Lo mismo hicimos desde el siglo XVII hasta los fertilizantes artificiales: El sistema de cuatro campos.

http://www.saburchill.com/history/chapters/IR/003f.html

Las innovaciones en este sistema de rotación de cuatro años fueron los nabos y el trébol...

El trébol es una planta que puede agregar compuestos de nitrógeno al suelo porque sus raíces tienen estructuras especiales, llamadas nódulos de raíz, adheridas a ellas. En el interior de estos nódulos se encuentran bacterias simbióticas que se alimentan fijando nitrógeno atmosférico y produciendo nitratos (sales que contienen nitrógeno). El trébol, que es más nutritivo que la hierba, se utilizaba para el pastoreo del ganado. A su vez, el ganado producía estiércol que podía volver a introducirse en el suelo.

Para darle una idea del aumento del rendimiento:

En 1705, Inglaterra exportó 11,5 millones de quarters de trigo. Para 1765, la exportación de trigo había aumentado a 95 millones de quarters. El segundo efecto fue que el ganado, que ya no necesitaba ser sacrificado antes de los meses de invierno, aumentó tanto en cantidad como en calidad.

La mayor parte del aumento del rendimiento desde entonces se debió más a las variedades mejoradas que a los fertilizantes, pero el uso de fertilizantes significa que podemos seguir produciendo los mismos cultivos comerciales en los mismos campos año tras año en lugar de tener que ejecutar cualquier tipo de gestión y rotación de la tierra. .

Hidroponia

Suponiendo que tenga sistemas de reciclaje decentes para mantener los elementos apropiados en el sistema, probablemente en su mayoría extraídos de los sistemas de desechos, puede apilar sus cultivos en granjas verticales, cultivados bajo luces LED sintonizadas para liberar las longitudes de onda de luz perfectas para las plantas en cuestión. Puede apilar sus granjas tan alto o tan profundo como lo permita su arquitectura, haciendo de este un uso extremadamente efectivo del espacio limitado.

Acuicultura

Si tiene acceso al mar o al menos a un lago bastante decente, puede cultivar grandes cantidades de algas o bacterias para extraer nutrientes de un área mucho más grande. La espirulina, en particular, es una cianobacteria 'superalimento' que produce todos los aminoácidos que necesita el cuerpo humano. Otras cianobacterias pueden fijar el nitrógeno atmosférico o incluso producir hidrocarburos complejos como el petróleo.

Estas algas también se pueden cultivar en tanques de forma similar a la opción hidropónica; El agua abierta no es estrictamente esencial.

Los nutrientes limitantes (suponiendo una fisiología vegetal como la nuestra) son N, P y K: nitrógeno, fósforo y potasio.

El reciclaje de nitrógeno (esterilizado) a partir de biorresiduos solo tiene uno hasta ahora; el nitrógeno disponible es probablemente la principal limitación, después del agua, la luz y la temperatura correcta. Sin embargo, el nitrógeno debe ser 'fijo', en lugar de un enlace triple a otro átomo de nitrógeno, N2. Con suficiente energía (y base técnica), se puede fijar artificialmente N2 de la atmósfera en amoníaco (NH3), a través del proceso Haber-Bosch, que a su vez puede convertirse en urea o nitratos, o incluso usarse directamente como fertilizante ( aunque hay algunas pérdidas de volatilidad con el último enfoque). Para una ciudad/estado costero, la acuicultura es otra opción para fijar nitrógeno, ya que hay especies marinas de Archea que fijan nitrógeno, tal como lo hacen las leguminosas y sus raíces bacterianas simbióticas en tierra. La mayoría de las fuentes naturales de nitrógeno fijo (como el guano) se han agotado.

El fósforo y el potasio probablemente serán más económicos para el comercio, siempre que haya fuentes naturales disponibles. El reciclaje a partir de biorresiduos o agua de mar también es posible, aunque costoso debido a su relativa dilución.

Tiene dos problemas que resolver en su pregunta, ambos relacionados con la agricultura moderna de alta intensidad:

• Cómo impulsar su flota de equipos agrícolas con diesel, y
• Cómo fertilizar la tierra

Otra respuesta ha discutido la fertilización mediante el uso de la rotación de cultivos y la gestión de la tierra que funciona, pero no permite la alta densidad de la que depende la agricultura moderna.

Esto se puede resolver para su mega ciudad, distribuyendo las granjas en más terreno para reemplazar la densidad con la cantidad. El ganado es una excelente manera de convertir plantas no comestibles en carnes comestibles; Nuevamente, no podemos hacer una cría intensiva de animales, pero podríamos volver a los días de los vaqueros, cuando el ganado se comía los campos abiertos de tréboles.

Entonces, el problema realmente es uno de energía post-petróleo, que parece que estamos bastante cerca de tener en abundancia. Usted menciona la energía nuclear; Las cosechadoras gigantes que se arrastran por las colinas pueden tener generadores nucleares a bordo (o al menos motores térmicos de radioisótopos). Las combinaciones de insectos podrían ser propiedad de la ciudad-estado y ser operadas por ella, para mantener "las armas fuera del alcance de los terroristas" o lo que quieras, pero hoy tenemos electricidad nuclear y vapor portátiles disponibles. En todo caso, alimentar una gran ciudad sin petróleo requeriría granjas aún MÁS GRANDES con una mecanización MÁS GRANDE, para que podamos tener máquinas GRANDES que funcionen con energía nuclear. Los camiones que giran fuera de las cosechadoras podrían funcionar con baterías; se llenan en la cosechadora mientras se cargan y se llenan en el silo mientras se descargan.

El petróleo no es mágico, es solo la forma más fácil de energía portátil que tenemos hoy. Pero hay muchas formas de generar energía sin petróleo; es solo que ninguno es tan seguro, confiable o está disponible para el público como lo es el petróleo hoy. En una situación en la que no hubiera más petróleo disponible, encontraríamos una manera de alimentar la infraestructura para mantenernos alimentados; especialmente si solo estamos preocupados por una ciudad-estado.

Ciencia y nódulos . Otra cosa. El trébol es muy útil porque tiene bacterias simbióticas que fijan nitrógeno y similares en el suelo. Las vacas comen el trébol para producir estiércol que luego fertiliza los campos. Sé que dijiste que recuperar los desechos de la ciudad era imposible... pero ¿por qué? Si recuperamos los desechos humanos de la ciudad y usamos energía nuclear para procesarlos, fácilmente podrían fertilizar los campos. Y las empresas de biotecnología en este futuro probablemente resolverían el problema de la solución en tanques gigantes de bacterias; hoy no nos preocupa porque el fertilizante todavía es relativamente barato.

Realmente tienes dos preguntas incompatibles, 1) post-hidrocarburo y 2) usando el menor espacio posible. La solución al #1 es relajar la restricción del #2.

Ya se conocen bien los cultivos múltiples (métodos de 3/4 de campo, etc.) y otras técnicas necesarias para producir cultivos sin fertilizantes artificiales basados ​​en hidrocarburos. Es posible que no obtenga un rendimiento tan alto, por lo que es posible que deba usar más tierra.

Para la cosecha mecanizada, no parece haber una buena razón por la que los sistemas de riego de pivote central ampliamente utilizados no puedan adaptarse para alimentar equipos eléctricos. Por supuesto, el transporte del campo al mercado podría electrificarse y los desechos podrían convertirse en biocombustibles.

Para las carnes, alguien ya ha sugerido un regreso al pastoreo de ganado al aire libre. Extienda eso a más especies y restaure las tierras a las condiciones de las praderas (tratando así con los tazones de polvo y las tierras que son marginales sin fertilizantes artificiales).

Finalmente, deshazte de la idea de que las megaciudades son algo bueno, o incluso inevitable. Con el crecimiento de Internet, se pueden realizar muchos trabajos mediante el teletrabajo, por lo que es innecesario estar físicamente donde está su trabajo. (Hace unos años trabajé en dos trabajos, uno en Silicon Valley, el otro en Suiza, mientras vivía en otro lugar). Para que las personas puedan vivir más cerca de sus fuentes de alimentos, en lugar de verse obligadas por la economía a vivir en grandes ciudades.