UN-SDG 2: Zero Hunger

ห้าฟาร์ม หกพันล้านชีวิต ใจกลางของความมั่นคงทางอาหารระดับโลกมีความขัดแย้งที่ปรากฏชัด ขณะที่เกษตรอุตสาหกรรมครองพาดหัวข่าวและการอภิปรายนโยบาย ฟาร์มครอบครัว 608 ล้านแห่งที่กระจายอยู่ในประเทศกำลังพัฒนากำลังผลิตอาหาร 35% ของโลกบนพื้นที่เกษตรเพียง 12%123 เกษตรกรรายย่อยเหล่านี้ที่ทำงานบนแปลงที่เล็กกว่าสวนหลังบ้านชานเมืองส่วนใหญ่ สนับสนุนผู้คนประมาณ 3 พันล้านคน45 - เกือบ 40% ของมนุษยชาติ กรอบเศรษฐศาสตร์โดนัทวางความมั่นคงทางอาหารเป็นรากฐานทางสังคมที่สำคัญ พร้อมรับรู้บทบาทของเกษตรกรรมในการละเมิดขอบเขตดาวเคราะห์หลายด้าน เกษตรกรรายย่อยอยู่ที่จุดตัดที่สำคัญของความท้าทายเหล่านี้ - พวกเขาเป็นทั้งทางออกในการเลี้ยงประชากรที่เพิ่มขึ้นและผู้มีส่วนในแรงกดดันด้านสิ่งแวดล้อมที่คุกคามความยั่งยืนระยะยาว เมื่อฟาร์มเล็กลง ปัญหาก็ใหญ่ขึ้น ตั้งแต่ปี 1960 ถึง 2000 ขนาดเฉลี่ยของฟาร์มลดลงในประเทศรายได้ต่ำและปานกลางล่างส่วนใหญ่6 ในขณะที่ฟาร์มในประเทศร่ำรวยรวมตัวเป็นการดำเนินงานอุตสาหกรรม ตัวเลขบอกเล่าเรื่องราวของความไม่เท่าเทียมที่ยังคงอยู่: 1% ของฟาร์มที่ใหญ่ที่สุดตอนนี้ดำเนินงานบนพื้นที่เกษตรมากกว่า 70% ของโลก17 ในขณะที่ 70% ของฟาร์มทั้งหมดแออัดอยู่ในพื้นที่เกษตรเพียง 7%1 แต่ฟาร์มที่เล็กที่สุดเหล่านี้แสดงผลผลิตที่โดดเด่นต่อเฮกตาร์ มักเกินผลผลิตของคู่แข่งอุตสาหกรรม ผู้หญิงได้กลายเป็นกระดูกสันหลังของเกษตรกรรม คิดเป็น 43% ของแรงงานภาคเกษตรทั่วโลกและสูงถึง 70% ในบางประเทศกำลังพัฒนา1 สมาร์ทโฟนพบกับเมล็ดพันธุ์โบราณ ความเป็นจริงร่วมสมัยของการเกษตรรายย่อยท้าทายการจัดหมวดหมู่แบบง่าย ในเอเชีย ฟาร์มที่มีพื้นที่น้อยกว่า 5 เฮกตาร์ผลิตแคลอรีอาหาร 90%82 เกษตรกรรายย่อยในแอฟริกาใต้สะฮาราสนับสนุน 50% ของแคลอรี8 แม้จะเผชิญกับสภาพการเกษตรที่ท้าทายที่สุดในโลก ...

ดาบสองคมไนโตรเจนของเรา ไนโตรเจนดำรงอยู่เป็นความเป็นคู่อย่างลึกซึ้งในระบบของโลก รูปแบบในชั้นบรรยากาศที่เฉื่อยของมัน ($N_2$) ประกอบเป็นก๊าซที่มีมากที่สุดรอบโลก เมื่อถูกแปลงเป็นรูปแบบที่มีปฏิกิริยาผ่านกระบวนการตรึง ไนโตรเจนจะเปลี่ยนรูปเป็นส่วนประกอบพื้นฐานสำหรับโปรตีนและดีเอ็นเอ กลายเป็นเครื่องยนต์ของผลผลิตทางการเกษตรที่หล่อเลี้ยงประชากรหลายพันล้านคน ตลอดประวัติศาสตร์มนุษย์ส่วนใหญ่ การแปลงไนโตรเจนในชั้นบรรยากาศเป็นสารประกอบที่ค้ำจุนชีวิตยังคงเป็นอาณาเขตเฉพาะของฟ้าผ่าและจุลินทรีย์เฉพาะทาง กระบวนการธรรมชาตินี้กำหนดขีดจำกัดที่เข้มงวดและยั่งยืนต่อปริมาณสิ่งมีชีวิตที่โลกสามารถรองรับได้ การประดิษฐ์กระบวนการฮาเบอร์-บอชในศตวรรษที่ 20 ทำลายข้อจำกัดทางธรรมชาตินี้ กิจกรรมของมนุษย์ได้เพิ่มอัตราที่ไนโตรเจนที่มีปฏิกิริยาเข้าสู่วัฏจักรบนบกเป็นสองเท่า12 จากดินโบราณสู่การค้นพบที่ระเบิด ความสัมพันธ์ของมนุษยชาติกับไนโตรเจนวิวัฒนาการจากการค้นพบอย่างช้าๆ สู่การเปลี่ยนแปลงอย่างกะทันหันและปฏิวัติ สังคมเกษตรกรรมปฏิบัติการจัดการไนโตรเจนโดยสัญชาตญาณมาหลายพันปีผ่านการหมุนเวียนพืช การพักที่ดิน และการใช้ปุ๋ยคอก ความรู้สึกลึกซึ้งของวิกฤตที่ใกล้เข้ามาเกิดขึ้นในปลายศตวรรษที่ 19 เซอร์วิลเลียม ครูกส์เตือนในสุนทรพจน์อันยิ่งใหญ่ของเขาในปี 1898 ว่าโลกจะเผชิญกับความอดอยากครั้งใหญ่เว้นแต่นักวิทยาศาสตร์จะค้นพบวิธีการสังเคราะห์ปุ๋ยไนโตรเจนจากอากาศ3 ทางออกมาถึงกว่าทศวรรษต่อมาผ่านกระบวนการฮาเบอร์-บอช พัฒนาโดยนักเคมีชาวเยอรมัน ฟริตซ์ ฮาเบอร์ และคาร์ล บอช และได้มาตรฐานในปี 191334 กระบวนการนี้ใช้อุณหภูมิและความดันสูงเพื่อรวมไนโตรเจนในชั้นบรรยากาศ ($N_2$) กับไฮโดรเจนเพื่อผลิตแอมโมเนีย ($NH_3$) มากกว่าครึ่งหนึ่งของปุ๋ยอุตสาหกรรมทั้งหมดที่ใช้ในประวัติศาสตร์มนุษย์จนถึงปี 1990 ถูกใช้ในทศวรรษ 1980 เพียงอย่างเดียว2 ประตูน้ำท่วมไนโตรเจนเปิดกว้าง กิจกรรมของมนุษย์ในปัจจุบันสร้างไนโตรเจนที่มีปฏิกิริยามากกว่ากระบวนการธรรมชาติบนบกทั้งหมดรวมกัน12 แหล่งหลักสามแหล่งขับเคลื่อนน้ำท่วมนี้: การผลิตปุ๋ยอุตสาหกรรมผ่านกระบวนการฮาเบอร์-บอช การเผาไหม้เชื้อเพลิงฟอสซิลที่ปล่อยไนโตรเจนออกไซด์ ($NO_x$) และการเพาะปลูกพืชตรึงไนโตรเจนอย่างแพร่หลายเช่นถั่วเหลือง ผลที่ตามมาของภาระไนโตรเจนเกินแสดงออกทั่วโลก การใช้ปุ๋ยมีเสถียรภาพในหลายประเทศพัฒนาแล้วแต่เพิ่มขึ้นอย่างมากในประเทศกำลังพัฒนา12 ไนตรัสออกไซด์ ($N_2O$) เป็นก๊าซเรือนกระจกที่มีพลังมากกว่าคาร์บอนไดออกไซด์ประมาณ 300 เท่า5 การไหลบ่าของไนโตรเจนส่วนเกินเป็นเชื้อเพลิงให้กับยูโทรฟิเคชัน—การบานของสาหร่ายขนาดใหญ่ที่บริโภคออกซิเจน สร้าง “โซนตาย” ชายฝั่งและน้ำจืดอันกว้างใหญ่56 ...

วิวัฒนาการทางประวัติศาสตร์ของความเข้าใจเรื่องความมั่นคงด้านน้ำ ความเข้าใจเรื่องความมั่นคงด้านน้ำได้พัฒนาอย่างมีนัยสำคัญตลอดเวลา โดยเฉพาะอย่างยิ่งควบคู่ไปกับความตระหนักที่เพิ่มขึ้นเกี่ยวกับการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ ในอดีต การจัดการน้ำมักมุ่งเน้นที่การรับประกันอุปทานสำหรับภาคส่วนเฉพาะผ่านโครงการโครงสร้างพื้นฐานขนาดใหญ่ เช่น เขื่อนและระบบชลประทาน อย่างไรก็ตาม ปลายศตวรรษที่ 20 และต้นศตวรรษที่ 21 เห็นการขยายแนวคิด “ความมั่นคงด้านน้ำ” ให้ครอบคลุมไม่เพียงแค่ปริมาณ แต่ยังรวมถึงคุณภาพ สุขภาพของระบบนิเวศ และการกระจายทรัพยากรน้ำอย่างเป็นธรรม ฉันทามติทางวิทยาศาสตร์เกี่ยวกับการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศที่เกิดจากมนุษย์ได้แข็งแกร่งขึ้นในทศวรรษที่ผ่านมา โดยคณะกรรมการระหว่างรัฐบาลว่าด้วยการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ (IPCC) มีบทบาทสำคัญในการสังเคราะห์การวิจัย ธรรมชาติที่เชื่อมโยงกันของสภาพภูมิอากาศและน้ำได้ก้าวมาเป็นแนวหน้าของการอภิปรายนโยบายโลก สถานะปัจจุบันของความเครียดด้านน้ำโลก ภูมิทัศน์ความมั่นคงด้านน้ำในปัจจุบันเผยให้เห็นระดับความเครียดที่ไม่เคยมีมาก่อนในหลายมิติ ประชากรประมาณสองพันล้านคนขาดน้ำดื่มที่จัดการอย่างปลอดภัย และ 3.6 พันล้านคนขาดบริการสุขาภิบาลที่จัดการอย่างปลอดภัย การคาดการณ์ปัจจุบันระบุว่าภายในปี 2025 ประชากร 1.8 พันล้านคนจะประสบปัญหาการขาดแคลนน้ำอย่างรุนแรง การละลายของธารน้ำแข็งที่เร่งขึ้นจากอุณหภูมิโลกที่เพิ่มขึ้น เป็นภัยคุกคามทันทีต่อการจัดหาน้ำสำหรับพันล้านคน โดยเฉพาะผู้ที่พึ่งพาแม่น้ำจากภูเขา “หอน้ำ” เหล่านี้ให้น้ำจืดแก่ประชากรประมาณสองพันล้านคน ผลกระทบทางเศรษฐกิจมีนัยสำคัญ โดยการประมาณการชี้ว่าการขาดแคลนน้ำอย่างต่อเนื่องอาจนำไปสู่การลดลงอย่างมากของ GDP ในบางภูมิภาค การคาดการณ์การขาดแคลนน้ำในอนาคต รายงานการประเมินครั้งที่หกของ IPCC ยืนยันด้วยความมั่นใจสูงว่าวัฏจักรน้ำโลกจะยังคงทวีความรุนแรง นำไปสู่ฝนที่รุนแรงขึ้นและภัยแล้งที่รุนแรงขึ้นในหลายภูมิภาค แม้จะมีความพยายามในการบรรเทา ภาวะโลกร้อน 1.5°C จะนำไปสู่การเพิ่มขึ้นของความเสี่ยงที่เกี่ยวข้องกับน้ำอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ การคาดการณ์ระบุว่าภายในปี 2050 ระหว่าง 25 ล้านถึง 1 พันล้านคนจะอาศัยอยู่ในภูมิภาคที่มีการขาดแคลนน้ำจืดเพิ่มขึ้น คาดว่าความต้องการน้ำจะเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ โดยเฉพาะในภูมิภาคที่กำลังเป็นเมืองและพัฒนาอย่างรวดเร็ว ...

ปัญหาระดับดาวเคราะห์ที่มีต้นทุนทางสังคม ความเป็นกรดของมหาสมุทร ซึ่งขับเคลื่อนโดยการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์จากมนุษย์ เป็นตัวแทนของขอบเขตดาวเคราะห์ที่สำคัญในกรอบเศรษฐศาสตร์โดนัทของเคท ราเวิร์ธ เมื่อระดับ CO₂ ในบรรยากาศเพิ่มขึ้นจากความเข้มข้นก่อนยุคอุตสาหกรรม 280 μatm เป็นระดับปัจจุบันที่เกิน 414 μatm การดูดซับคาร์บอนส่วนเกินนี้โดยมหาสมุทรได้เปลี่ยนแปลงเคมีของน้ำทะเลอย่างพื้นฐาน pH ของมหาสมุทรลดลงประมาณ 0.1 หน่วยตั้งแต่การปฏิวัติอุตสาหกรรม โดยมีการคาดการณ์ว่าจะลดลงต่อไปถึง pH 7.8 ภายในปี 2100 การประมงทางทะเลให้แหล่งโปรตีนที่จำเป็นสำหรับประชากรมากกว่า 3 พันล้านคนทั่วโลก พร้อมทั้งสนับสนุนการดำรงชีพของผู้คนนับล้านในชุมชนชายฝั่ง กลไกที่ซับซ้อนของการปรับตัว การปรับตัวของปลาทำงานผ่านกลไกหลายอย่างที่เชื่อมโยงกัน ครอบคลุมระดับทางสรีรวิทยา พฤติกรรม และพันธุกรรม ในระดับสรีรวิทยา ปลาต้องรักษาสมดุลกรด-เบสผ่านการปรับในการขนส่งไอออนและการควบคุม pH ปลาทะเลมักจะชดเชยการรบกวนกรด-เบสโดยการสะสมไบคาร์บอเนตในพลาสมา แต่กระบวนการนี้มาพร้อมกับต้นทุนพลังงานที่สำคัญ การศึกษาการแสดงออกของยีนได้ระบุเส้นทางโมเลกุลเฉพาะที่เกี่ยวข้องกับการทนต่อความเป็นกรด ปลาที่อาศัยอยู่ในแหล่ง CO₂ ธรรมชาติแสดงการแสดงออกของยีนที่สูงขึ้นในยีนที่เกี่ยวข้องกับสมดุล pH เมแทบอลิซึมที่เพิ่มขึ้น และการควบคุมการขนส่งไอออน การปรับตัวข้ามรุ่น การปรับตัวข้ามรุ่นเกิดขึ้นเป็นกลไกที่อาจมีความสำคัญ การวิจัยแสดงให้เห็นว่าการสัมผัส CO₂ ที่สูงขึ้นของพ่อแม่สามารถส่งผลต่อประสิทธิภาพของลูกหลาน โดยการศึกษาบางชิ้นแสดงให้เห็นการปรับปรุงอย่างสมบูรณ์ของผลกระทบเชิงลบในตัวอ่อนที่พ่อแม่เคยประสบสภาวะความเป็นกรด ความสามารถในการปรับตัวเชิงวิวัฒนาการดูเหมือนจะเชื่อมโยงกับความแปรปรวนทางพันธุกรรมที่มีอยู่ภายในประชากร ความท้าทายที่เชื่อมโยงกัน ความท้าทายหลายประการที่เชื่อมโยงกันทำให้การปรับตัวของปลาซับซ้อนขึ้น ต้นทุนพลังงานในการรักษาสมดุลกรด-เบสเป็นข้อจำกัดพื้นฐาน ความแปรปรวนเฉพาะสายพันธุ์ในความไวสร้างความท้าทายทางนิเวศวิทยาที่ซับซ้อน อัตราความเป็นกรดของมหาสมุทรในปัจจุบัน ซึ่งไม่เคยเกิดขึ้นมาก่อนในประวัติศาสตร์ธรณีวิทยาล่าสุด อาจเกินความสามารถในการปรับตัวของหลายสายพันธุ์ โอกาสที่มีแนวโน้มดี แหล่ง CO₂ ธรรมชาติให้ตัวอย่างที่น่าเชื่อถือของการปรับตัวระยะยาวที่ประสบความสำเร็จ ความยืดหยุ่นข้ามรุ่นเป็นกลไกการปรับตัวที่ทรงพลังซึ่งสามารถให้การตอบสนองอย่างรวดเร็วต่อการเปลี่ยนแปลงสิ่งแวดล้อม การระบุเส้นทางพันธุกรรมเฉพาะที่เกี่ยวข้องกับการทนต่อความเป็นกรดได้เปิดโอกาสในการทำนายความเปราะบางของสายพันธุ์และความสามารถในการปรับตัว ...

ผลกระทบทางนิเวศวิทยาของการไหลบ่าไนโตรเจนและฟอสฟอรัส ยูโทรฟิเคชันและโซนตายในน้ำ ไนโตรเจนและฟอสฟอรัสส่วนเกินจากปุ๋ยเข้าสู่ทางน้ำผ่านการไหลบ่าผิวดิน ก่อให้เกิดยูโทรฟิเคชัน—กระบวนการที่การบานของสาหร่ายทำให้ออกซิเจนละลายหมดไป12 ในอ่าวเม็กซิโก โซนตายขนาดใหญ่ 6,334 ตารางไมล์ยังคงมีอยู่เนื่องจากการไหลบ่าจากการเกษตร34 ในทะเลบอลติก ภาวะขาดออกซิเจนได้ทำลาย 97% ของแหล่งที่อยู่อาศัยพื้นทะเลตั้งแต่ปี 195035 การล่มสลายของความหลากหลายทางชีวภาพ ในแม่น้ำกลูชินกาในโปแลนด์ ความเข้มข้นของไนโตรเจนที่เกิน 20 มก./ล. ทำให้เกิดการลดลงอย่างหายนะ 62% ในความหลากหลายของสัตว์ไม่มีกระดูกสันหลังขนาดใหญ่56 ในอ่าวเชซาพีก การเกษตรแบบเข้มข้นมีส่วนทำให้หญ้าทะเลลดลง 90% ตั้งแต่ทศวรรษ 193046 ผลกระทบต่อสุขภาพมนุษย์ เมธฮีโมโกลบินีเมีย หรือที่เรียกว่า “กลุ่มอาการทารกสีน้ำเงิน” ยังคงเป็นภัยคุกคามอย่างต่อเนื่อง ในปัญจาบ อินเดีย 56% ของบ่อน้ำเกินขีดจำกัดไนเตรทของ WHO ที่ 50 มก./ล.74 การวิจัยได้พิสูจน์ความเชื่อมโยงกับมะเร็งลำไส้ใหญ่และทวารหนักและความผิดปกติของต่อมไทรอยด์87 แนวปฏิบัติทางการเกษตรและความล้มเหลวในการจัดการธาตุอาหาร การใช้ปุ๋ยมากเกินไป ประสิทธิภาพการใช้ปุ๋ยทั่วโลกเฉลี่ยเพียง 33% สำหรับไนโตรเจนและ 18% สำหรับฟอสฟอรัส910 ในแถบมิดเวสต์ของสหรัฐอเมริกา 34% ของไนโตรเจนที่ใส่ยังคงไหลสู่ลุ่มน้ำมิสซิสซิปปี46 ธาตุอาหารตกค้าง การใส่ปุ๋ยมากเกินไปหลายทศวรรษได้สร้างแหล่งกักเก็บธาตุอาหารขนาดใหญ่ในดินเกษตร ในมินนิโซตา การวิเคราะห์ดินเผยให้เห็น 850 กก. N/เฮกตาร์ที่กักเก็บไว้ ซึ่งมีส่วน 38% ของการไหลของไนเตรทประจำปีสู่ทะเลสาบวินนิเพก54 ...