在全球范围内，大约三分之一的温室气体排放来自农业和粮食系统。食品系统的碳足迹包括其种植、加工、运输和废物产生的所有排放。

农业也容易受到气候变化的影响，正如乌克兰冲突所表明的那样，粮食系统可能会受到地缘政治的影响。

已经有几种技术可以帮助连接生产者和消费者的复杂系统脱碳。这些技术还可以使我们的食品系统更能抵御全球威胁。以下是我们认为具有巨大潜力的五个。

1.碳农场和再生农业

今天，与我们的食物相关的大部分温室气体排放来自食物生产，并在土壤耕作时排放。这很重要，因为未受干扰的土壤储存碳。

但通过一些相对较小的管理变化，土壤可以再次成为碳汇。例如，每隔几年种植豆类和饲料作物，而不是仅仅种植小麦或玉米等商品，或者在秋季播种覆盖作物，否则田地会光秃秃的，这样可以积累有机质并帮助土壤吸收碳。这不仅有助于减缓气候变化，还可以保护土壤免受侵蚀。

农民可以简单地使用更多作物类型的想法在技术上似乎并不复杂，但它确实有效。新一代智能农业工具，包括使用大数据和人工智能的农业设备，将很快帮助农民采用这些生产粮食和捕获碳的做法。

这些智能农业工具是更广泛的数字农业革命（也称为精准农业）的一部分，它将使农民能够减少对环境的影响并跟踪他们的田地捕获了多少温室气体，从而创建一个记录他们努力的碳分类账。

2.智能肥料

传统上，需要大量的化石燃料才能将空气中的氮气转化为肥料。此外，对于农民来说，在正确的时间将正确数量的肥料准确地投放到正确的地方，以使作物有效地利用肥料是一项挑战。

肥料经常被过度施用，而没有被作物使用，最终成为污染，如温室气体或水污染物。但新一代肥料旨在解决这些问题。

智能生物肥料使用经过培育或改造的微生物与作物和谐相处，并从环境中捕获养分，无浪费地提供给作物。

3、精准发酵

自古以来，人类就利用微生物将糖和淀粉转化为发酵产品，例如啤酒、葡萄酒和面包。但不久之后，精密发酵将用于生产更多的产品。

几十年来，这项技术一直用于制造世界上大部分的胰岛素和用于制作奶酪的凝乳酶。美国最近允许在冰淇淋中使用不含动物成分的发酵乳蛋白——通过将产奶基因插入微生物制成——现在已经上市销售。精准发酵的产品在各地超市随处可见只是时间问题。

未来，如果发酵微生物被喂养废物（例如酿造过程中剩余的“废谷物”或植物蛋白中的废淀粉），农民可以用有机材料制造低影响、高价值的产品，这些产品将否则会被浪费并分解成温室气体。

4.垂直农业

虽然没有什么比新鲜水果和蔬菜更好，采摘成熟后立即食用，但可悲的现实是，在加拿大、美国北部和欧洲北部食用的大部分新鲜农产品来自美国西南部或南半球的工业化农场。这条长途冷链的碳足迹很大，产品的质量也不一定是最好的。

新一代垂直农场旨在通过使用节能 LED 灯在家附近生产全年作物来改变这一现状。这些受控环境农业设施比传统农场使用更少的水和劳动力，并在小块土地上生产大量新鲜水果和蔬菜。

更重要的是，这些设施在北美和欧洲如雨后春笋般涌现，尤其是在新加坡和日本。尽管关于当前一代的垂直农场在能源使用方面是否更好仍有相当大的争论，但他们越来越准备使用可再生能源来确保全年的碳中和新鲜农产品供应，即使在加拿大北部也是如此。

5.沼气

畜牧设施的粪便难以管理，因为它可能成为水污染和温室气体排放的来源。然而，如果将牲畜粪便放入厌氧消化池中，就有可能将天然产生的甲烷捕获为绿色天然气。

如果规划得当，沼气池还可以将城市有机废物转化为可再生能源，从而使农业有机会为可持续能源组合做出贡献。这已经在安大略省的农场上发生了，那里的新一代沼气池正在帮助提高农场收入并取代化石燃料。

驱动系统改变

当这些技术联系在一起时，它们会变得更加令人兴奋。例如，连接到畜牧场的沼气收集器可用于产生运行生产无动物乳制品的发酵设施所需的能量。

同样，如果植物性蛋白质（例如来自豌豆等豆科作物的蛋白质）在农场使用再生农业技术生产并在当地加工，则剩余的淀粉可用于精确发酵。虽然我们不知道这个过程正在大规模进行，但它潜在的可持续性效益是巨大的。

释放这些好处的关键是发展循环食品系统的农业食品企业，这样一个步骤的废品就可以成为另一个步骤的有价值的投入。循环食品系统的一个重要补充是从田间到餐桌的碳追踪，从中获益。

实现碳中和循环食品经济的技术正在迅速走向成熟。上述五种技术成为主流可能只需要几年时间。

今天，世界面临着本世纪最大的挑战之一：如何为世界上不断增长的人口提供营养，应对气候变化，同时又不破坏我们赖以生存的生态系统。但我们正处于拥有养活未来和保护地球的工具的边缘。