся экологической обстановки[6]. Переход к более сбалансированному питанию также способствует уменьшению негативного влияния на окружающую среду[8][9][10][11].
Существует множество стандартов устойчивости и систем сертификации, включая органическую сертификацию хозяйства, а также сертификацию организаций Rainforest Alliance, Fair Trade, UTZ Certified, GlobalGAP, Bird Friendly и Common Code for the Coffee Community[12].
В 1977 году Министерство сельского хозяйства США определило понятие «устойчивое сельское хозяйство» как комплексную систему методов выращивания растений и разведения животных, адаптированную для конкретных территорий. В долгосрочной перспективе она должна[13]:
улучшать состояние окружающей среды и природных ресурсов, которые являются основой для развития сельского хозяйства;
эффективно и рационально использовать природные ресурсы и ресурсы на фермах, а также внедрить, где это возможно, естественные биологические циклы и методы контроля;
поддерживать экономическую устойчивость сельскохозяйственных предприятий;
повышать качество жизни фермеров и общества в целом.
Однако концепция устойчивых отношений с землёй существовала в традиционных сообществах задолго до того, как этот термин был официально закреплён[14].
Возникновение термина «устойчивое сельское хозяйство» приписывают австралийскому учёному-агроному Гордону МакКлимонтому[15]. Уэсу Джексону приписывают первую публикацию выражения в его книге «Новые корни для сельского хозяйства» (1980 год)[16]. Термин стал популярным в конце 1980-х годов[17].
Многие считают, что наиболее реальным способом обеспечить растущее население Земли продовольствием является развитие устойчивого сельского хозяйства. Так, чтобы чтобы удовлетворить потребности жителей планеты, необходимо адаптировать методы ведения сельского хозяйства к будущим экологическим и социальным проблемам[18].
Учёные и специалисты начали разрабатывать методы оптимизации сельскохозяйственной деятельности из-за риска дефицита ресурсов. В результате были разработаны технологии устойчивого сельского хозяйства[19].
В сельском хозяйстве существует несколько основополагающих принципов устойчивости[20]:
Применение биологических и экологических процессов, таких как круговорот питательных веществ, восстановление почвы и фиксация азота, в практике сельского хозяйства и производстве продуктов питания;
Сокращение применения невозобновляемых и неустойчивых ресурсов, особенно тех, которые наносят вред окружающей среде;
Использование знаний и навыков, накопленных фермерами, для оптимизации процесса обработки земли и обеспечения независимости и автономности фермеров;
Активное сотрудничество и взаимодействие людей с разными навыками и компетенциями: борьба с вредителями и обеспечение орошения.
Устойчивое сельское хозяйство учитывает как долгосрочные, так и краткосрочные экономические показатели. Так, сельскохозяйственная среда должна обеспечивать непрерывное восстановление ресурсов[21] и поддерживать баланс между необходимостью сохранения ресурсов и обеспечением фермеров средствами к существованию[22].
Часто для внедрения принципов устойчивого развития в сельское хозяйство используются технологические решения и методы, направленные на защиту окружающей среды.
Устойчивое производство продовольствия и ведение сельского хозяйства (УПСХ) помогает улучшить четыре ключевых аспекта продовольственной безопасности: обеспеченность, доступность, потребление и надёжность — во всех трёх аспектах устойчивости: экологическом, социальном и экономическом[23].
Внедрение умных технологий в сельском хозяйстве, таких как дроны, сенсорные устройства и самоуправляемые тракторы с электрическими двигателями, позволяет снизить потребность в рабочей силе и более эффективно использовать природные ресурсы[24].
Кроме того, всё больше внимания уделяется разработке и изучению устойчивых сельскохозяйственных систем с использованием искусственного интеллекта[25]. Например, были разработаны мобильные анализаторы почвы, которые могут не только повысить плодородность почвы, но и минимизировать негативное воздействие на окружающую среду[26].
Методы, которые могут негативно повлиять на состояние почвы в долгосрочной перспективе, включают в себя интенсивную обработку земли, которая может вызвать её размывание, а также полив без создания системы для отвода воды, что может привести к накоплению соли в почве[27][28].
Для успешного развития сельского хозяйства необходимо создать определённые условия: обеспечить подходящий климат, подготовить почву, обеспечить наличие питательных веществ и воды. Среди всех этих факторов влиянию человека наиболее подвержены почва и вода.
В ходе сельскохозяйственных работ из почвы каждый год забирают питательные элементы, которые нужны растениям для роста. Если их не восполнять, почва становится менее плодородной, что ведёт к уменьшению урожайности. Кроме того, важно сократить использование невозобновляемых ресурсов, таких как природный газ и минеральные руды: это поможет сохранить окружающую среду и снизить негативное воздействие на неё.
Сельскохозяйственное предприятие, которое может гарантировать постоянный урожай, но при этом наносит вред окружающей среде, не может быть признано устойчивым и экологически чистым. В качестве примера можно привести использование удобрений или навоза, которые могут повысить урожайность фермы, но при этом загрязняют близлежащие водоёмы и прибрежные воды и вызывают эвтрофикацию[29].
В сельском хозяйстве в качестве удобрений широко используются нитраты. Однако их применение приводит к серьёзным экологическим проблемам[30]. Возможными источниками нитратов считаются:
переработка отходов сельскохозяйственных культур, скота и человека[31];
выращивание бобовых и кормовых культур, таких как арахис или люцерна, которые образуют симбиотические отношения с азотфиксирующими бактериями, известными как ризобии (клубеньковые бактерии)[32];
промышленное производство азота по методу Габера, в котором используется водород, получаемый из природного газа (однако водород также можно получать путём электролиза воды с использованием возобновляемых источников энергии);
генная инженерия (не бобовых) культур для создания азотфиксирующих симбиозов или фиксации азота без участия микробных симбионтов[33].
Фосфаты — один из основных компонентов удобрений. По значимости для растений он уступает только азоту[34].
Фосфор играет ключевую роль в обеспечении стабильного роста и развития сельского хозяйства, способствует повышению плодородности почвы и увеличению урожайности культур[35]. Он участвует во всех основных процессах жизнедеятельности растений, включая фотосинтез, передачу энергии, передачу сигналов, синтез сложных молекул и дыхание[36]. Фосфор необходим для формирования разветвлённой корневой системы, укрепления и развития семян. Кроме того, он может повысить устойчивость растений к различным заболеваниям[37].
В почве фосфор присутствует как в неорганической, так и в органической форме[34]. Его доля составляет примерно 0,05 % от общей массы почвы[37]. Основным источником неорганического фосфора в сельскохозяйственных почвах являются фосфорные удобрения. Примерно 70—80 % фосфора в таких почвах имеет неорганическое происхождение[38]. Использование фосфатсодержащих химических удобрений в течение длительного времени приводит к эвтрофикации и истощению микробиома почвы[37].
Фосфорные удобрения производятся из фосфоритовой руды, которая является невозобновляемым ресурсом[39]. В связи с этим её добыча для сельскохозяйственных нужд постепенно сокращается[38][36]. По оценкам экспертов, пик потребления фосфора может наступить в ближайшие несколько столетий[40][41][42] или раньше[43][44][45].
Калий — один из ключевых компонентов, необходимых для здорового роста растений. Его часто включают в состав удобрений[46]. Калий помогает растениям сохранять влагу, улучшает их питательность, повышает урожайность, влияет на вкусовые качества, цвет, структуру и устойчивость к заболеваниям. Он широко используется при выращивании различных культур, таких как зерновые, фрукты, овощи, рис, пшеница, просо, сахарная свёкла, кукуруза, соя, пальмовое масло и кофе[47].
Хлорид калия (KCl) является наиболее распространённым источником калия в сельском хозяйстве[48]. На его долю приходится 90 % всего калия, используемого в этой отрасли[49].
Однако применение хлорида калия приводит к повышению концентрации хлорида (Clˉ) в почве, что негативно сказывается на её состоянии. Избыток хлорида может вызвать засоление почвы, нарушить баланс питательных веществ и оказать токсическое воздействие на почвенные микроорганизмы, что, в свою очередь, влияет на развитие растений и почвенной микрофлоры, угрожая биоразнообразию почвы и урожайности сельскохозяйственных культур[50][51][52][53]. В качестве альтернативы хлорида калия можно использовать бесхлоридные удобрения. Их выбор должен быть основан на потребностях растений и направлен на улучшение состояния почвы[54][55].
По оценкам, скорость эрозии почвы на сельскохозяйственных полях в 10—20 раз превышает скорость естественного формирования почвы без вмешательства человека[56]. Почти половина поверхности планеты занята засушливыми территориями, которые подвержены деградации[57]. Нерациональное использование земельных ресурсов ставит под угрозу способность обеспечить людей продовольствием в необходимых объёмах[58].
Интенсивная сельскохозяйственная деятельность приводит к снижению содержания углерода в почве, что негативно влияет на её структуру, рост сельскохозяйственных культур и функционирование экосистемы[58]. Это также способствует ускорению климатических изменений. Изменение методов ведения сельского хозяйства считается эффективным способом улавливания углерода, поскольку почва может служить эффективным поглотителем элемента[59].
Способы работы с грунтом подразумевают применение агротехнических методов, которые не нарушают структуру почвы, создание опорных линий и ветрозащитных полос для предотвращения ветровой эрозии, восстановление плодородности почвы, снижение уровня засоления и контроль водного режима[60][61].
В современном сельском хозяйстве энергия используется в разных задачах: от механизации на фермах до переработки, хранения и транспортировки продуктов питания[62]. Так, стоимость энергоресурсов тесно связана с ценами на продукты питания[63]. Также нефть служит сырьём для производства сельскохозяйственных химикатов. Международное энергетическое агентство предсказывает рост цен на невозобновляемые источники энергии из-за сокращения запасов ископаемого топлива[63][64][65]. Во всём мире могут возникнуть проблемы с продовольственной безопасностью, если не будут предприняты шаги по переходу к более эффективным с точки зрения энергопотребления сельскохозяйственным методам, включая использование возобновляемых источников энергии[66][67].
В отдельных районах осадки выпадают в достаточном объёме, что способствуют повышению урожайности, однако в большинстве случаев требуется дополнительный полив. Для поддержания стабильности ирригационных систем необходимо осуществлять их эффективное управление, чтобы избежать засоления почвы. Кроме того, важно не превышать объём воды, который может быть восполнен естественным путём. В результате применения передовых методов бурения скважин и использования погружных насосов, а также внедрения систем капельного орошения и низкоскоростных поворотных механизмов удалось добиться впечатляющих результатов в сельском хозяйстве. Однако этот успех имеет и свою оборотную сторону. В некоторых районах, таких как водоносный горизонт Огаллала, вода расходуется быстрее, чем восполняется. Согласно данным, полученным от Института сельскохозяйственной устойчивости Калифорнийского университета в Дейвисе, даже в условиях, когда количество осадков соответствует средним показателям, необходимо разработать и внедрить стратегии, направленные на обеспечение устойчивости сельского хозяйства к засухе. Например[68]:
Совершенствование методов хранения и сбережения воды;
Стимулирование выбора засухоустойчивых видов сельскохозяйственных культур;
Применение систем орошения с уменьшенным расходом воды;
Управление посевами для минимизации потерь воды;
Отказ от выращивания урожая в засушливых районах.
Показатели, которые отражают устойчивое развитие водных ресурсов, включают в себя среднегодовой объём речного стока, сформированного за счёт осадков, приток воды из-за границы, долю воды, поступающей из других государств, и общий объём водозабора. По оценкам, на сельское хозяйство приходится 69 % мирового потребления пресной воды[69][70].
В России активно внедряется устойчивое сельское хозяйство[71]. Оно воспринимается как неотъемлемая и гармоничная составляющая жизни. Однако это направление требует решения множества задач. Среди них — разработка долгосрочных планов по использованию ресурсов, комплексное воздействие на улучшение плодородия почв, повышение экономической эффективности производства и инвестирование в создание новых продуктов и технологий[72].
Елена Батурова, директор Центра развития финансовых технологий АО «Россельхозбанк», утверждает, что устойчивое сельское хозяйство — это симбиоз науки и технологий:
Что такое современные селекция и генетика — это больше не работа в лабораториях, это огромные данные, это отдельные аналитические комплексы, которые позволяют спроектировать, проанализировав все сорта всех видов растений, которые есть на сегодняшний день — спрогнозировать — какие гены на самом деле отвечают за устойчивость к температурным, различным погодным условиям, и на их основе выводить новые сорта[73].
Основные, дополнительные и вспомогательные отрасли сельского хозяйства сталкиваются с разнообразными рисками и угрозами. Угрозы указывают на потенциальные риски. Риски характеризуются вероятностью возникновения негативных событий и выражаются количественно, в зависимости от степени опасности возможного развития ситуации. И то, и другое оказывает влияние на устойчивость сельского хозяйства[71].
По мнению учёных, глобальное потепление и изменение состава атмосферы (так называемый «углеродный след») могут привести к значительным изменениям климата и, как следствие, к снижению объёмов производства продуктов питания. В России это подтверждает опустынивание больших территорий сельскохозяйственных земель, их засоление, закисление и стихийного обводнение, а также выбытие из-за строительства гражданских и военных объектов[71].
Среди известных методов решения этой проблемы выделяется подход, основанный на оптимизации. Он предполагает использование моделирования современных процессов и явлений для создания плана на определённый период времени. В этом плане комплексно устанавливаются показатели развития экономических и экологических систем с минимальным негативным воздействием на окружающую среду[71].
↑Crippa, M.; Solazzo, E.; Guizzardi, D.; Monforti-Ferrario, F.; Tubiello, F. N.; Leip, A. (March 2021). “Food systems are responsible for a third of global anthropogenic GHG emissions”. Nature Food [англ.]. 2 (3): 198—209. DOI:10.1038/s43016-021-00225-9. ISSN2662-1355. PMID37117443.
↑Brown, L. R. World on the Edge. — Norton, 2012. — ISBN 978-1-136-54075-2.
↑Singh, R., Upadhyay, S., Srivastava, P., Raghubanshi, A. S., & Singh, P. (2017). Human Overpopulation and Food Security: Challenges for the Agriculture Sustainability.
↑ 12Atekan, A.; Nuraini, Y.; Handayanto, E.; Syekhfani, S. (2014-07-07). “The potential of phosphate solubilizing bacteria isolated from sugarcane wastes for solubilizing phosphate”. Journal of Degraded and Mining Lands Management. 1 (4): 175—182. DOI:10.15243/jdmlm.2014.014.175.
↑ 12Bhattacharya, Amitav. Chapter 5 - Changing Environmental Condition and Phosphorus-Use Efficiency in Plants // Changing Climate and Resource Use Efficiency in Plants. — Academic Press, 2019. — P. 241–305. — ISBN 978-0-12-816209-5. — doi:10.1016/B978-0-12-816209-5.00005-2.
↑Van Kauwenbergh, Steven J.World Phosphate Rock Reserves and Resources. — Muscle Shoals, AL, USA : International Fertilizer Development Center, 2010. — P. 60. — ISBN 978-0-88090-167-3.
↑Edixhoven, J.D.; Gupta, J.; Savenije, H.H.G. (2013). “Recent revisions of phosphate rock reserves and resources: reassuring or misleading? An in-depth literature review of global estimates of phosphate rock reserves and resources”. Earth System Dynamics. 5 (2): 491—507. Bibcode:2014ESD.....5..491E. DOI:10.5194/esd-5-491-2014.
↑Silva, José Tadeu Alves da; Pereira, Rosimeire Dantas; Silva, Inez Pereira; Oliveira, Polyanna Mara de (2011). “Produção da bananeira 'Prata anã'(AAB) em função de diferentes doses e fontes de potássio”. Revista Ceres [порт.]. 58 (6): 817—822. DOI:10.1590/S0034-737X2011000600020. ISSN0034-737X.
↑Pereira, David Gabriel Campos; Santana, Isadora Alves; Megda, Marcio Mahmoud; Megda, Michele Xavier Vieira; Pereira, David Gabriel Campos; Santana, Isadora Alves; Megda, Marcio Mahmoud; Megda, Michele Xavier Vieira (2019). “Potassium chloride: impacts on soil microbial activity and nitrogen mineralization”. Ciência Rural [англ.]. 49 (5). DOI:10.1590/0103-8478cr20180556. ISSN0103-8478.
↑Cruz, Jailson Lopes; Pelacani, Claudinéia Regina; Coelho, Eugênio Ferreira; Caldas, Ranulfo Correa; Almeida, Adriana Queiroz de; Queiroz, Jurema Rosa de (2006). “Influência da salinidade sobre o crescimento, absorção e distribuição de sódio, cloro e macronutrientes em plântulas de maracujazeiro-amarelo”. Bragantia. 65 (2): 275—284. DOI:10.1590/S0006-87052006000200009. ISSN0006-8705.
↑Doval, CalvinWhat is Sustainable Agriculture?(англ.). Sustainable Agriculture Research & Education Program (11 декабря 2018). Дата обращения: 12 марта 2021.
↑Sarkodie, Samuel A.; Ntiamoah, Evans B.; Li, Dongmei (2019). “Panel heterogeneous distribution analysis of trade and modernized agriculture on CO2 emissions: The role of renewable and fossil fuel energy consumption”. Natural Resources Forum [англ.]. 43 (3): 135—153. DOI:10.1111/1477-8947.12183. ISSN1477-8947.
↑Majeed, Yaqoob; Khan, Muhammad Usman; Waseem, Muhammad; Zahid, Umair; Mahmood, Faisal; Majeed, Faizan; Sultan, Muhammad; Raza, Ali (2023). “Renewable energy as an alternative source for energy management in agriculture”. Energy Reports. 10: 344—359. Bibcode:2023EnRep..10..344M. DOI:10.1016/j.egyr.2023.06.032.