¿A cuántas personas puedes alimentar por kilómetro cuadrado de tierra de cultivo?

Agricultura Convencional

Según esta fuente, el alimento de mayor densidad calórica es el boniato, que aporta 70.000 kcal/ha/día. (con papas proporcionando 54 000, lo que está más o menos en línea con lo que calculó ArtOfCode). Esto implica una agricultura bastante intensiva, por lo que tendremos que dejar la tierra en barbecho durante aproximadamente un tercio del tiempo, reduciendo nuestro promedio a largo plazo a alrededor de 47 000 kcal/ha/día para nuestro cultivo alimentario más denso (en términos de kcal.ha/día). Esto se puede lograr con una tecnología bastante primitiva. Esto corresponde a 4.700.000 kcal/km ² /día, lo que puede alimentar a 2350 personas con una dieta de 2000 kcal/día de batatas puras.

Hidroponia

Ahora veamos cómo podemos aumentar ese rendimiento. Lo primero que podemos hacer es emplear la hidroponía. Según esta fuente, la hidroponía aumentará nuestro rendimiento bruto en alrededor de un 280%. Además, no tendremos que dejar nuestros campos en barbecho, ya que ya no tenemos suelo en el que cultivar plantas. Esto aumenta nuestra base de 70.000 kcal/ha/día a 266.000 kcal/ha/día, lo que alimentará a 13.300 personas por kilómetro cuadrado.

Aeroponía

Actualmente, las personas están investigando una forma aún mejor de cultivar: la aeroponía. En una granja aeropónica, el agua rica en nutrientes se vaporiza para formar una neblina que luego se rocía sobre las raíces de los cultivos. Esta fuente descubrió que, con las soluciones nutritivas correctas, pudieron aumentar el rendimiento en comparación con la hidroponía convencional entre un 50 % y un 270 %. Suponiendo que, con más refinamiento, se pueda lograr el límite superior de esto, deberíamos poder aumentar nuestras batatas a 98 420 000 kcal/km ² /día, lo que puede alimentar a un total de 49 210 personas con una dieta de 2000 kcal/día de patatas dulces.

¿Qué más podríamos hacer para aumentar esto?

Hasta ahora, todo esto se ha visto limitado por la luz solar: solo podemos cultivar una capa de cultivos si nuestros cultivos obtienen energía del sol. Por supuesto, si podemos encender un generador de fusión para iluminar nuestros cultivos con luz artificial, podemos apilar capas de cultivos uno encima del otro. En este caso, una mejor medida podría ser kcal/km ³ /día. Una batata mide aproximadamente un metro de altura, por lo que podemos cultivar 1000 capas de ellas en un invernadero alimentado por fusión de 1 km ³ densamente poblado. Nuestro cubo, mediante aeroponía, produciría 98.420.000.000 kcal/km ³ /día y podría alimentar a una población de 49.210.000 personas. La ingeniería genética podría aumentar esto aún más, pero se trata del orden de magnitud correcto.

La pregunta es demasiado amplia , ya que hay muchos cultivos, tipos de tierra y niveles de fertilidad del suelo, zonas climáticas, niveles tecnológicos, cantidades de mano de obra y capital disponibles. Estos afectarán dramáticamente lo que obtienes de un área determinada. Además, hay muchas maneras de transformar las calorías de los cultivos en alimentos. Por ejemplo, ¿comes el cereal o lo alimentas al ganado y luego te comes el ganado? O quizás elija destilar su cereal y hacer bourbon... Esto fácilmente podría ser un ensayo completo.

Por ahora, me limitaré a las prácticas de la era moderna , ya que van desde la tecnología esencialmente medieval hasta los métodos más modernos , por lo que una sección transversal a través del espacio es, en cierto sentido, también a través del tiempo en este caso.

El rendimiento de los cultivos varía mucho según el cultivo y se define de dos maneras. La primera es una proporción de semilla a cosecha, por ejemplo, 20:1 significaría que por cada grano plantado, obtienes 20 granos de cosecha.

La segunda definición mide la producción por área, y hay una miríada de definiciones, pero la más común en los tiempos modernos es el rendimiento en kg por hectárea. Como hay 100 hectómetros cuadrados en un kilómetro cuadrado, simplemente hay que multiplicar las respuestas por 100 para obtener la respuesta final. Hay una multitud de fuentes sobre esto para el mundo moderno. Quizás el más fácil sea el Banco Mundial. He vinculado el rendimiento del cereal. Obviamente se puede tener rendimiento de setas, rendimiento de frutos por hectárea de huerto, etc.

Al examinar la tabla vinculada anteriormente, verá una asombrosa cantidad de variación, que tiene que ver parcialmente con la variación del clima, pero principalmente con el grado de mecanización y el tamaño de las fincas (las fincas más pequeñas tienden a ser menos eficientes y menos productivas). motorizado). Los países de bajo desarrollo en la actualidad tienen rendimientos bajos, a veces significativamente por debajo de una tonelada por hectárea (¡apenas por encima del reemplazo del grano de semilla!), mientras que países como Francia, EE. UU. y Bélgica tienen rendimientos en el rango de 6-10 ton/ha.

Y esto es sólo grano. Las papas , por otro lado, no solo crecen en áreas montañosas y rocosas donde no se puede cultivar grano, sino que, bajo un cultivo cuidadoso y con control de plagas, actualmente pueden producir unas 80 toneladas/ha, mientras que las primeras variedades que se introdujeron en Europa (esto es después de unos miles de años de selección andina) solo dio 13 toneladas/ha.

Finalmente, la hidroponía puede aumentar los rendimientos de una gran variedad de plantas entre 6 y 30 veces. Howard Resh tiene un libro llamado Producción de alimentos hidropónicos .

Plantas de pepino idénticas produjeron 7,000 libras por acre en suelo pero 28,000 libras por acre cuando se cultivaron hidropónicamente y rendimientos de tomate que oscilaron entre 5 y 10 toneladas por acre en suelo pero 60 a 300 toneladas por acre hidropónico. Los resultados informados son típicos para prácticamente cualquier planta. Dicho de otra manera, para producir la cantidad total de tomates que se consumen anualmente en Canadá (400 millones de libras) se requieren 25,000 acres de suelo. Hidropónicamente, requeriría solo 1,300 acres.

Ahora, un kg de trigo tiene unas 3400 calorías . Un ser humano necesita alrededor de un millón de calorías por año (2700 Cal/día durante 365 días), por lo que serían 294 kg (ignorando las necesidades dietéticas variadas por un segundo). Así que una hectárea de trigo moderna, digamos belga cultivada (rendimiento 9 t/ha) alimentaría a 30 personas. Así que un kilómetro cuadrado cubriría las necesidades calóricas de unas 3000 personas . Obviamente, querrá carne y otras frutas y verduras, por lo que podría reducir eso a aproximadamente un tercio (el trigo -> la carne tiene una eficiencia relativamente baja), por lo que podría alimentar fácilmente a 1000-1500 personas de un kilómetro cuadrado. de fértiles tierras cultivadas con tecnología moderna. Con la hidroponía u otra tecnología de estilo invernadero, y con su propia luz, podría pasar muchomás alto. Si cubriera la Tierra con arcologías y dedicara una fracción significativa al clima y los invernaderos controlados por la luz, podría sustentar a billones de personas en la Tierra.

Es posible que le interese mi respuesta a esta pregunta , ya que detalla los requisitos mínimos. En él, hago algunos cálculos para descubrir que para alimentar a un humano promedio durante un año, se necesitan 5110 papas y 460 metros cuadrados de espacio.

Eso se encarga de un año, pero si vuelves a plantar papas el próximo año, debes plantarlas en un lugar diferente el próximo año. Eso significa que necesita 920 metros cuadrados por persona por dos años. Puede alternar entre dos ubicaciones diferentes con papas, así que eso es todo lo que necesitará. Asi que:

Existen$1000^2 = 1,000,000$metros cuadrados en un kilómetro cuadrado.

Existen$\frac{1,000,000}{920} = 1086.9565$Parcelas de 920 metros cuadrados en un kilómetro cuadrado, por lo que casi exprimirías 1087.

Entonces, puede alimentar a un máximo de 1087 personas por kilómetro cuadrado (ppsk) si todos viven solo de papas. Por supuesto, también necesitaría espacio vital para todos ellos.

Eso da una pequeña estimación de lo que puede hacer. Comparemos eso con la población y veamos cuál es la relación entre el espacio habitable y las tierras de cultivo.

Una casa de tamaño decente para una sola persona tiene alrededor de 50 metros cuadrados de superficie. Si tiene 1087 personas y un kilómetro cuadrado de tierras de cultivo, eso significa que necesitará:

metros cuadrados de espacio habitable. Eso es 0,054 kilómetros cuadrados. Por lo tanto la relación es:

Eso es un requisito de espacio bastante grande. Si tiene una ciudad de 5 km de radio, necesita una zona agrícola de 21 km de ancho a su alrededor para apoyar completamente a todos sus habitantes. Esto es posible, pero ineficiente: es por eso que gran parte de nuestros alimentos se importan de otros países con menos población y más espacio para la agricultura.

Con la tecnología agrícola actual, tal como se practica actualmente en los Estados Unidos , se utilizan aproximadamente 10 acres de tierra (40 000 metros cuadrados) para producir alimentos para cada persona promedio.

Esto en sí mismo representa una mejora notable en la productividad agrícola en el último medio siglo más o menos.

Entre 1950 y 2000, durante la llamada "segunda revolución agrícola de los tiempos modernos", la productividad agrícola estadounidense aumentó rápidamente, especialmente debido al desarrollo de nuevas tecnologías. Por ejemplo, la cantidad promedio de leche producida por vaca aumentó de 5,314 libras a 18,201 libras por año (+242%), el rendimiento promedio de maíz aumentó de 39 bushels a 153 bushels por acre (+292%), y cada agricultor en 2000 produjo en promedio 12 veces más producción agrícola por hora trabajada que un agricultor en 1950.

A nivel mundial, usamos alrededor de un tercio de la tierra para producir la misma cantidad de alimentos que hace cincuenta años, y la productividad agrícola por área de tierra ha aumentado constantemente año tras año.

Los rendimientos de cereal más altos por acre en el mundo en Kuwait y algunas islas del Caribe (en ambos casos, donde la tierra cultivable es un bien escaso) son aproximadamente tres veces mayores que en los EE . UU.

Aún así, la agricultura en los EE. UU. está organizada para optimizar dólares de producción de alimentos por cada dólar de costo de producción de alimentos, no para optimizar la producción de calorías por metro cuadrado de tierra (como podría desearse en una colonia espacial, una nave estelar o una biosfera), porque EE. UU. dispone de vastas cantidades de tierra cultivable.

La forma más fácil de maximizar las calorías por metro cuadrado por año en relación con el statu quo sería reemplazar mucha carne con muchas plantas en la dieta de una persona promedio.

La soja, por ejemplo, utiliza alrededor del 5% de la tierra para generar la misma cantidad de calorías proteicas que las vacas.

La soja produce al menos dos veces más proteína utilizable por unidad de superficie que cualquier otro cultivo vegetal o cereal importante, excepto el cáñamo, que puede producir hasta 33 g/m2 (290 lb/acre). Producen de 5 a 10 veces más proteína por unidad de área que la tierra reservada para el pastoreo de animales para producir leche, y hasta 15 veces más proteína por unidad de área que la tierra reservada para la producción de carne.

Y, ¿cuánta carne come el estadounidense promedio?

En 2012, el estadounidense promedio consumió 71,2 libras de carne roja (res, ternera, cerdo y cordero) y 54,1 libras de aves (pollo y pavo), según el Departamento de Agricultura de EE. UU. La cantidad promedio es probablemente un poco más alta. El USDA no tiene en cuenta a los vegetarianos, que constantemente representan alrededor del 5 % de la población, según las encuestas de Gallup.

Y la carne, los lácteos y las grasas, todos los cuales suelen tener fuentes animales, constituyen casi exactamente la mitad de la dieta del estadounidense promedio .

Ahora bien, no todas las plantas son fuentes tan eficientes de proteínas en particular, o de calorías en general como la soya, y comer soya todo el tiempo envejece (y no proporciona todos los aminoácidos necesarios para vivir por sí mismo). Pero es justo decir que podría reducir la huella de tierra de los alimentos que come una persona promedio en aproximadamente un 45 % (el 90 % de la mitad proviene de animales) al cambiar a una dieta casi puramente vegana.

Esto sigue siendo una gran cantidad de tierras de cultivo por persona, alrededor de 5,5 acres por persona (alrededor de 22.000 metros cuadrados). Y, exactamente cuánta mejora podría obtener con enfoques de alta tecnología como la hidroponía, las luces de crecimiento de veinticuatro horas, etc., no está exactamente claro.

Suponiendo que un entorno cerrado pudiera al menos igualar la productividad máxima de cultivos de cereales por área de tierra en relación con los EE. UU., podría ser posible reducir la cantidad de tierra de cultivo por persona requerida a un poco menos de 2 acres por persona (alrededor de 8,000 metros cuadrados). , que es de 125 personas por kilómetro cuadrado si se responde a la pregunta del título).

Supuestamente, la agricultura hidropónica podría mejorar significativamente incluso con esta reducción del 80 % del statu quo en los alimentos producidos por acre, como señalan las publicaciones anteriores. Sin embargo, las estimaciones de 500-1000 metros cuadrados por persona parecen poco realistas dada la tecnología actual.

TL; DR respuesta: 111 personas por kilómetro cuadrado

Explicación:

Una forma sencilla de ver esta pregunta es dividir la cantidad total de tierra agrícola en todo el mundo por la población mundial. Esta ecuación ignora los desechos y las personas que se mueren de hambre, asume que los humanos no comen pescado de los océanos y asume que los métodos de cultivo en todo el mundo son igualmente eficientes (no lo son). Independientemente, esta respuesta está mucho más cerca de la realidad que las otras respuestas proporcionadas.

36 480 000 000 acres - Masa terrestre total de la Tierra
13 497 600 000 acres - Tierra utilizada para la agricultura (37 % en el año 2000)
6 082 966 429 - Población mundial (año 2000)

Entonces, si dividimos 13,497,600,000 acres entre 6,082,966,429 humanos, podemos decir que cada humano en el planeta requiere 2,218 acres de tierra para poder comer. Dado que un kilómetro cuadrado son aproximadamente 247 acres, esa cantidad de tierra puede alimentar a 111 personas.

Mi ex es jardinero y leí un artículo que decía que se podía alimentar a una persona (solo vegana, sin carne) en solo 800 m ² en un clima templado (Suecia en este caso) sin métodos de alta tecnología, solo plantando cosas cerca. y teniendo varias cosechas por temporada. Los cultivos utilizados son patatas, habas, zanahorias, chirivías, coles, cebollas y manzanas.

Tenga en cuenta que un aficionado puede plantar cosas mucho más densas que en la agricultura industrial, ya que esta última se centra en un cultivo y necesita más espacio para que funcionen las máquinas.

No importa cómo aborde el problema, estará sujeto a límites físicos. Así que restringiré mi respuesta a los aspectos físicos del problema:

Radiacion solar

No importa cuán efectivos sean los métodos agrícolas, no se puede producir más energía por metro cuadrado que la cantidad que llega al suelo. Por un lado, según este mapa, la irradiación solar es de aproximadamente 1900 kWh/M² en el NE de Brasil. Siempre que la región sea fértil, y lo sea, y tenga acceso al agua, que lo tiene (esta es una de las regiones de Brasil donde se produce la Caña de Azúcar para luego ser transformada en alcohol y combustible vehicular) su límite de productividad será ser más o menos proporcional a la eficiencia de las plantas en la fotosíntesis.

Eficiencia de la fotosíntesis

La caña de azúcar moderna es una de las plantas más eficientes para convertir los rayos solares en azúcar. Puede alcanzar eficiencias del 8%. Esto significa que un metro cuadrado de caña de azúcar, en el área indicada sobre la superficie de la tierra, producirá

E = 5 kWh/Day * 0.08 = 400 Wh/day of sugar, or 1440 kJ of energy.

La glucosa es el principal azúcar producido por la caña de azúcar, que contiene 3000 kJ de energía por mol, alrededor de 700 kcal/mol. Esto significa que, cada día, cada metro cuadrado de superficie de cultivo producirá

M = 1440 kJ / 3000kJ/mol = 0.48 mol of Glucose

Que cuando se convierte a gramos significa

W = 0.48 mol * 180 g/mol = 86 g of sugar per day.

Sabiendo que su ingesta diaria de alimentos por día no está compuesta únicamente por azúcar, todo el resto del material vegetal es el producto de una transformación posterior de este azúcar en otros materiales, o bien, la energía proporcionada por este azúcar se utiliza para provocar reacciones químicas que producir esas otras sustancias. Si la sustancia no es producida por la propia planta, se producirá utilizando esta energía (las proteínas, las grasas, etc. se producen a expensas del azúcar por la propia planta o por los animales que comen esa planta y luego son consumidos por los humanos). En otras palabras, ningún alimento jamás retendrá, ni gastará en ser producido, más energía que esta cantidad total de azúcar que produce la caña de azúcar por metro cuadrado.

El adulto masculino normal debe comer 10500 kJ de energía por día,

A = 10500 kJ/day / 1440 kJ/day/M² = 7,29M²

lo que significa que se deben cultivar 7.29 metros cuadrados de terreno para producir la energía suficiente para sustentarlo, esto usando la planta más eficiente disponible, y expresada como calorías puras (grasa o azúcar, pero no vitamina u otro alimento regulador). Esto significa que desde un punto de vista puramente físico, utilizando la planta más eficiente disponible, con el método más eficiente disponible, se necesitan al menos ~7 metros cuadrados de tierra para producir lo suficiente para un solo macho adulto. Las cifras del mundo real serán más altas debido a varias ineficiencias.

La producción y distribución de alimentos es una actividad compleja y se necesita más que azúcar para sustentar a un ser humano, lo que significa que se necesitan plantas menos eficientes para producir todos los nutrientes necesarios. La carne se produce alimentando al ganado con plantas producidas por el mismo proceso que la caña de azúcar (fotosíntesis), pero cada cambio de nivel trófico implica una cierta pérdida de energía, por lo que la carne producida por una cierta cantidad de tierra será menor que la que se consume directamente. como caña de azúcar. Y así.

tl; dr

Con los tipos de cultivo actuales, necesitarás al menos ~7 metros cuadrados de tierra por macho adulto, sin importar el proceso de cultivo, tipo de planta, carne o verdura, etc. Este es un límite físico implícito en los límites de la fotosíntesis. La única forma de evitarlo es aumentar la eficiencia fotosintética de las plantas mediante la manipulación genética.

Granjas hidropónicas verticales (factibles con la tecnología actual):

Si construyes un rascacielos de granja hidropónica de 100 pisos junto a una fuente de agua masiva en 1 kilómetro cuadrado de tierra, básicamente puedes alimentar a una ciudad entera. Eso sería un desastre económico y no sería rentable, pero técnicamente es factible.

La agricultura vertical no es ciencia ficción y ya se está experimentando en algunas ciudades como Singapur.

No es realmente rentable desde el punto de vista económico, ya que la agricultura convencional sigue siendo muy barata, pero para algunos países con tierras limitadas como Singapur, tener una estructura vertical utilizando algunos sistemas hidropónicos avanzados (sin necesidad de suelo) les permite apilar las tierras de cultivo verticalmente. Singapur lo está haciendo para no depender demasiado de la importación de alimentos (razones políticas).

Suponiendo que la energía y el costo de la construcción se vuelvan lo suficientemente baratos o que la tierra cultivable se vuelva lo suficientemente escasa, eso sería económicamente viable.

Personalmente creo que depende de la planta. Ciertos alimentos, como el maíz, producen solo una o dos mazorcas por tallo, mientras que una planta de tomate puede producir 15 o más tomates durante la temporada. De cualquier manera, necesitaría rotar sus cultivos cada pocos años para poder cultivar cualquier cosa , por lo que tendría que tener cuidado con lo que cultivó. Creo que a lo que realmente le gustaría prestar atención es A) ¿Cuánto alimento produce la planta? y B) ¿Qué tan saludable es la planta para el suelo? y C) ¿Qué tipo de vitaminas obtendrá la gente de ellas?

En mi experiencia personal, las uvas, los tomates, las judías verdes, las zanahorias y otros alimentos que ocupan un espacio mínimo permitirán obtener más alimentos en general, por lo que diría que al menos 10-25 acres, como mínimo, más si tiene el espacio. . No sé qué tan útil fue esto realmente, pero espero que te haya dado una idea.

Dibujo mapas ficticios, e hice estos cálculos. De acuerdo con mis cálculos y suposiciones, 1 m2 de campo de trigo producirá 1x 700 g (aproximadamente 1 lb 8 oz) de pan. Esto supone una fertilidad media de alrededor de 5 toneladas de grano por hectárea. Los herbívoros comen el 2% de su peso corporal por día, y una vaca necesitaría alrededor de 2/3 de hectárea por año (permitiendo que la hierba vuelva a crecer). Mi investigación muestra que un animal de carne tiene una eficiencia de alrededor del 50 %: solo la mitad del peso del animal se puede convertir en carne comestible.

En circunstancias naturales y cultivando orgánicamente sin fertilizantes ni productos químicos artificiales o usando tecnología GM, no se pueden producir más de 500 kg de grano (usando el trigo como ejemplo) y eso es suficiente para alimentar a una persona por año.

Teniendo en cuenta las verduras, especias y otros condimentos que hay que cocinar para comer con el pan, chapatis o cualquier otra cosa que la gente haga con harina para comer con las verduras, necesitamos unas 3 hectáreas adicionales de tierra. Eso significa 4 hectáreas por persona por año en condiciones naturales de cultivo. Como hay 100 hectáreas en 1 km ^ 2, esta cantidad de tierra puede alimentar muy bien solo a unas 25 personas con un poco de sobra para la comodidad.