Intensivt jordbruk kan ge näring åt de flesta av jordens invånare, men det gör tvärtom mot jorden själv. Dess beroende av enstaka grödor, tunga plogmaskiner, fossilbränslebaserade gödningsmedel och bekämpningsmedel försämrar jordens vilda djur och näringskretslopp, och bidrar med en fjärdedel av planetens oönskade extra värme.

Men vi är inte maktlösa att förändra matens framtid. Naturen och teknisk innovation tar sig an dessa problem direkt – och om de lösningar de erbjuder införlivas i stor skala och används tillsammans, en ny jordbruksrevolution kan vara på väg. Här är tre av de mest spännande utvecklingarna som kan hjälpa gårdar inte bara att föda planeten, men läka det också.

Gröda, träd och boskap i harmoni

Flera FN-rapporter har lyft fram agroekologi – jordbruk som efterliknar växternas interaktioner och cykler, djur och näringsämnen i naturen – som en väg till hållbar mat.

Metoden använder en mängd olika metoder. Till exempel, istället för konstgödsel, det förbättrar jordkvaliteten genom att plantera näringsfixerande "täckgrödor" mellan skörden, roterande grödor över åkrar varje säsong och kompostering av organiskt avfall. Det stödjer vilda djur, lagrar kol, och sparar vatten genom plantering av träd och vilda blombankar.

Det integrerar också boskap med grödor. Detta kan tyckas kontraintuitivt med tanke på deras ineffektiva markanvändning och höga utsläpp. Men att ha ett litet antal djur som betar mark behöver inte påskynda den globala uppvärmningen.

Gräsmark fångar upp koldioxid. Djur äter gräset, och sedan återföra det kolet till jorden som exkrementer. Näringsämnena i avföringen och det kontinuerliga betet av gräs hjälper båda nya gräsrötter att växa, öka markens kapacitet att fånga upp kol.

Håll för många betande djur på ett ställe för länge och de äter för mycket gräs och producerar för mycket avföring för att jorden ska kunna ta upp dem, vilket betyder att kol försvinner till atmosfären. Men om små tal ständigt roteras till olika fält, marken kan lagra tillräckligt med extra kol för att motverka det extra metan som släpps ut av boskapens matsmältningsmullrande.

Även om detta inte gör dem till en kolsänka, boskap ger andra fördelar till marken. De håller jorden naturligt gödslad, och kan också förbättra den biologiska mångfalden genom att äta mer aggressiva växter, låta andra växa. Och om lokala raser adopteras, de kräver i allmänhet inte dyrt foder och veterinärvård, eftersom de är anpassade till lokala förhållanden.

Inga bekämpningsmedel längre

Skadedjur, sjukdomar och ogräs orsakar nästan 40 % av skördförlusterna globalt – och utan vård, siffran kan stiga dramatiskt. Klimatförändringarna förändras där skadedjur och sjukdomar frodas, vilket gör det svårare för jordbrukare att förbli motståndskraftiga.

Många vanliga herbicider, bekämpningsmedel och fungicider är nu också under press att förbjudas på grund av deras negativa effekter på människors och vilda djurs hälsa. Även om de inte är det, växande motstånd mot deras agerande gör att bekämpa ogräs, skadedjur och sjukdomar alltmer utmanande.

Naturen ger återigen svar här. Bönder börjar använda bekämpningsmedel från växter, som tenderar att vara mycket mindre giftiga för den omgivande miljön.

De använder också naturliga fiender för att hålla hot på avstånd. Vissa kan fungera som avstötande medel, "skjuta" bort skadedjur. Till exempel, pepparmynta äcklar loppbaggen, ett gissel för rapsbönder. Andra är "drag, " locka till sig skadedjur bort från värdefulla grödor. Växter som är attraktiva för äggläggning men som inte stödjer insektslarvers överlevnad används vanligtvis för detta ändamål.

Tekniken erbjuder också lösningar på denna front. Vissa bönder använder redan appar för att övervaka, varna och förutsäga när skadedjur och sjukdomar kommer att angripa grödor. Förarlösa traktorer och intelligenta sprutor som kan riktas mot specifika ogräs eller näringsbehov har nyligen kommit in på marknaden. Agritechföretag utvecklar nu också robotar som kan skanna fält, identifiera specifika växter, och besluta om man ska använda bekämpningsmedel eller att ta bort en växt mekaniskt.

I kombination, dessa metoder kan dramatiskt minska jordbrukets beroende av herbicider och bekämpningsmedel utan att sänka skördarna. Det här är viktigt, eftersom jordens befolkning kommer att öka med en fjärdedel under de kommande tre decennierna.

Liten teknik, stor skillnad

Snart, Teknik i en nästan omöjligt liten skala skulle kunna göra stor skillnad för hur vi odlar vår mat. Företag har designat nanopartiklar 100, 000 gånger mindre än bredden på ett människohår som släpper ut gödningsmedel och bekämpningsmedel långsamt men stadigt, för att minimera deras användning och maximera skördarna.

Nya genredigeringstekniker kommer också i allt högre grad att använda nanomaterial för att överföra DNA till växter. Dessa tekniker kan användas för att upptäcka förekomsten av skadedjur och näringsbrister, eller helt enkelt förbättra deras motståndskraft mot extremt väder och skadedjur. Med tanke på att allt mer frekventa och allvarliga extrema väderhändelser på grund av global uppvärmning äventyrar själva det globala livsmedelssystemets funktion, dessa framsteg kan vara avgörande för att förhindra jordbrukets kollaps.

Nanotechnologies aren't cheap yet and researchers have yet to conduct rigorous tests of how toxic nanomaterials are to humans and plants, and how durable they are. But should they pass these tests, agriculture will surely follow the path of other industries in adopting the technology on a large scale.

Save for nanotechnology and advanced robots, the above solutions are already in use in many small-scale and commercial farms—just not in combination. Imagine them working in synchrony and suddenly a vision of sustainable agriculture doesn't seem so far away anymore.

Den här artikeln är återpublicerad från The Conversation under en Creative Commons-licens. Läs originalartikeln.