維持我們的環境和健康所必需的糧食系統大轉型將需要對陸地和海洋農業進行大範圍的變革。本章探討了四種創新的農業方法，以及明智的經濟政策如何加快它們的採用。約翰 · 伊克德（John Ikerd）、帕蒂 · 坎特雷爾（Patty Cantrell）和漢娜 · 沃納森（Hanna Wernerson）描述我們如何讓從事小型多功能農業的人在公平的金融和管理環境下競爭。迪克森 · 德斯波米耶（Dickson Despommier）和查爾斯 · 尼爾施（Charles Knirsch）說明如何將支持永續農業的現有計畫改用於環境控制農業，從而減少化學製品和水的使用，同時保護農民免受氣候變遷加劇的天氣波動影響。妮可萊塔 · 巴蒂尼和布倫 · 史密斯（Bren Smith）探討「藍碳基金」的創建以及其他經濟和結構改革如何支持恢復性海洋農業。最後，布魯斯 · 弗里德里希（Bruce Friedrich）和斯蒂芬 · 考夫曼（Stephen Kaufman）著眼於政府在替代蛋白的研究和開發中可以發揮的作用，減輕畜牧業造成的環境負擔。這些農業方法中的每一種都具有巨大的環境和經濟前景，並且可以透過正確的政策手段在更廣泛的範圍內實施。
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地球其實是樂施的，只要我們將她視為愛人而不是頑敵。 ──喬爾·薩拉丁 (Joel Salatin) |
經濟發展的工業時代，包括農業工業化時代，人類行為對全球氣候變遷的影響急劇增加。工業化農業的支持者認為，可以透過改變生產方式和實施更複雜的農工技術，來減輕或扭轉其對氣候變遷的影響。工業化農業替代方案的支持者認為，工業化農業對氣候變遷的影響是工業範式的固有後果，因此必須從根本上改變或替換工業化農業。雙方都同意，應對氣候變遷的挑戰將需要對當前的農業方法和政策做出重大改變，但他們不同意這些變化的性質。
工業經濟發展從人力和自然資源中提取經濟價值，是一種非常有效的模式，是所有經濟價值的最終來源。工業化農業不可避免的生態挑戰在於工業化是一個線性過程，在將資源轉化為有用產品的過程中，不可避免地會產生化學和生物廢物。工業生產沒有將廢物中和或重新整合回生產過程的整體或內部程序。此外，工業化生產具有將更多廢物集中在特定地點的自然趨勢，而不是自然中和或吸收。工業製程也不具備更新或再生自然資源的生產能力，不可避免地在生產過程中消耗自然資源。
最終，工業經濟發展破壞了所有產業都必須在其中發揮作用的自然生態系統的生產力。這些工業製造作業的特點得到廣泛承認，並透過美國的《淨水法案》和《空氣清潔法案》等政府法規得到解決。然而，儘管工業化農業的農業化學和生物廢物會降解和污染自然環境，其作為一個產業仍未得到承認，並且幾乎不受監管。
工業化農業經營可以被稱為經濟上的單一功能，因為它們主要（雖然不僅僅）由利潤驅動，並為經濟效率而經營；擁有和經營它們是為了運作一項獨特的經濟功能。實際上，所有農場都是多功能的，而不是單一功能的，從某種意義上來說，農業總是對自然生態系統、社會群體和它們運行的經濟體產生經濟、社會和生態影響。這些功能的後果可能是正面的，也可能是負面的。
在本章中，單一功能的概念是指擁有的主要動機和經營意圖（Ikerd 2016）。單一功能農業最常用於經濟上單一功能的農場企業。然而，如果擁有與經營農場主要出於非經濟目的，那麼它們也可以是生態或社會單一功能（Quendler et al. 2020）。擁有和經營一些單一功能農場主要是為了保護野生動物、鄉村景觀或自然生態系統，而另一些則主要用作鄉村住宅或休閒農場。在這些情況下，經營成本是能否負擔而非盈利能力的問題。經濟上的單一功能農業是對單一功能性的主要擔憂，因為它在本質上是對生態和社會的榨取和剝削。
由於農業工業化，大量小型、多樣化、家庭式農場被較少的大型、專業化、機械化、相似的農業經營所取代。正如工業化農業經營是單一功能的一樣，它們所取代的傳統家庭農場也是多功能的。經營傳統家庭農場是為了促進農場家庭的社會和道德價值觀，以及滿足家庭的經濟需要。擁有和經營它們為家庭、社區和整個社會發揮生態、社會和經濟功能。即使工業化農業方法和技術的變化可以減輕工業化農業對環境的負面影響，但過程中不會為小型、個體家庭農場創造新的經濟機會，因此不會恢復農村社區的社會或經濟完整性。
正如本章所說的，多功能是指多功能農場的各種不同的生態、社會和經濟功能以及相關的產出和作用。一份全球報告《處於十字路口的農業》反映了來自 58 個不同國家的 400 名科學家的共識，指出農業「提供食物、飼料、纖維、燃料和其他商品。它還對其他重要的生態系統有著諸如供水和碳截存或碳釋放等重大影響。農業提供就業機會和生活方式，在社會中扮演重要角色。農業及其產品都是全球文化傳遞和文化實踐的媒介。以農業為基礎的社區為當地經濟提供一個根基，是各國保護領土的重要手段」（McIntyre et al. 2009, 2）。單一功能農場企業可以提供食物、飼料、纖維、燃料和其他商品，但它們的主要功能是為它們的擁有者和經營者創造經濟利益。多功能家庭農場則設法提供許多不同的生態、社會和經濟效益，並在其與農場家庭、社區、社會和人類的未來之間取得平衡。農場類型間的這些區別對於應對氣候變遷的挑戰和家庭農業的未來至關重要。
關於氣候變化的一個重要考慮因素是，單一功能的農業經營也往往是單作栽培的，因為他們專住於單一作物、家畜或家禽，甚至是單一生產階段。單作栽培的農業經營反映了工業化農業向專業化方向發展的基本趨勢。另一方面，多功能農場往往是多作栽培的，因為它們依賴多樣化的作物和畜牧業事業。他們使用綜合農牧輪作來保持土壤肥沃度、管理農業害蟲並維持其生產力。全球數據證實，小型農場往往具有更高的物種多樣性，並且是全球糧食供應的最大貢獻者（Ricciardi et al. 2018）。根據定義，單作栽培缺乏生態多樣性，因此必須依靠商業化肥和農藥來維持其生產力。由於這些差異，小型多功能農場在適應和減緩氣候變遷的能力方面與單一功能農場有很大的不同。
此外，單作栽培在經濟上也存在風險。它們缺乏具經濟和生態多樣性的多作栽培農業系統所特有的經濟彈性。面對氣候變遷引起的市場波動和生產風險，多樣性降低了經濟風險。長期以來，大量的政府農場計畫一直被用來減輕工業化農業的經濟風險，以彌補其固有的多樣性不足。商品價格補貼為多年來意料之外的生產過剩和低價對市場的負面影響提供緩衝。補貼性作物保險計畫可以確保產量和價格，在天氣條件惡劣和無法控制的病蟲害爆發的時候，確保單一作物的利潤。每當極熱或極冷、洪水或疾病爆發導致數百萬隻單一家畜或家禽死亡或患病時，政府的災難賠償金還可以補償大型集中式動物飼養經營者的經濟損失。
工業化農業的生態成本或許可以透過採用不同的耕作方法和生產方式或透過開發和實施新技術來降低。然而，就如同所有工業運營一樣，工業化農業大部分的經濟效率優勢，取決於它們在不支付再生成本的情況下獲取（自然資源），以及在不支付緩解成本的情況下製造污染的能力。再生和緩解成本也沒有顯示在經濟開銷或收益中，因此目前在社會和自然中被忽視或外部化。這些成本的經濟價值可以透過政府政策內部化，但自然生態和社會的完整性具有重要的價值，根本無法用金錢來表達。政府計畫不能改變自然的基本規律，也不能完全補償因追求經濟效率而造成的損害。
總之，工業化農業對全球氣候變遷的影響可以減少但不能消除，除非捨棄將自然資源轉化為可銷售產品和廢物的線性工業過程。如果不以與自然和社會互利互惠的小型可再生、多功能且多作栽培的農場，取代現今大型工業化、單一功能且單作栽培的農業經營，就無法消除或扭轉農業對氣候變遷的影響。
再生農業系統與工業農業系統有根本上的不同：它們是循環的，而不是線性的，因為廢物被返回土壤以恢復生產力，而不是被釋放到環境中緩解或是在別處持續存在。植物將空氣中的碳和氮與水和土壤礦物質結合形成碳水化合物和蛋白質。多餘的碳儲存在腐爛的植物根部和生物活性土壤中的土壤有機質中。礦物廢物被返回以使土壤再礦化，生物廢物為土壤微生物和大型土壤生物提供食物，這些生物反過來儲存碳並為植物提供土壤礦物質。太陽能在發生必然的熵過程而最終消散之前被回收和再利用。
單作栽培系統能夠截存土壤中的碳，但缺乏將有機質轉化為腐殖質以進行長期碳儲存的能力。跨政府氣候變遷專門委員會 (IPCC) 承認：「在土壤或植被中產生碳截存的陸地選擇，例如植樹造林、林地復育、農林混作、礦質土壤的土壤碳管理或伐木製品中的碳儲存，不會繼續無限期地截存碳。」（IPCC 2019, 20）。土壤有機質中未被植物使用的碳最終會通過耕作「燒掉」或被土壤微生物消耗，並以二氧化碳的形式揮發到空氣中。儘管關於具體過程存在一些科學上的不確定性，但普遍認為土壤微生物與植物根系相互作用以將土壤礦物質轉化為植物產生的碳水化合物，然後將一些碳儲存在土壤腐殖質中。只有健康、具有生物活性的土壤才能以土壤腐殖質──種穩定的生物和化學碳形式的形式──的形式儲存碳。
如果不能從根本上改變工業化農業的基本性質，只會暫時減輕其對環境的負面影響。單作系統中的農作物從商業肥料中獲取大部分礦物質，而不是土壤礦化，這也為土壤微生物創造了有毒環境，而它們對腐殖質的形成相當重要。因此，單作種植系統可以截存碳，但無法以穩定的形式儲存碳，以阻止並可能有助於扭轉氣候變遷（Wozniacka 2019）。此外，IPCC 報告承認：「生質能源作物或植樹造林等陸地緩和措施的發展存在限制。在全球數百萬平方公里的範圍內廣泛使用可能會增加荒漠化、土地退化、糧食安全和永續發展的風險。」（IPCC 2019, 21）
二氧化碳以外的溫室氣體（GHG）包括甲烷和一氧化二氮，這兩種氣體有更強的溫室效應。農業科學家之間一直存在分歧，即大型單一家畜和種植業在生產相似數量的農產品時，是否比小型混合養殖農場排放更多或更少這些污染物。支持單作栽培的論據很大程度上取決於它們假定的優秀生產能力：更快的收穫、更大的動物以及很高的每英畝或每公頃土地作物產量。然而，這些基本假設受到研究的嚴峻挑戰，這些研究顯示小型、混合栽培農場的生產潛力，這些農場透過多功能管理以提供生態、社會和經濟效益（IPES-Food 2016, 3）。無論如何，相信將農業進一步向單作栽培發展──這首先產生了問題──一在某種程度上是解決問題的合理手段，這是違反直覺的。
聯合國糧食及農業組織 (FAO) 認可的一項關於生態農業潛力的研究得出結論：「『農業變革』最大和最長久的好處可能來自更基本的生態農業措施，這些措施將增強農民和農村社區的彈性，例如生態農業系統的多樣化，以混養、混農林業系統和農牧混合系統的形式，伴隨有機土壤管理、水資源保護、收穫以及農業生物多樣性的集體增強」（Altieri er al. 2015 , 1）。再生混合農場牢固地奠基於生態農業學的概念原則：「生態農業學包含一門科學、一門方法和一項社會運動，並且在近幾十年來不斷發展，範圍從關注田地和農場擴展到涵蓋整個農業和糧食系統。它現在相當於一個跨領域，涵蓋了糧食系統從生產到消費的所有生態、社會文化、技術、經濟和政治層面」（HLPE 2019, 2）。糧農組織已將生態農業視為減緩未來氣候變遷以及應對氣候變遷後果的關鍵策略，而這些後果現在是不可避免的（Altieri 等，2015 年）。
一種普遍的看法是，小型混合農場在生產方面無法與大型單作栽培農場競爭，也無法為不斷增長的全球人口提供糧食安全。然而，過去對已開發經濟體（例如美國）的規模經濟研究，將主要依賴單作栽培經營策略──工業化農業的特徵──的大型農場與小型農場的生產力進行了比較。這些研究的唯一合理的結論是，小農場無法透過使用更適合大農場的單作栽培經營策略來競爭，而不是小農場無法與大農場競爭。
多功能農場往往比工業化農場小，因為其混合農牧組織的複雜性需要集約化經營。這種對集約化一詞的使用不同於更常見的用法，後者通常是指依靠資金的挹注或技術而不是管理來提高每英畝或每公頃的產量。由於常規化和機械化簡化了管理流程，工業化農業經營的規模往往更大。大型農場的經營較為粗放，因為它們對每單位土地的管理要求較低。總而言之，集約型農場更多地依賴管理和技術勞工，而不是以資本、資金挹注和技術的形式。粗放型農場更多地依賴資金的挹注、技術以及非技術勞工。單作栽培比類似規模的混合栽培更容易管理。這就是為什麼農業工業化意味著更少、更大的農場管理更多的土地和每個農場的資本。
將集約型小農場與粗放型大農場進行比較的研究通常發現小農場具有優勢。在單位土地面積的產量上，小農場一直被證明具有很高的生產力，即使單位勞動和管理的生產力有時會變小或容易有變動（例如 Barrett et al. 2010; Gollin 2018; Ricciardi et al. 2018）。小型、多樣化農業系統中特定作物的產量可能無法充分衡量其實際生產力。例如，對全球非工業化農業地區的研究表明，以許多小農場為特徵的混合栽培在同一塊土地上種養穀物、水果、蔬菜、動物飼料、樹木和牲畜，其總產量通常高於單作栽培──即使每一種作物的產量都低於單作栽培的作物產量。此外，多樣化混作系統比單作栽培系統更有效率，因為它們佔據了所有可用的生長空間，從而減少了雜草壓力和病蟲害造成的損失。透過將使用不同自然資源的多種物種聯繫起來，混作還可以利用生態區位分化，更有效率地利用水和光（Francis 1986; Anderson & Sinclair 1993; Cardinale et al. 2007; Prieto et al. 2015; Gollin 2018）。
比較工業化農業地區有機種植系統與傳統種植系統的研究通常顯示有機產量顯著較低。然而，大多數研究比較的是特定商品的產量，而不是綜合整個農場系統的農業總產量。美國州立大學進行的一些研究表明，管理良好的有機作物輪作，產量可以與單一作物相媲美且經濟收益更高（Chase et al. 2006）。隨著再生農業系統的進一步研究和發展，似乎有可能達到更高的產量。迄今為止，小型混合農場的農民必須依靠從自身農場經驗中獲得的知識、信念一致的農民之間分享資訊以及從前工業化時代農業科學家的出版物中收集而來的資訊。
無論如何，已開發經濟體面臨的挑戰不是提高農業生產力，而是實現農業永續性。已開發經濟體正在將糧食作物轉化為生物燃料，浪費了三分之一的糧食，並將盈餘出口到能夠應用農業生態學原則提供自身糧食安全的國家。永續國際專家小組 (IPES-Food 2016) 的負責人總結道：「阻礙生態農業替代方案的並非缺乏證據。而是其改善整個糧食系統成果的巨大潛力，與其為農產企業創造利潤的較小潛力很不相稱。單純調整工業化農業不會為其產生的多個問題提供長期解決方案。我們必須改變我們設定政治優先事項的方式」（De Shutter 2016）。
不幸的是，目前的農業政策很少有可能激勵和支持大型單一功能農場轉型為小型多功能農場。當前政府農業政策的基本問題是他們短視地將單作栽培和單一功能農業系統視為提供全球糧食安全的唯一可行手段。對以商品為基礎的農業政策的全心投入，已經排除了對再生、永續農業替代方案的認真研究甚至考慮。
政府對特定商品的價格補貼和農作物保險補助掩蓋和減輕了工業化農業的固有風險，而小型混合農場則憑藉多樣化自行處理風險。政府擔保貸款補貼大型圈養動物飼養場的建設，而那些小型混合農場只能說服持懷疑態度的當地銀行業者以通常不利的利率批准貸款。出於稅收目的的投資稅收抵免和建築物和設備的加速折舊有利於進行大量投資的大型農場。解決氣候變遷以及其他環境、社會和農村經濟問題的政府農業政策的最高優先事項，應該是減少並最終淘汰所有補貼單作栽培農業經營的政府計畫。這不僅可以解決工業化農業的問題，還可以騰出政府資金來激勵和支持向再生、混合農業經營的過渡，以減輕和幫助扭轉數十年來工業化農業的累積影響。
迄今為止，很少有政府提出政策來解決單作栽培農業的問題。在美國應對氣候變遷的挑戰中最突出的政策提案僅僅是支付農民截存土壤碳的費用。以腐殖質或其他穩定形式截存碳以緩解長期氣候變遷並非必要，而是需要具生物活性且健康的土壤。此外，這類政策不會解決農業排放其他溫室氣體或工業化農業的其他負面環境和社會影響。碳市場或排放交易也被提議作為激勵農民碳截存的方式（Environmental Defense Fund 2018）。這兩種方法在量化碳截存和執行政府要求或抵消協議上都遇到了問題（Song and Moura 2019）。也許最重要的是，藉由依賴經濟激勵而不是法規，碳支付和碳交易都只是強化了單一功能農業的經濟文化，是農業碳排放過多的根本原因。
目前美國政府的一些農場計畫有可能被修改和改善，以激勵和支持再生多功能農業，而不是生產榨取性單作栽培商品。保育管理計畫向農民提供政府補貼，用於執行各種個人保育和自然資源保育（美國農業部 [USDA] Conservation Stewardship Program 無日期）。例子包括減少土壤流失、減輕過量水的影響、減少空氣中的土壤顆粒和溫室氣體排放、改善家養和野生物種的棲息地，以及提升農場活動的能源效率。同樣地，該計畫的缺點是它為執行特定行為提供了經濟激勵，而不是過渡到完全的再生農場系統。實施保護和行為管理可能會減少單作栽培對生態的負面影響，但實際上可能會延遲從單作栽培到混合栽培的過渡，而這對於減緩長期氣候變遷至關重要。
另一個具有修改和增進可能性的美國政府計畫是集體農場收入保障計畫（USDA Risk Management Agency 無日期）。該計畫讓農民得以確保整個農業經營的歷史總收益或銷售價格的百分比，而不是要求農民確保個別作物。糧食供給可根據農場計畫的紀錄而不是歷史業績來確保收入。儘管該計畫涉及整個農場系統，但資格並不取決於用於資源保護或管理的農業行為。
這兩個計畫可以修改和增進，以激勵和支持選擇從當前的工業化單作栽培農業經營過渡到再生混合農業系統的農民。願意投入於制定和實施完全的再生農場計畫的農民可能有資格獲得政府補貼整個農場的淨收入保險，以降低其過渡風險（Feldman et al. 2020）。更多樣化的農業經營可以降低保費，從而更有效、更全面地應對氣候變遷和其他環境風險。該計畫也適用於想要創辦再生農場的新農民。在這樣的情況下，經營農場的主要動機將不是經濟導向。政府補貼的保險只會使轉型在經濟上可行。
這些計畫目前都沒有在美國實施。在美國和其他已開發經濟體，目前針對小型單作栽培農場的政府計畫中，最有希望的似乎是那些解決農場層面之外的挑戰──加工、分銷和零售的計畫。許多已開發經濟體的消費者目前願意為再生農民生產的食品支付高上許多的價錢，但農民缺乏一個有效的方式來找出、聯繫這些潛在客戶並將其產品送到這些潛在客戶手上。此外，更多消費者更喜歡有機食品和其他工業生產食品的替代品，但負擔不起這些產品在大多數零售食品店的高價。
當前的農業食品營銷體系旨在順應工業生產：大規模、專業化生產和大規模分銷，如果不對加工和分銷收取高昂的費用，該系統根本無法容納單個小型、混合農場產品的多樣性。許多較小的多元化企業目前正在籌劃和運營「食品中心」，這使農民能夠集中或結合他們的生產，以提供容納大規模加工和分銷所需的數量。然而，由許多較小企業組成的集體經濟的經濟效率一定低於大型專業化經營，使得食品中心無法在經濟上與之抗衡。食品中心必須找到並與具有共同價值觀的客戶取得聯繫，這些客戶出於非經濟原因選擇支持小型混合農業經營。
在農場政策沒有發生重大變化的情況下，小型混合農場的未來最終取決於它們提高經濟效率的能力，從而能夠與共享其生態和社會價值的客戶取得聯繫，特別是在當地社區。零售業的變化，包括食品零售業，將為當地、以社區為基礎的食品系統創造新的機會。例如，透過網路進行營銷可以讓當地的食品網絡繞過當前的工業體系。包括主流超市在內的傳統食品零售商也在探索線上營銷模式。然而，網路匯聚和分銷──特別是對於新鮮的、最低限度加工的食品──可以在本地或生物區內而不是在全國或全球範圍內運作得更有經濟效益。已開發經濟體當前最有希望的政府計畫是那些為生態農業健全、以當地社區為基礎的糧食系統提供激勵和支持的計畫。
美國健全的從農場到學校運動是支持多功能農業的新政策的基礎，包含小型在地家庭農場。在 2015 年的農場到學校人口普查發現，美國有 42% 的學校參與了從農場到學校活動，從學校菜園到當地食品的採購（USDA Farm to School Census 無日期）。已經有 46 個州通過了相關法案。從農場到學校運動建立在讓孩子們了解食物的來源並欣賞生長在自己家鄉的食物的味道、種類和營養密度的強烈興趣之上。從農場到學校運動期望的目標是：讓孩子們了解食物的來源，體會當地食材的味道、種類和營養價值。它還建立在公眾利益的基礎上，讓附近的家庭農場成為鄰居、社區企業和土地管理人。
此個案研究描述了密西根州的學校學童與農場的 10 美分一餐計畫。10 美分計畫是一項國家資助的前導計畫，為學校提供每餐最多 10 美分的配套獎勵基金，用於購買和供應密西根種植的水果、蔬菜和豆類。這是首批透過州級立法提供專項資金，以「農場到學校」改善孩童健康和農民生計為主要目標的行動之一。當密西根州在 2016 到 2017 學年期間開始這項計畫時，其他三個州（俄勒岡州、紐約州、新墨西哥州）和華盛頓特區也有類似的計畫。10 美分計畫在農場層面產生了重大的影響，包括新市場基礎設施的開發，以容納和支持小型多功能農場。
該計畫針對緊縮的學校食品預算。透過聯邦孩童營養計畫，美國的學校每餐只有大約 1 美元到 1.2 美元可以花費，其中水果和蔬菜只有大約 20 到 30 美分。10 美分計畫還透過農場直銷或接近直銷的採購法來確保農場層級的改變。具體來說，10 美分計畫僅限於新鮮和最低限度加工的密西根水果、蔬菜和乾豆。它還要求獲得 10 美分計畫配套補助金的學校提交有註明密西根供應商名稱和位置的收據。
在 2018 到 2019 學年，第三個前導年，10 美分計畫囊括了密西根州的 57 個學區，約佔總數的 10%，惠及了 27 個縣共 135,000 名學童。2018 到 2019 學年，49 萬 3500 美元的配套補助金──也就是實質上幾乎兩倍，100 萬美元的總預算──有效地投入了當地經濟。〕第三年的直接支出讓位於密西根州 87 個縣中的 38 個縣的 143 個農場受益。它還另外支持 20 家密西根州的企業，這些企業提供必要的市場基礎設施，例如食品中心、加工商和分銷商。食品中心是一個新的市場中介，應運而生，以響應對供應鏈更高信任度和透明度的需求（Colasanti et al. 2018）。食品中心為來源可辨的產品提供聚合和營銷服務，特別是在地和區域農場供應商。
密西根州在 2021 年為 10 美分一餐計畫提供了 200 萬美元的預算，高於 2019 到 2020 年的 575,000 美元。從底特律到密西根的上半島，全州的學校現在都有資格申請補助金。幼兒教育中心的贊助商也首次開放申請。
此計畫的網站上提供的年度報告、個案研究和新聞記錄了進展、觀點和結果（Groundwork Center for Resilient Communities 無日期）。該計畫的有效性體現在那突出的飲食習慣和當地農場機會轉變的故事中。例如，讓許多人吃驚的是，學校午餐參與度的增加以及在提供更新鮮、更美味的當地品種的同時發生的學生餐廳食物浪費的減少。一個地區報告說，在學生餐廳用餐的高中生人數增加了 60%。以下學校食品服務主任的評論很常見：「減少了食物浪費，學生在午餐期間對水果和蔬菜的消耗量增加了。這不僅被餐廳的助手和廚師們注意到，保管人員也注意到了。他們真的抓住了我的手臂，帶我去垃圾桶，讓我看看有多少食物不再浪費了。」
在農場和基礎設施方面，故事是關於銷售額的增加、市場准入和安全性。例如，「密西根的農場到冰櫃」，在當地農場購買，無論大小。它從農場到學校計畫的銷售開始，隨著 10 美分計畫提供學校食品服務買家的靈活性而發展。學校還轉向區域食品中心，為小型農場提供在地產品。正如一位食品服務主管解釋的那樣：「我們致力於從（在地的食品中心）購買蘋果片，而他們正在投資一台機器來大量生產更多的蘋果片。」合作社也在形成，例如有四個縣的十二個種植者現在主要為學校市場加工新鮮蔬菜。對於規模較小的多樣化種植者，在地批發的訂單有助於平衡來自農貿市場和社區支持的農業箱訂閱的收入來源。據一家佔地 20 英畝的多樣化蔬菜經營機構稱：「10 美分計畫透過貸款建造新穀倉和購買更高效的設備，為我們的業務發展增添了保障。」
10 美分計畫是一項糧食系統建設政策，提供新鮮健康的在地選擇，促進多功能農場的發展和他們所需的市場基礎設施。
越來越多的北歐人從當地農民的汽車貨箱中獲取食物。REKO 代表 rejäl konsumtion 或「公平消費」的意思，是一種無需中間商，直接銷售在地食品的分銷模式。REKO 透過封閉的 Facebook 群組運作，已成為北歐多功能農民的關鍵。
REKO 是經由食品生產者和消費者的自願工作共同創建的。他們的成功在於行政和後勤的簡單性。發起人會邀請其他的利益相關方參加第一次的會議，在會議中定義和調整願景，建立一個 Facebook 專頁，並任命管理員。邀請更多的生產者和消費者加入 Facebook 群組，設定取貨時間和地點，生產者在群組牆上發布他們的產品，消費者在評論區下訂單並預先付款，通常使用行動支付系統。停車場是常見的取貨地點。根據 REKO 的規模大小，每週或每兩週進行一次交貨。
REKO 於 2013 年在芬蘭開始，而現在都可以在瑞典、丹麥、義大利、南非、加拿大、愛爾蘭和冰島看見。這樣的群眾運動已獲得公眾關注，而且瑞典、芬蘭和挪威的政府已經在委託組織促進 REKO 的建立。2017 年，瑞典農村經濟和農業協會簽訂了合約，透過提供監管協助來促進 REKO 的建立，以及提供圖形材料並繪製 REKO 在全國範圍內的擴張（SREAS 無日期，b）。重要的是，這些協會不管理 REKO。確實，REKO 的優勢在於它們來自在地的合作，以滿足在地需求和條件。這些協會目前正在編寫一份報告，以確定在 2020 年委員會結束後可能的公共支持職能。在芬蘭和挪威存在著類似的公私合作，芬蘭的 EKOnu 與挪威農民和小農工會在合作中獲得公共資金，以幫助不斷增長的 REKO 網絡（Norwegian Farmers and Smallholders Union 2018; EKOnu 無日期）。
給予北歐 REKO 的另一種重要的公共支持形式是監管例外。在瑞典，預付計畫意味著，在法律意義上，REKO 不存在，因此不需要公共供應商的許可。無需法律或經營的許可，為廣泛、彈性的參與開闢了道路。此外，偶爾進行銷售的小型企業無需在市政管理部門註冊，並且免交年檢費，這些年檢費的金額對於小企業來說可能很大。所有 REKO 生產商都對其產品的質量和安全負責並繳納銷售稅； REKO 在集體信任的基礎上運作。公開參與的機制降低了生產者和消費者濫用的風險。
目前在芬蘭有 180 多個 REKO，瑞典有 150 個，挪威則有 80 個。位於挪威特隆赫姆的 REKO 是世界上規模最大的，擁有超過 31,000 名會員。它沒有官方的銷售統計數據，但一些瑞典 REKO 的自身評估報告中顯示，每次取貨場合的銷售額為 10,000 美元（10 萬瑞典克朗）。在芬蘭，年總收入估計為 30,000,000 美元（3 億瑞典克朗）（SREAS 無日期，a）。REKO 分銷模式是一個重要的替代市場，允許老牌小農進行投資，也允許新的小農開展業務。
每個 REKO 集團都有自己的指導原則，並決定哪些可以出售，哪些不能出售。但是，所有 REKO 都有一個共同的行為守則：就是只能出售自己生產的食品，不允許中間商的介入，所有的購買都採取預購制，並且是買賣雙方一對一之間的業務安排，REKO 會員資格是免費的，參與者以誠實和尊重的態度互動。同樣，什麼樣的食物該被定義為當地食物也是 REKO 成員間一直在探討的問題。一些 REKO 將當地定義為在該市境內生產的任何東西，而其他則應用了食物里程的概念。最終，邊界取決於當地的人口統計和地理條件：人口稠密的斯德哥爾摩目前擁有十個 REKO，而在人口稀少的瑞典北部，一個 REKO 通常含括了兩個或多個城市。然而，重要的是要注意，當地食物本質上並沒有什麼永續性；為了使 REKO 食品對食品消費產生正面影響，必須遵循永續的做法。雖然官方沒有要求產品必須由有機和多樣化的小農生產，但幾乎無一例外，這些都是參與 REKO 的生產者的共同點。
對於生產者而言，REKO 是比農貿市場還好的經濟選擇，因為農貿市場的銷售難以預測，導致其既耗時又具有後勤挑戰。REKO 市場還鼓勵生產者之間的能力建設合作。鄰近的農場經常協調物流，輪流集貨並運送到交貨點。與通常向較小負載量收取額外費用的傳統分銷模式相比，這節省了時間和金錢。REKO 還使生產者能夠與消費者建立個人關係，這是傳遞其產品額外的社會和生態價值所必需的。
對於消費者而言，REKO 在一個線上平台上提供來自多個農場的產品，這比拜訪單個農場商店來得更方便。食品價格與超市價格大致相當；REKO 的價格較高的實例反映了小規模生產往往具有較高的單位生產成本這一事實。REKO 產品由當地的供需變化決定，保留最想要的產品並審查不需要的產品。供應量隨季節變化，但肉類、野味、乳製品、蜂蜜、蔬菜和烘焙食品通常是主食，還有雞蛋。瑞典農村和農業經濟協會指出，如果出售雞蛋，REKO 就有可能會成功。平均而言，每個 REKO 由三十個生產商組成，其中一半在每一個取貨場合都有提供產品。
北歐後車廂食品購物的其他好處包括了包裝與運輸的減少。預購系統也避免了衝動購買，這鼓勵消費者提前計畫並有助於減少食物浪費。最後，許多消費者表明，加入 REKO 為他們介紹了新的，以及被遺忘的在地特色菜，擴大並豐富了他們的美食景觀。
多樣化、多元化農場有能力透過將農業的廢棄物轉化為生產投入，同時利用太陽能在生物健康的土壤中隔離和儲存大氣中的碳，從而恢復和再生土壤的健康和生產力。由小型多元化農場組成的全球農業將能夠在無可避免的氣候變遷面前確保全球糧食安全，同時向碳中和甚至負碳的農業系統邁進。此外，多功能農業食農系統將為小型、個人所有和家庭經營的農場創造新的經濟機會，從而保護和恢復農村社區的社會和經濟完整性。
小型、多功能農場的生態和社會完整性取決於它們是否遵守農業生態學的基本原則。農業生態的完整性需要對農民的福祉，以及其農場的生態健康和社區的社會經濟福祉之間的相互聯繫有一定程度的了解。社區的生態完整性同樣取決於與其特定生態場所以及那些不僅僅生產食物，且還是這些地方的看管者的農民的有意義的聯繫感。一切都是相互聯繫的，而這種聯繫的完整性取決於人之間的關懷、分享和相互間的責任感。
當前單一功能農業系統的盛行是由於將工業化學和生物技術應用於農業，以及數十年的政府計畫吸收了大規模農業經營專業化的高農藝和經濟風險的結果。小型多功能農場的未來取決於政府政策的根本轉變，從支持大型單一功能農場到鼓勵和支持向小型多功能農業的過渡。
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我們單純因為無法擴大世界而往上發展。 ──史提夫．伊凡 (Steve Evans) |
在接下來的 40 年裡，農場將不得不多為約 25 億的人生產食物，而以永續、高效和具有成本效益的方式為每個人提供足夠食物的挑戰也越來越重要。透過最大限度地減少氣候變遷對季節性天氣模式的破壞性影響、克服運輸挑戰和顯著地提高產量，垂直農業（vertical farming, VF）的新興趨勢可能預示著糧食生產的未來。
VF 被定義為在多層建築內種植多種可食用植物（Despommier 2010）。[1] 這種類型的農業有很多優勢。首先，與傳統農作物農場相比，它優化了空間並減少了碳足跡和運輸成本，因為它可以位於更小的場地上，並且更靠近已飽和的都市區域。隨著世界人口快速都市化，這有助於解決快速擴張地區附近缺乏合適土壤的問題。其次，作物的生產過程不受季節性天氣模式的影響，季節性天氣模式極易受到氣候變遷的影響。在垂直農場，照明、水和溫度都可以進行優化，以消除氣候所帶來的風險並提高生產率，使產量比傳統農業的標準高出了 100 倍。[2] 通常，不需要土壤，作物得以種植在噴灑富含營養溶液的膜上。第三，使用環境受控的農業技法免除了對除草劑的需求，同時減少了傳統農場必須考慮到的鳥類和昆蟲的損失。
美國國家航空暨太空總署（NASA）、美國國家海洋暨大氣總署、美國國家環境保護局、美國農業部，以及世界衛生組織的科學預測推動了室內城市農業產業的發展，也被稱為環境受控農業（CEA），關於未來二十五年快速氣候變遷（RCC）將對戶外農業產業產生的負面影響。由於乾旱、洪水和害蟲導致的戶外作物歉收以及食源性疾病爆發頻率的增加，也促使人們在商業層面對 CEA 作為傳統農業的替代品的興趣增加。
如果 RCC 以目前的速度繼續下去，在接下來的 25 到 50 年內，戶外農業將面臨基本農作物的災難性損失，並且將無法為目前人口基數有 78 億的人口提供足夠的食物。因為我們的人口增加無疑會在同一時期進行，RCC 有可能會經由飢餓將人口減少到遠低於 70 億的數字。換言之，大約 30 億的人可能會因沒有足夠的食物維持生命而死亡。過去，全球層面的武裝衝突就是在這樣的情況下發生，而如果不採取任何措施來改善我們失敗的糧食系統，那麼可以預見的是，這種衝突還會再次發生。
使 CEA 在所有城市中心普及的挑戰包括政治上得接受城市農業將繼續存在並需要戶外農業目前也享有的政府支持的事實，消費者也須接受室內種植作物的營養益處和安全層面，以及更廣泛的田間農業作物選擇（例如根莖類蔬菜、攀藤蔬菜、灌木水果）。從業務的角度來看，挑戰包括缺乏技術確鑿性，因為技術發展迅速；回報的時機，因為垂直農業不適合私募股權公司傳統的五年持有期（儘管這一時期正在延長）；垂直農場的大量前期資金需求；以及市場規模，鑑於目前產品價格較高，該市場仍處於剛起步階段，並不總是證明國內超市改變當前採購計畫的決定是合理的。[3]
在室內種植糧食作物的技術有很多，但最流行的是水培和氣培技術。兩者都不需要使用土壤，並且都比戶外傳統農業使用的水和養分（即肥料）來得少。
水培法首次於 1940 年代由加利福尼亞大學的威廉格瑞克博士推廣，此後越來越受歡迎。此方法以兩種常見配置執行。第一種稱為營養膜技術：植物的根部覆蓋著一層薄薄的水，水中含有溶解的營養物質。植物架放置在略微傾斜的棚架上，讓重力將生長溶液從一個架子輸送到另一個架子。與傳統農業相比，水培法使用的水很少（省下 70% 或更多的水），並且已廣泛用於商業垂直農場（例如 Green Sense Farms, Portage, Indiana）。
1980 年代，美國宇航局委託理查德．斯通納三世博士及其同事在科羅拉多州進行研究，從而發明了第二種植物種植方法，稱為氣培法。氣培法使用特殊結構的種植架，植物的根在密閉的室內被懸掛在空氣中。然後將營養溶液噴灑到室內，形成霧氣。根部在吸收水分和養分的同時保持良好的透氣性。許多作物品種在氣培法上成熟得比水培還快。與水培法相比，氣培系統減少了約 70 到 80% 的用水量，這使得氣培法成為過去幾年新建立的垂直農場的首選（例如新澤西州紐瓦克的 Aero Farms）。一些新設計的氣培系統由高而扁平的架子組成，植物生長在架子的兩側（例如加州舊金山的 Plenty）。另一種流行的氣培系統由稱為塑料立方體（生長塔）組成。側面有定期剪除的端口，可以放置植物。根懸掛在管內。將營養溶液噴霧注入管中，形成霧氣以將水和養分帶到植物的根系（例如 Tower Gardens）。
在水培和氣培所需的設施當中，隨著技術的成熟，LED 植物生長燈的使用在過去幾年內佔據了顯著的地位。LED 燈現在價格便宜且壽命長，使其成為作物在多層建築內持續生長的理想解決方案。在許多情況下，垂直農場是沒有窗戶的。
得益於現代的根霧系統，垂直農場的用水量比傳統的田地農場少了超過 95%，後者每年抽取地球上約四分之三的可用淡水，並且已經以化學和生物排放物污染了現有淡水的 70%。儘管在農業上節約用水是一項全球性的挑戰，但這種近乎無水農業的新方式對氣候嚴重缺水的國家特別有幫助。[4]
垂直農業也不使用土壤，如果充分利用，也許可以減少農村景觀的壓力，包括減少森林砍伐，並再生因傳統農業而退化的三分之一的地球土壤。例如，建立廣泛的功能性城市農業系統包括將垂直農業整合到所有新建建築中的可能性，無論它們在建築環境中的主要功能為如何（允許一座城市養活其內所有的居民的可能性），重新野化大片農村景觀以應對戶外農業足跡的減少，以及透過森林取代廢棄的農田，降低大氣中二氧化碳濃度。此外，垂直農業不使用殺蟲劑和除草劑，使其產品天然又有機。
此外，植物生長在由回收塑料製成、可重複使用的布料上。雖然這種農業使用的是人工照明而不是太陽，但由於減少了用於種植植物的光譜範圍並使用了 LED 照明，人工照明的碳足跡是最小化的。精密的氣候控制系統將植物的生長周期縮短了一半，因此作物可以全年種植，同時對環境的影響比傳統農業要小得多。最後，垂直農業透過縮短食品運輸到最終消費地點的距離來幫助減少溫室氣體的排放。
垂直農業的理念終於落地生根，且在世界各地如雨後春筍般湧現，從北美到歐洲再到亞洲，市場份額和利潤都在不斷增加。這反映了這樣一個事實，即透過垂直農業，農民可以滿足當今消費者的大部分需求，其中包括價格具有競爭力的在地種植產品，這些產品味道新鮮、營養豐富，並且可以在目前其他購物場所的同一地點全年銷售 完畢。儘管垂直農場每磅農產品的成本仍高於傳統農場，但垂直農場的競爭力正變得越來越強（Tasgal 2019）。在這些不斷增長的結構中有效地部署額外的技術和資本將使農場更接近滿足消費者的需求。
最近的經濟調查，尤其是那些關注新興垂直農業產業的調查，預測 CEA 在未來五到十年內將成為一個價值數十億美元的企業，彭博社預測，到 2025 年，垂直農業在全球上的價值，將高達 160 億美元。這意味著更多的工作（包括未失去的工作）、新的工作描述、食品市場的集中度降低、城市食品沙漠的顯著減少，以及可能由於現成的青少年肥胖而急劇減少 提供營養豐富、不易發胖的食物選擇，以及巴蒂尼和豐塔納在本書第 5 章中描述的所有隨之而來的經濟收益。
我們可以透過重新利用現有的適應支持計畫和永續農業來支持垂直農業。
例如，在美國，今日有大部分的農業資金用於保護農民免受低產量或惡劣天氣的影響，隨著 RCC 使以前肥沃的土地邊際生產，這種情況將增加。這些保險基金的一部分可以富有成效地優化垂直農場的室內生長和將室外農田轉變為永續經營的森林之研究，這將是擴大交叉層壓木材生產產業的供應所必需的。其他資金可以專門用在現有 Riding 計畫中的農業創新。美國農業部成立了城市農業和創新生產辦公室，並在 2018 年的農業法案中增加了 500 萬美元的資金。此外，它還建立了城市、室內和其他新興農業生產研究、教育和推廣計畫，直到 2023 年，每年將獲得 400 萬美元。它授權競爭性研究和推廣補助金來支持研究、教育，和推廣以促進城市、室內和其他新興農業生產的傳播為目的的活動。該法案要求農業部長對城市、室內和其他新興農業生產進行普查。
類似地，在英國，2019 到 2020 年的基金戰略政策側重於對土地管理、環境以及土地管理者和農民利益的綜合支持。這也包括根據耕地總量重新分配補貼制度，以獎勵整合活動的工作，進而種植具有環境效益的高品質、永續糧食。在一個土地供應有限且都市人口眾多的國家，這是向基於垂直農業的在地糧食生產系統過渡的絕佳機會。在加拿大，國家糧食政策已撥款 1 億 3440 萬美元，用於解決 CEA 計畫足以解決的一些優先領域，包括減少食物浪費和提供靠近偏遠北部的人口永續食物來源。[5] 這種對社區驅動項目的關注反過來又依賴於 CEA 的專業知識，以促進人們對於 CEA 可在地方層面提供解決方案的認知。加拿大的新林丁法案中，有 1,500 萬美元用於北部和偏遠社區購買溫室等設備並支持當地原住民農業工程的培訓計畫。
作為現有農業政策的一部分，為刺激垂直農業而提供資金可以有很大的幫助。這筆資金應該伴隨著大膽的措施來發起新的教育計畫，旨在培養大量具有 CEA 知識的畢業生（例如，管理、營銷、銷售和技術領域，如 LED 照明、室內種植方法、植物營養和優化 CEA 設施中作物的多樣性）。研究和培訓尤其需要在更高效的生長燈、閉環太陽能電網轉換為生長燈、植物菌株選擇的效率、無農藥菌株和適應減少生長時間的植物上進行，以增加室內作物的產量及擁有更多的生產週期。此外，監管改革可以在維持垂直農業產品市場的增長方面大有幫助，例如，確保對 CEA 生產的產品進行適當的標籤，以及在培訓方面，將包含垂直農場的混合用途建築用於綜合烹飪學校。
2011 年 3 月 11 日，一場 9 級的地震徹底改變了日本確保其公民有足夠食物的方式。緊隨其後的海嘯摧毀了日本 5% 的農田，淹沒了仙台的農業景觀，鹽水也污染了土壤。接下來的一周，附近的福島第一核子反應爐變得危急，爆炸和放射性物質污染了周邊地區，從而永遠消滅了周邊土地作為糧食作物的潛在來源。政府迅速召集了眾多學術和產業機構參與一項緊急計畫，以建立基於 CEA 的食品供應。Toshiba、Panasonic、Fujitsu、Mirai、Sony、Mitsubishi 和千葉大學，僅舉幾例比較突出的參與者，透過迅速在日本各地建立大量的種植設施（植物工廠或垂直農場）來應對緊急情況，主要是生產綠葉蔬菜。截至 2019 年，估計此類設施有已 500 個在運行。然而，並非所有參與者都成功，失敗的主要原因是各級缺乏經驗豐富的人員。最成功的垂直農場之一是 Spread。它的 Techno Farm 每天使用水培法和 LED 生長燈生產 3 萬多棵的萵苣。
島國新加坡擁有 34 個商業垂直農場。政府支持擴大此行業，尤其是在見證了 COVID-19 大流行期間帶來的全球糧食供應的挑戰之後。因此，新加坡食品局（SFA）於 2020 年初啟動了 30x30 直通專案。該贈款將維持該國的食農產業，並幫助加快當地產量的增長，目標是在 2030 年前以本地生產的食物滿足新加坡 30% 的營養需求。新加坡的目標是在未來十年內實現糧食自主。
美國的垂直農場產業正處於快速成長階段，大約在六到八年前發展開始變得緩慢。現有的垂直農場公司目前處於滿負荷生產模式。他們大多用 LED 植物生長燈種植各種綠葉蔬菜。幾家垂直農場（Aerofarms、Plenty、Green Sense Farms、Vertical Harvest）獲利，並正在美國各個城市建設新設施。相比之下，幾家垂直農場公司已經關門大吉，包括伊利諾伊州貝德福德公園的 FarmedHere 和費城的 Metropolitan Farms。
隨著農業技術的迅速發展，消費者將不再需要提前幾個月從數千英里以外的地方運送他們的產品。垂直農業使用傳統農業的一小部分資源，允許農民在當地種植，並在幾天甚至幾小時內將新鮮的產品帶到大眾市場去，減少了食品運輸相關的碳足跡。此外，隨著氣候變遷帶來劇烈的天氣變化，CEA 能在任何天氣模式下保持恆定不變的條件。因此，VF 有望帶來巨大的環境和經濟收益，政策應鼓勵垂直農場在國內和世界範圍生產更多的農產品。
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我們必須像農人而不是獵人那樣利用海洋──在海洋中耕種與放牧。這就是文明：以農牧取代狩獵。 ──雅克-伊夫·庫斯托 (Jacques-Yves Cousteau) |
幾千年來，海洋一直為人類提供糧食，目前全世界約有 30 億人以海鮮為主要的蛋白質來源。然而，用工業方法進行的過度捕撈已使刨床海洋瀕臨生態崩潰的邊緣（見第 9 章）。基於對盛行捕撈趨勢的多年研究的估計表示，如果沒有獲得改善，到 2048 年，世界將耗盡野生捕撈的海產品（Worm et al. 2006 ）。
與此同時，水產養殖——在海中的養魚場或水產養殖場上養殖魚類的做法——已被證明在環境上不永續，因為這些養殖場往往會將廢物、殺蟲劑和其他化學物質直接排放到生態脆弱的沿海水域，破壞當地的生態系統。魚類過多而產生的廢棄物會在水面上形成巨大的綠色粘液，導致氧氣耗盡並殺死水中大部分的生命。這些發展威脅著海產品作為養活世界不斷增長的人口的一種方式。
除了作為人類營養的支柱外，海洋對地球氣候也至關重要，因為它們隔絕了大量的溫室氣體（見第 9 章）。然而，自工業革命開始以來，大氣中的二氧化碳含量以及海洋地表水中的二氧化碳含量增加了近 30%。作為回應，這些地表水變得越來越酸，由碳酸鈣組成的結構，如貝類和珊瑚礁，已經開始溶解，逐漸破壞了海洋食物供應鏈的運作。
由於幾十年來人為溫室氣體排放量的增加，海洋也變得更加溫暖。這種變暖意味著海洋可吸收的二氧化碳變少，並且越來越不適合許多海洋物種，威脅到所有海洋生物的生存。
再生海洋農場 (regenerative ocean farms, ROFs) 可以幫助應對這些挑戰。再生海洋工廠通過每個佔地幾英畝的低成本水下花園種植貝類，尤其是扇貝、貽貝、牡蠣和蛤蜊以及海藻。[6] 從這個意義上說，再生海洋農場複製了水下 VF 的概念，但不需要人類提供的營養，因為不需要餵食海藻和貝類； 它們在陽光和海水中已經存在的營養物質和浮游生物的條件下生長。
與陸地上的垂直農場一樣，再生海洋農場可以解決資源缺乏和傳統農業的高碳足跡問題，因為它們不需要投入並在很小的空間內產生高產量。此外，再生海洋農場具有恢復生態系統的能力，因為它們充當碳和氮匯。這些養殖場中的貝類從水柱中過濾出氮和碳，同時為數百種物種提供病毒棲息地。同樣地，海藻能夠捕獲和儲存比樹木多五倍的二氧化碳，從而減少酸化並提高海洋的溫室氣體封存能力。為減緩氣候變化而養殖海藻，一種被稱為海洋大型藻類造林的天然地球工程技術，顯示出巨大的前景。如果海藻養殖場覆蓋不到 10% 的海洋，養殖的海藻可以生產足夠的生物燃料來替代當今所有的化石燃料，同時每年從大氣中去除 530 億噸二氧化碳，恢復工業化前的水平（N'Yeurt et al. 2012）。[7]
在食品生產方面，ROF 不需要投入——不需要飼料，不需要肥料，沒有淡水——使它們成為地球上最可持續的糧食生產形式。和陸地上的垂直農場一樣，再生海洋農場的生產力比傳統農場高得多。通過小型水下農場網絡養殖不到 5% 的美國海水（相當於華盛頓州的面積）可以養活地球（Smith 2019）。[8] 談到人類的飲食和健康，海藻也被稱為海菜，是一種高營養的「超級食物」，富含蛋白質、碘和其他礦物質。海藻餵給動物也有好處；如果用作反芻動物飼料，根據海藻的種類，海藻可以將牛的甲烷排放量減少 50% 到 99% (Kinley et al. 2016）。如果在全球範圍內採用，這可以將全球溫室氣體排放量每年減少 15%。
海洋養殖是一種跨足新及舊貿易。貽貝養殖可以追溯到 13 世紀，當時一位在法國西海岸遭遇海難的愛爾蘭人試圖通過將網繫在高大的木樁上來捕捉鳥類，結果發現木樁很快就被貽貝種子覆蓋。幾個世紀後，美國海岸線上點綴著緬因州的 Bangs Island Mussels、加利福尼亞州的 Catalina Ranch 和羅德島的 American Mussel 等公司，它們通過不懈的創新使傳統得以延續。
今天，再生海洋農場的全球市場潛力巨大，因為這種海洋混養的產品可以作為人類食物、動物飼料、生物燃料和肥料出售。
全球每年種植和收穫的海藻約 1200 萬噸，其中約四分之三來自中國。目前全球作物的市場價值在 5 美元至 56 億美元之間，其中 50 億美元來自銷售供人類消費。然而，生產正在迅速擴大。
至關重要的是，再生海洋農場可以創造數百萬個藍色經濟就業機會。氣候變化是漁業社區的生存危機。再生海洋農場模型為傳統的海洋養殖者（以及漁民和其他人）提供了一個機會，通過在一個農場使用整個水柱將多種恢復性物種（如海藻和貝類）分層，從而使他們的經營和收入多樣化。例如，根據世界銀行的數據，在美國 5% 的水域養殖海藻有可能創造 5000 萬個就業機會——這是二戰以來最大的（世界銀行集團，2016）。
一些經濟政策和結構改革可以幫助促進生態友好的海洋農業。美國的情況主要由 Smith 等人 (2019) 討論，也適於其他國家比照應用。主要政策包括國家以新的補貼或指定現有環境基金的形式支持設立藍碳基金。該基金將獎勵海洋農民的碳和氮封存，並在可能的情況下將貝類和海藻納入公共作物保險計劃。簡化再生海洋農場的許可程序——通常是海藻和貝類企業家的主要障礙——也將大大釋放這個新興但重要的行業的潛力。
頂針島海洋農場是美國最早的再生海洋農場之一（事實上也是世界最早的）。這個貝類和海藻養殖場位於康涅狄格州長島海峽，被改造成可持續糧食生產、海洋保護和經濟發展的孵化器。該農場創新的垂直水下園藝技術在恢復生態系統的同時實現了最小面積的高產。除了食品、化肥和動物飼料外，該農場還在生產生物塑料作為塑料吸管的替代品。頂針島農場現在為新的海洋經濟提供了藍圖。非政府組織 GreenWave 通過培訓和支持新英格蘭、加利福尼亞、紐約、太平洋西北部和阿拉斯加的再生海洋農民來複製頂針島海洋養殖模式。
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我們沒辦法為 90 億人生產足夠的肉類，但也沒辦法要求每個人都成為素食者。 ──比爾．蓋茨 (Bill Gates) |
廣泛採用植物性飲食是應對日益嚴重的氣候危機的任何有效戰略的重要組成部分。健康專家和環保主義者鼓勵人們少吃或不吃肉，但他們的努力並沒有廣泛改變食物選擇。由於人們普遍希望肉類的方便、觸感和味道，因此顯然需要植物性食品，既能保留肉類的吸引力，又能避免畜牧業對環境（以及動物福利和人類健康）的影響。
正如巴蒂尼和 Pointereau 在第 2 章中所討論的，飼養動物作為食物是造成困擾我們的最嚴重環境問題的主要原因之一，包括水污染、荒漠化、森林砍伐、生物多樣性喪失，也許最重要的是氣候變化（Bland 2012）。一個主要原因是飼養動物的大部分卡路里和蛋白質沒有轉化為食用肉類。相反，它們被動物用來生存和生長骨骼、血液和其他不被消耗的身體部位。
人們很難大幅改變溫室氣體排放的大多數主要貢獻，例如交通、建築材料以及家庭和辦公室的氣候控制。然而，人們很容易吃更多的植物性食物並大大減少他們的個人碳足跡。
動物倡導者記錄了動物在集中式動物飼養操作（也稱為工廠化農場）中遭受的大量痛苦。任何配得上「道德」一詞的道德準則都必須譴責對無辜個人造成巨大的、不必要的痛苦和死亡。
如第 5 章所述，當代畜牧業的人類健康成本也很高。最後，畜牧業威脅著糧食安全。在全球範圍內，超過三分之一的耕作作物被餵食給動物，這推高了食品成本，減少了窮人獲得食物的機會，並加劇了世界飢餓和營養不良——隨著人口增長和預估的飲食變化，這一問題可能會惡化 （見第 2 章）。
為了滿足消費者對更安全、更健康和更人性化食品的需求，食品製造商設計了多種植物性產品來複製傳統肉類的味道和質地，例如 Tofurky 熟食片、Beyond Meat 豬肉和牛肉、Field Roast 香腸和「不可能漢堡」（現在在漢堡王出售）。這些加工食品的營養可能不如全植物食品，但值得注意的是，它們的蛋白質比全植物食品中的蛋白質更俱生物利用度。此外，它們含有動物肉缺乏的對結腸友好的纖維，並且沒有動物肉中發現的任何阻塞動脈的膽固醇。它們還包括動物肉缺乏的複合碳水化合物，而且它們的飽和脂肪含量通常較低。例如，Impossible Foods 的植物性香腸和豬肉不含膽固醇，與類似的動物肉類相比，蛋白質佔卡路里的百分比高出 50-70%，不到總脂肪的一半，飽和脂肪顯著減少。最受歡迎的平面肉類之一是 Beyond Meat 的「超堡」，許多人發現它的烹飪、感覺和味道類似於漢堡包。
另一項令人興奮的技術是培植肉，這是一個正在迅速實現的長期夢想。1931 年，邱吉爾說：「我們將擺脫為了吃雞胸或雞翅而養整隻雞的荒謬，通過在合適的培養基下分別種植這些部分」（Churchill 1931）。心髒病學家 Uma Valeti 正在將這一願景帶到 2005 年，使用乾細胞修復受損心臟組織，Valenti 博士想知道是否可以在實驗室中使用相同的過程來種植肉類（Bercovici 2017）。2015 年，他圍繞直接種植肉類的概念推出了 Memphis Meats 來自動物細胞。
從細胞中培養肉類將通過以一種新的方式生產肉類來多樣化和加強蛋白質供應。新一代的「牧場主」不會飼養和屠宰動物，而是會在一個叫做培養器的罐子裡種植肉，這種罐子可以重現動物體內發生的生物過程。它提供了鍛煉肌肉所需的基本元素：水、碳水化合物、脂肪、維生素和礦物質。結果是肉類，在細胞水平上與傳統肉類相同，這意味著它的外觀、味道和烹飪方式都相同。缺少用於使動物更快生長的潛在有害激素、抗生素和其他添加劑。科學家們甚至可以設計出更瘦、更健康、飽和脂肪和膽固醇更少的培植肉。
孟菲斯肉類公司一直是降低養殖肉類生產成本的領導者。比爾．蓋茨、理查．布蘭森和風險投資大師唐納德．弗里斯都是投資者。肉類行業也看到了未來。主要肉類企業集團嘉吉（美國最大的私營公司）和泰森食品已投資孟菲斯肉類公司。
替代蛋白質農業的環境效益
用植物肉或培植肉等替代蛋白質產品代替動物產品有望帶來巨大的環境效益。大多數植物性肉類是由大豆和其他豆類生產的，與真正的肉類相比，它們的碳足跡極小（見第 2 章）。同樣，人造肉是細胞農業的一種形式，預計溫室氣體排放量將減少 74% 至 87%，造成的營養污染減少 94%，土地使用量減少 95%。[9]
正如 Batini (2019, 25) 討論的，「植物肉和培植肉生產的快速擴大規模和降低成本的潛力，以及從潛在的健康、環境、文化和經濟影響的角度帶來的明顯好處，使得一個有吸引力的投資案例。」這一預測得到了實際情況的證明：Impossible Foods 自 2011 年成立以來已吸引了 7.7 億美元的投資，最近一次是在 2019 年 5 月吸引了 3 億美元。Beyond Meat 緊隨其後，迄今為止已披露的資金為 4.83 億美元，其中包括超過美國通過 2019 年首次公開募股獲得 2.5 億美元。在培植肉類方面，孟菲斯肉類公司已通過三輪融資籌集了約 1.85 億美元，其中包括 2020 年初的 1.63 億美元 B 輪融資。投資者包括泰森食品和嘉吉等大型肉類企業集團，以及新加坡主權財富基金淡馬錫和由富國銀行資助的風險投資公司 Norwest。由於對氣候的關注，比爾．蓋茨是 Beyond Meat、Impossible Foods 和 Memphis Meats 的投資者。最近的一項研究發現，世界上人口最多的三個國家對這些產品的接受度很高，中國（62%）和印度（63%）的接受度高於美國（33%）(Bryant et al. 2019)。
只有在味道相同或更好、成本相同或更低的情況下，植物性和培植肉才會被廣泛採用。我們現在有以植物為基礎的漢堡包和香腸，它們的味道與傳統的動物肉相似，但它們仍然更昂貴，因此只佔「肉」標記的一小部分。通過研究和開發，它們可以變得更美味、更有營養且成本更低。
Beyond Meat 和 Impossible Foods 僅運營了幾年就證明了對研究支持的需求，它們在研發方面的總投資可能不到 1.5 億美元。
在培植肉方面，儘管自 2013 年 8 月 耗資 30 萬美元的漢堡包以來，生產成本大幅下降，但目前還沒有生產人造肉的基礎設施，許多基礎科學問題仍未得到解答。到 2018 年底，私人對養殖肉類的投資總額為 7330 萬美元（Good Food Institute 2019），該投資增長迅速。
私人投資者有充分的理由對此感興趣。Liz Specht 博士的分析表明，人造肉最終可以與工業動物肉價格平價（Specht 2020）。然而，由於氣候變化和抗生素耐性的威脅迫在眉睫，我們需要政府支持研發，以加快向植物性和培植肉類的轉變。即使是美國政府對農業研究的一小部分支持，也幾乎肯定會產生切實的成果。對於植物肉，政府撥款可以幫助開發富含蛋白質的作物品種，改進蛋白質提取方法，優化植物製造方法。
對於培植肉，聯邦撥款可以幫助科學家發現最好的細胞系、優化培養基、探索組織支架的新方法以及改進培養器（生物反應器）設計（Swartz 2019）。如果政府在麻省理工學院和史丹佛大學等大學投資植物性肉類和培育肉類研究中心，這將改變遊戲規則。重要的是，每個人都可以獲得這些信息，從而允許較小的公司參與開發各種植物性的培植肉類的競賽。
廣泛採用植物性肉類和培植肉類的障礙不僅是經濟方面的。動物性肉類、奶製品和雞蛋的生產者在州立法機構的朋友的幫助下，試圖阻止植物性替代品的生產者使用肉類、牛奶和雞蛋這些詞（Selyukh 2019）。他們說，原因是消費者錯誤地認為植物性食品實際上是以動物為基礎的。然而，即使粗略地看一下這些植物性產品的包裝，也能清楚地知道來源。事實上，大多數選擇這些產品的客戶是因為他們出於健康、動物福利、環境或其他原因想要避免使用動物衍生產品。
為了應對未來的環境和人類健康挑戰，我們需要各國政府成為尋求植物性和培殖肉類的盟友。如果政府在研發以及製定食品標籤標準方面發揮適當作用，替代肉類可以幫助保護我們脆弱的環境並促進全球健康。