본 논문에서는 환경이 작물에 부과하는 제약과 작물 생산 시스템이 환경에 미치는 영향을 포함하여 광범위한 작물과 환경 상호 작용에 대한 최신 지식을 검토합니다. 작물 가치 사슬의 3단계(생산 전, 작물 생산 중, 생산 후)에서 작물 수확량에 대한 환경적 제약(불량한 토양, 물 부족, 작물 해충 및 질병 포함)과 작물 생산이 환경에 미치는 영향(예: 토양 침식, 물 고갈, 오염 및 해충 저항성)에 대한 요약이 제공됩니다. 그런 다음 출판물 분석을 사용하여 제약 조건과 영향을 개별적으로 검토하여 작물과 환경 상호 작용의 상대적인 심각성과 2000년 이후 출판된 문헌에 반영된 작물 환경 영향에 대한 최근 연구의 양을 평가합니다. 작물의 중요성, 작물과 환경 관계의 강도, 현재까지 문헌에서 우리가 현재 알고 있고 모르는 것의 깊이를 고려하여 잠재적으로 가치가 높은 연구의 미래 영역이 제안됩니다. 결론적으로, 환경적 제약을 극복하고 지역 및 농업 시스템 전반에 걸쳐 소규모 작물 생산에 있어 부정적인 환경 영향을 최소화하기 위한 문헌 및 전문가 경험의 모범 사례에 대한 개요가 설명되어 있습니다. 이러한 중요한 작물에 대한 이용 가능한 증거를 종합하고 농생태 시스템에 내재된 피드백 루프를 강조함으로써 우리는 농업 개발 이니셔티브에서 다양한 작물과 환경 상호 작용에 대한 작물 간 토론과 정보에 입각한 토론을 자극하기 위한 프레임워크를 제공하고자 합니다. 이 작업은 연구 기획자, 정책 입안자 및 자금 지원 담당자가 식량 작물 생산 관행과 관련된 환경 제약 및 영향을 더 잘 이해하고 제약을 극복하고 영향을 완화하기 위해 확립된 모범 사례를 더 잘 이해하는 데 도움이 될 수 있습니다[1].
환경 요인이 작물 수확량에 미치는 영향 대저토마토
환경적 또는 생태학적 요인 또는 환경적 요인은 생물적 또는 비생물적이며 살아있는 유기체에 어느 정도 영향을 미치는 모든 요인입니다. 비생물적 요인에는 주변 온도, 햇빛의 양 또는 강도, 유기체가 살고 있는 물과 토양의 pH가 포함됩니다. 환경 요인에는 지역 환경을 변화시키는 모든 것이 포함됩니다. 여기에는 날씨와 같은 자연적인 힘과 생분해되지 않는 쓰레기와 같은 인간의 영향이 포함됩니다. 환경 요인은 농업에 있어서 식물이나 작물의 특성에 기여하는 비유전적 요인입니다. 즉, 유전적 요인을 제외하고 식물의 생장 및 발달에 영향을 미치는 모든 요인의 구성요소이다. 내부적 요인으로 설명되는 유전적 요인과 구별하기 위해 외부 요인이라고도 합니다.
열악한 토양, 물 부족, 농작물 해충/질병/잡초, 부적합한 온도 등 자연적으로 발생하는 광범위한 생물적 및 비생물적 제약은 식량 작물의 생산성을 저하시켜 투입 사용 효율성을 낮추고 작물 생산량을 억제하며 궁극적으로 식량 안보를 감소시키는 효과로 잘 알려져 있습니다. 스트레인지 앤 스콧, 2005; 그레고리 외, 2005; 랄, 2009; Waddington 외, 2010; Knox et al., 2012는 환경 요인이 작물 생산과 최종 수확량에 미치는 영향을 모두 설명했습니다. 그러나 광범위한 식량작물 생산 시스템(사하라 이남 아프리카에서 널리 발견됨)과 집약적 작물 생산 시스템(남아시아에서 흔히 볼 수 있음)의 농업 관행 자체가 환경에 부정적인 영향을 주어 식량 생산 및 식량 작물 수확량에 대한 생물적, 비생물적 제약을 악화시키고 있다는 우려도 커지고 있습니다(Poppy et al., 2014; Dogliotti et al., 2014; Chartres and Noble, 2015) [2]. 광범위하고 집약적인 식량 작물 생산 시스템에서 사용되는 작물 생산 시스템은 환경의 품질, 생존 가능성 및 지속 가능성에 부정적인 영향을 미칩니다. 작물 생산 시스템이 환경에 미치는 일반적인 예로는 농업과 관련된 삼림 벌채, 토양 침식, 영양분 채굴, 물 고갈, 토양/물/대기 오염, 생물 다양성 손실 및 기후 변화를 통한 환경 악화가 있습니다. 이 모든 것은 농업과 농업 생태계의 장기적인 생존 가능성을 위협합니다(Cassman et al., 2003; Keating et al., 2010; Phalan et al., 2011; Pretty et al., 2011; Tilman et al., 2011; Chartres and Noble, 2015) [3].
올바른 유전자 조합을 통해 유리한 환경은 높은 작물 수확량을 보장할 수 있습니다. 반대로, 불리한 조건은 유전자의 완전한 발현을 무효화하거나 감소시킬 수 있습니다[3].
이러한 점에서 식물 성장 인자는 식물 특성은 물론 적응 및 최종 수확량을 제어하거나 영향을 미친다고 말할 수 있습니다. 일반적으로 식물의 성장과 발달에 영향을 미치는 두 가지 요인이 있습니다. 식물 발현의 기초(유전자)가 세포 내에 위치하기 때문에 내부 요인이라고도 불리는 유전적 요인. 환경적 요인은 외부적 요인으로 간주되며, 유전적 요인을 제외한 생물학적, 비생물적 요인을 모두 의미합니다. 두 식물 성장 인자는 다양한 방식으로 상호 작용합니다. 유전적 요인은 식물의 특성을 결정하는데, 이것이 발현되는 정도는 환경이나 환경적 요인에 의해 영향을 받습니다. 빈은 언제나 빈이다. 옥수수는 항상 옥수수이며 유전자 구성에 따라 결정되는 다른 어떤 것도 될 수 없습니다. 물이 있는 곳, 사막, 그늘진 환경, 기타 생태학적 서식지에 자연적으로 적응하는 특별한 특성을 가진 식물이 있지만, 식물이 나타내는 다양한 특성은 동일한 종 및 클론 내에서도 반드시 똑같지는 않습니다. 이러한 편차는 서로 다른 기간, 서로 다른 위치 또는 서로 다른 관리 수준으로 재배되는 식물에서 더욱 두드러집니다[4].
유리한 환경 없이는 유전적 요인으로 인해 식물 특성이 발달할 수 없는 것으로 알려져 있습니다. 작물 품종은 식물이 높은 수확량을 생산할 수 있는 청사진을 제공하는 유전적 구성(유전 인자)을 가질 수 있습니다. 그러나 적절한 영양분과 기타 투입물(환경 요인)의 충분한 공급이 없으면 수확량이 형편없거나 최악의 경우 생산에 실패할 수도 있습니다. 증가된 수확량은 자연적으로 적응된 조건에서 작물을 재배하거나 그러한 조건을 작물의 성장과 발달에 유리하도록 조작함으로써 달성될 수 있습니다. 사실 인간은 연구, 즐거움, 음식 또는 상업적 목적을 위해 자연 서식지에서 멀리 떨어진 곳에서 식물을 재배하기 위해 환경을 조작하는 방법을 오래 전부터 배웠습니다. 열린 들판에서 자연적으로 자라는 거대한 나무를 종종 볼 수 있습니다. 그러나 물과 영양분 공급이 부족한 열악한 환경에서 자라는 같은 종의 나무들은 위축되는 경향이 있습니다. 식물 성장 인자의 이러한 상호 작용은 수세기 전에 실현되었으며 분재 나무를 만드는 데 놀라운 효과를 발휘하여 널리 적용되었습니다. 지속적인 뿌리와 가지 가지치기를 통해 인간의 손으로 조작하고 얕은 화분에서 자라면서 소형화된 형태의 크고 울퉁불퉁하며 늙은 나무가 자연적으로 자라는 나무의 수명을 능가할 정도로 여러 세대에 걸쳐 살아온 것이 만들어졌습니다[4].
식물은 순응을 통해 자연 서식지에서 벗어난 조건에 적응하도록 만들 수도 있지만 특정 지점까지만 가능합니다. 묘목장 관리에서는 묘목을 옮겨 심기 위한 준비로 묘목을 순응시키는 과정을 경화라고 합니다.
식물 자체는 높은 수확량, 개선된 품질, 해충 및 질병에 대한 저항성, 환경 스트레스에 대한 내성 등 바람직한 특성을 가진 품종을 생산하도록 유전적으로 조작되어 왔습니다. 생명공학의 발달로 토마토, 옥수수, 기타 농작물과 같은 형질전환 품종을 재조합 DNA 기술을 통해 생산하는 것이 가능해졌습니다.
1994년에 최초의 형질전환 품종인 Flavr-Savr 토마토가 미국에서 출시되었습니다. 과일을 부드럽게 만드는 폴리갈락투로나제 효소를 생성하지 않습니다. 결과적으로, 토마토 열매는 너무 부드러워지거나 떨어지지 않고 식물에 더 오랫동안 부착된 상태를 유지합니다. 토마토 과일은 유통기한도 더 깁니다. 옥수수, 대두, 면화, 캐놀라 및 감자에서는 해충 저항성을 위해 Bacillus thuringiensis 박테리아의 내독소 또는 Bt 유전자를 운반하는 형질전환 품종이 생산되었습니다(Lantican, 2001) [3].
식물 성장 인자 조작의 또 다른 이정표는 프로비타민-A 생합성 경로가 배유에 유전적으로 조작된 황금벼입니다. 개발도상국의 비타민A 결핍을 예방하기 위해 개발되었다고 주장된다(Potrykus, 2001) [4].
따라서 식물 성장 인자인 유전적 요인과 환경적 요인 모두 농작물 재배와 관련된 인간의 목적에 맞게 변형될 수 있습니다[4]. 생물학적 요인은 식물의 성장과 발달에 영향을 미치는 다양한 방식을 포함하여 거대 유기체와 미생물 모두를 포함하는 살아있는 유기체를 의미합니다[5]. 이들 유기체는 표현형 발현에 대한 유전적 요인의 발현에 영향을 미치는 환경의 살아있는 구성요소입니다. 거대 유기체는 인간 및 기타 포유류, 조류, 곤충, 거미류, 연체 동물 및 식물과 같은 동물을 말하며 미생물에는 곰팡이, 박테리아, 바이러스 및 선충이 포함됩니다. 식물 발현에 대한 이러한 살아있는 요소의 영향은 식물과 상호 작용하는 방식에 따라 유리할 수도 있고 불리할 수도 있습니다. 이러한 상호작용에는 상리공생, 초식공생, 기생, 타감작용이 포함됩니다.
상호공생은 생물적 요인과 식물 모두가 관계를 통해 이익을 얻는 종간 상호작용입니다. 상호공생을 통해 식물 성장 및 발달에 유익한 영향을 미치는 예는 다음과 같습니다.
(1) Rhizobium 박테리아와 콩과 식물의 공생 관계. rhizobia는 콩과 식물의 뿌리에 살며 숙주 식물로부터 에너지를 공급받습니다. 그 대가로 rhizobia는 대기 중 질소를 고정하여 흡수 가능한 형태로 식물에 공급합니다. 질소는 식물의 성장과 발달에 필수적인 다량 영양소입니다. 이는 효소, DNA 및 엽록소 분자의 구성 요소입니다. 풀과 콩류도 상호 연관성을 발전시킵니다.
(2) 숲, 과일나무, 일년생 작물을 포함한 기타 식물은 토양에서 물과 영양분(인, 아연 등)의 흡수를 돕는 미생물과 관련되어 있습니다.
(3) 새, 곤충 및 박쥐는 꽃밥에서 암술머리로 꽃가루를 전달하는 수분 매개체 역할을 하며, 이는 속씨 식물의 꽃에서 과일과 씨앗이 자라기 위한 전제 조건입니다. 보상으로 수분매개자는 꽃이 분비하는 꿀을 먹거나 식물로부터 다른 이익을 얻습니다.
초식동물에서는 반추동물, 설치류, 곤충, 연체동물과 같은 초식동물이라고 불리는 식물을 먹는 유기체가 식물의 일부를 먹습니다. 작물의 성장과 수확량에 심각한 해로운 영향을 미치는 초식동물을 해충이라고 합니다. 이러한 생물적 요인으로 인한 피해는 전체 식물이나 기관의 죽음, 감소된 뿌리, 줄기, 잎 또는 꽃차례 질량, 전체 낙엽, 식물 부분의 구멍 및 구멍, 기타 섭식 흔적 등 다양합니다. 반추 동물에 의한 지속적인 방목으로 인해 잎이 소형화되고 몰라브(Vitex parviflora) 및 목초지에서 자라는 기타 나무가 작아지는 것으로 관찰되었습니다. 일부 곤충은 작물 수확량을 감소시키거나 식물 전체를 죽일 수 있는 식물 질병과 관련이 있습니다. 진딧물, 깍지벌레, 비늘벌레는 그을음 곰팡이와 관련이 있습니다. 초식동물의 피해를 방지하기 위해 식물은 화학적, 물리적 전략을 포함한 초식 방지 방어 체계를 발전시켜 왔습니다. 다양한 식물은 니코틴, 모르핀, 카페인, 아트로핀과 같은 청색 생성 물질과 같은 독성 화합물을 생성합니다. 겨자유, 테르페노이드 및 페닐프로판. 일부 식물은 잎에서 음식의 소화를 방해하는 다량의 탄닌과 수지를 생성합니다. 다른 것들은 선인장과 같이 가시와 찌르는 털을 가지고 있습니다 [6].
기생충은 기생충이라고 불리는 한 유기체가 이익을 얻지만 숙주라고 불리는 다른 유기체에 해를 끼치는 두 유기체 사이의 상호 작용입니다. 기생충은 숙주로부터 먹이를 훔칩니다. 곰팡이, 박테리아, 바이러스 등의 미생물은 작물에 질병을 일으켜 작물에 피해를 주는 것을 병원체라고 합니다.
Papadakis(1978)에 따르면 두 식물이 서로 근접하게 자랄 때 둘 다 부상을 입거나 둘 중 하나가 죽거나 둘 다 성장이 둔해진다는 보편적인 관찰이 있습니다. 그는 1930년대 초에 시작된 실험을 인용하여 매우 넓은 한계 사이에서 단위 면적당 식물 밀도는 높은 밀도에서 식물당 수확량이 낮더라도 총 수확량에 대한 눈에 띄는 차이 없이 여러 배 증가할 수 있음을 보여주었습니다.
Went(1973)도 마찬가지로 확립된 식물에서 식물의 발아와 성장이 (몇 가지 예외를 제외하고) 억제된다는 것을 관찰했습니다. 식물 밀도가 증가하면 식물 성장이 억제되지만 억제는 모든 식물에 동일하게 적용됩니다. 빛이 제한되고 광합성이 거의 불가능한 열대 우림 지역에서는 소수의 허브만 자라며 대부분의 나무 묘목에는 잎이 거의 없습니다. 그는 이 묘목의 성장과 발달이 식물 경쟁이 아니라 그늘에 의해 억제된다는 점에 주목했습니다. 그는 식물 경쟁이 존재하지만 활발한 경쟁으로 인해 경쟁자가 제거되는 동물계와 같은 방식은 아니라고 결론지었습니다. 다음과 같은 경우에 그는 경쟁이라는 용어가 적용될 수 있다고 설명했습니다. (1) 타감작용 물질의 배설이나 삼출을 통해 그 식물이 퇴출될 수 있는 다른 식물과의 싸움; (2) 상호 억제를 유발하는 물, 빛, 영양분과 같은 제한된 상품을 위해 쟁탈전을 벌입니다.
1903년과 1917년의 피커링 뿌리 독소 이론을 확인한 자신의 실험을 포함한 포괄적인 검토를 통해 Papadakis(1978)는 식물이 뿌리에서 독성 물질을 배출한다는 결론을 내렸습니다. 이러한 물질은 모든 식물 종에서 배출되며 이를 배출한 뿌리를 포함하여 모든 식물에 유해합니다. 그러나 삼출물과 이에 대한 민감도의 정도는 식물마다 다를 수 있습니다. 그는 현재 타감작용이라고 불리는 이 식물 상호작용이 한 식물이 다른 식물에 대해 해를 끼치거나 억제하는 효과를 일으키는 원인이라고 주장합니다.
의도적으로 재배하거나 작물을 재배하는 다른 식물에 해로운 영향을 미치는 식물을 잡초라고 합니다. 이 생물적 요인(잡초)에 대한 내성은 작물마다 다릅니다. 큰 캐노피를 가진 식물은 특정 식물의 성장을 억제하는 그늘을 생성하지만 동일한 그늘은 많은 sciophytes를 선호합니다. 마찬가지로, 다른 생물적 요인인 초식동물과 병원균에 대한 식물의 저항성은 다양합니다.
작물 생산은 토지의 단위 면적당 높은 수확량을 생산하기 위해 토양 및 대기 환경에 대한 식물 형태학적(또는 구조적) 및 식물 생리학적(또는 기능적) 반응을 활용하는 것과 관련이 있습니다. 성장은 돌이킬 수 없는 크기나 무게의 증가입니다.
작물 생산은 인간에게 식량을 제공하고 동물에게 사료를 제공하며 옷감에 섬유를 제공합니다. 토지는 변하지 않는 천연자원이고, 인구의 부담은 엄청나게 증가하여 1인당 면적은 감소합니다. 따라서 가용 토지에서 단위 면적당 생산량을 늘려야 한다. 이를 위해서는 작물 생산의 모든 요소에 대한 면밀한 연구가 필요합니다.
- 작물이 자라는 토양
- 식물의 생명인 물
- 사람에게 음식을 주고 동물에게 먹이를 주는 식물
- 농부가 직접 숙련된 관리로
- 인간이 통제할 수 없지만 성장, 발전, 생산을 결정하는 기후.
- 작물의 유전적 특성은 유전자 구성이며 작물 생산에 활용될 수 있습니다.
환경 악화와 생태계 구성 요소의 손실로 인해 식량 작물의 수확량이 감소할 것입니다. 관개 및 생산에 있어 지속가능하지 않은 관행은 토양 염분화 증가, 토양 영양분 고갈 및 침식을 초래할 수 있습니다. 이는 결국 수율을 낮추게 됩니다. 일부 토지의 생산성은 토양 침식과 사막화로 인해 50% 감소했습니다. 아프리카는 토지 황폐화로 인해 가장 심각한 영향을 받는 대륙으로 간주됩니다. 지구 기후 변화는 식량 생산에도 영향을 미칠 수 있습니다. 전반적인 재배 조건(강수량 분포, 온도 체제)을 변경하여; 홍수, 폭풍, 가뭄과 같은 더 극단적인 날씨를 유발함으로써; 침입성 외래종을 포함하여 침입 범위, 유형 및 빈도가 증가합니다. 이 모든 것은 수율에 부정적인 영향을 미칠 것입니다.
Edaphic 또는 토양 요인: 토양은 다음과 같이 정의할 수 있습니다. 토양은 식물 성장을 위한 천연 매체 역할을 하는 지각의 얇은 층입니다. 토양은 풍화 작용과 토양 생물의 작용, 토양에 존재하는 다양한 화학 물질의 상호 작용으로 인해 모암이 분해 및 분해되어 형성됩니다. 토양은 빗물, 온도, 동식물 잔재물 등의 작용에 의해 장기간에 걸쳐 풍화작용을 거쳐 모암으로부터 형성됩니다.
유발 요인이 작물 수확량에 미치는 영향
식물의 생장 및 발달에 영향을 미치는 유전적 요인은 유전자, 염색체, 게놈 및 환경적 요인을 제외한 유전자 발현을 결정하는 모든 요인을 의미합니다. 이는 식물 내부, 특히 세포 내부에서 식물 특성을 결정하기 때문에 내부 요인이라고도 합니다. 즉, 식물은 그러한 특성을 식물에 내재시키는 요인이 있기 때문에 독특한 특성을 나타냅니다.
유전자(그레고르 멘델의 “인자”)는 유기체의 생물학적 특성을 결정하고 번식 시 부모로부터 자손에게 전달되는 정보의 전달자입니다. 이는 유전(부모로부터 자손에게 특성이 전달되는 것)의 화학적 기초라고 불리는 디옥시리보핵산(DNA)으로 구성됩니다. DNA는 식물의 단백질, 특히 효소 합성을 지시합니다. 각 효소는 차례로 특정 생화학 반응을 촉진하여 특정 생성물을 형성합니다. 생화학 반응이 진행되기 위해서는 특정 효소를 이용할 수 있어야 합니다[7].
유리한 환경 조건이 있는 경우 유전자의 전체 조합이 유기체의 최종 특성을 결정합니다. 유기체가 식물, 동물, 곰팡이, 원생생물, 모네란 중 어느 것인지를 결정합니다. 이 유전적 요인은 또한 식물이 나무, 관목, 허브, 덩굴, 덩굴 식물, 유관속 식물인지 비관속 식물인지, 겉씨식물인지 속씨식물인지를 결정하고 종, 변종, 계통 또는 계통의 가장 작은 분류까지 결정합니다. 이는 적응, 해충 및 질병에 대한 저항성, 스트레스 내성 및 작물 수확량을 제어합니다[7].
유전적 요인의 기초 연구를 개척한 공로는 그레고르 멘델(Gregor Mendel)에게 돌아갑니다. 그는 유전자가 균일하고 예측 가능한 방식으로 세대 간에 전달된다는 사실을 발견했습니다. 그는 7쌍의 대체 특성이 다른 진정한 품종의 완두콩 계통을 교배했습니다. 완두콩에서 이러한 관찰 가능한 특성, 즉 표현형의 유전은 단일 유전자 쌍으로 구성된 유전적 구성, 즉 유전자형에 의해 제어된다는 것이 현재 알려져 있습니다.
그레고르 멘델(Gregor Mendel)도 마찬가지로 별도의 유전자 쌍에 속하는 대립 유전자가 다른 유전자 쌍과 독립적으로 자신의 효과를 주장한다는 개념을 입증했습니다. 다르게 말하면, 각 유전자 쌍은 서로 독립적으로 작용하여 정원 완두콩의 표현형 빈도 3/4는 2세대 자손의 주름진 씨앗 1/4에 대해 매끄럽게 표현되거나 F2는 식물이 키가 크든 작든 상관없이 일정하게 유지됩니다. 이를 멘델의 독립적 분류 법칙이라고 합니다.
그러나 현실은 유전자 발현이 항상 독립적 분류의 법칙을 따르지는 않는다는 것이다. 두 개 이상의 유전자 쌍이 상호작용하여 상위성이라고 불리는 대립유전자간 상호작용인 새로운 표현형을 형성하는 경우가 많습니다. 다른 상호 작용 및 유전 현상은 다중 유전자, 배수성 및 돌연변이와 같은 식물 특성에 영향을 미칩니다.
그러나 유전자나 유전형이 자연적으로 변형되어 새로운 형질이 형성되는 경우도 있습니다. 이를 돌연변이라고 하며, 예를 들어 뱀 식물(Sansevieria trifasciata)과 같은 여러 식물에서 흰색 잡색 또는 색소 결핍의 출현으로 예시됩니다. 돌연변이가 유도될 수 있는데, 이는 방사선 조사나 돌연변이 육종을 통해 새로운 품종을 생산하는 데 활용되어 온 현상입니다.
화학적 및 분자적 수준에서 유전적 요인에 의한 식물 발현 제어의 복잡성을 해소함으로써 유전공학 분야의 발전이 가속화될 수 있는 길을 열었습니다. 재조합 DNA 기술을 통해 유전자는 이제 한 유기체에서 다른 유기체로 전달될 수 있습니다.
다양한 이유로 농경지와 높은 작물 수확량 잠재력이 상실되었으며, 그 중 가장 주목할만한 것은 다음과 같습니다.
- 급속한 도시 개발과 이에 따른 기반 시설 개발은 주로 농경지, 작물 수확량 잠재력 및 식량 안보를 희생시켰습니다. 정착지에 따라 마을과 도시가 성장합니다. 인접한 농경지는 도로, 산업 및 건물을 수용하기 위해 축소됩니다.
- 삼림 벌채와 부적절한 농업 관행으로 인해 농경지가 황폐화되었습니다. 주요 황폐화 지역은 아프리카, 적도 남부, 동남아시아, 중국 남부, 호주 중북부, 남아메리카의 팜파스 지역입니다. 사하라 이남 아프리카의 900,000평방 킬로미터 이상의 토지가 영양분 고갈이 계속되면 돌이킬 수 없는 황폐화의 위협을 받습니다. 아시아 대부분의 지역에서 산림은 줄어들고 있으며, 농업은 점차 한계 지역으로 확대되고 있으며, 영양분 침출과 토양 침식으로 인해 토지 황폐화가 가속화되고 있습니다.
- 식량작물에 대한 비식용작물 비율의 변화는 식량 생산에 이용 가능한 농경지에 상당한 영향을 미칠 수 있습니다. 바이오 연료(야자유에서 추출한 바이오디젤과 사탕수수, 옥수수, 콩에서 추출한 에탄올 포함)는 고유가 상황과 이산화탄소 배출을 줄이는 데 환경 친화적이라는 초기 인식으로 인해 눈에 띄게 되었습니다.
인도네시아, 말레이시아 등 많은 국가에서는 바이오연료를 농촌 생활 개선과 수출을 통한 경제 활성화의 기회로 보고 있습니다. 바이오연료는 잠재적인 저탄소 에너지원이지만, 미국, 브라질, 동남아시아에서 열대우림, 이탄지대, 사바나를 바이오연료로 전환하는 것은 실제로 바이오연료를 에너지원으로 사용함으로써 발생하는 온실가스 감소보다 더 많은 이산화탄소를 방출할 수 있습니다.
물은 식량 생산을 증가시키는 데 가장 제한적인 요소 중 하나로 간주될 수 있습니다. 대수층과 강에서 수자원을 과도하게 추출하면 이 자원이 많이 손실됩니다. 주로 인간의 활동과 사용으로 인해 많은 지역에서 하천 배출량이 감소했습니다.
침입성 외래종, 해충 및 질병은 식량 생산에 또 다른 위협입니다. 해충과 병원균은 사하라 이남 아프리카의 세계에서 가장 가난하고 식량이 가장 불안정한 지역의 작물 수확량에 특히 심각한 영향을 미쳤습니다. 극한 기후가 증가하면 식물 질병, 해충 발생 및 잡초의 확산이 촉진될 수 있습니다. 침입성 외래종의 확산은 기근 및 재해 긴급 상황 시 인도주의적 식량 지원 조항에서도 발생합니다. 식량 지원에는 더 낮은 위생 및 식물 위생 기준이 적용되기 때문입니다.
따라서 식물 해충, 잡초 및 동물 질병의 확산은 물리적, 정치적 경계를 넘어 발생하며 식량 안보에 위협이 됩니다. 침입외래종에 의해 가장 큰 영향을 받는 사람들은 식량, 연료, 의약품 및 건축 자재에 대한 접근, 자연재해로부터의 보호 측면에서 자연 생태계가 제공하는 안전망에 의존하기 때문에 생태계 서비스에 직접적으로 의존하는 소규모 자급 농민과 기타 사람들입니다.
축산물에 대한 수요 증가는 환경에 부정적인 영향을 미칠 가능성이 높습니다. 동물 사료 생산에 필요한 면적은 전체 경작지의 약 3분의 1에 달하는 것으로 추산됩니다. 더 많은 토지가 육류 산업을 위한 방목 및 사료 생산을 위해 농작물에서 전환될 수 있습니다. 가축 방목을 위한 토지 확장으로 인해 특히 라틴 아메리카에서 삼림 벌채가 증가했습니다. 과도한 방목은 토지 황폐화의 형태로 그 자체의 문제를 가져옵니다. FAO에 따르면 건조한 지역의 모든 방목지 중 70% 이상이 대부분 가축으로 인한 과도한 방목, 압축 및 침식으로 인해 황폐화된 것으로 간주됩니다.
작물과 환경의 상호작용을 관리하는 모범 사례
가장 중요한 환경적 제약과 영향은 작물과 농업 시스템에 따라 다르기 때문에 이를 관리하기 위한 “우수한” 관행은 다양하고 종종 상황에 따라 다릅니다(Waddington et al., 2010). 제약을 극복하고 환경 영향을 최소화하기 위한 적절한 전략은 지역 환경 조건, 가정 자원, 문화적 선호도, 생산 관행, 시장 접근, 공공 정책과 같은 요인에 따라 크게 다르며, 한 지역에서 배운 교훈은 다른 생태학적, 사회적 맥락을 가진 다른 지역에서 재배되는 동일한 작물에만 느슨하게 적용될 수 있습니다(Pingali, 2012). 더욱이 주어진 장소에서의 “좋은” 관행은 시간이 지남에 따라 작물 체계와 기후 변화에 따라 바뀔 수 있습니다(Lobell et al., 2011).
그럼에도 불구하고 사실상 모든 소규모 농작물 시스템에서 수확량 증가가 실현될 수 있으며 상대적으로 잘 이해된 개입을 통해 많은 환경 피해가 감소되거나 방지될 수 있습니다. 적절한 토양 준비, 작물 선택, 파종 시기를 포함한 물 관리 개선을 통해 유출수를 줄이고 관개가 없는 경우에도 이용 가능한 수자원을 활용합니다(Pretty et al., 2006, 2011; Pfwaster et al., 2011; Chartres and Noble, 2015). 소규모 자작농 시스템에서 작물 생산에 대한 물 제약을 극복하려는 노력에는 관개 및 기타 물 관리 관행, 지역 상황에 따른 다양하고 가뭄에 강한 품종의 사용이 포함됩니다(De Fraiture et al., 2010; Li et al., 2011).
농부들이 비료를 과도하게 사용하지 않도록 하고, 윤작 사용을 장려하고, 콩과종과 사이짓기하고, 경작을 줄이고, 농업 잔여물을 통합하는 등 토양 관리 개선(Snapp et al., 1998; Singh et al., 2009; Vanlauwe et al., 2010; Fageria, 2011; Chartres and Noble, 2015). 특히 최소한의 경작과 작물 잔재물 보유는 종종 토양 침식을 줄이고 온실가스를 감소시키며 토양 비옥도를 지원하고 수확량을 높일 수 있습니다(예: Tuong et al., 2005; Hobbs et al., 2008). 많은 사하라 사막 이남 아프리카 소규모 농작 시스템의 경우, 유기농 거름 및 목표로 하는 소량의 합성 비료와 함께 윤작 및 간작을 실행하면 작물 수확량과 투입재 투자로 인한 재정적 수익이 자주 증가하는 동시에 식품 시스템 안정성(총 작물 실패 위험 감소)과 생산되는 식품의 다양성이 향상됩니다(예: Snapp et al., 1998, 2010; Twomlow et al., 2010; Pretty et al., 2011; Thierfelder et al., 2012).
현명한 살충제 사용(Oerke and Dehne, 2004; Williamson et al., 2008)을 포함하여 통합 해충 관리(IPM)를 통한 개선된 해충(질병 및 잡초 포함) 관리는 주로 작물 건강을 지원하고 해충 발생을 억제하는 개입에 의존합니다(간작 및 해충을 유인하고 포획하기 위한 ‘밀어 당기기’ 시스템 사용(Khan et al., 2011)). 농부.
한계 토지와 생태학적으로 중요한 지역을 경작으로부터 보호하는 것뿐만 아니라 개선된 저장 방법 및 시설을 통해 수확 후 손실을 줄이려는 노력(World Bank, 2011; Tefera, 2012)을 포함한 향상된 사전 생산 결정은 작물과 지역 전체에 적용되는 환경 영향을 완화하기 위한 추가적인 일반적인 고려사항입니다. 실제로, 사하라 이남 아프리카에서 점점 더 많은 실증적 증거는 “올바른 토지에 대한 올바른 사용”을 일치시키기 위한 보다 공동의 노력이 식량 생산 증가와 야생 서식지 보존 증가를 동시에 가져올 수 있음을 시사합니다(Rodenburg et al., 2014). 상대적으로 더 생산적인 농경지에 농민의 경작 노력을 집중하면 수확량을 직접적으로 늘릴 수 있으며(예: Giller et al., 2006), 생태학적으로 민감한(종종 생산성이 낮은) 경사지와 언덕 위 토지를 경작에서 제외하면 향상된 수분 보유, 침식 제어 및 생태계 서비스 제공을 통해 작물 수확량의 양과 안정성을 더욱 높일 수 있습니다(Rodenburg et al., 2014).
작물 육종의 발전은 일부 환경 제약을 완화하고 작물 생산의 부정적인 환경 영향을 줄이는 데도 도움이 됩니다. 하지만 현재까지 소규모 자작농의 생산성 향상을 위한 현대 품종의 효율성은 혼합되어 있고 작물 재배가 환경에 미치는 영향을 줄인다는 증거는 거의 없습니다. 예를 들어, 수수와 기장 육종의 대부분은 다양한 기후 조건이나 한계 토지보다는 이상적인 조건에서 수확량을 늘리는 데 중점을 두었습니다(Schlenker 및 Lobell, 2010). 그리고 잡종 옥수수 작물의 많은 발전은 사하라 이남 아프리카와 남아시아의 많은 농부들이 사용하는 복잡한 저투입 시스템보다는 산업화된 ‘서구’ 농업의 전형적인 단독 작물 고투입 시스템에 초점을 맞춰 왔습니다. 이러한 조건에서는 이상적인 조건에서 수확량이 낮더라도 일반적으로 좋은 성능을 발휘하고 가뭄이나 투입량이 부족한 시기에 많은 현대 품종보다 성능이 뛰어날 수 있는 보다 전통적인 곡물 품종이 남아 있는 경우가 많습니다. 따라서 이러한 품종은 저영향 시스템의 위험을 회피하는 소규모 자작농에게 매력적입니다.
기후 변화는 아프리카 소규모 자작농에게 기후 영향을 완화하기 위해 재배 날짜 변경 및 비료 사용과 같은 적합한 관리 옵션과 적절한 작물 선택 및 개선된 품종을 결합할 수 있는 새로운 비용 효율적인 기회를 제공할 수 있습니다(예: Waha et al., 2013; Rurinda et al., 2014). 미래의 기후 변화는 사하라 이남 아프리카의 옥수수 수확량에 특히 해를 끼칠 것이며, 고온, 가뭄, 해충 등 여러 가지 생물적, 비생물적 제약의 심각성을 악화시키고 옥수수가 자랄 수 있는 지역을 감소시킬 것입니다. 가뭄과 고온에 더 잘 견디는 옥수수를 육종하고 사용하기 위한 일부 진전이 있었지만(Banziger et al., 2006; Shiferaw et al., 2011; Cairns et al., 2013), 옥수수 생산이 사하라 사막 이남 아프리카와 남아시아에서 이러한 비생물적 스트레스로 인해 실질적으로 제약을 받을 가능성이 높기 때문에 더 큰 개선이 필요합니다.
카사바가 환경에 미치는 영향을 관리하는 모범 사례에는 사이짓기(나무와 관목 포함) 사용 확대와 토양 비옥도를 유지하기 위해 수확 후 작물 잔재물을 토양에 포함시키는 것이 포함됩니다(Howeler, 2002). 깨끗한 재식 재료를 사용하는 것은 카사바의 바이러스성 질병을 관리하는 데 핵심이지만, 이를 전달하려면 감시, 통합 가루이 해충 관리, 작물 육종 및 종자 시스템과 같은 여러 분야에서 조정된 작업이 필요합니다(Legg et al., 2006, 2014). 토양 내 뿌리의 더 나은 저장, 개선된 수확 및 저장 관행, 개선된 가공 방법은 카사바의 수확 후 손실을 줄이는 데 특히 유용합니다(Lebot, 2009). 미래에는 주로 가뭄과 고온에 대한 내성으로 인해 카사바가 옥수수, 쌀, 수수 및 일부 기장보다 기후 변화에 더 탄력적일 것으로 예상되며 점점 더 곡물 대체품으로 사용될 수 있습니다(Paavola, 2008; Jarvis et al., 2012).
결론
모든 농업은 필연적으로 자연환경을 변화시킵니다. 그러나 많은 경우 자연 생태계에 대한 피해는 불필요하거나(생태계의 전부 또는 일부가 식량 생산량의 심각한 손실 없이 유지될 수 있기 때문에) 완전히 바람직하지 않습니다(생태계 전체 또는 부분적으로 손상되지 않은 경우 한계 농경지를 추가로 경작하는 것보다 지역적 또는 지역적 식량 생산 측면에서 더 많은 이점을 제공할 수 있기 때문입니다).
권장 사항
작가는 생태계 파괴를 방지하고 생태학적 측면에 대한 관심과 가치를 유지하는 것이 자신의 생활 방식의 일부가 되는 것을 모든 인류에게 권하고 싶습니다. 좋은 수확량을 내기 위해 노력하는 만큼, 환경은 작물 생산과 식량 공급을 지탱하는 환경이기 때문에 환경 보호에 우리 모두 관심을 가져주세요.
참고자료
1. 환경적 요인. BusinessDictionary.com.
(2017년 8월 15일 검색), BusinessDictionary.com 웹사이트에서: http://www.businessdictionary.com/definition/environmental-factors.html
2. http://www.investorwords.com/19284/environmental_factors.html#ixzz4qTLsFeZM http://www.investorwords.com/3881/profitability.html
3. Ben G. Bareja, 2014년 8월, 환경 요인: 작물 성장과 수확량에 어떤 영향을 미치고 어떻게 영향을 미칩니까?
4. Ben G. Bareja, 2011년 1월, 작물 재배와 관련된 식물 성장 인자
5. Ben G. Bareja, 2011년 1월, 생물학적 요인과 식물과의 상호 작용
http://broome.soil.ncsu.edu/ssc051/Lec3.htm
6. Ben G. Bareja, 2011년 1월, 서문 검토: 유전적 요인이 작물 성장과 수확량을 조절합니다
7. Travis W. Reynolds, Stephen R. Waddington, C. Leigh Anderson, Alexander Chew, Zoe True & Alison Cullen, 2015, 사하라 이남 아프리카 및 남아시아의 주요 식량 작물 생산과 관련된 환경 영향 및 제약.