用“多勞多得”來描述農業生產一點也不為過。人們耕種的土地越多，生產的糧食就越多；人們施用的水、化肥和農藥越多，收成就會越豐裕。
盡管現代農業成功地為數十億人提供了食物，但它的迅速擴張也導致了生物多樣性的喪失、水道污染和溫室氣體排放的增加。隨著世界人口逐步攀升至百億，以及氣候變化影響的日益顯現，這種做法顯然是不可持續的。
“我們需要在未來看到的重大進展，即要以‘可持續集約化’為框架，用更少的成本獲得更多，”英屬哥倫比亞大學資源、環境與可持續發展研究所代所長Navin Ramankutty表示。
取長補短
關于糧食和農業未來的爭論常常被視為兩種看似截然不同方法之間的一種選擇。一種是傳統農業，其目標是通過依賴灌溉系統、合成肥料和農藥的大規模單一耕作來生產盡可能多的糧食；另一種是有機農業，優先考慮可持續性，利用自然投入和過程使農場更適合自然。
如今，一種被稱為“可持續集約化”的概念正在不斷演變，它試圖通過汲取傳統農業和有機農業的優勢，同時盡量減少它們的不足（比如傳統農業過度使用肥料，以及有機農業的低產量趨勢），從而彌補兩者之間的差距。
“我們不能失去保護性農業或者有機農業，”堪薩斯州立大學的作物科學家Vara Prasad解釋道。“與此同時，我們也不能讓現在正在發生的負面影響污染我們生存的環境。”
可持續集約化的理念認為，需要生產足夠的糧食來養活不斷增長的人口，但卻力求以最環保的方式實現這個目標。值得一提的是，該理念注重提高產量（特別是每單位土地生產的糧食數量），從而最大限度地減少將森林和其他未開墾土地轉變為農場的需求的方法。
在談到巴西和印尼因農業擴張而造成的森林砍伐時，Ramankutty憂心忡忡地說，“那次的森林砍伐產生了很大的影響，因此我們所能做的一切都是為了避免這種情況的再度發生。”
環境可持續性與增加產量同樣重要，Prasad指出。除了保護荒地外，環境目標還包括減少溫室氣體排放、氮磷徑流流失和農藥污染，以及保護淡水資源。然而，可持續集約化理念深知沒有完美的解決方案。畢竟有這么多的目標，自然需要有所取舍。
當然，可持續集約化并沒有指定特定的技術或者做法。不過，它更側重于預期結果：在更少的土地上種植更多的糧食，減少對環境的負面影響。
雙贏策略
盡管這一概念是開放的，但從事可持續集約化研究的科學家們指出了一些有證據支持的策略和技術，這些策略和技術可以提高產量，同時還能實現環境收益。根據最近發表在《自然—可持續性》雜志上的一項研究估計，占地約4.53億公頃（10億英畝）的1.63億個農場正在實施某種形式的可持續集約化。
實施可持續集約化最有希望的策略之一是改善作物和牲畜品種。通過傳統育種或基因工程培育抗病蟲害的種子，既可以提高產量，也能減少農藥的使用。適合當地條件和極端天氣（如干旱和炎熱）的品種，也可以幫助農民在不破壞生態系統的情況下生產更多的糧食。
有效利用投入是可持續集約化實踐的一個共同目標。綜合病蟲害管理，采用諸如生物防治等策略來防治病蟲害，可以在不傷害益蟲的情況下保護農作物。2015年，一項針對85個綜合病蟲害治理項目的整合分析就發現，項目和作物平均增產約41%，同時農藥使用量下降至31%。同時，保護性農業實踐（例如免耕種植、覆蓋種植和作物輪作）可以改善土壤質量，減少雜草，降低成本，并將碳儲存在地下。
在農作物和牧場及其周圍種植樹木和灌木可以讓農民和當地生態系統獲益，還能為鳥類和其他生物提供棲息地。在這種農林復合經營系統中的樹木可以保護動物免受夏季炎熱太陽和冬季凜冽寒風的傷害，而該系統中生長的營養豐富的草則可以迅速且成本低廉地喂養牲畜。農場內外的樹木可以固定土壤中的氮，隔離碳，并減少徑流流失和土壤侵蝕。
像精密農業設備（即將詳細數據與機器人、傳感器和成像技術結合起來，以更有效的方式播種和澆水、施肥和撒農藥）等技術，可以在降低投入成本的同時，提高已經高產的農場的生產率。在眾多正在開發的雙贏技術中，既有不斷改進的天氣預報工具，又有助于農民選擇最佳的種植和收獲日期，還有固氮液體益生菌，它們至少可以替代一些合成肥料。
另一種策略則是在休耕土地上種植作物，同時在現有耕地上種植和收獲更多的作物。這樣做可以提高已開墾耕地的生產力，減少對森林和其他自然棲息地的轉化需求。
“其實技術工具并不缺乏，人們可以利用它們來提高作物產量，同時減少對環境的影響，”普林斯頓大學教授、世界資源研究所研究員Tim Searchinger表示。“這不是一個科學問題，而是一個實踐問題。”
定位恰當
在一些地區，例如撒哈拉沙漠以南的非洲地區，由于土壤缺乏水分和養分，所以作物產量非常低。這一較低的基準就意味著現代農業工具可以在從現有農田獲取更多的糧食中大顯身手。不過，如果這種集約化是可持續的，那么將這一途徑與教育農民避免浪費和污染的最佳實踐相結合是至關重要的，Prasad指出。
實際上，“經常被遺忘的一件事是施肥本身并不是壞事，”牛津大學博士后研究員Michael Clark解釋說。“但當你開始施用太多的時候，它就成了一個問題。”
目前，中國正通過資助農業科學家扎根農村，向農民傳授何時以及如何更有效地施用化肥，從而遏制化肥的過度使用。這些舉措幫助了2000多萬小農戶將玉米、大米和小麥的產量提高了10%，同時減少了15%的化肥使用量，在這一過程中也顯著減少了溫室氣體排放。
在一些剛剛采用水灌溉系統來提高農作物產量的地區，最先獲得水資源的農民往往會過度使用這種寶貴的資源，而留給后來者的資源就會越來越少。地方法規和水資源協會則可以發揮相應作用，幫助農民以更有效、公平和可持續的方式使用水資源。
除了農業技術和實踐外，建立相應機構也是可持續集約化的重要組成部分。Prasad指出，在發展中國家投資農民田間學校和開展推廣項目對于幫助農民實施可持續的實踐和技術是必要的。
可持續食物系統
可持續集約化雖然是農業可持續發展的重要組成部分，但單靠它是無法實現可持續發展目標的。
如果我們試圖在不擴大耕地的情況下生產足夠的糧食來滿足當前的預期，那么從2006年到2050年，我們就需要比1962年到2006年多增加11%的糧食產量——鑒于過去的增長主要歸功于增加的投入，這無疑是一個艱巨的任務。
此外，在Clark看來，一個真正的可持續的食物系統還必須解決食品浪費和暴飲暴食的問題，并把人們的飲食從肉類和乳制品中轉移出來，因為肉類和乳制品在農業的環境足跡中所占的比例非常大。
值得注意的是，按照“杰文斯悖論”（Jevons paradox），提高效率可以激勵農民增加生產，從而導致更多的土地開墾。為避免出現這種矛盾，讓人們從可持續集約化中獲得最大收益，我們就必須更好地確保自然區域不受農業擴張的限制。
盡管困難和挑戰重重，但可持續集約化的數學原理很簡單：在對環境影響最小、面積最少的土地上生產的糧食越多，人類和自然將會變得越好�！�