Mục lục bài họcĐang ở d05-b3
Comparing Food Production Systems: Inputs, Outputs and Energy Efficiency
Systems thinking applied to a farm. A food production system can be described by its inputs (energy, labour, water, fertiliser, seed, machinery), its outputs (food, but also waste, runoff and emissions), its internal transfers and the efficiency with which inputs become outputs. Comparing two systems is a matter of putting numbers on those flows and then — the part that scores — choosing the right measure to compare them by.
Two contrasting systems. A subsistence, labour-intensive system such as wet rice in South-East Asia uses human and animal labour, manure, saved seed and rain or canal water; inputs of roughly 500 MJ per hectare produce about 3 tonnes of rice, some 6 000 MJ of food energy — an energy ratio of about 12 : 1. Soil is maintained, wastes return to the field, crops are diverse and chemical use is low; but yield per hectare is modest, labour demand is high, a failed harvest is a famine, and there is little surplus to sell. A commercial, capital-intensive system such as North American maize uses machinery and diesel, synthetic nitrogen, pesticides, hybrid seed and pumped irrigation; inputs of about 30 000 MJ per hectare produce around 10 tonnes, some 45 000 MJ — an energy ratio of only about 1.5 : 1. Yield per hectare and per worker is high and the surplus feeds cities; but the system depends on fossil fuels, erodes soil, leaks fertiliser into rivers, loses biodiversity to monoculture and leaves farmers in debt.
The measure decides the winner. Per hectare, the commercial farm yields three times more. Per unit of energy input, the subsistence farm is eight times more efficient. Per worker, the commercial farm wins by fifty times. Per tonne of soil lost or nitrogen leaked, the subsistence farm wins again. None of these is the "correct" measure; an evaluation states which is being used and for whom the system is supposed to be sustainable — the farmer, the urban consumer, or the soil and climate.
Livestock and diet. Feeding grain to animals adds a trophic level: about 7 kg of plant feed, 15 000 litres of water and a large methane emission go into 1 kg of beef, and roughly 90% of the energy is lost at the transfer. Livestock occupy most agricultural land while supplying a minority of calories. Shifting diets down the food chain is therefore the single largest lever on the land, water and climate footprint of food — larger than any change in farming method — which is why food questions so often end at the consumer rather than the farm.
Tư duy hệ thống áp vào một trang trại. Một hệ thống sản xuất lương thực có thể mô tả bằng đầu vào (năng lượng, lao động, nước, phân bón, giống, máy móc), đầu ra (lương thực, nhưng cả chất thải, nước trôi và phát thải), các dòng chuyển nội bộ và hiệu suất biến đầu vào thành đầu ra. So sánh hai hệ là việc đặt con số lên các dòng đó rồi — phần ghi điểm — chọn đúng thước đo để so.
Hai hệ thống tương phản. Hệ tự cung, thâm canh lao động như lúa nước Đông Nam Á dùng lao động người và trâu, phân chuồng, hạt giữ lại và nước mưa hoặc kênh; đầu vào khoảng 500 MJ mỗi hecta cho khoảng 3 tấn lúa, chừng 6 000 MJ năng lượng thức ăn — tỷ lệ năng lượng khoảng 12 : 1. Đất được giữ, chất thải quay lại ruộng, cây trồng đa dạng và hoá chất ít; nhưng năng suất mỗi hecta khiêm tốn, cần nhiều lao động, mất mùa là đói, và ít dư để bán. Hệ thương mại, thâm canh vốn như ngô Bắc Mỹ dùng máy móc và dầu, đạm tổng hợp, thuốc trừ sâu, giống lai và tưới bơm; đầu vào khoảng 30 000 MJ mỗi hecta cho khoảng 10 tấn, chừng 45 000 MJ — tỷ lệ chỉ khoảng 1,5 : 1. Năng suất mỗi hecta và mỗi lao động cao và phần dư nuôi thành phố; nhưng hệ lệ thuộc hoá thạch, xói đất, rò phân bón ra sông, mất đa dạng vì độc canh và để nông dân mang nợ.
Thước đo quyết định người thắng. Theo mỗi hecta, trang trại thương mại cho gấp ba. Theo mỗi đơn vị năng lượng đầu vào, trang trại tự cung hiệu quả gấp tám. Theo mỗi lao động, thương mại thắng gấp năm mươi. Theo mỗi tấn đất mất hay đạm rò, tự cung lại thắng. Không thước đo nào là đúng; bài đánh giá nói rõ mình dùng thước đo nào và hệ thống được cho là bền vững cho ai — người nông dân, người tiêu dùng thành phố, hay đất và khí hậu.
Chăn nuôi và chế độ ăn. Cho động vật ăn ngũ cốc là thêm một bậc dinh dưỡng: khoảng 7 kg thức ăn thực vật, 15 000 lít nước và một lượng mêtan lớn đi vào 1 kg thịt bò, và khoảng 90% năng lượng mất ở bước chuyển. Chăn nuôi chiếm phần lớn đất nông nghiệp trong khi cung cấp thiểu số calo. Chuyển chế độ ăn xuống thấp trong chuỗi thức ăn vì vậy là đòn bẩy lớn nhất lên dấu chân đất, nước và khí hậu của lương thực — lớn hơn mọi thay đổi phương pháp canh tác — đó là lý do câu hỏi về lương thực hay kết thúc ở người tiêu dùng chứ không ở trang trại.
Trang trại M: đầu vào 800 MJ/ha, đầu ra 8 000 MJ/ha, 40 ngày công/ha, mất đất 1 t/ha/năm. Trang trại N: đầu vào 25 000 MJ/ha, đầu ra 40 000 MJ/ha, 2 ngày công/ha, mất đất 10 t/ha/năm. Một nước cần nuôi 5 triệu dân thành phố với diện tích canh tác hạn chế. Hãy tính, so sánh theo ba thước đo, và tư vấn.
Tính. Tỷ lệ năng lượng M = 8 000 ÷ 800 = 10 : 1; N = 40 000 ÷ 25 000 = 1,6 : 1. Năng lượng thức ăn mỗi ngày công: M = 8 000 ÷ 40 = 200 MJ; N = 40 000 ÷ 2 = 20 000 MJ. Đất mất mỗi 1 000 MJ thức ăn: M = 1 ÷ 8 = 0,125 t; N = 10 ÷ 40 = 0,25 t.
So sánh theo thước đo. Theo hiệu suất năng lượng, M thắng hơn sáu lần — mỗi đơn vị năng lượng bỏ vào cho nhiều thức ăn hơn hẳn. Theo năng suất mỗi hecta, N thắng năm lần (40 000 so với 8 000). Theo mỗi lao động, N thắng một trăm lần. Theo đất mất mỗi đơn vị thức ăn, M tốt gấp đôi. Bốn thước đo, hai người thắng.
Tư vấn cho bối cảnh. Ràng buộc là diện tích hạn chế và 5 triệu dân thành phố không tự trồng: thước đo quyết định là thức ăn mỗi hecta và mỗi lao động, vì đất không đủ cho M nuôi cả nước và người thành phố không ra ruộng. N là câu trả lời cho nhu cầu — nhưng với hai điều kiện từ các thước đo còn lại: giảm mất đất bằng không cày và cây che phủ vì 10 t/ha/năm tiêu vốn đất trong vài chục năm, và giảm lệ thuộc năng lượng bằng phân bón chính xác. Nếu bối cảnh đổi thành một vùng nông thôn nhiều lao động, ít vốn và không có đường ra chợ, câu trả lời lật sang M. Bài tốt cho thấy câu trả lời phụ thuộc ràng buộc, không phụ thuộc hệ nào tốt hơn.
Một nước muốn giảm dấu chân đất và nước của lương thực. Hai đề xuất: (A) chuyển toàn bộ nông nghiệp sang phương pháp tiết kiệm nước và ít phân bón, ước tính giảm 20% nước và 15% đất mỗi tấn sản phẩm; (B) chiến dịch giảm một nửa tiêu thụ thịt bò, thay bằng đậu và gia cầm. Hãy ước lượng và so sánh.
Số của thịt bò. 1 kg thịt bò cần khoảng 7 kg thức ăn thực vật, 15 000 lít nước và thải mêtan tương đương hàng chục kg CO₂; 1 kg đậu cần khoảng 1 500–2 000 lít nước và không có bậc dinh dưỡng trung gian; gia cầm cần khoảng 2 kg thức ăn và 4 000 lít nước cho mỗi kg. Chuyển 1 kg bò sang 1 kg đậu tiết kiệm khoảng 13 000 lít nước và khoảng sáu phần bảy diện tích trồng thức ăn — tức giảm 85–90% cho phần đó của chế độ ăn.
So với đề xuất A. A giảm 15–20% trên mọi sản phẩm — đáng kể và đáng làm — nhưng nó cải thiện hiệu suất của một chuỗi vẫn có bậc dinh dưỡng thừa. B loại bỏ chính bậc thừa đó cho một nửa lượng bò, và vì bò chiếm phần rất lớn dấu chân đất và nước của cả chế độ ăn, giảm một nửa bò thường giảm dấu chân tổng nhiều hơn A dù chỉ chạm một mặt hàng. Thêm nữa, A cần đầu tư trên hàng triệu hecta và nhiều năm; B chỉ cần thay đổi hành vi — rẻ hơn nhưng khó hơn về văn hoá.
Đánh giá cân bằng. B không thay thế A: đất trồng đậu vẫn xói nếu canh tác tệ. Và B có chi phí xã hội — người chăn nuôi mất sinh kế, đồng cỏ không trồng được gì khác ở vùng khô — nên chính sách tốt gộp cả hai và bắt đầu từ B vì đòn bẩy lớn nhất nằm ở người tiêu dùng, không ở trang trại. Điểm giám khảo tìm: nhận ra bậc dinh dưỡng là nơi 90% năng lượng mất, nên xoá bậc hiệu quả hơn tinh chỉnh bậc.
Bẫy 2 — coi tỷ lệ năng lượng cao là đủ để nuôi thành phố. Hệ tự cung hiệu quả nhưng ít dư và cần đất, lao động mà thành phố không có.
Bẫy 3 — bỏ quên người tiêu dùng. Bậc dinh dưỡng thừa của thịt bò là đòn bẩy lớn hơn mọi thay đổi canh tác.
Đọc xong rồi — làm thử ngay
Bài tập của chương Soil Systems and Terrestrial Food Production Systems and Societies gồm 14 câu trắc nghiệm và 5 đề tự luận. Đáp án hiện ngay khi chọn, miễn phí.