Thực phẩm
Chống lại nạn đói nhờ đổi mới
Dân số thế giới ngày càng gia tăng, thực phẩm trở nên khan hiếm. Nếu không có các nỗ lực đổi mới sáng tạo, nhu cầu thực phẩm rất có thể sẽ vượt xa khả năng cung cấp. Canh tác theo chiều thẳng đứng, trồng trọt trong các đô thị, cùng với những máy gặt đập liên hợp, và cuối cùng nhưng không kém phần quan trọng là điện thoại thông minh, tất cả đều chứa đựng niềm hy vọng cho ngành nông nghiệp trong tương lai.
Những năm tháng mà các kho chứa thóc gạo đầy ắp đã không còn nữa. Trữ lượng lương thực thế giới, chỉ số cơ bản hàng đầu về khả năng thế giới có thể tự nuôi sống mình, đã sụt giảm ghê gớm trong vòng 10 năm qua. Lượng bắp, lúa mỳ và gạo trong các kho dự trữ vào năm 2013 có lẽ chỉ đủ cho nhu cầu thế giới trong 76 ngày, trong khi 10 năm trước là 107 ngày.
Biến đổi khí hậu, thiếu nước, xói mòn đất canh tác và gia tăng dân số khiến cho việc sản xuất đủ lương thực cho mọi người trở nên khó khăn. Nông nghiệp đang phát triển để trở thành một ngành trọng điểm của thế kỷ 21. Một kỷ nguyên mới về bùng nổ giá cả và nạn đói lan tràn sắp sửa diễn ra, theo cảnh báo của Lester R. Brown trong cuốn sách “Full Planet, Empty Plates” (tạm dịch: “Hành tinh chật chội, Đĩa ăn trống trơn”) của ông. Nhà sáng lập và chủ tịch của Viện Chính sách Trái đất tại Washington DC là một trong những nhà hoạt động môi trường tiên phong. “Thực phẩm là dầu mỏ mới, đất đai là vàng mới”, Brown so sánh. Ông chỉ ra một tình hình địa chính trị về thực phẩm đang nổi lên, theo đó các quốc gia sẽ đấu tranh nhằm bảo vệ quyền lợi cá nhân của mình hết sức có thể.
FoThực phẩm là dầu mỏ mới, đất đai là vàng mới”
Đất đai là vàng mới
Thế giới đang tiêu thụ nhiều hơn khả năng tự cung cấp với việc cứ 8 người thì có một người phải chịu nạn đói dai dẳng. Các nghiên cứu ước tính sẽ có thêm khoảng 2 tỷ người cần được nuôi vào năm 2050. Nhằm cung cấp đủ thực phẩm để bảo đảm – ít nhất trên lý thuyết – không ai trên hành tinh phải sống trong nạn đói, sản lượng nông nghiệp sẽ cần phải tăng trưởng ít nhất 70%. Những con số này của Tổ chức Lương Nông thế giới (FAO) thực ra chưa tính đến yếu tố còn thiếu: lượng thực phẩm sử dụng làm nguồn cung cho thức ăn động vật và nguyên liệu cho xăng sinh học.
Những mảng tường xanh nhằm giảm hiệu ứng nhà kính tại các đô thị đã xuất hiện những năm gần đây. Mục tiêu hiện nay là sử dụng những khoảng không trên cao này cho cả việc canh tác nông nghiệp thực sự.
Nông nghiệp đang phải đối mặt với xu thế dịch chuyển tương tự như trong lĩnh vực chính sách năng lượng. Đất canh tác khan hiếm. Sa mạc hoá đang phá huỷ 12 triệu hecta đất canh tác mỗi năm, tương đương với một nửa diện tích Vương quốc Anh. Nhu cầu về đất canh tác gia tăng còn bởi con người đang hướng sang lối sống phương Tây, tiêu thụ nhiều thịt – đồng thời bản thân các vật nuôi lấy thịt cũng cần lương thực để nuôi chúng. ‘Chỉ có chưa tới 10% nhu cầu thế giới có thể đáp ứng bằng việc gia tăng diện tích đất canh tác. Chúng ta cần bù đắp cho phần còn lại bằng cách gia tăng năng suất,’ Tiến sỹ Harald von Witzke, Giáo sư khoa Phát triển và Thương mại Nông nghiệp, Đại học Humboldt, Berlin, phát biểu. Nếu không sản xuất lương thực không chỉ hiệu quả hơn mà còn bền vững hơn, chúng ta sẽ chẳng mấy chốc không còn nguồn tài nguyên thiên nhiên để tồn tại nữa.
Rau cải, bắp cải và xà lách được xoay vòng trên các kệ cao 9m tại Singapore, giúp cây nào cũng tiếp xúc được với ánh nắng. Nhiều nhà máy tương tự cũng đang hoạt động tại Nhật Bản.
Canh tác theo chiều thẳng đứng
Canh tác ‘ra sao’ thậm chí còn không phải là vấn đề lớn nhất. ‘Cái khan hiếm nhất chính là thời gian,’ Lester R. Brown cảnh báo. Sự cấp bách đột nhiên khiến các giải pháp nhiều người từng coi là chuyện tầm phào giờ trở nên hấp dẫn. Tại Singapore, nơi khoảng 5 triệu người đang phải chen chúc trên diện tích 700 km vuông, việc trồng trọt đang dần chuyển sang theo chiều thẳng đứng. Tại một trang trại canh tác theo chiều thẳng đứng trong thành phố do một công ty tên là Sky Greens, các cây rau cải, bắp cải và xà lách đang xoay trên các kệ nhôm cao tới 120m nhằm tối đa hoá diện tích tiếp xúc ánh nắng mặt trời. Nước Nhật cũng đang trải qua tình hình tương tự kể từ khi thảm hoạ hạt nhân tại Fukushima không chỉ tàn phá các khu vực đất canh tác mà còn gây quan ngại về ảnh hưởng của nó tới chất lượng lương thực tại địa phương. Spread Co., nhà máy trồng rau lớn nhất Nhật Bản, sản xuất ra 7,3 triệu cây xà lách mỗi năm trong một nhà máy không có cửa sổ, nhìn giống như một trang trại hơn là nhà kính. Cây trồng không cần tới ánh mặt trời cũng như đất canh tác mà được trồng trong những tấm gỗ nổi trên một môi trường nhiều dưỡng chất thuỷ sinh, được chiếu đèn LED xanh và đỏ.
Mặc dù phiên bản sang trọng cao 30 tầng của toà nhà trồng trọt theo chiều thẳng đứng do Tiến sỹ Dickson Despommier đưa ra từ cuối những năm 1990 chưa thấy có ánh sáng hy vọng nào, giáo sư đã về hưu tại Đại học Columbia, New York vẫn cảm thấy được an ủi. “Trong vòng mười năm tới, một nửa lượng thực phẩm sản xuất tại Nhật sẽ từ các nhà máy trồng rau”, Despommier tin tưởng. “Trồng trọt theo chiều thẳng đứng không chỉ là tương lai của nước Nhật mà các quốc gia khác cũng đang theo đuổi trào lưu này.” Trung bình, mỗi hecta trong nhà tương đương với khoảng 10 hecta đồng ruộng, Despommier cho biết. Nhà máy trồng rau không bị ảnh hưởng bởi thay đổi về mùa vụ, sâu bệnh hay khô hạn. Thực tế, môi trường nhân tạo đã kích thích tiềm năng về gene của mỗi hạt. Thêm nữa, nó chỉ đòi hỏi một phần ba lượng nước và một phần tư lượng phân bón. Các nhà máy trồng rau cũng không cần thuốc trừ sâu.
Tuy nhiên, các nhà máy trồng rau chỉ là một phần trong bài toán đấu tranh chống nạn đói. Mức độ đóng góp của nó vào an ninh lương thực thế giới lại chủ yếu phụ thuộc vấn đề chi phí, giáo sư nông nghiệp von Witzke nói: “Chỉ các nước giàu mới có thể chịu được chi phí đắt đỏ của các nhà máy trồng rau vào thời điểm này”.
Nhưng để thế giới có thể sản xuất đủ lượng lương thực nuôi sống ngày càng nhiều người, các nhà máy trồng rau hiệu suất cao là điều không thể tránh khỏi. “Chúng ta phải đi theo con đường này,” von Witzke phát biểu. Việc sản xuất chỉ khoảng 1% trữ lượng nông nghiệp tại các nhà máy trồng rau EU đã có thể giải phóng 1,2 triệu hecta đất canh tác tại các quốc gia khác mà các quốc gia này có thể dùng để đáp ứng nhu cầu lương thực của mình, theo tính toán của von Witzke. Điều này có thể bảo tồn đa dạng sinh học tương đương với 600.000 hecta rừng mưa nhiệt đới.
Thông tin mà người nông dân nhận được càng tức thời và chính xác bao nhiêu, những quyết định họ đưa ra càng hiệu quả bấy nhiêu.“
Mùa vụ cao hơn 50% là điều có thể
Tuy nhiên, vị giáo sư tin tưởng hơn cả vào việc tạo giống cây trồng nhằm tạo ra các giống cây có sức chống chịu tốt hơn và các giải pháp bảo vệ thực vật được thiết kế riêng. Ngay cả một nền nông nghiệp cơ giới hoá cao như ở Đức, việc tăng năng suất lên 50% từ lúc gieo hạt cho tới thu hoạch vẫn khả thi, ông cho biết. “Ngay cả bây giờ, tiềm năng về gene của các cây trồng vẫn đang được thiết kế nhằm cho phép năng suất còn cao hơn nữa,” von Witzkle phát biểu. Thời tiết và chất lượng đất trồng luôn ảnh hưởng tới vụ mùa, đúng vậy – những chiếc máy nông nghiệp thông minh và các robot cũng có thể chăm sóc cụ thể từng cây trồng trong tương lai.
Những ý tưởng về cách bảo vệ nguồn tài nguyên thiên nhiên là rất phong phú. Các máy phun thuốc có camera nhằm phun chính xác tới lá cây có thể đóng góp vào việc sử dụng hiệu quả hơn cho các loại thuốc bảo vệ thực vật, theo GS TS Simon Blackmore, Đại học Harper Adams tại Shropshire, nước Anh. Những robot khác có thể tấn công cỏ dại bằng các tia laser. Nhằm tránh tác động tiêu cực tới độ chính xác của tia laser do bề mặt không bằng phẳng của đồng ruộng, các nhà nghiên cứu đang chú ý tới viễn cảnh nơi đồng ruộng không cần người canh tác. Có một điều chắc chắn: Đất đai dùng để nuôi sống nhiều thế hệ tiếp theo sẽ cần phải được bảo vệ tốt hơn trong tương lai.
Việc giảm các loại cây ngũ cốc cũng thể có tác dụng. BASF đang nghiên cứu các giải pháp cho ngành thức ăn chăn nuôi, đóng góp bền vững vào ngành sản xuất lương thực. Theo đó, người ta đưa một hỗn hợp enzyme vào thức ăn vật nuôi, giúp heo và gia cầm tiêu hoá các loại hạt tốt hơn. Các loại enzyme sẽ phá vỡ kết cấu của đường đa phân tử và giúp chúng phù hợp hơn cho việc tiêu hoá, và các loài vật nuôi do đó tận dụng hết các thành phần dinh dưỡng này để làm nguồn cung cấp năng lượng, nhờ vậy cần tới ít hạt ngũ cốc hơn.
Canh tác thông minh với máy tính bảng và điện thoại thông minh: các ứng dụng điện thoại hiện đại giúp người nông dân tìm ra các bệnh hại cây trồng và do đó hỗ trợ một nền nông nghiệp bền vững hơn.
Phân bón giúp phát triển: Di sản của Haber và Bosch
Đó là một cuộc chạy đua với thời gian. Vào đầu thế kỷ 20, có một điều rõ ràng là nguồn dự trữ khí nitơ trên thế giới sẽ không còn trong một vài thập kỷ sau đó. Tuy vậy, khí nitơ vẫn đóng vai trò quan trọng đối với nhiều loài sống, từ con người, thực vật tới động vật. Mặc dầu nguồn khí này chiếm tới 78% lượng không khí chúng ta hít thở, các loại cây chỉ có thể hấp thụ được một lượng nhất định.
Do đó, năm 1908, Fritz Haber đã tạo ra một bước ngoặt khi tạo ra phân bón tổng hợp đạm nhờ việc lần đầu tiên cố định được khí nitơ trong không khí. Tuy nhiên, có một trở ngại trong việc chuyển tải thí nghiệm của ông thành sản xuất hàng loạt bởi các lò phản ứng cần phải có khả năng chịu được nhiệt độ cao, áp lực cao và khí hydro. Carl Bosch, người sau này trở thành Chủ tịch Ban điều hành tập đoàn BASF, cuối cùng đã tìm ra câu trả lời. Năm 1913, BASF bắt đầu nhà máy sản xuất phân hoá học đầu tiên trên thế giới. Hai nhà khoa học đầu tiên nói trên đã nhận giải Nobel cho ngành hoá học vì thành tựu của họ.
Quy trình được gọi là Haber-Bosch được sử dụng ngày nay trong sản xuất công nghiệp ra hàng trăm triệu tấn phân đạm mỗi năm, bảo đảm nguồn cung lương thực cho hàng tỷ người. Mỗi người trong chúng ta, đặc biệt là trong thế giới hiện đại hoá, đều mang di sản của hai nhà sáng chế trên: khoảng 40% lượng nitơ trong cơ thể chúng ta đã gián tiếp trải qua quy trình Haber-Bosch.
Để tìm hiểu thêm, vui lòng xem Những nhà tư duy tiên phong – phân bón tổng hợp ngày ấy, bây giờ
Người máy bảo tồn tài nguyên
Năng suất tối đa cùng với giảm thiểu sử dụng tài nguyên: chọn lọc giống, thuốc bảo vệ thực vật, phân bón và tưới tiêu có thể được điều chỉnh nhờ công nghệ hiện đại. Dữ liệu ngày càng trở thành một yếu tố sản xuất ngoài đất canh tác. Ngày nay, sử dụng công nghệ thông minh nhất là điều quyết định mùa vụ của ai sẽ thành công hơn cả. Simon Blackmore tin tưởng rằng người máy sẽ cách mạng hoá ngành nông nghiệp trong vòng 10 tới 20 năm nữa. “Chúng ta hết sức cần một hệ thống quản lý mới nhằm giải quyết vấn đề phức tạp mới,” Blackmore phát biểu. “Thông tin mà người nông dân nhận được càng tức thời và chính xác bao nhiêu, việc ra quyết định của họ càng hiệu quả bấy nhiêu.”
Đó chính xác là những gì BASF đặt ra để thực hiện trong việc hợp tác với nhà sản xuất thiết bị John Deere. Các kế hoạch hướng tới việc liên minh xuyên suốt ngành được thông báo vào cuối năm 2013. Liên minh mang tính chất mở này dựa trên niềm tin rằng các giải pháp tốt nhất sẽ xuất hiện khi kết hợp kiến thức chuyên môn về kinh tế nông nghiệp và trình độ thiết bị. Người nông dân hiện giờ có thể sử dụng những công cụ như trang web myjohndeere.com nhằm theo dõi vị trí các máy kéo canh tác ngay tại thời điểm đó thông qua các máy tính, máy tính bảng và điện thoại thông minh. Được trang bị các thiết bị cảm biến công nghệ cao, người trồng trọt hiện đại có thể biết được chính xác các máy móc đang ở đâu tại bất cứ lúc nào dựa vào hệ thống định vị toàn cầu (GPS) và có thể phân tích chất lượng mùa vụ trên từng mảnh ruộng và tiến hành điều chỉnh với sự chính xác cao.
Máy móc nông nghiệp trở nên thông minh
“Mỗi mét vuông đất nông nghiệp sẽ trở thành một thửa ruộng mẫu,” Patrick Pinkston, Phó chủ tịch phụ trách Công nghệ và Giải pháp Thông tin cho ngành nông nghiệp và cây cảnh, công ty John Deere, phát biểu. Máy móc nông nghiệp thông minh tạo ra các khối dữ liệu khổng lồ - “dữ liệu lớn”. Khi người nông dân đồng ý tham gia và chia sẻ thông tin, các chuyên gia kinh tế nông nghiệp BASF có thể sử dụng các dữ liệu đó nhằm tạo ra các gợi ý mang tính tự động. Khi mùa vụ tiếp diễn, nông dân nhận được những giả định chỉ ra tác động mà mỗi quyết định của họ sẽ mang tới cho mùa vụ. Các thông tin cũng sẽ giúp mở ra thêm nhiều bí mật sinh học mà các nhà tạo giống cây trồng có thể dùng nhằm tối ưu hoá thêm. “Công nghệ cảm biến mùa vụ cần thiết đã được thương mại hoá khoảng 10 năm nay. Mục tiêu hiện nay là sử dụng dữ liệu từ chúng và các nguồn khác làm cơ sở đưa ra quyết định nhằm tăng năng suất trên cơ sở bền vững,” Tiến sỹ Matthias Nachtmann, chịu trách nhiệm dự án agIT của BASF, giải thích. BASF có kế hoạch phát triển thêm các công cụ ra quyết định di động dựa trên dữ liệu lớn với khoản đầu tư hàng chục triệu euro.
Trồng trọt sẽ trở nên dễ dàng hơn khi công nghệ thông minh cho phép người nông dân theo dõi vị trí, phân tích năng suất, chất lượng trên từng mảnh ruộng và tiến hành điều chỉnh nếu cần.
Không giống như các nhà máy trồng rau công nghệ cao, canh tác thông minh cho phép ngay cả các quốc gia nghèo nhất cũng có thể tham gia. Đó là bởi vì chỉ cần một chiếc điện thoại thông minh cũng đủ để mang kiến thức quan trọng tới một ngôi làng. Ví dụ như, dự báo thời tiết có thể ngăn ngừa mưa lớn khỏi làm trôi hạt đã gieo trên ruộng. Các ứng dụng cho người nông dân biết liều lượng phân bón chính xác nên dùng là bao nhiêu. Chúng cũng có thể giúp phát hiện ra các bệnh cây trồng. Nông dân và các chuyên gia tư vấn Brazil hiện đã đang sử dụng công cụ này của BASF. Chỉ cần một tấm ảnh của cây trồng đang bị bệnh cũng có thể giúp làm cơ sở đề xuất hình thức bảo vệ cây trồng đúng nhất. Một tấm ảnh cũng có thể chỉ ra yêu cầu về phân bón. Được ra đời đầu tiên tại thị trường Vương quốc Anh, ứng dụng này hiện cũng được nhiều nông dân Ấn Độ và Chilê sử dụng.
Canh tác thông minh thực ra không phải là một công nghệ siêu phàm. Một nghiên cứu năm 2013 đã chỉ ra có hơn 1600 công cụ hỗ trợ nông nghiệp bằng IT giống như vậy. Nachtmann kết luận: “Các công cụ IT hiện có không đáp ứng được nhu cầu của người nông dân. Người nông dân sẽ được lợi rất nhiều từ các giải pháp tích hợp trong tương lai.”
1 Tổ chức Lương Nông thuộc Liên Hiệp Quốc, Gìn giữ và Phát triển, tính tới tháng 7 năm 2017
