农作物种植与野生动物

摘要

植物农业是人类对生态系统影响最大的活动之一,因此对野生动物的痛苦有重大影响。农作物种植可能会减少大型动物的数量,但对昆虫的影响不太明确,总的来说,这项分析存在极大的不确定性。

在本文的最后,我开始尝试根据不同作物对野生动物的好坏程度进行排序。虽然我的方法非常粗糙和不精确,但我得出的一般结论是豆类和坚果较好,而草类/谷物较差。所以尽量少吃面包/意大利面/米饭/麦片,多吃豆类/坚果和(可能)土豆。

翻译: 俄语

引言

农作物种植是人类对地球影响最大的活动之一。根据联合国粮农组织的文章"农作物生产和自然资源利用",地球134亿公顷土地中有11%用于农作物种植。在"发展中国家和发达国家粮食作物生产的能源投入"一文中,David Pimentel的表2显示,在美国,人均耕地消耗为0.48公顷。

因此,确定农作物种植对野生动物的净影响是一项重要的工作,特别是因为我们种植的土地数量和方式是可以通过我们的饮食选择和环境政策来干预的变量。这项研究也与生物燃料、纸浆林等以及粮食作物有关。

对脊椎动物的影响

减少种群密度

农田通常比野地支持更少的野生动物。

在"人类饮食与动物福利:食品储藏室的不合逻辑"一文中,Gaverick Matheny和Kai Chan报告了研究发现,农田上的鸟类密度低于森林。加上哺乳动物,他们估计每增加一公顷农作物种植会减少30个哺乳动物和鸟类生命年(第585页)。其他脊椎动物的影响没有估计,但在第587-588页,Matheny和Chan解释说,如果计算所有脊椎动物(爬行动物、两栖动物等),数字可能会高出几个数量级。我假设对这些动物的影响与对哺乳动物和鸟类的影响具有相同的符号,因为农田往往不太适合大型生物居住。如果这些野生动物承受净负面生活,减少它们的密度对它们来说是一种好处。

同样重要的是要考虑农作物种植是否会增加剩余动物中的r选择程度,更大的r选择意味着对于给定的种群规模,会有更多充满痛苦的死亡。我没有这方面的数据,但我的直觉是,用农田取代森林不应该对这个变量产生显著影响。

收割时杀死脊椎动物

虽然减少脊椎动物种群是净正面的,但农作物种植也会痛苦地杀死许多动物。事实上,有一整个小产业的肉食者坚持认为"素食主义是不道德的",因为种植植物意味着在田间杀死动物。讽刺的是,一克肉蛋白往往需要比一克植物蛋白多几倍的农场种植谷物,但素食者确实无法完全避免为他们的食物杀死动物。

尽管一些关于通过农作物种植杀死野生动物的文献在意识形态上是为了捍卫杂食性,但在谨慎解释时它可以提供有用的数据。有许多关于这个话题的讨论,我在这里不再赘述。以下是一些参考资料:

• "吃牛来拯救老鼠?别急!" 作者:Robert Wiblin
• "素食的附带损害" 作者:Erik Marcus
• "最小伤害:对Steven Davis全食性提议的素食主义辩护" 作者:Gaverick Matheny
• "素食主义不是伤害最小的生活方式,而"意图"对动物毫无帮助" 作者:Rhys Southan
• "素食者是否造成更多流血?——一个回应" 作者:Adriano Mannino。

在"最小伤害原则可能要求人类食用含有大型食草动物的饮食,而不是纯素食饮食"一文中,Steven Davis详细描述了农作物种植造成的死亡,并非常粗略地估计(第389-390页)每公顷每年约有15只老鼠被农作物种植杀死。考虑到每个美国人每年使用半公顷土地,这相当于通过农作物收割每人杀死约7.5只老鼠。(与此相比,平均美国杂食者每年直接从肉食中杀死约30只陆地动物和约225条鱼。) Davis引用了Barbara Kingsolver的浪子之夏(第322页):

"我看过足够多的收获,知道收割一片麦田意味着联合收割机下被斩首的兔子比你想象的要多得多。"

当她的记忆停留在童年的一个旧景象上时,她停止了说话:她在干草割草机刚刚碾过一只浣熊后发现了它。她仍然可以看到那凌乱的灰色毛皮,闪亮的下颌骨和散落的牙齿,就像她自己的一样,深色的血液浸入地面,就像这个生物最后恐惧姿势的阴影。她永远无法向Eddie解释农业伴随着的悲剧暗流是怎样的。

这些农作物种植造成的死亡确实是悲惨的,但我们必须保持观点。减少哺乳动物和鸟类的种群也会阻止原本会在野外自然发生的动物死亡。考虑到小动物的高死亡率,农作物种植通过降低种群数量而防止净死亡是合理的,尽管这一点最好得到证实。

鸟类杀死昆虫

还要记住,在收获过程中被杀死的一些动物,特别是鸟类,本身就是残酷的杀手:

• "仅靠昆虫生存,一只鸟每天消灭约1000只昆虫。" ("烟囱雨燕数量下降;一些房主花大价钱创造塔式栖息地")
• "鹪鹩喜欢花园和灌木丛,在那里寻找昆虫来喂养它们的幼崽。据观察,它们每天会往巢穴运送1200次昆虫。" ("鸟类、蝙蝠和紫燕")
• "研究表明,这些鸟类的日常消耗可能是64-78只蚱蜢/天,加上数百只其他昆虫。" (昆虫与野生动物:节肢动物与野生脊椎动物的关系 作者:John Capinera,第393页)

这篇文章关于鼹鼠说:

通过检查全年200只鼹鼠的胃内容物,发现蚯蚓和白蛆构成了食物的主要部分。甲虫及其幼虫和其他进入地下的昆虫、蜘蛛、蜈蚣、茧和蛹也构成了部分饮食。在一个胃里发现了171只小白蛆的残骸,在另一个胃里发现了250个蚂蚁蛹,在另一个胃里发现了10只切根虫,在另一个胃里发现了12条蚯蚓。 [...]

由于它们的活跃性,它们有时每天消耗相当于自身体重的食物量。

昆虫的数量之多使它们成为一个重要的、可能是主导性的考虑因素,所以我们现在转向昆虫。

昆虫的重要性

昆虫对这些计算可能有多重要?考虑以下对可耕种土地上昆虫密度的估计:

• "在农田土壤中,每公顷可能经常有2500万只昆虫" (害虫防治 作者:Helmut F. van Emden,第20页)
• "葡萄叶蝉(Erythroneura spp.)在一些葡萄园中的种群密度高达每公顷3000万只。" ("一个独特的类别")
• "对尼尔森湖国家公园的Cupola盆地的研究显示,树线以上的本地蚱蜢生物量达到每公顷32.5公斤。" ("新西兰的昆虫")
  • 假设平均蚱蜢重量大约为~0.3克,这意味着树线以上每公顷约有10⁵只蚱蜢。这只是一个物种,所以所有昆虫的总数可能要大得多,特别是算上土壤中的昆虫。
• "我的一位专家朋友估计,一公顷受昆虫侵扰的农田会有50万[...]到5000万[...]只昆虫,具体取决于作物类型和昆虫类型。" (来自我关于人道杀虫剂的文章)
• 蚯蚓(不是昆虫,但同样的概念)估计每公顷森林土壤有50万到250万只。
• 跳虫(以前被归类为昆虫)平均每平方米可能有10,000只,即每公顷1亿只。

为简单起见,假设平均每公顷约有10⁷只昆虫。然后假设我们可以预测农作物种植会使这个数字上下变动5%。(事实上,农作物种植似乎很可能会使昆虫数量增加或减少远远超过这个幅度,但平均考虑不确定性后,预期估计可能会被拉近零。)消耗0.48公顷农田每年,平均每个美国人会创造或防止

事实上,数字可能比这还要高。在"牧场土壤的节肢动物种群"中,作者解释道(第147页):

本研究的目的是估计普通农业用途牧场的节肢动物种群。[...我们]收集了42,753只节肢动物,代表每平方米263,658只的密度[...]。这些数字虽然很大,但并不代表完整的,更不用说最大的土壤节肢动物种群。

每平方米2.6 * 10⁵只 = 每公顷2.6 * 10⁹只,比我在前面计算中假设的高两个数量级,而且正如论文作者解释的那样,即使这个估计也太低了。因此,一个美国人每年的食物消费可能至少创造或防止数千万昆虫年。

作为这些数字的理智检查,请注意地球上总共有10¹⁸到10¹⁹只昆虫,陆地面积为134亿公顷。这意味着世界平均每公顷有7500万到7.5亿只昆虫。热带地区的密度比这高得多,但寒冷地区的密度接近零。适合农业的温带地区的密度可能相对接近世界平均水平。

农作物种植是增加还是减少无脊椎动物种群?

如何处理这个问题

在本节中,我概述了一些我们可以研究农业对昆虫的净影响的方法。我自己还没有做完所有这些研究,欢迎其他人补充我目前所做的工作。

对于这项分析,我们可以简化为以下问题:如何防止每单位时间最大数量的昆虫死亡(包括自然死亡和人为死亡)?这是基于这样的假设:相对于昆虫极短的寿命(可能平均只有几天/几周),死亡的痛苦可能是考虑野生昆虫福利的主要因素。

如果昆虫种群是P个个体,那么我们应该预期出生率与P成正比。由于80%以上的昆虫在出生后不久就死亡,这也基本上就是死亡率。(在一个稳定的种群中,出生率总是等于死亡率,但也许昆虫种群由于定期喷洒杀虫剂而不稳定。但当大多数婴儿在出生后不久就死亡时,即使对于不稳定的种群,死亡率也大致等于出生率。)假设那些早死的昆虫后代中有一些非微不足道的比例有痛苦的死亡,那么这个因素就主导了其他任何因素(包括成年昆虫由于接触杀虫剂等原因的死亡率,除非杀虫剂增加了每个亲代产生的后代数量以补偿更大的死亡)。

那么问题就变成了如何减少农田导致的昆虫种群的长期平均数。天真地说,人们可能只是比较农田上的昆虫种群与反事实情况,但人们还必须考虑到在农田上种植的食物被运到其他地方消费,其中一些可能会以这样一种方式被浪费,即不被牛和人等大型动物吃掉,而是被昆虫吃掉(例如,垃圾箱里的蟑螂)。在这种情况下,相关的比较可能是

(农田上被昆虫吃掉的生物量比例) * (农田上的生物量生产率)
vs.
(反事实土地上被昆虫吃掉的生物量比例) * (反事实土地上的生物量生产率)

目标是选择使这个数量最小化的选项。

当然,还有许多额外的复杂因素,例如:

• 食物可能不是昆虫最重要的生长限制因素?
• 某些种类的昆虫更小,所以在相同数量的食物下可以有更高的数量
• 出生的季节性(例如,也许只有春季/夏季的种群重要,如果是一年生昆虫物种?)

有很多有趣的维度可以探索,但保持简单也很好,因为有时考虑额外的因素会引入更多噪音而不是细微差别。

基本问题:

• 如果不种植农作物,这片土地上会长什么?森林?草原?建筑物?
• 农作物植物与反事实植物的生物量生产力有差异吗?这将让我们了解农作物是否比不种植时每公顷产生更多或更少的能量。
• 农田食物和反事实土地食物中有多大比例被昆虫吃掉?

其他有趣的数据点:

• 农田上的平均昆虫种群与反事实情况相比如何?
• 杀虫剂的施用频率是多少,每次杀死多少比例的昆虫?
• 农业还有哪些额外的溢出效应?这项分析变得复杂,因为它涉及水污染、富营养化、土地肥力破坏等。最好突出哪些影响总体上最大,而不是对它们进行全面分析。

土壤动物密度比较

这本书报道:

与原始地区相比,耕地的土壤生物数量和重量通常较低,特别是土壤动物。例外可能是那些在原始状态下原本非常酸性的土壤,在耕种后得到良好的石灰和施肥。这样的耕地可能比未耕种的对应土壤含有更高的微生物群落。

这个页面报道:"农业土壤每茶匙(干克)土壤中通常支持不到100条线虫。草地可能含有50到500条线虫,而森林土壤每茶匙通常含有几百条。"

农作物种植可能增加痛苦的原因

初级生产力增加?

这项研究关于全球净初级生产力(NPP)报道:"北美和欧洲的高投入农业显示出比没有农田时存在的自然植被更高的年度NPP。"

这项研究报道:

将森林转化为农业通常被认为会降低生产力(Aselmann和Leith 1983, Houghton等人1983),然而我们获得的美国中西部的NPP估计值等同于温带森林的估计值,约为天然草原的两倍(Kicklighter等人1999)。

这项研究研究了美国大平原的农作物种植,"这是美国种植最密集的地区"(第1863页)。该研究发现^a(第1869页)

种植增加了地上净初级生产力(ANPP)0.066 Pg C/yr,减少了地下净初级生产力(BNPP)0.020 Pg C/yr,增加了净初级生产力(NPP)0.046 Pg C/yr。这些估计代表ANPP增加26%,BNPP减少10%,总NPP增加10%。

注意,因为"我们的数据表明,该地区目前25.1%的面积种植作物"(第1866页),我认为特定种植作物土地的NPP增加可能更接近10%/0.251 = 40%??这张来自论文的图(第1867页)显示了由于农作物种植导致的各地区NPP变化:

Kahn (2014),一篇题为"美国玉米带是世界上最高产的地区?"的文章,解释道:

当玉米和大豆植物在7月生长季节高峰期进入高光合作用状态时,它们使中西部成为地球上最高产的地方。以前的技术低估了该地区的生产力40-60%。但玉米带的辉煌时刻很短暂。那里的植物在秋天死亡,田地在冬天休耕。这就是为什么亚马逊保持全年最高产地区的称号。

化肥和灌溉

化肥和灌溉可能会使产量高于自然情况。更多的阳光转化为能量意味着更多的总食物,这可能意味着可以支持更多的昆虫——如果不是在农田上,那么可能是在食物废弃物最终到达的其他地方,除非食物在垃圾填埋场被不那么有知觉的细菌分解。

施肥和灌溉似乎是一些最有力的论据,支持农作物种植可能增加野生动物痛苦的可能性。

工业氮肥的发明被认为使20世纪人口增加了四倍。这个页面说:

由于广泛种植豆科植物(特别是大豆、苜蓿和三叶草),在化学肥料生产中越来越多地使用哈伯-博施法,以及车辆和工业工厂排放的污染,人类已经将氮转化为生物可利用形式的年度转移量增加了一倍以上。[10] [...]

生态系统过程可以随着氮肥的施用而增加,但人为输入也可能导致氮饱和,这会削弱生产力并可能损害植物、动物、鱼类和人类的健康。[10]

这些似乎是潜在的重大影响,值得进一步探讨它们是否会增加植物产量相对于不种植的反事实情况。^b

Wright等人在"Ĝ红外搜索具有大量能源供应的外星文明。I. 背景和理由"中解释:

一个智能物种[...]可以将一些未使用的太阳能用于重新分配这些限制性资源,从而将生命的足迹扩展到40亿年进化所能管理的范围之外。事实上,人工施肥和灌溉正是这种重新分配,我们理所当然地将这些方法的发展视为人类历史的转折点和文明的标志。今天,人类已经使光合作用活动在许多名义上不适宜的地方变得普遍,例如美国西南部和中东。

更多讨论,请参见"灌溉如何影响全球净初级生产力"。

更多汁的生物量?

农作物通常对昆虫有吸引力,因为它们含糖或其他容易消化的碳水化合物。我认为纤维植物可能不太容易被昆虫食用。例如:

• 木质素在树木中"占软木干重的24-35%,占硬木的17-25%。" 然而:"木质素不能被动物酶消化"而是"木质素的降解是由真菌和细菌等微生物完成的。"

• 像树木一样,草可能也比食用作物更难食用:"草通常比豆科植物(如三叶草)含有更高的纤维含量。草叶中的纤维含量是豆科植物叶子的两倍,草叶比豆科植物的叶子更难消化。"消化性降低意味着动物无法从生物量中提取到同样多的能量。另一个页面同意:"豆科植物——主要是三叶草和苜蓿——的叶子结构材料较少,通常蛋白质、能量和钙含量比草高。"然而,该来源补充道:"马对草中的纤维的消化能力往往比豆科植物中的纤维更强,后者每单位纤维中的木质素含量更高。"

所以如果我们更关心昆虫的痛苦而不是真菌/细菌每克消耗生物量的痛苦,那么更多汁的农作物植物在这个维度上似乎更糟糕。

当然,某些细菌/真菌可以消化纤维素和木质素,动物可能会吃一些这些细菌/真菌,可能在食物链上几个层次之上。但在这个过程中应该会有能量损失。

害虫种群

这个页面报道:"害虫爆发在耕地(受干扰)上更常见。"该来源没有解释原因,但我推测这是因为害虫田地的天敌和其他死亡因素较少(除了杀虫剂)?请注意,这个说法不是在谈论所有的虫子,只是害虫。

杀虫剂是虫子死亡的一个主要原因。如果由于天敌导致的高死亡率是净好的,因为它们使虫子种群保持在较低水平(这是真的吗?),那么杀虫剂也可能是净好的?除了在罕见的无法控制的大规模害虫入侵的情况下,在常规耕种的农田上虫子种群似乎相当低?

大型食草动物减少

农田可能比草原或森林支持更少的食草哺乳动物。虽然这对那些不会出生于痛苦生活的哺乳动物来说是个好消息,但对无脊椎动物来说可能是坏消息,因为没有大型食草动物,可能会有更多的植被留给无脊椎动物食用。当然,应该进一步探讨大型食草动物的放牧是否实际上确实减少了无脊椎动物的种群。

杀虫剂会导致更多r选择吗?

一般来说,像大规模杀戮这样的环境不稳定性会鼓励动物生育更多的后代,而不是试图投资于少数后代。如果杀虫剂导致昆虫长期来看每个亲代有更多的后代,这可能会增加痛苦,即使对于给定的种群规模。我还没有具体数据证明这是否属实。

富营养化

农田的肥料是富营养化的主要原因。富营养化对野生动物痛苦的净影响尚不清楚,但先验地,我预计富营养化是净坏的,因为它增加了食物能量的生产率,因此可能会增加水生微生物的总体种群。

农作物种植可能减少痛苦的原因

扰乱进化的生态系统

自然倾向于用尽可能多的生物填满自己。当一个生态系统被扰乱时,可能会暂时减少它能支持的生物数量。

作为一个视觉类比,想象一个装满鹅卵石和沙子的罐子就像一个生态系统。如果你搅动罐子里的水,鹅卵石和沙子会飞散,每单位体积的岩石密度会降低。随着时间的推移,大鹅卵石会沉淀下来,后来较小的鹅卵石会填补较大鹅卵石留下的缝隙(生态位)。也就是说,随着稳定性的恢复,生态系统能够支持更高密度的生命。

这样做的缺点是,如上所述,生态扰动有利于那些有大量后代的小生物,这实际上可能意味着在较大、寿命较长的动物取代它们之前会有更多的总痛苦。

Vogel (2017)引用生态学家Dave Goulson的话说:"如果我们把所有的半自然栖息地变成小麦和玉米田,那么这些田地里几乎就没有生命了。"而Carrington (2017)引用Goulson的话说:"农田对任何野生生物几乎没有什么可提供的"。这些引述给我的印象是夸张,但也许农田昆虫较少的趋势是准确的?

初级生产力降低?

这个页面说"在大多数情况下,土地利用会减少NPP,至少在较大面积上,因为很少有农田能达到它们所取代的原生森林或草原的NPP[...]。在降水或营养可用性限制NPP的地区,灌溉和施肥也可以增加NPP(例如荷兰的工业农业生态系统或埃及或巴基斯坦的灌溉旱地)。"

这篇论文补充道:"大多数农田的NPP较低,这是由于作物生长期较短,以及一种或几种作物无法像原生物种混合那样充分利用总太阳辐射和其他生产资源(17)。然而,通过在过去50年中提高产量,农民使农田更接近复制原生植被的生产力"。

这项研究估计(表2)在2000年,全球农田的潜在NPP平均为每年每平方米611克碳,但实际NPP仅为每年每平方米397克碳,减少了35%。然而,许多西方国家的农作物NPP水平与原生植被的NPP相差不大。相比之下,"东欧和东南欧"、"中亚和俄罗斯联邦"以及"撒哈拉以南非洲"等地区由于农业而导致原生NPP大幅损失。^c

这篇文章给出了不同土地类型的NPP值。在该文的Jackson和Jackson (2000)表格中,我们可以看到耕地的NPP(每年每平方公里650吨)与温带草原大致相同,而且远低于森林。因此,平均而言,农业可能对每公顷的生产力没有影响或有一些影响来减少生产力。当然,一小部分农田本来会用于道路、建筑等,在这种情况下,农田的生产力高于反事实情况。美国的大量农田是从草原转化而来的。

一些研究报告的农田NPP值高于每年每平方公里650公吨 = 每年每公顷6.5兆克。Prince等人(2001)报告(第1200页):

本研究估计的净初级生产力(NPP)总范围为4-20 Mg * ha^-1 * yr^-1,与Whittaker和Likens (1975)报告的农田NPP估计一致。它包括的值远高于Sharp等人(1975)对北卡罗来纳州各县农田NPP的估计,即使考虑到他们的研究只考虑了地上生物量生产。

然而,我认为Prince等人(2001)的NPP估计是以总干重表示的,而不仅仅是碳含量。作者写道(第1194页)应该将他们的数字乘以0.5来得到碳质量。Jackson和Jackson (2000)的数字是以总干重还是仅碳质量表示的?我目前没有该来源,不知道答案....

农田NPP:相关性与因果关系

另一个考虑因素是,可耕地可能平均比非可耕草地更肥沃?所以即使耕地每公顷的生产力高于非可耕草地,也许这部分是因为那片土地特别肥沃,无论如何都会有更高的生产力。

例如,北美中部的高草草原曾经非常高产,有

任何地方记录的最深层的表土。水牛、麋鹿、鹿和兔子等动物通过尿液和粪便向土壤中添加氮。草原犬鼠,一种类似地松鼠的啮齿动物被认为是一个关键物种,它们挖掘的隧道"使土壤通气并将水引导到地表以下几英尺。"[1]

现在96-99%的草原已经消失,其中大部分被转化为农田。这种原生栖息地的丧失导致了哺乳动物和鸟类的数量下降。但那片农田是"世界上最富饶的农业用地之一",这与高产农田本来就是高产草原的想法一致。

这篇论文指出:

美国北卡罗来纳州的年度NPP可能超过16 Mg * ha^-1 * yr^-1(Sharp等人1975),这个值在广泛接受的温带森林估计范围内,仅次于湿润的热带森林(Kicklighter等人1999)。这些高NPP值无疑部分是因为在世界各地,最有利的土壤和气候首先被用于农作物生产。

这项研究说:

在全球平均水平上,目前用于林业的地区生产力最高,其次是目前用作农田和基础设施的地区。牧场的潜在生产力低于农田,反映了肥沃地区用于种植而不是放牧的事实,但其当前生产力略高。这源于农田上生产力的大幅下降[...],这一方面可以解释为发展中国家低产农业的普遍存在,另一方面可以解释为作物地下生产力低(25)。

湿地损失

这一部分已移至即将发表的一篇文章中。

表土退化

大多数耕作方式严重侵蚀表土并迅速消耗其养分。John Crawford教授估计"土壤流失的速度是自然补充速度的10到40倍"并且"对当前土壤退化速度的粗略计算表明,我们还剩下大约60年的表土。"这应该导致土地生产力的长期下降。另一方面,这些养分有多少会流向其他地方并增加那里的生产力?

荒漠化

世界自然基金会声称"不可持续的农业实践每年导致1200万公顷土地荒漠化。"

单一种植

这篇文章提出单一作物种植是昆虫数量下降的一个原因:"在欧洲、美国和南美的大部分地区,单一作物覆盖了广阔的景观,创造了没有昆虫可以繁殖的树篱或池塘的'生物沙漠'。"然而,地上无脊椎动物的减少可能意味着地下无脊椎动物的增加,因为地上无脊椎动物会吃掉更少的植物植被,为地下无脊椎动物留下更多??

除草剂

这些有助于减少非作物植物生物量,意味着农田上的昆虫主要只能吃作物植物。

除草剂还可以抑制水生自养生物。地球母亲新闻(1984):"已经发现百草枯、阿特拉津和MSMA等除草剂会抑制溪流中藻类的生长和生产力,这可能会影响水体的整体生物生产力。"

地球母亲新闻(1984)还说:"人们普遍担心除草剂可能会杀死土壤微生物,这些细菌和真菌分解有机物质并使土壤肥沃。事实上,许多除草剂可能会抑制微生物的生长,少数除草剂具有很强的破坏性。其他如2,4-D似乎完全没有影响。"对于那些被杀死的微生物来说,死亡可能是痛苦的,但从积极的一面来看,较慢的养分循环可能会减少植物生长。

杀虫剂

杀虫剂似乎会在短时间内大量减少昆虫,可能足够长,以至于防止的未来出生和死亡超过了杀虫剂本身造成的急性痛苦。农田上几乎没有昆虫,无论是在食物上还是在土壤中。未收获的植物部分由细菌分解,因为没有太多更大的昆虫。(来源:一位在农业领域工作的朋友。)

昆虫吃掉多少初级生产力?

假设农田和反事实土地(如草原)的初级生产水平大致相当,一个更重要的进一步问题是,昆虫是否在一种土地类型上吃掉更大比例的初级生产。例如,如果昆虫在农田上吃掉初级生产的X%,而在草原上吃掉2X%,那么农田将支持更少的昆虫。

先验地并不明显昆虫吃掉的植被比例在农田上是更低还是在草原上更低。认为农田上比例更低的一个原因是,食用植物最多汁的部分(玉米穗、番茄、苹果、花生等)被人类或牲畜吃掉(或在垃圾填埋场被细菌吃掉,或被焚烧,对于30-40%被浪费的食物)。认为原生草原上比例更低的一个原因是,大型食草动物(野牛、麋鹿、鹿等)在原生土地上放牧,但被排除在农田之外。大型食草动物可能会吃掉原本会喂养昆虫的植被。

人类不吃的农作物材料,如茎秆和叶子,会发生什么?作物残留物根据作物和农场的不同最终会有不同的去向。可能性包括

• 耕入土壤或用作覆盖物(不好,因为它恢复养分并喂养土壤生物)
• 用作牲畜的垫料(有点不好,因为它最终会喂养小生物,尽管可能主要是细菌?)
• 喂给牲畜(好,因为它不会喂给更小的动物)
• 焚烧(可能是好的,因为它不会喂给动物,但焚烧对被困在材料内的任何昆虫来说可能是可怕的)
• 用于生物燃料(好,因为它不会喂养小动物,而且会降低土壤肥力)。

作物残留物也可以用于堆肥。如果堆肥是在足够大和活跃的堆中进行,在热分解阶段可能参与过程的无脊椎动物数量有限,尽管我假设在后期分解阶段可能会有无脊椎动物存在。更多讨论,请参见"堆肥创造的无脊椎动物"。

马尼托巴农业(未注明日期):"大多数农民不焚烧。他们更喜欢用其他方式处理秸秆,例如,将其耕入土壤,以及切碎和散播秸秆,使其不会堵塞播种设备。据估计,在马尼托巴省,全省范围内,只有约5%的生产者焚烧不需要的秸秆。"

这个页面说"秸秆可以作为饲料放牧或收集用作饲料,但通常不被利用。它也可以用作生物能源的燃料或作为生物产品的原料。"

这个页面说"小麦秸秆是小麦谷物收获后剩下的茎秆,主要被视为废物。因此,在一些国家(如中国)农民会焚烧它"。焚烧有机物质会释放储存的能量,而不会创造有知觉的生物。

专门种植生物燃料而不是食物的作物似乎可能产生更少的作物残留废物。大部分生物量应该以不为受苦动物提供能量的方式被燃烧。

根据维基百科关于"初级生产"的文章:

全球陆地质量上有由于土地变化导致的NPP减少(ΔNPP_LC)9.6%。[20]除此之外,人类最终消费使人类对净初级生产力的占用(HANPP)[21]达到潜在植被(NPP₀)的23.8%。[20]据估计,在2000年,地球34%的无冰陆地面积(12%的农田;22%的牧场)用于人类农业。[22]这种不成比例的数量减少了其他物种可用的能量[...]。

与草原、雨林和有机作物相比如何?

基于上述内容,似乎常规农作物种植每公顷创造的昆虫种群最少是合理的。这与其他土地类型相比如何?

草原可能有更多昆虫

• 草原是美国农业相对的典型反事实土地类型。这种土地直接有一些昆虫(如蝗虫)。一个页面说"昆虫、种子或啮齿动物[...]在健康的草原上很丰富。"大量的纤维可能被细菌分解,一些昆虫吃这些细菌。
• 话虽如此,食物对昆虫来说可能不是非常"多汁"。

有机农场可能有更高的昆虫种群

• 土壤可以支持比常规农场更多的昆虫,食物可能比草原植物更可口。
• 尽管如此,考虑到有机食品通常没有昆虫,核心食物本身的密度一定相当低。

关于有机农业相对于常规农业在昆虫痛苦方面的利弊的进一步讨论,请参见这里。

热带森林的昆虫密度非常高

如果反事实的土地利用是热带森林,那么似乎合理的是,农业会防止大量昆虫死亡。来自南美的大豆可能是一个取代雨林的作物例子。

此外,由于大宗商品作物的市场在某种程度上是全球性的,美国食品价格的上涨可能会略微提高世界各地的食品价格,在热带地区造成略微更大的森林砍伐压力。

关于细菌的考虑

因为杀虫剂使常规农田相当贫瘠,常规种植的农作物可能比反事实土地有更低的昆虫种群,即使它们没有更低的细菌种群。事实上,可能(如果不一定可能的话?)农田上分解生物量的细菌甚至会比反事实土地上更多。细菌在我的道德观点中几乎不重要,但它们可能在非零程度上有意义,而且参与分解的天文数字可能会开始引起一些道德关切。我的猜测是这种考虑不会与昆虫减少的痛苦相竞争,但我对这个问题保持部分不可知。总的来说,从一开始就防止植物生物量在道德上比创造它然后用细菌分解更可取(为了植物和细菌的利益)。

气候变化

更多的食物种植通常意味着更多的气候变化。生产食物本身需要能源。"耕种还会氧化土壤上层一米中25-30%的有机物质并将其释放到大气中"(第13页)。清除森林为农田腾出空间也会释放碳(第13页):

热带森林砍伐,包括将森林永久转化为农田和牧场,以及为轮耕和选择性伐木而暂时或部分移除森林,据估计在20世纪90年代每年释放1-2 PgC(年度化石燃料排放量的15-35%)。

气候变化对野生动物的影响尚不清楚,但可能是负面的。

净影响

总的来说,相对于大多数类型的反事实土地,农作物种植似乎可能防止的昆虫比它造成的更多。(显然,如果反事实的土地利用是建筑物或停车场,这就不成立了。对农作物的更大需求确实意味着用于农业的土地相对于建筑物会有非常轻微的增加,因为它使农业比原本更有利可图。)另一方面,灌溉和施肥令人担忧。我对农作物种植对短期野生动物痛苦的净影响继续存在高度不确定性。

根据一位作者的说法:"与农业相关的许多物种在种类和数量上都有明显下降。"

关于人类活动总体上对野生动物种群的净影响的讨论,请参见这里,尽管人类总体影响的符号不一定与人类从农作物种植特别产生的影响的符号相同。

对未来稳定性的影响

农作物种植对野生动物的影响极其重要,但它不是这项分析的唯一重要输入。种植食物也对未来几十年人类社会的稳定性有影响。

粮食安全

作为一般规则,现在减少农作物种植可能意味着未来更多的食品稳定性。

一个明显的例子是上面讨论的表土流失领域。John Crawford解释道:

水将达到危机点。这个问题已经在印度、中国、巴基斯坦和中东引发冲突,在气候变化和粮食安全真正到来之前,下一场战争很可能是因为不可持续的灌溉而爆发。即使是中度退化的土壤也只能保持同一地点健康土壤一半的水分。如果你在灌溉作物,你需要水留在靠近植物根部的土壤中。[...]

土壤侵蚀在中国、非洲、印度和南美部分地区最为严重。如果食物供应下降,那么显然,价格就会上涨。危机点将最严重地打击最贫穷的国家,特别是那些依赖进口的国家:例如,埃及几乎完全依赖小麦进口。地球生产食物的能力已经引发冲突。许多人认为食品价格上涨导致了阿拉伯之春,甚至可能促成了最近发布反伊斯兰电影后的暴力事件。

一般来说,消耗更多的粮食作物意味着世界市场上的价格更高。来自Henk-Jan Brinkman和Cullen S. Hendrix的"粮食不安全和暴力冲突:原因、后果和应对挑战"(第4页):

粮食不安全本身是冲突的原因吗?根据对最近研究的回顾,答案是高度限定的肯定。粮食不安全,特别是由较高的食品价格引起的,会增加民主崩溃、内战、抗议、骚乱和社区冲突的风险。将粮食不安全与国家间冲突联系起来的证据不那么强,尽管有一些历史证据将农业产量下降与欧洲和亚洲的区域冲突时期联系起来。

话虽如此,这些叛乱对民主的影响可能是正面的也可能是负面的(第7页):

粮食不安全,以人均可消耗卡路里的低可用性为代表,使民主崩溃更有可能,特别是在较高收入国家,那里人们期望有更大的社会盈余可以投资以减少粮食不安全(Reenock, Bernhard和Sobek, 2007)。

虽然缺乏统计证据,但食品价格上涨被认为是2011年北非和中东一些国家从威权统治过渡到初生民主的示威浪潮的原因。这有一些历史先例:1788年的糟糕收成导致法国食品价格上涨,引发了骚乱并促成了1789年的法国大革命;1848年席卷欧洲的政治动荡浪潮至少部分是对食物短缺的回应,发生在整个大陆连续三年收成低于平均水平之后(Berger和Spoerer 2001)。

这些冲突大多发生在贫穷国家,因此不太可能影响主要世界大国之间的AGI军备竞赛。尽管如此,环境退化的不稳定后果似乎可能从长远来看对AGI开发中的大玩家之间的妥协前景是净有害的。

气候变化

农作物种植助长了气候变化,这可能总体上对全球稳定性是净坏的。

增加的不稳定性可能有多重要?

增加农业对全球不稳定性的贡献相当小。与可能防止的直接痛苦相比,它们真的重要吗?在本节中,我提出一个说明性的粗略计算,以显示对未来稳定性的不利后果如何可能与对昆虫的直接潜在利益相竞争。

假设:

• 在引言中,我们看到一个美国人消耗0.48公顷的农田,而世界总量为(11%) * (13.4亿) = 14.7亿公顷。假设额外一公顷农作物种植对未来资源冲突的边际影响是恒定的。(事实上,随着资源变得越来越稀缺,冲突可能会急剧上升,它甚至可能在增加。)
• 也许市场或政治力量有助于抵消额外一公顷农作物种植本来会导致的资源短缺,所以将影响乘以一个保守设置为0.1的衰减因子。
• 农作物种植的不稳定影响在人类未来几十年内是累积的。假设最多未来300年的农作物种植对AGI妥协前景有影响。我假设单一年份农作物种植的影响在所有年份都是相等的,尽管实际上,未来几十年可能最重要。
• 假设资源冲突总体上导致原本不会发生的核级战争的概率只有1%。(考虑到印度和巴基斯坦之间的水资源冲突等,这似乎太低了。)
• 此外,假设世界所有农作物种植对这些资源冲突的贡献只有5%。(同样,这可能太低了,考虑到水资源短缺主要是农业问题。)
• 假设额外的核级战争会增加未来AGI军备竞赛而不是全球合作的绝对概率0.0001。
• 假设AGI军备竞赛的未来包含2%更多的预期痛苦,而不是平静的妥协。例如,在没有妥协的情况下,AGI建设者可能不会采取措施避免用于计算目的的痛苦子程序。
• 假设只有1%的机会,近期达成的妥协安排对遥远的未来有影响,即目标保存成功实施。
• 假设未来只有0.01%的经历涉及痛苦,例如通过痛苦子程序、野生动物的有知觉模拟等。
• Nick Bostrom 估计潜在的未来快乐体验为10³⁸人类在处女座超星系团中存活~10¹⁰年,或10⁴⁸体验年。(考虑到昆虫有比人类少~10⁵倍的神经元,这可能是~10⁵³昆虫级体验年,但未来的大脑可能不是昆虫大小,而且我们可能不想把更大的大脑算作比昆虫大脑在道德上更有价值。所以坚持10⁴⁸使计算保持保守。)
• 假设实际发生具有这么多心智的殖民场景的概率是10^‑8。或者,我们可以说概率是10^-6,即具有这种计算能力规模的殖民未来有1%的快乐相关计算。任何导致预期10^‑8分数乘数的可能性组合都是等价的。
• 应用一个显著的折扣因子来考虑人类考虑,即我们可能根本没有远期未来可以影响。考虑到模型不确定性,这个值可能不应该太小。10^-7似乎保守地低。

结果是一个美国人一年的农作物种植影响造成

这基本上与一个人的农作物种植效应预期影响的昆虫数量级相当。在这两个计算中,我都旨在保守,但后者有更多参数,因此可以说总体上更保守。

不用说,像这样的极端费米计算有重大问题。我只考虑了一个极其狭窄的可能途径,而实际上有许多朝着两个方向的途径。这个计算并不能证明远期未来的影响超过近期的影响,甚至不能证明远期未来的影响必然是净坏的(尽管它们似乎比不是更有可能是坏的);我只是想说明远期未来的考虑可能与近期的考虑竞争,即使只通过这里提出的单一因果链。

在实践中,我们的评估应该对广泛的可能场景更加稳健,但直觉上似乎更大的环境不稳定性确实会导致更多冲突,并可能在广泛的场景中导致更糟糕的未来。此外,许多人对过度农业的环境和经济副作用感到不安,所以过于积极地支持更多植物农业可能会增加对减少野生动物痛苦努力的蔑视,甚至是对减少痛苦的一般努力的蔑视。

鉴于这些考虑,即使我们认为它对野生动物有短期净益,也最好不要支持更多的农作物种植。

并非所有作物都是平等的

在目前的讨论中,我主要将农作物种植视为一种总体活动。有时这本身就可以采取行动,例如在我们评估种植更多谷物来喂养牲畜、回收纸张与从树木农场收获新纤维,以及种植新植物用于生物燃料时。但在其他情况下,作物类型之间的差异最重要,特别是在我们选择消费哪些食物时。

不同的动物影响

来自Erik Marcus的"素食食品的附带损害":

我强烈怀疑有少数几种素食食品——这个名单可能由大米和糖领头——涉及的脊椎动物杀戮远远多于其他食品。我很想看到这些信息得到彻底研究并广泛传播,同时列出涉及杀戮远少的可比食品。例如,如果发现给定数量的小米的生产杀戮量只有同等数量大米的十分之一,我不会感到惊讶。如果发现通过引入改进的种植和收获方法,今天的许多脊椎动物死亡可以被预防,我也不会感到惊讶。在这两种情况下,一旦得到可靠信息,关心同情饮食的人——素食者和杂食者alike——都可以被指望用他们的食品消费来投票。

我认为不同的谷物在考虑所有因素时(而不是只看单一维度)不太可能在影响上相差一个数量级,但我同意总体观点:那些关心动物福利的人应该更多地努力探索像农作物种植这样的大局问题的影响,而不是许多其他占据他们的更小的悲剧。

不同的可持续性影响

食物在对全球稳定性的影响以及对野生动物的影响方面也有所不同。仅举一个小例子,大米有对水和气候变化的不小影响:

大米需要比其他谷物稍多的水来生产。[86]

长期淹没稻田会切断土壤与大气氧气的联系,导致土壤中有机物的厌氧发酵。[87]水稻种植产生的甲烷占人为温室气体的~1.5%。[88]

环境界已经从可持续性的角度研究了食品的差异影响。例如,"水果和蔬菜与英国温室气体排放:探索关系"的第三部分是:"按产品类型评估温室气体排放。"同样,A.Y. Hoekstra的"虚拟水:简介"的表4.1比较了不同作物类型的用水量。(总的来说,环境界在其分析中比动物福利界迄今为止更具定量思维。部分原因是环境倡导者比动物倡导者人数更多,但也可能反映了这两个领域之间的根本观点差异。动物福利界将受益于采用更多环境界的方法,而不采用其伦理观。)

示例研究问题

在评估食品对动物的影响时,有许多维度需要进一步探索。例如:

• 常规vs.有机?(常规可能导致更少的昆虫痛苦?)
• 豆类vs.大米?(我个人只买豆类,避免大米,因为上面讨论的因素)
• 哪些水果/蔬菜最好?
• 原产国如何重要?(被替代的是什么类型的生态系统?农业如何影响该国的长期粮食安全?)

理想的情况是找到特定的食品,它们对可持续性的影响低,同时对减少野生动物痛苦的影响高。

政策和技术变革

话虽如此,重要的是不要过分关注个人消费者的选择。最终,大部分收益可能在于塑造政府政策或开发更好的农业技术。人们可能会倾向于过度关注"这是我可以控制的事情,所以我必须做出道德选择"的想法,而不感到对贡献于最终具有更多预期影响的大局面变化有类似的道德义务。当然,同时考虑个人决定和更广泛的政策贡献可能是好的。对一些人来说,个人道德选择有助于让他们的思想集中在更大的问题上。例如,素食者经常因为他们的日常购买决定受到它的影响而被提醒动物痛苦。

免耕农业

地球母亲新闻(1984)解释道:

在常规耕作中,土地被犁到8到12英寸深,最常见的是用翻转犁。随后,地块至少再被耙两次以准备播种床,然后才进行播种。然而,在免耕中,常规耕作的前三个步骤被省略了。播种直接通过前一季作物和杂草的残留物进行,使用一种切割几英寸宽槽的装置(通常是圆盘刀),然后是放置种子和关闭沟槽的设备。

以下是从野生动物痛苦的角度看免耕农业的一些利弊。

优点:

1. 这个页面说:"免耕管理导致设备通过次数减少"。设备通过田地的次数减少意味着被杀死的脊椎动物和无脊椎动物更少。这个页面说免耕农业有"减少破坏地面筑巢鸟类和动物的机会(犁地会破坏所有这些)"。
2. 减少灌溉需求意味着从河流和水库中取水灌溉时杀死的浮游动物更少。
3. 使用除草剂杀死杂草减少了杂草的净初级生产力(尽管将杂草耕入土壤也会减少杂草生长)。
4. 地球母亲新闻(1984):"常规农业大量使用氮肥的主要问题之一是这些化合物在径流期间渗入地表水。通过保留降雨,未耕地也能更好地保持已施用的化学物质,从而减少它们的污染潜力。"减少富营养化可能意味着水生生物种群较低。
5. 这个页面表明免耕田地可能储存更多的土壤有机碳,尽管这一发现的可靠性不清楚,因为"越来越多的研究表明,免耕系统随时间推移会失去碳储量。"如果免耕田地确实储存更多的土壤有机碳,它们会延迟有机物质的分解,从而延迟用那些有机物质喂养土壤异养生物种群。话虽如此,假设有机物质最终会被吃掉,不清楚这种考虑是否实际上与长期总痛苦有关。

缺点:

1. 地球母亲新闻(1984):"毫无疑问,某些除草剂会损害或杀死野生动物。如果鸟类挡住了喷洒(少量百草枯可以杀死蛋),它们可能会受伤"。
2. 地球母亲新闻(1984):"免耕农业的产量通常至少与犁地技术一样好。"遗憾的是,更高的作物产量可能意味着更多的野生动物痛苦。
3. 减少土壤侵蚀并改善土壤健康意味着从长远来看产量更高。
4. 像除草剂一样,耕地也会杀死杂草并减少它们的净初级生产力。
5. 这个页面关于免耕说:"因为水分含量更高,与其让一块田地休耕,种植另一种作物在经济上可能更有意义。"这可能意味着每年更高的净初级生产力。
6. 这个页面报道:"免耕田地通常有更多有益昆虫和环节动物,"并且"免耕农业增加了野生动物的数量和种类。"
7. 地球母亲新闻(1984):"在某些情况下,当作物残留物滋生害虫时,杀虫剂的使用可能会更多"在免耕农业中。如果免耕作物田允许更多昆虫在冬季存活和/或在春季孵化,这似乎是不好的,因为它增加了总昆虫种群。
8. 地球母亲新闻(1984):"免耕农业在很大程度上消除了水径流,所以"可能会减少抑制藻类生长的除草剂流入水体。

不确定:

1. 减少温室气体排放。Plumer (2013):"联合国环境规划署估计,自20世纪70年代以来,美国的免耕作业帮助避免了2.41亿公吨二氧化碳。这相当于约5000万辆汽车的年排放量。"

总的来说,我猜测免耕农业遗憾地可能会导致野生动物痛苦的整体增加,假设它确实增加了作物产量和土壤无脊椎动物种群,但我还没有深入探讨这个话题。

Logsdon (2010)声称一些表面上的免耕农业实际上并不是免耕:

大多数时候,"免耕"是一个大谎言。它真正的意思是"不用翻转犁",因为这样我们就应该相信农民正在控制土壤侵蚀。农民不用犁,而是用各种圆盘、铲式犁、田间耕耘机和涡轮耕耘工具来耕作土壤。当我指出他们实际上和以前一样多地耕作土壤,事实上在某些情况下更多,随之而来的土壤侵蚀也差不多一样多时,他们茫然地看着我,好像我在说外语。他们不想听到这个。他们决心相信,与他们的大学和美国农业部合作伙伴一起,他们正在控制侵蚀,仅仅因为他们停止使用翻转犁并使用免耕播种机。

这种假装达到了滑稽可笑的程度。例如,在最新一期的"农场与乳业"杂志上,有一篇文章题为:"全程免耕。"在它上面立即是一张正在实践"全程"免耕的农场的照片。在照片中,农场建筑物后面,延伸着一英亩又一英亩像沙漠一样被耕作和裸露的土壤。

Logsdon (2010)博客文章上的一些评论对这种描述提出了异议。

覆盖作物

覆盖作物似乎可能会增加动物痛苦,原因有两个:

1. 覆盖作物改善土壤肥力,帮助主要粮食作物生长得更好。食用作物产量更高意味着更多的总植物物质,从而导致更大的动物种群。
2. 当在冬季种植时,覆盖作物增加了一年中发生的植物生产总量,相比用非生物材料覆盖农田或不覆盖农田。

维基百科("覆盖作物"):

在一项研究中,研究人员比较了美国南部常规和覆盖作物棉田之间的节肢动物和鸣禽物种组成和田间使用情况。[...]在迁徙和繁殖季节,他们发现与常规棉田相比,集成三叶草覆盖作物的棉田中鸣禽密度高7-20倍。在鸣禽繁殖季节的大部分时间里,节肢动物的丰度和生物量在三叶草覆盖作物的棉田中也更高,这被归因于三叶草花蜜供应的增加。

室内农业

室内种植作物似乎会减少农作物种植和收获对小型脊椎动物和无脊椎动物的附带损害。因为种植作物的建筑物仍然占用空间,室内作物种植可能仍然通过栖息地占用和每公顷土地初级生产力的减少来减少野生动物的痛苦(除非农场是地下的)。

然而,如果室内农场可以比室外农场更节省空间和资源,它们可能不会像常规农场那样减少每单位生产食物的野生动物痛苦。这对垂直农场尤其可能,垂直农场大大减少了每单位产出食物的土地使用,甚至可能增加每公顷土地的初级生产力。每公顷更多的初级生产意味着需要从其他土地占用更少的生产,这意味着更多的生产可供野生动物使用,这通常是不好的。这篇文章认为,相对于一个(过于)简单的框架,较低的作物产量总是减少昆虫种群(从而减少昆虫痛苦)。

当然,一些从农民手中解放出来的土地可能会被用来建造房屋和停车场,而不是恢复为荒野。但以这种方式覆盖的土地比例似乎很小,因为

1. 目前地球上相对较少的陆地面积被建筑物和道路覆盖。这个讨论估计人类结构覆盖了地球陆地面积的1-3%,而农作物种植覆盖了11%。如果全球用于农作物生产的土地面积从地球陆地面积的11%减少到10%,释放的土地量可能几乎等于已经被建筑物和道路覆盖的土地总量。
2. 在农村地区,土地只是建造新建筑成本的一小部分。在大城市,土地可能很贵,因为"位置位置位置"。但在农村,也就是不再需要的农田所在的地方,土地是便宜的。例如,在2016年,"爱荷华州房地产协会截至3月的农田调查显示,耕地的平均价值下降到每英亩6,732美元"。我在Zillow上浏览了爱荷华州的房屋,看了看它们的地块大小和挂牌价格。地块大小从~0.2英亩到~10英亩不等,房屋价格从~10万美元到~50万美元(地块大小和房屋价格之间没有明显的相关性)。假设你想在5英亩农田上建一栋34万美元的房子。购买土地只需要6,732 * 5 = 34,000美元,仅占售价的10%。其他90%的成本来自实际建造房子。现在,举个极端的例子,假设我们有无限高效的室内农场,可以在微不足道的土地面积上生产世界所需的所有食物。假设农田价格然后降到0美元,因为那片土地不再需要耕种。即使这样,房价也只会下降~10%(忽略对其他组成成本的影响,如房屋建筑工人的工资),假设房屋需求的价格弹性不远离1,房屋需求量只会增加~10%。^d假设建筑物目前覆盖地球陆地面积的1%。建筑物增加10%意味着地球陆地只会多覆盖0.1%,这与假设我们有假设的无限高产量作物而释放的11%地球陆地相比是非常小的。

大多数土地不能以覆盖它的方式(建筑物、停车场等)被盈利地使用,因为如果可以的话,荒野土地就不会像现在这么便宜。

食物排名

食物排名的一般标准

以下是一些影响不同食物类型每卡路里好坏程度的标准:

• 原产国。在原本会是茂盛栖息地的地方种植的作物比在不那么肥沃的地区种植的作物防止更多痛苦。所以,例如,雨林种植的大豆比本地种植的玉米更好。
• 数量。如果农作物种植是净好的(这不确定但可能比不是更可能),那么每卡路里需要更多土地的作物是首选(例如,黄瓜比面包更好?)。
• 田间生物量密度。田间总生物量(包括作物和杂草)较少的作物意味着昆虫吃的食物更少。使用除草剂的作物可能有助于防止杂草生物量。
• 杀虫剂? 这些的影响不太明确。杀虫剂在短期内减少昆虫种群,但这样做会留下可能后来被其他昆虫吃掉的生物量。当然,这些生物量中的大部分将被人类、牛或细菌分解者吃掉,所以杀死一只正在吃作物的昆虫并希望未被吃掉的生物量以另一种方式被移除而不是被其他昆虫吃掉可能是最好的。这表明杀虫剂可能是净好的,特别是如果它们是广谱的并且也抑制土壤昆虫。尽管如此,它们可能会导致昆虫的更高"周转率",因此可能会导致短期内略高的死亡率,尽管可能不会比自然发生的r选择造成的可比数量。同样重要的是要记住,使用更多杀虫剂的植物类型可能不会更好,因为这可能表明该作物需要更多杀虫剂,因为它太多汁并吸引了这么多虫子。所以不要仅仅因为它需要更多杀虫剂就选择一种作物。然而,对于给定的植物类型,更高的杀虫剂使用似乎可能更好(例如,常规比有机更好)。
• 对老鼠/昆虫等的附带损害。也许较短、较不密集的作物不太可能被小哺乳动物居住,导致收获时的死亡率降低。我推测小麦和其他谷物杀死很多哺乳动物,因为这些作物很容易筑巢?请注意,给定一种作物类型,更多的附带损害是净好(通过减少未来的种群)还是净坏(通过增加每单位时间痛苦死亡的数量)并不清楚,但似乎最好有从一开始就支持较少总哺乳动物/鸟类的作物,附带损害的程度是总动物种群的一个合理代理。
• 地上还是地下? 根据我室友花园里种植的作物的轶事,我注意到地上的作物可能会在叶子上有很多虫子(特别是西兰花、羽衣甘蓝、羽衣甘蓝、抱子甘蓝等),而地下的作物可能没有虫子(例如,甜菜)。这弱弱地表明地下植物可能总体上支持较少的昆虫,这将是好事。然而,这种趋势并不普遍:我室友的地下胡萝卜也有虫子,而地上的番茄和南瓜基本上没有虫子。^e当然,哪些特定害虫对哪些作物有问题将取决于农场的许多细节,但一些作物可能总体上对虫子来说更美味。

一个具体的排名尝试

以下只是说明如何开始分析这些因素。它不严谨,仅仅反映了我基于观看作物收获视频的一些非常粗略的猜测。我只评估了两个因素作为开始:

1. 农田上的生物量密度(农田上较低的生产力可能总是更好)
2. 在收获过程中杀死啮齿动物、蠕虫等的可能性(我假设这是不好的,并且在密集、草地作物中更可能发生)。

我用绿色表示"好",用红色表示"坏"。下表根据对最好食物在顶部和最差在底部的非常粗略的猜测排序。

我对作物的附带损害的评估大致与我对作物密度的评估相关,因为(a)较高的植物似乎更可能成为虫子和兔子的家园,(b)动物更难从高大、草地植物中逃脱。在任何视频中,我都没有看到任何哺乳动物在任何稀疏、低密度植物的田地里。

请注意,我没有考虑生产不同食物的一卡路里需要多少土地。我基本上假设它对所有作物类型都是恒定的。这个假设显然是不准确的,但可能不会大错特错,考虑到,例如,蔬菜每克的卡路里要少得多,但蔬菜植物可能每公顷生产的食物克数比坚果和豆类多得多。如果农作物种植是净好的,我们会更喜欢每公顷产生较少卡路里的食物,以增加耕种的公顷数;如果农作物种植是净坏的,我们会更喜欢每公顷产生更多卡路里的食物。

一般趋势

上表中最显著的模式是坚果和豆类(花生、红腰豆、鹰嘴豆)的密度比谷类草(燕麦、小麦、水稻、玉米)低得多。因此,从这项分析中得出的一个实际建议似乎是多吃豆类和坚果,而不是面包/麦片/意大利面/米饭。当然,如果你有时间,试着查找你正在考虑的特定食物的视频。

一个警告是,田间的纯生物量可能不是一个完全充分的指标。例如,花生和豆类比草更密集地含有可利用的能量。假设虫子不能很好地消化纤维,一公斤花生会喂养比一公斤玉米秸秆多得多的虫子。话虽如此,大多数花生和其他植物的高能量密度部分应该被收获并喂给哺乳动物而不是昆虫。地上生物量不是一个完美衡量标准的另一个原因是,一些植物可能比其他植物有更多的地下生物量。这在胡萝卜和土豆等情况下是显而易见的^g,但也许也适用于其他植物。

关于豆类的一个警告是它们"通常会增加贫氮土壤的氮含量。" 事实上:"由于广泛种植豆科植物(特别是大豆、苜蓿和三叶草),在化学肥料生产中越来越多地使用哈伯-博施法,以及车辆和工业工厂排放的污染,人类已经将氮转化为生物可利用形式的年度转移量增加了一倍以上。[10]" 豆类这种提高生产力的效应可能在没有太多化学肥料的较贫穷地区特别相关。增加植物生产力似乎是豆类的一个缺点;我不知道它是否,或在多大程度上,应该减损豆类似乎每公顷生产力较低的好处。另外,不清楚氮固定对在可以使用人工肥料的较富裕国家种植的豆类是否重要?(话虽如此,固氮作物可以减少人工肥料的使用,并且可能因此减少能源使用。)

关于豆类的另一个警告是,正如前面提到的,它们往往比草更容易消化,所以即使豆类生物量较低,也许可食用生物量并不低?

还有一个担忧是,作为一个粗略的概括,许多水果和蔬菜是在加利福尼亚州使用灌溉种植的,而许多谷物是在中西部用较少(?)灌溉种植的。所以可能,例如,在中西部种植的小麦和玉米相对于原生草原的NPP并没有真正增加,而在加利福尼亚种植的水果和蔬菜确实相对于没有灌溉就会存在的最小植被增加了NPP?如果是这样,那么水果/蔬菜不如谷物的概括就会被颠倒!

这些问题突出了进一步调查的重要性。找到实际测量不同作物类型和地区的作物和原生植被NPP的研究也会有帮助。

不同作物的NPP

Brady, 1974

这本书报告(未引用)以下作物的良好产量的粗略数字,我将其从磅/英亩转换为Mg/ha:

Prince等人, 2001

这项研究报告了1992年北达科他州里奇兰县按作物类型的以下NPP值:

Bradford等人, 2005

这项研究对美国大平原进行了线性回归,将一个地区由于农作物种植导致的NPP变化(因变量)与该县各种作物类型所占比例(自变量)进行了回归。正如研究解释的那样:

这个过程产生的作物系数使我们能够识别每种作物对生产力影响的方向(正号表示该作物增加生产力,负号表示该作物降低生产力),以及影响的大小(由于作物变量都是县的比例,系数的大小表示影响的幅度)。

研究的总(地上+地下)NPP结果表(第1870页)如下:

总NPP变化与玉米显示出非常大的正相关,与高粱和小麦显示出较小的正面影响[...]。另一方面,NPP与大豆和干草呈负相关,大豆显示出较大的负面影响,而干草显示出较小的影响。

这些趋势大致符合我根据观看作物收获视频的目测猜测。

产量和收获指数

假设你每年购买1公斤给定食品。不同作物有不同的产量(每公顷每年生产的食品公斤数)。假设给定作物的经济产量为EY公斤食品/(公顷-年)。那么你一年吃这种作物的食物需要1/EY公顷-年。

作物的收获指数(HI)是(食品产出质量)/(总地上生物量质量)。所以产量为EY公斤/(公顷-年)的一年生食用作物的地上净初级生产力为EY/HI公斤/(公顷-年)。^h

设RS为该作物的根冠比。那么地下净初级生产力为RS * EY/HI。

那么该作物的总净初级生产力(地下+地上)为(RS + 1) * EY/HI。

HI是被人类或牲畜吃掉的地上生产的比例(忽略食物浪费)。所以被大动物吃掉的生产力数量是(地上净初级生产力) * HI = (EY/HI) * HI = EY公斤/(公顷-年)。因此,不被大动物吃掉的净初级生产力数量是(RS + 1) * EY/HI - EY。

现在让我们转向考虑原生植被。假设如果不种植作物,会生长的原生植被的总净初级生产力是N公斤/(公顷-年)。假设这种植被中有f比例被小生物吃掉(而1-f被大型草食动物吃掉)。

假设昆虫种群大致与不被大动物吃掉的净初级生产力成正比。还假设农田上没有大型野生动物吃植被(尽管这并不完全正确,因为例如,鸟类和啮齿动物会吃一些农田上的食物)。那么种植作物而不是保留原生植被导致的昆虫种群变化与以下数量成正比

(农田上不被大动物吃掉的净初级生产力) - (原生植被上不被大动物吃掉的净初级生产力)
= [(RS + 1) * EY/HI - EY] - N * f 昆虫年/(公顷-年)。

由于你每年吃1公斤这种食物导致1/EY公顷-年的作物种植,你的总影响与以下昆虫年/年成正比:

设C为该作物的总净初级生产力。那么地上净初级生产力为C/(RS + 1),EY = HI * C/(RS + 1)。那么上面的表达式变为

定义P := (RS + 1)/HI,那变成

如果我们的目标是减少昆虫痛苦,我们希望这个表达式尽可能为负,因为这意味着昆虫年痛苦的减少尽可能大。

该表达式为负(即农作物种植减少昆虫痛苦)当且仅当

P - 1 - P * N * f / C < 0
P - 1 < P * N * f / C
N * f / C > 1 - 1/P

这个页面给出了各种作物的RS和HI值(其中"分配"是RS,"收获指数"是HI)。例如:

这意味着,例如,为了使种植大麦减少昆虫痛苦,必须有N * f / C > 2/3。如果f是,比如说,2/3,那么当N / C > 1时,作物种植是好的,即如果原生植被的总(地上+地下)生产力至少与作物一样高。这可能是也可能不是,正如本文前面讨论的那样。

对这些计算的进一步完善将考虑不同比例的不被大型食草动物吃掉的生物量在原生植被与作物植被之间最终喂养昆虫。例如,如果一些作物残留物被焚烧,那部分就不会喂养昆虫。另一方面,原生草原也可能自然燃烧。

致谢

感谢几位朋友向我指出本文引用的一些资料。

脚注

1. 虽然我不是专家,但我对研究方法有一些评论。

   作者显然从美国农业部STATSGO数据库获得了原生植被NPP估计(第1864页),而作物NPP估计是基于美国农业部国家农业统计服务的经济产量数字,结合文献中的几个参数(第1865页)。由于两个输入数据源如此不同,并且从经济产量计算NPP可能有合理的误差,完全不明显这项研究的结果是否正确,而不是仅仅由于不同的数据源而产生?但也许论文的作者和审稿人有理由认为这些数字实际上相当准确?无论如何,有噪声的估计总比没有估计好。

   其次,我不认为该研究控制了相关性与因果关系?也许种植作物的土地自然生产力更高,这部分解释了一些作物的NPP高于原生植被的NPP。我猜这个效应不会太大,因为我假设土壤生产力在单个县内不会有很大变化。  (返回)

2. 这个页面提供了一个警告:

   营养素过多也会对群落产生限制性影响。最近的研究表明,来自农业、能源生产和运输等人类活动的过量氮已经开始压倒自然氮循环。[...]在陆地生态系统中,氮饱和会扰乱土壤化学,导致其他土壤营养素如钙、镁和钾的流失。这意味着虽然氮不是限制因素,但它导致土壤中的其他营养素成为限制因素。

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3. 该研究用自己的术语(你可以在研究中阅读)做出了这一点:

   在西欧,40%的高总HANPP与仅小的ΔNPP_LC同时出现,因为其高产、集约的农业系统。相比之下,在东欧和东南欧,在类似的生态条件下,土地利用导致了大的ΔNPP_LC,而收获量很低。在中亚和俄罗斯联邦,大部分HANPP实际上是由于生产力的降低;撒哈拉以南非洲的情况类似。相比之下,东亚(包括中国、日本和韩国)的情况以可忽略的ΔNPP_LC但大的总HANPP为特征。

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4. 实际上,假设房屋建造成本的供给曲线有些缺乏弹性,房屋建造成本下降10%会转化为均衡房价下降不到10%,因为对房屋需求量的增加会将价格推回一些。因此,房屋需求量的均衡增加可能会小于10%。  (返回)
5. 有虫子的植物的另一个问题是,很难把所有的毛虫、蚜虫等都弄掉,如果你不弄掉,你可能会把它们煮熟——这似乎是最糟糕的死法之一。或者即使你不煮虫子,你可能会活生生地吃掉它们。  (返回)
6. 这种杀戮不是在收获过程中的附带损害,但我没有其他地方可以包括这种关于昆虫害虫死亡的推测,所以我稍微增加了"附带损害"列的评级,相对于仅从收获视频得出的结论。  (返回)
7. 我对土豆与其他作物相比的看法是什么?我没有详细研究这个问题,但我的初步猜测是它们至少比玉米、小麦、燕麦等好。土豆的地上生物量相当小,但那是因为大部分生物量在地下,所以我不知道总(地上+地下)NPP与其他作物的NPP相比如何。土豆有很高的收获指数,这很好,因为这意味着土豆的大部分初级生产力被人类或牲畜而不是虫子吃掉:

   在栽培植物中,马铃薯的收获指数值最高。当代马铃薯品种,在温带气候区生长,在有利的农业气象条件下,最终作物的HI值通常在0.70到0.85之间[Jefferies和MacKerron 1989, Beukema和Zaag van der 1990, Vos 1997, Belanger等人2001]。在文献中,甚至可以找到90%(HI = 0.90)生物量分配到块茎的报告[Victorio等人1986, Beukema和Zaag 1990]。相比之下,在谷物中,HI值在0.3到0.6之间占主导地位[Hay 1995]。本文中呈现的结果,在0.7-0.8范围内(表4-5),因此与上述引用的文献中呈现的结果一致。

   我的室友在她的小花园里种土豆,当收获时,它们似乎没有大量的虫子,这是另一个好迹象。  (返回)

8. 这个等式和下一段中的等式基于这项研究的第1865页。  (返回)