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14.2: 工业化农业

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    工业化农业也被称为传统农业，是一种涉及使用合成肥料、合成杀虫剂和机械的耕作方法。 工业化农业依赖于对主要由化石燃料提供动力的机械化设备的大量投资。 就牲畜而言，大多数生产来自动物高度集中和封闭的系统。

    合成农药

    害虫是指发生在不需要的地方，或者对农作物、人类或其他动物造成损害的生物（图\(\PageIndex{a}\)）。 因此，“害虫” 一词是一个非常主观的术语。 杀虫剂是指任何旨在预防、摧毁、驱除或缓解任何害虫的物质。 尽管农药一词经常被误解为仅指杀虫剂，但也适用于除草剂（除草剂）、杀真菌剂和其他用于控制害虫的物质。 化学杀虫剂可以有效，起效快，适用于所有作物和情况。 首次使用时，杀虫剂可以为农作物带来可观的产量增长。 但是，尽管取得了这些初步进展，但过度使用农药可能对生态不利（见工业化农业的缺点）。 就其本质而言，大多数杀虫剂都会产生一定的危害风险——杀虫剂可能对人类、动物和/或环境造成伤害，因为它们旨在杀死生物或以其他方式对生物产生不利影响。 同时，杀虫剂对社会有用，因为它们可以杀死潜在的致病生物并控制昆虫、杂草、蠕虫和真菌。

    绿色圆形结构（棉铃）上的棉铃象鼻虫。 象鼻虫是棕色的，有坚硬的外壳和长的 “鼻子”。
    图\(\PageIndex{a}\)：棉铃象鼻虫被认为是主要害虫，因为它会对棉花植物造成损害。 图片由 ARS USDA（公共领域）提供。

    单一栽培农业

    工业化农业采用单一栽培农业，涉及在大面积上只种植一种作物（图\(\PageIndex{b}\)）。 单一栽培中的植物间隔均匀，具有相同的种植、灌溉、肥料、收获等要求，这种均匀性可以有效利用农业机械。 通常，该作物是高产品种（高产品种；HYV），它是通过有选择地培育具有理想特征的单株植物而生产的。 与传统作物相比，HYV每单位面积的土地产量更高。 但是，单一栽培会损害农业的遗传和物种多样性，从而促进害虫的传播，并冒着数百英亩的所有植物都可能感染同一种疾病的风险（见遗传多样性）。

    一种单一栽培，有许多排的马铃薯植物，还有几台拖拉机在运行John Deer 设备收获成排的棉花
    图\(\PageIndex{b}\)：像马铃薯农场（左）和棉花农场（右）这样的单一栽培使农业设备的使用变得更容易；但是，这减少了遗传多样性并消耗了化石燃料。 左图由 NightThree（CC-B Y）拍摄，右图为 Kimberly Vardeman（CC-BY）。

    工业化农业的优势

    工业化农业极大地提高了生产力和效率。 自1940年代以来，全球粮食产量总体上有所增加（图\(\PageIndex{c}\)）；世界银行估计，近期粮食产量的增长中有70％至90％是工业化农业的结果，而不是种植面积的增加（图\(\PageIndex{d}\)）。 美国消费者开始期望食物丰富、价格低廉。 此外，使用合成杀虫剂可确保农产品相对没有瑕疵（图\(\PageIndex{e}\)）。

    1866年至2014年美国玉米平均产量的折线图。 自1940年代以来，总产量已从2公吨增加到10公吨。
    图\(\PageIndex{c}\)：一段时间内，以每公顷公吨（吨；1000 千克）为单位的玉米产量。 尽管收益率每年都在波动，但自1940年代以来，收益率总体上有所上升。 农业效率的提高部分归功于工业化农业实践。 （图片由汉娜·里奇和马克斯·罗瑟/我们的数据世界（CC-BY）提供。

    单位作物占地面积的折线图，以从 0 到 1 的指数测量。 这个数字从1961年的1下降到2014年的0.3。

     

    图\(\PageIndex{d}\)：由于农业效率的提高，生产固定数量作物所需的耕地（可耕地）随着时间的推移而减少。 图片由 Hannah Ritchie 和 Max Roser/《我们的数据世界》（CC-BY）

    一个女人拿着杂货篮去买农产品
    图\(\PageIndex{e}\)：我们中的许多人在杂货店仔细检查农产品，然后选择没有瑕疵的农产品。 这种具有视觉吸引力的农产品源于合成农药的使用。 图片由阿曼达·米尔斯拍摄（公共领域）。

    工业化农业扩展到可以种植农作物的地方。 在贫瘠的土壤上施用合成肥料可以使它们肥沃。 此外，灌溉系统可提高地区和季节的高农业生产力，否则这些地区和季节只能养活最耐旱的物种。 例如，美国消费的食物中约有25％是在加利福尼亚的中央山谷生产的，夏季那里几乎没有降雨（图\(\PageIndex{f}\)）。

    突出显示了一张穿过州中部中央山谷的长条带的加利福尼亚地图
    图\(\PageIndex{f}\)：加利福尼亚中央山谷从北到南的四个区域是萨克拉曼多河谷、三角洲和东区溪流、圣华金盆地和图莱里盆地。 图片由美国地质调查局（公共领域）提供。

    工业化农业的缺点

    从经济上讲，美国农业部门有着联邦支出越来越大的历史。 还观察到的是，农民收入差距越来越大，农业综合企业（涉及农产品的制造、加工和分销的行业）越来越集中在越来越少的人手中。 市场竞争有限，农民几乎无法控制其商品的价格，他们获得的消费支出在农产品上的比例越来越小。

    在过去的几十年中，经济压力导致农场（尤其是小型农场）和农民的数量遭受巨大损失。 从1987年到1997年，损失了超过15.5万个农场。 从经济上讲，由于做生意的成本很高，今天的潜在农民很难进入这个行业。 农业设备昂贵，工业化农业系统偏爱大型企业农场，后者可以更轻松地投资这种设备。 虽然这种设备提高了效率，但也减少了农业中的就业岗位数量（图\(\PageIndex{g}\)）。

    选定国家农业就业人数的折线图，自20世纪初以来总体上有所下降。
    图\(\PageIndex{g}\)：一段时间内（1801-2015）特定国家从事农业工作的人数。 总体而言，随着耕作方法效率的提高以及农业机械完成了曾经是手工的任务，农业工人的人数有所下降。 这既是一种优势，因为人们可以自由地从事其他职业，也可以因为减少工作岗位而处于劣势。 在日本，农业工人人数在1900年左右达到峰值，超过1600万人，并在1960年左右再次达到峰值。 在美国，它在1900年左右达到峰值，达到近1200万。 法国遵循类似的模式，在1925年左右达到峰值，约有900万工人。 1950年，韩国有超过600万农业工人，这一数字总体上有所下降（尽管在1980年左右出现了激增）。 在西班牙，1950年的工人人数超过500万，此后有所减少。 在英国，农业工人人数在1960年左右达到峰值，约为350万人。 所示的其他国家（荷兰、芬兰、瑞典和比利时）一直有不到100万农业工人。 图片由马克斯·罗瑟/我们的数据世界（CC-BY）提供。

    工业化农业所需的机械耕作设备依赖于化石燃料。 燃烧化石燃料会释放空气污染，包括温室气体，从而导致气候变化。 此外，工业化农业中使用的合成肥料和杀虫剂是由化石燃料生产的。 此外，农业区所含的生物量（构成生物的有机物）很少像生物多样性、完整的生态系统那样多。 生物质是一种重要的碳汇，因为它的有机分子储存了原本可以作为二氧化碳或甲烷进入大气的碳，这两种都是温室气体。 含有大量有机成分的土壤也是碳汇。 消耗这些土壤的工业化农业做法（见下文）会助长气候变化，但替代做法可以促进健康土壤的这种好处（见可持续农业）。

    虽然合成肥料为农作物提供高产所需的营养，但肥料中多余的营养物质可以通过径流进入水体。 这可能导致藻类或光合细菌在湖泊、河流和海湾中繁殖，过程称为富营养化。 这些光合微生物有时会产生毒素，杀死水生动物，甚至会伤害食用这些动物的人类。 此外，它们还阻止水生植物进入光线。 藻华的最终分解需要氧气，这会导致缺氧（溶解氧含量低），进一步伤害水生物种。 此外，工业化农业会用杀虫剂和沉积物污染水。 杀虫剂不仅广泛存在于地表水中，而且在地下水中也发现了各种化学类别的杀虫剂。

    工业化农业做法往往会耗尽土壤质量。 例如，暴露表土的风蚀和水蚀会去除土壤中的颗粒和养分（这也导致富营养化和沉积物污染）。 耕作（混合土壤）和过度放牧牲畜会加剧侵蚀。 当牲畜从某个地区移走过多的植被时，植物根部不再将土壤固定在原地，随之而来的是侵蚀。 耕作设备压实土壤。 这限制了水渗透到土壤中（降低了土壤的渗透性），使根部更难穿透土壤，并阻碍了根部的气体交换。 在极端情况下，土壤已经侵蚀并失去了蓄水能力，曾经的可耕地（可耕地）变成沙漠般的土地（荒漠化；见土壤退化；图\(\PageIndex{h}\)）。

    大部分是沙质贫瘠的景观，有几只山羊和树木
    图\(\PageIndex{h}\)：过度放牧使坦桑尼亚西南部鲁夸平原的土壤枯竭。 图片由 Lichinga（CC-BY-SA）提供。

    灌溉会导致盐化（盐度增加）。 虽然水本身最终会蒸发、蒸发或从土壤中排出，但溶解在水中的矿物质可能会残留在土壤中。 随着时间的推移，这些矿物质会积聚到对大多数植物有毒的水平。 正如《用水量》中所述，农业灌溉占全球用水量的69％。 抽取足够的灌溉用水会导致水资源短缺，并将水从生态系统转移出去（见 Aqueducts）。

    反复施用农药会对昆虫、真菌和其他农作物害虫施加选择性压力，使其产生抗农药性。 偶然地，害虫种群中的某些个体可能携带具有农药抗性的基因版本。 当这些人群接触农药时，拥有这些基因版本的个体最有可能存活和繁殖。 然后，他们将这些基因传递给后代，随着时间的推移，农药耐药性在人群中变得越来越普遍（图\(\PageIndex{i}\)）。 此时，可能需要以更高的浓度或更频繁地使用农药才能达到相同的效果。 如果最初使用的杀虫剂不再有效，农民将被迫寻找另一种杀虫剂。 超过400种昆虫和螨虫以及70多种真菌病原体对一种或多种杀虫剂产生了抗药性。

    农药抗性的演变表明，每次施用农药后，叶片上紫色抗性甲虫的比例会增加。
    图\(\PageIndex{i}\)：农药施用可以选择农药耐药性的演变。 在这个假设的例子中，紫甲虫的基因版本使其对农药具有抗药性（左上方）。 使用杀虫剂，杀死大多数易感个体（白甲虫；右上角）。 在后代中，紫色的抗性甲虫更为常见，因为它们存活和繁殖的几率更高（左下角）。 在再次施用农药时，更大比例的人口具有抗药性。 图像由戴尔多特 (CC-BY-SA) 修改。

    使用杀虫剂给人类健康和环境造成的代价分布不均匀。 尽管大部分化学农药是在发达国家使用的，但所有农药中毒病例中有99％发生在监管、卫生和教育系统最薄弱的发展中国家。 发展中国家的许多农民过度使用农药，没有采取适当的安全预防措施，因为他们不了解风险，害怕收成减少。 更糟糕的是，发展中国家很少有严格的危险化学品监管体系；工业化国家禁用或限制的农药在发展中国家被广泛使用。 农民对适当使用农药的看法因环境和文化而异。 长期接触农药与多种慢性和急性健康影响有关，例如非霍奇金淋巴瘤、白血病、心肺疾病、神经系统和血液学症状以及皮肤病。

    杀虫剂还给传粉媒介和其他有益的昆虫物种带来压力。 它们可能导致天敌的破坏，从而调节完整生态系统中的害虫种群。 例如，苹果种植者开始使用杀虫剂二氯二苯三氯乙烷（DDT）控制害虫后，他们很快发现自己的果园受到了鳞虫和螨虫的攻击。 原因：滴滴涕杀死了他们的天敌。 更普遍地说，工业化农业造成的污染以及由于将健康的生态系统转化为农田而造成的栖息地丧失是对生物多样性的主要威胁。 如前所述，单一作物耕作限制了作物的生物多样性。

    在畜牧业方面，近距离饲养牲畜会增加疾病在畜牧业中传播的风险。 出于这些原因，通常给食用动物服用抗生素，要么是预防性的，要么是治疗现有感染。 正如 “传染病” 部分所讨论的那样，过度使用抗生素（无论是在人类还是农场动物身上）会增加对细菌或其他致病生物的抗生素耐药菌株进化的选择。 抗生素耐药菌株感染更难治疗。

    与许多工业实践一样，潜在的健康危害通常与耕作方式有关。 目前正在研究和调查动物生产中抗生素的亚治疗用途，以及水和食物的农药和硝酸盐污染。 农场工人的健康也是所有耕作方法的考虑因素。

    归因

    由 Melissa Ha 从以下来源修改：