農業

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農業屬於第一級產業,包括作物種植畜牧漁業養殖林業等活動,負責副食經濟作物供應。[1]農業的主要產品是食物、纖維能源和原材料(例如橡膠),其中食物包括穀物、蔬菜、水果、食用油、肉類、奶製品、蛋和菌類。全球農業年產出約110億噸食物[2],3200萬噸自然纖維[3]和40億立方公尺木材[4]不過,其中有14%的食物在到達零售環節之前被浪費。[5]自20世紀開始,基於單一作物種植工業化農業開始成為世界農業產出的主要來源。

農業的出現是人類文明轉向定居形式的里程碑,藉由野生動植物的馴化、培育與繁殖,人們獲得了充足的食物與資源,並促進早期城市的發展與成型。人類在10.5萬年前開始從野外採集穀物,但直到1.15萬年前才開始種植,並在大約1萬年前馴化了綿羊山羊等家畜。世界上至少有11個地區獨立發展出了作物種植。

現代農業技術植物育種、農業化學產品(例如殺蟲劑化肥)的發展顯著增加了作物產量,但也引發了諸多生態與環境問題。選擇育種和現代畜牧業技術發展增加了肉類製品產量,但也引發了動物福利和環境憂慮。上述環境問題包括氣候變遷地下含水層枯竭、森林砍伐抗生素耐藥性和農業相關污染。農業既是環境退化的原因,也深受其影響,生物多樣性喪失、荒漠化土壤退化、氣候變遷等因素都會降低作物產量。進入21世紀後,永續農業的比例漸漸提高,包括樸門有機農業,著重在生態平衡與就近百里飲食。轉基因作物被廣泛使用,但也有部分國家禁止此類作物種植英語Regulation of genetic engineering

定義[編輯]

根據東漢時期《說文解字》和清康熙時期《康熙字典》的解釋,「農」字都是「耕種」的意思,這表示在中國古代就只有種植業才會被稱作「農業」。但現代對農業的定義更加廣泛,包括利用自然資源生產維持生命所需的物品,如食物、纖維、林業產品、園藝作物,以及與之相關的服務。[6]因此,廣義的農業包括種植業、園藝、動物養殖(畜牧業、水產養殖等)和林業,但有時園藝和林業也被排除在外。[6]此外,農業可因管理對象不同而分為兩類:植物農業,主要涉及作物的培育;動物農業,主要關注農業動物產品。[7]

歷史[編輯]

蘇聯植物學家尼古拉·伊萬諾維奇·瓦維洛夫於1930年代提出的馴化植物起源中心。如今,地中海(序號為3的灰色區域)已被排除,而新幾內亞(序號為P的橙色區域)則新近加入。[8][9]

起源[編輯]

得益於農業發展,世界人口數量相比狩獵採集時代有了顯著增長。[10]農業獨立起源於多個地區[11],根據分類單元至少可歸為11個起源中心[8]早在10.5萬年前,人們就已開始採集並食用野生穀物。[12]在23,000年前新石器時代的黎凡特,人們開始在加利利海附近種植二粒小麥大麥燕麥[13][14]中國先民於13,500-8200年馴化了水稻,已知最早耕種時間距今約7,700年[15],而後綠豆大豆紅豆也在此區域馴化。美索不達米亞人於13,000萬-11,000萬年前馴化了綿羊[16]家牛則是從10,500萬年前生活在現今土耳其和巴基斯坦地區的原牛馴化而來。[17]家豬野豬馴化而來,此過程在歐洲、東亞和東南亞獨立進行[18],最早馴化時間距今約10,500萬年。[19]在南美洲安地斯山脈,人們在10,000-7,000年前馴化了馬鈴薯,後續又馴化了豆子、古柯羊駝大羊駝豚鼠高粱於7,000年前在非洲薩赫勒被馴化。棉花於5,600年前在秘魯被馴化[20],後也在歐亞大陸獨立馴化。玉米源於野生玉蜀黍屬,於6,000年前在中美洲馴化。[21]公元前3,500年左右,歐亞大草原被馴化。[22]關於農業的起源有大量研究,學者為此提出了眾多假說。人類從狩獵採集向農業社會的轉型伴隨著集約化和定居英語Sedentism的發展,相關過渡期案例有黎凡特地區的納圖夫文化中國早期的新石器文化。隨著生活方式的轉變,人們開始在定居點種植採集自野外的資源,由此導致這些物種的逐步馴化。[23][24][25]

古代文明[編輯]

農業的起源中心及其傳播路徑。[26]

公元前8,000年,歐亞大陸的蘇美爾人開始以村莊形式定居,並依靠底格里斯河幼發拉底河灌溉作物。其公元前3,000年的象形符號中出現了,公元前2,300年出現了播種犁。蘇美爾農夫種植大麥、小麥、蔬菜(例如扁豆洋蔥)、水果(例如椰棗葡萄無花果)。[27]古埃及農業始於舊石器時代末期的前王朝時期,時間大約在公元前10,000年,主要依靠尼羅河和當地季節性洪水灌溉作物。當地人種植的主要糧食作物為大麥小麥,此外還有亞麻紙莎草經濟作物[28][29]印度先民在公元前9,000年前馴化了小麥、大麥和,後續又馴化了綿羊和山羊。[30]在公元前8,000-6,000年的梅赫爾格爾文化中,巴基斯坦先民馴化了牛、綿羊和山羊。[31][32][33]棉花在公元前4-5世紀馴化。[34]此外,考古證據顯示,在公元前2,500年的印度河流域文明中,出現了使用動物牽引的犁。[35]

在中國地區,公元前5世紀開始出現穀倉建築,以及以取得絲綢為目的的蠶業[36]公元1世紀開始使用水磨[37]和水利灌溉[38],公元2世紀晚期開始出現帶有金屬犁鏵和犁板的重型犁[39][40],隨後這些技術向西在歐亞大陸傳播。[41]藉助基因分子鐘估算,亞洲水稻的馴化時間大約在8,200-13,500年前[42],馴化地點位於中國西南部的珠江流域,原始物種為野生稻[43]古希臘古羅馬種植的主要穀物為小麥、二粒小麥和大麥,蔬菜包括豌豆、大豆和橄欖,綿羊和山羊養殖主要是為取得奶製品。[44][45]

古埃及壁畫中的農業活動場景,公元前15世紀

中美洲馴化的穀物有南瓜、大豆、可可[46],其中可可是由居住在亞馬孫河上游的馬由-欽奇佩文化英語Mayo-Chinchipe先民馴化,時間大約在公元前3,000年。[47]火雞可能在墨西哥或美洲西南部馴化。[48]中美洲阿茲特克人發展了灌溉系統,在山坡上耕作梯田,為土壤施肥,建造人工浮田和人工島。生活在美洲中部的瑪雅人從公元前400年開始大量建造人工河道,以在沼澤地帶開拓農田。[49][50][51][52][53]古柯由南美洲安地斯山脈先民馴化,在同一地區馴化的作物還有花生番茄菸草菠蘿[46]棉花在公元前3,600年的秘魯馴化[54],同在此地馴化的動物還包括羊駝、大羊駝、豚鼠。[55]北美東部原住民馴化了向日葵、菸草[56]、南瓜和藜屬作物[57][58],人們也從野外採集野生稻米和楓糖[59]人工馴化的草莓源自智利和北美野生物種的雜交,後由歐洲與北美人進一步馴化。[60]北美西南部和太平洋西北地區原住民種植樹林,並有計劃的引燃林火。原住民會控制樹林火勢,將其限制在特定區域,藉此創造有利於農業持續發展林火生態英語Fire ecology[61][62][63][64]北美原住民還發展了一種名為「三姐妹英語Three Sisters (agriculture)」的同伴種植英語Companion planting系統,這三種作物為冬南瓜英語Winter squash、玉米和荷包豆[65][66]

普遍認為澳大利亞原住民是游牧的狩獵採集者,他們會有計劃地在野外放火,可能是為了增加火棍農耕英語fire-stick farming中野生作物的產量。[67]學者指出,狩獵採集者需要讓周圍環境中野生作物產量維持在特定水平,只有這樣才可在不耕作的情況下滿足生存需求。新幾內亞森林中可食用植物較為稀少,因此當地先民可能會實行「選擇性放火」,以提高野生高大貝葉棕英語Corypha utan的果實產量。[68]

澳大利亞貢迪吉馬拉人英語Gunditjmara自5,000年開始飼養鰻魚[69]澳洲中西部海岸和中東部海岸先民曾種植山藥、本地小米野洋蔥英語Cyperus bulbosus,種植地點或許是位於其永久定居點。[25][70]

近現代[編輯]

義大利人彼得羅·德爾·克雷森齊英語Pietro de' Crescenzi於公元1470年創作的農業日曆

相比羅馬時期,中世紀歐洲人更注重農業的自給自足。農業人口在封建制度下組織成大型莊園,這些莊園通常有上百英畝土地,土地所有者一般是羅馬天主教會及其牧師。[71]得益於阿拉伯農業革命成果傳播,歐洲農業取得了許多新的技術,並引入了新的栽培物種,稻米、棉花和果樹。[72]

15世紀哥倫布發現美洲後,舊大陸與新大陸之間交換了大量農業產品,美洲大陸的玉米、馬鈴薯、番茄、番薯、木薯等作物傳入歐洲,而舊世界的小麥、大麥、稻米、蕪菁等作物,以及馬、牛、綿羊、山羊等牲畜傳入新大陸。[73]

自17世紀英國農業革命後,灌溉、輪作化肥技術的發展促使世界人口快速增長。而自20世紀以來,已開發國家逐漸以機械自動化裝置取代農業中的人工勞作,並利用合成肥料、殺蟲劑選擇育種協助農業工作。德國化學家弗里茨·哈伯提出的哈伯法可大量生產硝酸銨,其作為一種重要的肥料,極大提高了農業產量,促進20世紀人口的迅速增長。[74][75]不過,現代農業也引發了許多生態環境、政治、經濟相關議題,例如水污染生物燃料轉基因作物關稅農業補貼等,這些問題促使人們開始關注有機農業[76][77]

類型[編輯]

生活在北極地區的牧民和他們的牧群
使用聯合收割機收割小麥。

游牧是畜牧的一種形式,牧民依據不同時間草場、飼料和水源變化,定期遷徙牧群。這種農業形式主要分布在撒哈拉乾旱與半乾旱地區、中亞,以及印度部份區域。[78]

尚比亞農民在人力施肥

輪耕是作物種植的一種形式。農民首先從森林中開闢一塊土地,在此種植作物,在數年後肥力過低時將其廢棄。而後農民會選擇另一塊林地重複上述過程。這種種植方式主要流行於印度東北部、東南亞、亞馬孫盆地的熱帶雨林地區,因為這些區域的土地可在廢棄後快速再生為森林。[79]

自給農業是指僅為滿足家庭或本地需求的農業活動,很少有多餘的產品運輸至其他地區。自給農業在亞洲季風區和東南亞十分常見[80],截至2018年,世界上大約有25億人從事自給農業,其耕地面積占總耕地面積約60%。[81]

集約農業是指以最大化產量為目的的農業活動,儘可能的減少休耕期,並有大量資源投入(水、化肥、殺蟲劑和自動化裝置)。這類農業主要分布在已開發國家。[82][83]

當代農業[編輯]

現狀[編輯]

自20世紀以來,集約農業大量提高了糧食產量。如今,小型農場的食物產出約占世界總量的三分之一,但大型農場正變得十分普遍。占據前1%大小的農場平均面積超過50公頃,所管理的土地面積占所有耕地面積70%。將近40%的耕地屬於面積超過1,000公頃的巨型農場。不過,六分之五的農場面積仍小於2公頃。[84]化肥和殺蟲劑等化學產品有助於農業產出,卻也造成了水污染問題。如今,農業面臨的主要問題是土壤退化與植物疾病(例如稈銹病[85],世界上大約40%的耕地已嚴重退化。[86][87]鑑於傳統農業帶來的諸多環境問題,人們開始尋找替代方法,例如有機農業可再生農業英語Regenerative agriculture或是永續農業[76][88]歐盟是農業改革的主要推動者,它於1991年開始認證有機食品,並在2005年修改了共同農業政策,取消了農業補貼與特定商業作物的聯絡。[89]有機農業的發展也促成了一些舊有研究領域的復興,例如綜合蟲害管理英語Integrated pest management、選擇育種[90]控制環境農業英語Controlled-environment agriculture[91][92]然而,也有人擔憂有機農業相對較低的產量可能會危機全球糧食安全[93]與此相關的科學研究包括轉基因食品的生產製作。[94]

中華人民共和國自1961年來的農業產值趨勢(以2015年的美元價值估算)

截至2015年,中華人民共和國的農業產出居世界首位,其次是歐盟、印度和美國。[95]經濟學家估算如今美國農業的全要素生產率約為1948年的1.7倍。[96]

儘管現代農業已大大進步[97],但截至2021年仍有7.02-8.28億人受飢餓威脅。[98]影響糧食安全的因素包括戰亂衝突、氣候變遷與極端天氣、經濟波動[97],也可能源自國家結構特徵(例如所得水準)、自然資源豐富程度、政治經濟制度等。[97]國際農業發展基金認為,增加小產權農戶英語Smallholding的比重或許是解決糧食價格英語Food prices問題,並緩解糧食安全憂慮的可行方案,這種方法已在越南實行且成果甚佳。[99]

勞動力[編輯]

農業提供了全球大約四分之一的勞動崗位,撒哈拉以南非洲有超過一半的人口從事農業,而在部分低收入國家這一比例甚至超過60%。[100]隨著社會發展,許多農業人口會轉向其它行業,而新技術的運用也允許農業在降低勞動力的情況下維持充足產量。[101][102][103]隨時間推移,從事農業的人口比例會逐步降低。[104]

隨著經濟發展,三級產業中的農業(最左側的綠色資料)占比逐漸降低

在16世紀的歐洲,大約有55-75%的人口從事農業,而到了19世紀,則下降至35-65%。[105]如今,這些國家的農業人口低於10%。[106]在20世紀初,全世界有約三分之一的人口從事農業,總人數大約10億人。這占到全球兒童勞動力的70%,農業在許多國家也是女性從業比例最高的行業。[107]從2007年起,服務業取代了農業成為全球從業人口最多的行業。[108]

在許多已開發國家,外來移民填補了農業中難以機械化的崗位。[109]2013年,來自東歐北非南亞的農場工人占西班牙、義大利、希臘和葡萄牙所有農業雇員的三分之一。[110][111][112][113]而在2019年的美國,超過一半(大約45萬)農業雇員為移民者,不過近年來新移民從事農業的比例已下降了75%,由此導致了美國農業的勞動力短缺。[114][115]

縱觀全球,女性在農業中占據重要部份。[116]在除東亞和東南亞以外的開發中國家中,農業勞動力中的女性比例已接近50%。[116]撒哈拉以南非洲,女性占47%的總農業勞動力,這個數字在過去數十年間沒有顯著變化。[116]不過,聯合國糧食及農業組織認為女性在農業中的角色可能正發生變化,例如從小型家庭農場勞動力變為僱傭員工,或因男性外出就業而從家庭合作勞動者轉變家庭中主要的生產者。[116]

安全風險[編輯]

農業,尤其是耕作行業仍是較為危險的行業,世界範圍內的農民都有較高的工作相關受傷風險,這些傷病包括肺部疾病、噪音造成的聽力損傷外觀疾病,以及暴露在特定化學產品中的風險。在工業化農場中,從業者也可能在使用農業機械時受傷,在已開發國家,農用拖拉機翻車事故是導致農業致命傷害的常見原因。[117]殺蟲劑等化學產品可能會對接觸者造成危害,長期暴露在這些產品中可能會引發疾病或增加新生兒致畸風險[118]工業化農場從業者常是整個家庭一同居住在農場,從而增加家庭成員的受傷和罹患疾病風險。[119]家庭中6歲以下兒童尤其可能遭受農業傷害[120],常見的事故原因包括溺水、機械或引擎事故、農用車輛側翻等。[119][120][121]

國際勞工組織將農業認定為「所有經濟行業中最具危險性的行業之一」。[122]它認為每年與農業勞動相關的死亡至少有17萬,死亡率是其它行業平均值的兩倍。此外,農業相關傷病也十分常見,但通常不被記錄。[122]該組織於2001年制定了《農業安全與健康公約英語Safety and Health in Agriculture Convention, 2001》,其中覆蓋了農業領域可能包含的安全風險,對這些風險的預防方法,以及個人和組織在農業活動中應當發揮的作用。[122]

美國國家職業安全衛生研究所將農業置於職業安全研究英語National Occupational Research Agenda的優先位置,為其中存在的安全與健康風險提供干預策略。[123][124]歐盟職業安全衛生局英語European Agency for Safety and Health at Work也制定了準則以保護農業、畜牧業、園藝、林業從業者的健康與安全。[125]美國農業安全與健康委員會(The Agricultural Safety and Health Council of America)每年都會組織會議,邀請各界專家與政策制定者探討該行業的安全問題。[126]

農業生產[編輯]

世界上農業總產值最高的國家如下:

作物種植[編輯]

泰國的燒荒農業

作物種植產出受多種因素影響,例如當地自然資源與環境限制、農場的地理與氣候條件、農業政策、社會經濟環境、農業文化等。[128][129]

輪耕,或稱燒荒農業,是指農民透過在森林中放火燒出一片供農業耕作的土地,這片土地的肥力可維持數年。[130]待肥力降低後,這片土地即被遺棄,讓其重新成長為森林,而農民轉向其它林地重複開荒過程,直到一段時間(10-20年)後再次對其開墾。如果當地人口密度較高,就需要藉助一些額外手段,例如使用化肥或控制害蟲,以減少休耕間隔。而年耕是一種強度更高的耕作方式,幾乎不存在休耕期,這種方法需要向土地添加大量養分並維持害蟲控制。[130]

椰子萬壽菊的間種

隨工業化發展,農業發展出了單一耕作方式,即在大面積土地上種植同種作物。由於缺乏生物多樣性,養分使用也相對單一,病蟲害的問題更加嚴重,導致殺蟲劑和化肥的需求增加。[129]與此相對,復作英語multiple cropping混養是指多種作物在一年中依順序種植,同時保持其它作物的間種英語Intercropping和伴生種植。[130]

亞熱帶和乾旱環境,農業種植受降雨限制,可能無法在同一年內多次種植一年生作物,或是需要額外的灌溉。這些氣候環境可支援多年生作物生長,例如咖啡、可可等,並可實踐混農林業。在溫帶環境,生態系多為草地草原,在這些區域主要為高產量的年耕。[130]

農業中重要的食用作物包括穀物、蔬菜、草料、水果和豆類。[131]自然纖維來源包括棉花、羊毛火麻絲綢亞麻[132]不同作物在全球不同區域種植。根據聯合國糧農組織的估算,全世界農業產出如下表[131]

畜牧生產[編輯]

集約化養豬場

畜牧業是指養殖動物以取得肉類、奶製品、蛋類或毛髮,或是作為替代勞動力的活動。[133]役畜包括馬、閹公牛水牛駱駝、大羊駝、羊駝、、狗等,它們可幫助人類耕作土地、馱運貨物、管理其它家畜。[134]

畜牧系統根據飼料來源可分為草地、混合和無土地三類。[135]截至2010年,地球除水域和冰雪覆蓋之外的土地中,有大約30%被用於動物養殖,全球有約13億人從事畜牧業。自1960年代至21世紀初,家畜數量和平均肉類產出,尤其是豬、牛、雞這三類家畜的產量都有了大幅增長,其中雞的產量增加了近10倍。非產肉動物產量,例如奶牛、蛋雞等也有顯著的增長。至2050年,全球範圍內牛、綿羊、山羊的數量預計將持續增加。[136]封閉場所中的漁業養殖也有顯著增長,1975-2007年的年均增長率為7.9%。[137]

20世紀後半葉,畜牧業開始大量應用動物選擇配種和雜交方法,這些方法顯著提升了產量,但同時也造成了養殖動物遺傳多樣性降低,由此導致家養動物演化出的適應力與抗病性減弱。[138]

集約化飼養的肉雞

草地畜牧業需要依靠灌木、草原或牧地放養草食動物,動物糞便可作為肥料排放回這些區域。部分割區域因氣候或土壤限制而難以施行農耕,因此草地畜牧業是這些地區主要的農業活動方式,全世界大約有3,000-4,000萬牧民。[130]混合畜牧業使用草地放養動物,但也輔以草料或糧食作為反芻單胃英語Monogastric動物(主要是牛和雞)的飼料。在這種畜牧系統中,動物糞便會被回收作為作物的肥料。[135]

無土地畜牧業使用農場外的食物飼養動物,這種飼養方法在經濟合作與發展組織成員國(主要為已開發國家)中較為常見,其標誌著作物與畜牧生產的分離。全球大部分豬肉和家禽都由無土地畜牧方式生產。據估計,2003-2030年約75%的家畜在室內封閉環境飼養,這種飼養方式也稱為工業養殖英語Intensive animal farming[136]部分商業養殖會採用生長激素促進動物生長,這種養殖方法存在許多爭議。[139]

方法與實踐[編輯]

利用農用機械耕作土地

耕作是使用工具(例如)在作物種植前翻土,以將營養物質混入土壤或控制蟲害的過程。傳統農業中,耕作需要耗費大量人力。翻動土壤可提高土壤溫度,擴大化肥和殺蟲劑的作用範圍,進而增加農業產量。然而,耕作也會加速土壤侵蝕,促使土壤有機質分解,並減少土壤的生物多樣性。現代免耕農業英語No-till farming提出了不使用耕作而直接種植作物的方法,這種方法不僅減少了人力投入,同時還可以減少土壤侵蝕,保留更多的有機質。[140][141]

農業有害生物包括雜草、昆蟲、蟎蟲、病原體等對作物生長造成不利影響的生物。針對這些有害生物,常見的控制措施包含化學控制(例如使用殺蟲劑)、生物防治、物理防治(例如耕作)。此外,人們也採用輪作農業淘汰英語culling覆土作物、間作、堆肥抗病性篩選英語Disease resistance in fruit and vegetables等農業實踐防止害蟲。綜合蟲害管理(IPM)致力於整合上述所有方法,將有害生物對農業造成的經濟損失控制在較低水平,而殺蟲劑則作為這些方法無效時的最後手段。[142]

營養管理英語Nutrient management是指對作物和牲畜的營養投入,以及牲畜糞肥管理。營養投入包括非生物化肥、糞肥、綠肥、堆肥和礦物質等。[143]作物營養管理也包括輪作與休耕的安排。動物產出的糞肥可用於輔助草料生長,例如應用在集約化輪牧草場,或以液態或固態形式撒布英語Manure spreader於農田或放牧場中。[140][144]

中心樞軸灌溉英語Center-pivot irrigation系統

在氣候多變或降水稀缺的地區,水資源管理顯得尤為重要。[130]一些農場在自然降雨之外也給作物補充額外水分,這種行為稱為灌溉。在一些特定區域(例如北美大平原),農民會採取休耕一年的方式,讓土壤獲得足夠未來數年耕種所需的水分。[145]現代精確農業可以更加便利地監視和調配水資源,從而提高水資源的管理效率。[146]全球約70%的淡水用於農業生產[147],這個比例在各個國家之間存在明顯的差異。低收入國家和內陸國家的農業取水率可達90%,而在小島嶼開發中國家,取水率約為60%。[148]

國際食物政策研究所在2014年的研究報告中指出,現代科技與農業的結合可在未來顯著提高食物產量。該報告利用預測模型了11項新興科技在農業產出、糧食安全和貿易方面的影響。報告指出,2050年面臨飢餓的人口將減少40%,同時糧食價格也將降至目前水平的一半。[149]

生態系服務功能補償英語Payment for ecosystem services是針對農民或土地所有者的激勵措施,鼓勵他們提供生態系服務,例如水資源管理、碳固定、生物多樣性維護等。透過收集補償基金,這些計劃還可以用於在城市河流上游進行重新植樹造林,從而改善淡水供應。[150]

農業自動化[編輯]

農業自動化多種不同定義。其中一種定義認為,自動化是指機械裝置在沒有人類干預的情況下自動執行任務。[151]而另一種定義認為,自動化是藉由便捷、自主、擁有決策能力的機械電子裝置的輔助完成各類生產任務。[152]不過,聯合國糧農組織也指出,上述定義並不能涵蓋所有的自動化農業形式。例如場所固定的擠奶機,自動執行農業操作的機械裝置,以及只為排錯目的設定的電子工具(例如各類感測器)。[146]因此,聯合國糧農組織將農業自動化定義為在農業活動中使用機械裝置提高排錯、決策或執行效率,減輕農業操作的繁瑣程度,提高及時性和潛在精度。[153]

農業技術發展經歷了從人力工具、動物牽引、機械化、電子化,最終到人工智慧機器人的轉變。[153]機械化裝置使用引擎驅動,可代替農業中的重複人力操作,如耕地和擠奶。[154]隨著數字自動化技術發展,這些機械也被賦予了自動排錯和自主決策的能力。[153]例如,穀物收割機器人可自主完成收割穀物並播種,而無人機可採集資訊以提高自動化的準確性。[146]這些自動化機械在現代精準農業中十分常見。[146]如今,傳統機械裝置正被附帶排錯與決策功能的數位化裝置取代[154],例如過去農業中常用的拖拉機現在正逐漸被新型農用車輛所替代,這些車輛可自動在農田中播種。[154]

自動化裝置也被廣泛應用在畜牧管理中。根據市場資料,自動化產奶系統的銷量在最近數年有顯著增加[155],不過,該技術主要應用於北歐國家[156],在中低收入國家應用較少。市場上也存在針對奶牛和家禽的自動餵料系統,但關於這類系統的銷量趨勢資料較少。[157][146]

關於農業自動化對就業影響的研究較為困難,因為這類研究需要收集農業上下游產業工人的大量跟蹤資料。[153]自動化引發某產業工作崗位減少的同時也會增加其它產業的工作崗位,例如農業自動化減少了部分農民的工作必要性,但同時增加了新的就業崗位,例如農業機械的操作與維護。[146]農業自動化也激勵了生產者擴大生產規模,並創造其它農業系統,由此刺激就業增長。[158]在部分高收入和中等收入國家,自動化可填補農村地區日益短缺的勞動力。[158]但如果在農村勞動人口充裕的情況下,政府採用補貼的形式強制推廣自動化裝置,就可能引發失業浪潮,或導致薪資停滯或下降,這對窮困和低技能勞工的影響尤為明顯。[158]

氣候變遷影響[編輯]

衣索比亞農民在揚谷:全球暖化可能會對低緯度地區(例如衣索比亞)農業產量造成影響

農業與全球範圍內的氣候變遷緊密相關。全球暖化改變了四季均溫、降水、並引發極端天氣(例如風暴和熱浪);影響作物疾病和昆蟲活動;改變大氣二氧化碳和地表臭氧濃度;改變部分食物的營養價值[159];導致海平面上升[160]全球暖化已對各地農業造成影響,影響程度因地理位置不同而有差異。[161]未來的氣候變遷可能導致低緯度地區糧食產量降低,而對北緯地區的影響可能混合有積極與消極影響。[161]這些影響可能危及部分弱勢群體(例如窮人)的糧食安全。[162]

生物技術[編輯]

植物配種[編輯]

可種植在高鹽度環境的小麥品種(左)與普通小麥(右)的對比

人類經由配種來篩選植物理想性狀的實踐已有數千年歷史。在作物後代選育的過程中,一些特定的性狀被保留並得到了增強,例如更大的果實、抗旱抗蟲性等。得益於19世紀奧地利生物學家孟德爾關於顯隱性基因的研究,人類對植物遺傳和配種有了更深入的理解,致使植物配種技術的進展頗為可觀。作物配種方法包括篩選理想性狀、自花授粉、異花授粉,以及在分子層面修改遺傳基因。[163]

在過去幾個世紀,馴化作物的產量顯著增加,抗旱與抗蟲性提升,並更易於收割,營養價值也有提升。1950年代,在X射線紫外線誘變技術的幫助下,誕生了首批現代商業作物,例如小麥、玉米和大麥的特殊物種。[164][165]

種植在溫室中用作植物配種的幼苗

20世紀中葉的綠色革命促進了作物雜交種的普及,由此創造的「高產品種」極大提升了糧食產量。例如,美國在20世紀初的玉米產量為每公頃2.5噸,到21世紀初則提升到每公頃9.4噸。世界範圍內小麥產量也從20世紀初的每公頃1噸,提升到20世紀90年代的每公頃2.5噸。其中南美洲平均小麥產量為每公頃2噸,非洲不到每公頃1噸,埃及和阿拉伯在灌溉下可達到每公頃3.5-4噸,而法國每公頃甚至超過8噸。上述產量差距源於氣候、作物基因和農業技術的差異,其中技術差異包括化肥和殺蟲劑的使用,生長控制避免倒伏等。[166][167][168]

基因工程[編輯]

相比普通馬鈴薯(右),經基因改造的馬鈴薯(左)可抵抗病毒疾病

基因改造生物是指由基因重組技術而被修改遺傳材料的生物體。基因工程擴大了育種者可選擇的範圍,作物可借這項技術獲得更強的環境耐性,更高的營養價值,抗病與抗蟲性,對除草劑的抗性等。[169]不過,基因改造生物也引發了部分群體的擔憂,有人認為這些作物可能存在未知的安全問題。一些國家限制基因改造生物的生產或進口[170],國際協定《卡塔黑納生物安全議定書英語Cartagena Protocol on Biosafety》也限制了這類產品的貿易。各地關於轉基因食品的標籤有不同規定,例如歐盟要求轉基因食品必須有標註,而美國則沒有這類要求。[171]

抗除草劑作物是經基因改造,可暴露於除草劑(例如草甘膦)而正常生長的作物。農民在種植這類作物時可使用除草劑控制田間雜草,而不必擔心危害作物的生長,由此提升作物產量。隨著這類作物在全球範圍的廣泛種植[172],農民對草甘膦除草噴霧的使用也有增加。研究發現,在一些地區已出現具有草甘膦抗性的雜草,這促使農民選擇其它種類的除草劑。[173][174]還有一些研究指出,草甘膦的普遍使用可能導致了部分作物鐵元素的缺乏,這引發了關於這類作物產量和營養品質的憂慮。[175]

農業中使用的基因改造生物還包括抗蟲作物,這類作物的抗蟲基因來源於土壤細菌蘇雲金芽孢桿菌(Bt),其可產生對昆蟲而言有毒的化合物,從而抵抗蟲害。[176]也有人認為,藉助傳統植物配種技術也可獲得與轉基因類似的抗蟲性狀,並可透過與野生物種的雜交或異化授粉獲得對多種害蟲的抗性。在部分情況下,野生物種是作物抗性的主要來源,例如一些番茄品種藉助於野生番茄的雜交而獲得了針對至少19種疾病的抗性。[177]

環境影響[編輯]

影響與損失[編輯]

紐西蘭一處因農業活動造成的水污染

農業即是環境退化的原因,也深受其影響。諸如生物多樣性喪失荒漠化土壤退化全球暖化等都會降低農業產出。[178]農業是環境壓力的主要驅動者,不當的農業活動可能造成棲息地破壞、氣候變遷、水的過度消耗和污染。人類釋放到環境中的有毒物質主要源自農業活動,這些物質包括殺蟲劑,尤其是用於棉花的殺蟲劑。[179][180]聯合國環境署在2011年的綠色報告中表示,農業活動產生的溫室氣體占人類總排放的13%,這些溫室氣體來源於無機化肥、農藥殺蟲劑、除草劑,以及活動中消耗的化石燃料[181]

上述環境影響帶來的損失包括化學物質對自然環境的傷害、營養流失、水資源浪費,以及生態環境破壞。根據2000年的一項估計,英國在1996年因農業造成的經濟損失約為134.3億英鎊,相當於每公頃土地損失208英鎊。[182]而根據另一項2005年的分析,美國因農業種植造成的經濟損失約為50-160億美元,約合每公頃30-96美元,而畜牧業造成的損失則為7.14億美元。[183]這兩項研究都關注了農業造成的外部成本,並認為有必要將這些成本內化,以更好地衡量其真實的社會與環境成本。這兩項分析研究都未將農業補貼考慮在內,但它們也提到農業補貼也可對農業活動的社會成本造成影響。[182][183]

現代農業致力於增加產量並減少支出。增加產量的方法包括使用化肥,以及應用各類手段去除作物病原體、捕食者和競爭者(例如雜草)。這些措施的平均花費隨農田面積擴增而降低,因此現代農業傾向於擴大農田面積,從而移除樹籬、溝渠,以及其它生物的棲息地,並使用農藥消滅昆蟲、雜草和真菌。在集約農業中,大面積農田僅種植十分有限的作物,由此導致環境中的生物多樣性處於極低水平。[184]此外,農業產出還可能因為農產品收割、處理或加工時的操作而導致額外損失。[185]

因為氣候變遷,過去某地罕見的有害生物與疾病可能會變得流行。例如在法國香檳地區,農民發現了當地小麥患上了稈銹病,這類疾病只在20-30年前的摩洛哥曾有出現。氣候變遷影響了冬季均溫,因此在過去無法活過冬季的昆蟲如今卻可能可以存活甚至正常繁衍。[186][187]

畜牧業環境問題[編輯]

厭氧消化設施可將廢棄植物和家畜糞便轉化為生物燃氣

聯合國進階官員亨寧·斯坦菲爾德曾表示,畜牧馴養是引發環境問題的最主要因素之一。[188]畜牧業用地占農業總用地面積的70%,或占總陸地面積30%。其為最主要的溫室氣體排放源頭,占全球總排放的18%,相比之下,所有交通工具的溫室氣體排放只占總排放的13.5%。畜牧業還產生了大量一氧化二氮氣體,占總排放的65%,這類氣體的暖化效應是二氧化碳的296倍,此外也產生了37%的甲烷、64%的。畜牧業擴張被認為是造成森林砍伐的主要原因。亞馬孫盆地中70%被砍伐的森林轉變為了牧場,剩餘的也被用作種植飼料,[189]生物多樣性也受此影響。根據聯合國環境署的聲明,如果依照當前的增長趨勢,至2030年全球甲烷排放英語Methane emissions將增長60%。[181]

土地與水資源問題[編輯]

位於美國堪薩斯州的灌溉土地,其中綠色的為生長良好的玉米高粱農田(高粱顏色略淺),金色的是小麥,最近被收割、耕種或休耕的土地為灰色

人類對土地的轉化,也即把自然土地轉變為農業生產服務用地,可對地球生態系造成巨大影響,並引發生物多樣性喪失。據估算,被人類轉化為農業用地的土地約占地球總土地面積的39-50%。[190]土地退化,即土地長期生態功能和生產力的降低,因作物過度種植而發生在全球24%的土地。[191]有15億人依賴退化土地生存,造成退化的原因有森林砍伐、荒漠化土壤侵蝕、礦物質枯竭、土壤酸化鹽鹼化等。[130]

農業活動可能造成水域生態系優養化,從而引致藻華消耗水體氧氣,導致魚類死亡英語Fish kill、生物多樣性喪失,受污染水體也不再適合飲用或工業用途。種植土地上過度使用化肥與糞肥,或過高密度的畜牧業可造成養分隨地表徑流流入水體,這些污染物屬於非點源污染英語Nonpoint source pollution,是導致水域生態系優養化和地下水污染的主要因素。[192]化肥的過度使用也會讓陸地上部份物種獲得過度生存優勢,從而導致生物多樣性降低。[193]

如今,農業面臨著不斷增長的淡水需求,以及降水異常(乾旱、水澇、極端天氣等)問題。[12]大約70%淡水資源取用與農業相關[194][195],41%的灌溉水資源影響到了環境水流需求(environmental flow requirements)。[12]很久以前人們就注意到在部份區域,例如中國北部、印度的恆河上游,以及美國西部的含水層正在枯竭,而2012年的研究指出,這種狀況已在越來越多地區出現。[196]農業需要生產更多糧食,以供應全球日益增長的人口,但由人工增長帶來的工業與城市發展同時也占據了農業所需的部份水資源,因此節水是未來農業發展的一個重要方向。[197]雖然工業取水量在過去數十年有所下降,城市取水量自2010年來僅略有增長,但農業取水量卻正以前所未有的速度增長。[12]農業用水也可造成許多環境問題,例如濕地破壞、水媒傳染病流行,以及因錯誤灌溉導致的土地鹽鹼化淹水[198]

殺蟲劑使用[編輯]

在農田中播撒殺蟲劑

自1950年代起,殺蟲劑的使用日益增多,如今年度使用量已達到230萬噸。然而,殺蟲劑的廣泛使用並未顯著減少害蟲對農業造成的損失。[199]根據1992年世界衛生組織的估計,全球每年有300萬人因殺蟲劑中毒,由此致死的人數高達22萬。[200]此外,由於殺蟲劑的廣泛使用,部分害蟲已經產生了對殺蟲劑的抗性英語Pesticide resistance。為對抗這種抗性,人們不得不進行「殺蟲劑軍備競賽」,也即持續地開發新型殺蟲劑。[201]

另一個與殺蟲劑相關的有爭議的話題是,集約農業推行者主張該農業方式可以在有限的土地上透過大量使用殺蟲劑以及高成本單位投入,將糧食產量最大化,以解決饑荒問題。正如全球食品問題中心英語Center for Global Food Issues在其網站上所說:「在每公頃土地上種植更多作物,為自然留出更多空間」。[202][203]然而,有批評指出,糧食安全與環境保護的衝突並非不可避免[204],並且殺蟲劑的使用也會淘汰傳統遺留的良好農業方法,例如輪作[201]有人提出推力-拉力害蟲控制策略英語Push–pull agricultural pest management,藉助作物間種方式,利用部分植物的特殊氣味驅趕害蟲(推力),並將其引誘至方便移除的位置(拉力)。[205]

氣候變遷[編輯]

農業活動對氣候變遷的影響主要包括溫室氣體排放與森林砍伐[206]農業、林業和其它土地使用活動產生的溫室氣體占人類總排放的13-21%。[207]農業產生的溫室氣體中,超過一半為一氧化二氮甲烷[208]畜牧業是農業溫室氣體的主要來源。[209]

在所有農業溫室氣體中,57%與動物食物生產相關,29%與植物食物生產相關。作物種植領域溫室氣體排放最多的是水稻生產(占12%),而動物製品中溫室氣體排放最高的是牛肉生產(占25%)。南亞、東南亞和南美是生產型溫室氣體的最大排放區域。[210]

永續性[編輯]

美國愛荷華州的一個農場,其採用了梯田保護耕作、保護緩衝區等方式降低土壤侵蝕與水污染

由於水資源短缺、土壤侵蝕和肥力降低等因素的影響,現行的農業實踐已不永續。因此,必須重新考慮農業生產與水、土地和生態系之間的關係。其中一個解決方向是賦予生態系實際價值,認識農業生產活動消耗的生態成本,並平衡各方利益。[211]但是,這些措施也可能會導致不平等,例如水資源的分配失衡(富裕群體獲得更多資源)、將土地強制轉化為更具生產力的農業活動、或保護濕地而限制漁業權利等問題。[212]

現代科技創新有助於實現農業的永續性[213]例如,採用保護耕作技術可以顯著減緩土壤侵蝕速率、降低水污染、增強碳截存能力。[214]農業自動化技術可以幫助農業應對氣候變遷影響,提高農業的適應能力。[146]數字自動化技術(如精確農業)可以提高資源利用效率,使農民能夠在不適宜的環境中進行生產活動。[146]此外,感測器和預警裝置的部署可以降低氣候變遷導致的極端天氣事件對農業的影響。[146]

其它增加農業永續性的措施還包括應用保護性農業英語Conservation agriculture混農林業改善畜牧業英語Convertible husbandry、避免草地轉換、使用生物炭等。[215][216]目前在美國等已開發國家大量運用了單一作物種植,它取代了以往農業中的永續耕作實踐,例如每年兩到三次作物輪作,包括乾草和農作物的混種。在農業政策中增加土壤碳截存等減排目標或許可以促進這類農業實踐向永續耕作方法轉變。[217]

根據當前全球人口增長速度和氣候變遷趨勢,農業仍有望透過更新方法、擴大耕地面積和減少消費浪費等方式滿足人類糧食需求。[218]

能源消耗[編輯]

農業機械化從20世紀40年代開始發展,類似採棉機的機械可替代50個工人勞作,但代價是增加了化石燃料消耗

自20世紀40年代以來,機械化的廣泛應用以及化肥和殺蟲劑產業的發展使全球農業產量有了大幅增長。[219]1960年代至1980年代的綠色革命將農業技術推廣到全球各地,使農業產量進一步增長(不同地區小麥產量增長60%至390%,水稻產量增長60%至150%)[220]全球人口數量翻了一倍。但是,對化石燃料的過度依賴也引發了部分人對未來能源短缺的擔憂,這可能會增加農業成本並影響農業產出。[221]

現代農業中的能源消耗主要可以分為兩個方面:直接消耗和間接消耗。直接能源消耗包括農用機械所需的燃料和日常維護所需的潤滑劑[221]間接能源消耗則包括生產化肥、殺蟲劑和農用機械所耗費的能源。[221]其中,生產氮肥消耗的能源占農業總能耗一半以上。[222]農業的能源消耗被包括在食品產業的能源消耗中,除了農業,食品產業的能源消耗還包括食品的處理、運輸、包裝和銷售等環節。農業在食品產業能源消耗中的比例並不高,例如在美國,農業占食品產業能源消耗的比例約為五分之一。[223][224]

塑料污染[編輯]

塑料在農業中應用廣泛,用途包括增加作物產量,最佳化水資源和化學產品利用率。常見的農業塑料產品包括:覆蓋溫室的塑料薄膜、覆蓋土壤的地膜(用於抑制雜草生長、保水保溫、增加肥料利用率)、遮光材料、殺蟲劑包裝、育苗盆、保護網和灌溉管道等。這些塑料產品的主要成分包括低密度聚乙烯英語Low-density polyethylene(LPDE)、線性低密度聚乙烯英語Linear low-density polyethylene(LLDPE)、聚丙烯(PP)和聚氯乙烯(PVC)。[225]

農業中使用的塑料產品總量難以估計。一項2012年的研究表明,全球每年使用的塑料總量約為650萬噸,預計到2015年,這個數字將增加至730-900萬噸。農業中大量使用地膜,即用於覆蓋土壤的塑料薄膜。這些塑料因天氣影響而快速老化,最終會分解成微小碎片混入自然環境。這些塑料碎片可能在土壤中堆積,有研究表明每公頃土地中的薄膜碎片可能多達50-260公斤,其中許多已存在於土壤中十多年。這些塑料是環境中大顆粒塑料和塑料微粒的主要來源。[225]

農業中廣泛使用的塑料(尤其是塑料薄膜)通常難以回收,因為這些材料受污染嚴重,其中有40-50%被殺蟲劑、化肥、土壤碎屑、潮濕的植被、青貯污水、紫外線吸收劑等污染。因此,農業塑料產品通常被掩埋、遺棄在田地或河道中,或直接焚毀。這些處理方式會導致土壤退化和污染,微塑料可能會隨河流或潮水沖入海洋環境。塑料薄膜上的附著物(例如紫外線和熱量吸收劑)可能會影響作物生長、破壞土壤結構,影響營養轉運和鹽分平衡。土壤中的塑料也會阻礙土壤的吸水能力,增加溫室氣體排放。微塑料會隨食物鏈逐步積聚在生物體內。[225]

農業政策[編輯]

經濟合作與發展組織對動物農產品和飼料的直接補貼,2012年資料[226]
產品 補貼

(單位:10億美元)

牛肉 18.0
牛奶 15.3
豬肉 7.3
禽類 6.5
大豆 2.3
雞蛋 1.5
綿羊 1.1

農業政策是指政府制定的與農業生產和國外農產品進口相關的政策。政府通常會以國內農業市場的特定預期目標來制定農業政策,這些目標的涉及範圍十分廣泛,例如:風險管理與調整(包括與氣候變遷、糧食安全、自然災害相關的政策);經濟穩定性英語Economic stability(包括稅收政策);自然資源和環境的永續性(例如水資源相關政策);科學研究與發展;國內商品的市場准入(包括與國際組織的關係和與他國的協定)。[227]農業政策也可能涉及食物品質英語Food quality,也即保證食物供應的品質和穩定性;糧食安全,保證食物供應可滿足人口需求;以及自然保育。政策實施方式可能涉及財政專案,例如農業補貼[228]

根據2021年的一份研究報告,全球每年向農業生產者的支援與補助高達5,400億美元,占農業總產出價值的15%。[229]這些補助有明顯的偏向性,可能促使效率低下、分配不均,或支援可能危害環境和人類健康的活動。[229]

農業政策的制定受多方面影響,包括消費者、農業生產者、農企業、貿易遊說團體等。其中農企業英語Agribusiness經由遊說和政治捐贈等方式對政策制定具有巨大的影響力。此外,政治行動團體也會對農業政策施加影響,例如環境問題或工會利益等話題都會影響農業政策的制定。[230]聯合國糧食及農業組織動物產品與健康部門主任塞繆爾·尤茨曾表示,大企業的遊說阻止了有利於維護人類健康和自然環境的政策。例如2010年有關畜牧業自願準則的提議,這些準則旨在提供畜牧業中的健康與環境監管要求,比如在一特定區域內可飼養多少動物而不至引發長期危害,然而該提議因來自大型食品公司的壓力而被中止。[231]

農業學科[編輯]

農業經濟學[編輯]

農業經濟學是一門應用經濟學,關注農業產品與服務的生產、分配和銷售。[232]該學科始於19世紀末,是農業和市場經濟學的結合,自20世紀開始得到廣泛應用。[233]儘管這門學科相對較新,但歷史上農業對於國家和國際經濟的一直都有重大影響,從美國內戰後的南方的佃農[234],到歐洲的封建莊園經濟[235],這些都可以從農業經濟學的視角得到解釋。糧食的處理、分配和農業行銷稱為「價值鏈」,相比過去,這些成本有所上升,而農業生產成本卻在下降。其原因在於農業產品加工的複雜性增加(也即更高的附加價值英語Value added),以及農業生產效率的提高。農業市場集中度也在增加。更加集中的市場有助於提高效率,並導致經濟剩餘在生產者(農民)和消費者之間的再分配,但也可能對鄉村社群產生負面影響。[236]

政府施行的各種政策,如稅收、補助、關稅等,可對農產品市場產生顯著影響。[237]自20世紀60年代以來,貿易壁壘、匯率制度和農業補貼的綜合作用對全球農民產生了深遠影響。在20世紀80年代,由於農業補貼導致的人為降低農產品價格,為無補貼的開發中國家農民帶來了不利影響。從1980年代中期到21世紀初,一些國際協定對農業關稅、補貼和其他貿易限制作出了約束。[238]

儘管如此,直到2009年,全球農產品價格仍受諸多政策因素影響而出現扭曲。受貿易限制影響最大的三種農產品分別時糖、牛奶和大米,限制主要來自稅收政策。在油籽作物中,芝麻的稅收最高,但總體而言畜牧產品的稅收遠高於飼料和油籽作物。自20世紀80年代以來,由政策導致的畜牧產品價格扭曲已大幅減少。[237]然而,一些作物如棉花在部分已開發國家仍受到補貼支援,導致價格人為壓低,這為開發中國家沒有補貼的農民帶來了負面影響。[239]未加工產品如玉米、大豆、牛肉等,它們可能會根據品質進行分級,從而影響銷售價格。[240]

農業科學[編輯]

農業科學是一門跨學科的領域,涉及自然科學、經濟學和社會科學等相關理論,應用於農業研究與實踐中。該領域的研究主題包括農藝學植物育種遺傳學植物病理學作物模式建構英語crop modelling、土壤科學、昆蟲學、生產技術改良、蟲害控制管理,以及環境相關研究,如土壤退化、水資源管理、生物修復等。[241][242]

對農業的科學研究始於18世紀,約翰·弗里德里希·邁耶英語Johann Friedrich Mayer (agriculturist)透過實驗證明了施用石膏(水合硫酸鈣)作為化肥對農業的助益。[243][244]1843年,約翰·班納特·勞斯英語John Bennet Lawes和亨利·吉爾伯特(Henry Gilbert)開始在英國洛桑研究所英語Rothamsted Research展開一系列長期農田試驗,這些試驗標誌著農業科學研究開始走向系統化。部分試驗,例如公園草地試驗英語Park Grass Experiment,甚至直到今天仍在運作。[245][246]在美國,隨著農民對化肥日益增長的興趣,1887年哈奇法案英語Hatch Act of 1887首次為全新的學科"農業科學"提供了資金。昆蟲學領域,美國農業部從1881年開始研究害蟲生物防治,並在1905年開始首個大型專案:從歐洲和日本找尋歐洲舞毒蛾英語Lymantria dispar dispar茶毒蛾英語Brown-tail moth的自然天敵,將這兩種害蟲的寄生蜂(例如棲蜂)和自然天敵引入美國。[247][248][249]

參考文獻[編輯]

注釋[編輯]

  1. ^ 名義價值是指該資料並未考慮通貨膨脹或匯率的影響,而是以原始的貨幣單位進行衡量。

註腳[編輯]

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來源[編輯]

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 本條目包含了自由內容作品內的文字。(許可證聲明): 《In Brief to The State of Food and Agriculture 2022. Leveraging automation in agriculture for transforming agrifood systems》, FAO, FAO. 欲了解如何向維基百科條目內添加開放許可證文字,請見這裡;欲知如何重用本站文字,請見使用條款

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外部連結[編輯]

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