哦堪薩斯州鄉村一座溫室的水泥地板上整齊地排列著 100 個塑料花盆，每個花盆裡都散落著一頂像草一樣的葉子。這些植物是多年生植物——它們年復一年地繼續生長。僅這一特徵就將它們與大豆、小麥、玉米、水稻和所有其他主要糧食作物區分開來，所有這些作物都是一年生植物：在單一生長季節內生存和死亡的植物。
“這些植物是贏家，它們將基因傳遞給後代，”Lee DeHaan 說道。 土地研究所位於堪薩斯州薩利納的非營利農業組織。如果德哈恩的育種計劃保持目前的進展，這些年輕的多年生作物的後代有一天可能會引發一場全球農業革命。
這些植物是中級小麥草。自 2010 年以來，DeHaan 一直致力於將這種小種子野生品種轉化為一種高產的馴化穀物，稱為 Kernza。他相信，這最終將成為一年生小麥（世界上最常見的一年生小麥）的可行且更可持續的替代品。 種植最多的農作物 和來源 五分之一 人類消耗的所有卡路里。
一年生植物在裸露的土壤中茁壯成長。它們的種植需要進行田間準備，通常通過犁耕或強化除草劑處理，並每年種植新種子。這就是為什麼土地研究所首席科學家蒂姆·克魯斯將現有的農業系統描述為“地球上最大的破壞”。 “沒有什麼比這更好的了，”他說。
當前糧食系統造成的損害是顯而易見的： 全球溫室氣體排放量的三分之一;海洋死區覆蓋 數千平方公里;和 250億-400億噸 每年流失 的肥沃表土。
用多年生品種取代一年生植物將大大減少農業對環境的影響。水土流失將會減少；相反，多年生植物將改善土壤健康，限制養分和有毒農業化學品的流失，減少化肥和農藥的使用，並在農業土壤中儲存導致氣候變暖的碳。
只有一個問題。幾乎沒有任何可靠、高產的多年生糧食作物。
土地研究所開發多年生穀物的靈感來自其創始人、89 歲的韋斯·傑克遜 (Wes Jackson)。對於傑克遜來說，產生的土壤的健康 人類卡路里的95% 應成為所有文明的主要關切。 “土壤比石油更重要，”他在 最近的一部紀錄片。 “就像石油一樣，土地是不可再生資源。從這裡開始，問問自己：‘這對我們有什麼要求？’”
20 世紀 70 年代末，傑克遜在參觀堪薩斯大草原上的一個本土保護區時找到了答案。草原是生產力高、生物多樣性豐富的多年生草原生態系統。它們不會侵蝕土壤；他們建造它們。事實上，美國中西部和大平原的大部分主要農業用地的肥沃土壤都是草原植物與地下微生物在數千年的作用下形成的。
傑克遜想知道，為什麼我們不能擁有像草原植物一樣生長的多年生穀物。 “正是頓悟觸發了我，”他在一次採訪中說道。 最近的採訪。
52 歲的德哈恩在 20 世紀 90 年代初發現了傑克遜十幾歲的使命。他在明尼蘇達州的一個農場長大，立即受到啟發。 “我很想嘗試培育第一種多年生穀物作物，”他決心道。 “這已經成為我的夢想。”
儘管仍在開發中，Kernza 已經是一種可行的作物，在 美國 15 個州。 Kernza 種子和麵粉用於生產從啤酒到早餐麥片等一系列產品。
主要挑戰是產量。在堪薩斯州，肯扎的最佳產量約為一年生小麥的四分之一。但德哈恩表示，這種情況正在迅速改變。 “我目前最好的推斷是，一些 Kernza 植物的產量可能會在大約 15 年內達到與小麥相當的水平。”
“我們必須迅速採取行動，”他說。為了實現這一目標，其育種計劃部署了 DNA 分析、計算機建模和遠紅 LED 照明，每年推動實驗植物經歷兩個完整的育種週期。
但收益率只是成功的指標之一。小麥的一年生根長約半米，是臨時性的，而克恩扎的根是永久性的，可以潛入 3 米深。這些根提供了一系列環境和農業效益：穩定和肥沃土壤、收集養分和提供水，即使在乾旱時也是如此。
多年生植物也往往有 綜合電阻 比一年生植物更少害蟲、疾病和雜草，特別是在混合植物混養中生長時。
土地研究所與 30 個國家的合作者合作開發許多新的多年生作物：油籽、小麥、豆類、藜麥和其他幾種穀物。
潛在的應用是多種多樣的。在烏干達，研究人員正在開發 多年生高粱 以達到耐旱的目的。在飽受戰爭蹂躪的烏克蘭，供應鏈遭到破壞，肥沃的土壤正在惡化， 克恩扎經過測試 作為低投入作物。正如德哈恩、克魯斯和同事在一篇文章中寫道 最近的科學文章多年生穀物代表了“農民的夢想……種植一次，然後在幾年內每個季節收穫的品種，只需最少的土地管理。”
成功還遠未得到保證。但自 2018 年以來在中國種植的多年生水稻提供了一個重要的概念證明。這項工作由雲南大學牽頭，土地研究所支持，僅用了20年時間。 多年生水稻現在與產量相匹配 優秀的一年生品種，研究表明 溫室氣體減排。
德哈恩認為，多年生穀物特別能夠重新平衡他所說的農業可持續發展的“三足凳”，其中生產力、農業經濟和環境影響必須達到平衡。
這個比喻對德哈恩來說並不抽象——他已經經歷過這個比喻。 20 世紀 80 年代，明尼蘇達州的家庭農場生產了大量糧食，但 經濟失敗了。利率上升迫使他們和中西部地區數以千計的其他農場出售。環境成本——土壤侵蝕、水污染——沒有出現在任何記錄中，但它們在景觀中是可見的。
德哈恩斷言，今天的農業是由 每年補貼6000億美元 世界各地的農業往往支持生產，而農業社區卻在苦苦掙扎，生態破壞日益加劇。
多年生穀物可能同時在所有三個方面發揮作用。但要實現這一目標，仍然存在相當大的挑戰。
產量必須顯著提高。收成逐年減少的問題也亟待解決。農民需要開發種植和收穫這些作物的新方法。另一個障礙是市場。目前的供應鏈針對單一栽培的少數商品作物進行了優化，這使得具有不同特性的新作物的加工成本過高。
出於所有這些原因，德哈恩堅決反對多年生植物是“靈丹妙藥”的觀點。 “原因是這很困難，”他說。 “權衡是時間和投資。這就是為什麼它們還不存在。這將需要數十年的工作和數百萬美元。”
值得注意的是，德哈恩並沒有將當今的農業綜合企業視為敵人。 “任何顛覆性技術總是遭到被顛覆者的反對，”他說。 “但如果構成當前系統的公司能夠適應這種破壞，他們仍然能夠在這個新世界中發揮作用。”
土地研究所的戰略是重新定位而不是替代。 “我們的目標是最終將目前用於一年生穀物作物的資源用於開發多年生植物品種，”德哈恩說。 “這是我們的成功之路。”
有跡象表明它已經與食品公司通用磨坊 (General Mills) 合作。 整合克恩扎 在他的早餐麥片中。
回到堪薩斯溫室，德哈恩聽起來深思熟慮。 “2001 年我開始在這里工作時，這些想法被認為非常激進。甚至談論我們正在研究的想法都令人尷尬。這很可笑。”
他說，這不再是事實。主要研究機構、公司和不斷增長的全球合作夥伴網絡現在致力於多年生穀物的開發。
DeHaan 命名了他的“獲勝者”——我們面前的 100 棵 Kernza 幼苗。在人類一代人的時間裡，他們的後代可以養活數百萬人，同時修復需要數千年形成的土壤。 “我們不只是浮想聯翩，”他說。 “我們不只是夢想這個不可能的未來。”
