目前的粮食产量与2050年养活所有人所需的粮食量之间存在巨大缺口。到2050年，地球人口将接近100亿，比2010年多出约30亿张嘴需要喂养。随着收入增长，人们将越来越多地消费资源密集型的动物性食品。与此同时，我们迫切需要减少农业生产中的温室气体（GHG）排放，并停止将剩余森林转为农业用地。
到2050年要养活100亿人可持续地，则需要弥合三大缺口：
56%的粮食缺口即2010年所产作物热量与“照常发展”增长情景下2050年所需热量之间的差距；
5.93亿公顷的土地缺口（面积几乎是印度的两倍），即2010年全球农业用地面积与预计到2050年的农业扩张规模之间的差距；以及
110亿吨的温室气体减排缺口即预计2050年农业排放量与将全球变暖控制在2oC (3.6°F)以下所需的目标水平之间的差距，该目标水平是防止最严重气候影响所必需的。
可持续粮食未来的五道解决方案“菜单”
没有万能灵药可以弥合粮食、土地和温室气体减排缺口。WRI研究关于如何打造可持续粮食未来的研究已确定22项需同时实施的解决方案，以弥合这些缺口。各项解决方案的相对重要性因国家而异。这些解决方案被组织成一份五道式“菜单”：（1）减少对粮食和其他农产品的需求增长；（2）在不扩大农业用地的情况下增加粮食生产；（3）保护和恢复自然生态系统；（4）增加鱼类供应；以及（5）减少农业生产中的温室气体排放。
第一道：减少对粮食和其他农产品的需求增长
1. 减少粮食损失和浪费。
约四分之一供人类消费的粮食未被食用。损失和浪费发生在整个食物链中，从田间到餐桌。到2050年将粮食损失和浪费减少25%，可弥补粮食缺口的12%、土地缺口的27%以及温室气体减排缺口的15%。应采取的行动包括：测量食物浪费、设定减量目标、改善发展中国家的粮食储存条件，以及简化保质期标签。
2. 转向更健康、更可持续的饮食。
预计2010年至2050年间，反刍动物肉类（牛肉、羊肉和山羊肉）的消费量将增长88%。牛肉是最常消费的反刍动物肉类，其生产需要大量资源：与豆类、豌豆和扁豆等常见植物蛋白相比，每克可食用蛋白质需要多20倍的土地，排放的温室气体也多20倍。到2050年，将人均每日反刍动物肉类消费量限制在52卡路里（约相当于每周1.5个汉堡），将使温室气体减排缺口减半，并几乎弥合土地缺口。在北美，这将需要将目前的牛肉和羊肉消费量减少近一半。应采取的行动包括：改善植物性食品的营销，改进肉类替代品，以及实施有利于植物性食品消费的政策。
3. 避免生物能源与粮食作物和土地争夺。
如果生物能源通过使用粮食或能源作物或专用土地而与粮食生产竞争，就会扩大粮食、土地和温室气体减排缺口。生物质也是一种低效的能源：即使利用2000年地球上收获的全部生物质（包括作物、作物残余物、牲畜所食的草和木材），也只能在2050年提供约20%的全球能源需求。逐步淘汰农业用地上现有的生物燃料生产，将使粮食缺口从56%降至49%。应采取的行动包括：取消生物燃料补贴，并且在可再生能源政策和温室气体交易计划中，不将生物能源视为“碳中性”。
4. 实现更替水平生育率。
粮食缺口主要由人口增长驱动，其中一半预计发生在非洲，三分之一发生在亚洲。到2050年，世界大部分地区已接近实现更替水平生育率（每名妇女2.1个孩子）。撒哈拉以南非洲是例外，目前生育率超过每名妇女5个孩子，预计2050年为每名妇女3.2个。如果撒哈拉以南非洲与其他所有地区一道，在2050年前实现更替水平生育率，将使土地缺口缩小四分之一，温室气体减排缺口缩小17%，同时减少饥饿。应采取的行动包括：实现已促使其他所有地区自愿降低生育率的三种社会进步：增加女童的教育机会，扩大获得生殖健康服务的途径，以及降低婴幼儿和儿童死亡率，使父母无需生育那么多孩子即可确保其所期望子女数量的存活。
第二道：在不扩大农业用地的情况下增加粮食生产
5. 提高牲畜和牧场生产力。
每公顷牲畜产量在各国之间差异很大，在热带地区最低。鉴于预计到2050年动物性食品需求将增长70%，且牧场占农业用地的三分之二，提高牧场生产力是一项重要解决方案。2010年至2050年间，每公顷牧场的肉类和牛奶产量增速若提高25%，可使土地缺口缩小20%，温室气体减排缺口缩小11%。农民可采取的行动包括：改善牧场施肥、饲料质量和兽医护理；饲养改良动物品种；以及采用轮牧。政府可设定生产力目标，并以资金和技术援助支持农民。
6. 改良作物育种。
未来的产量增长对于跟上需求至关重要。传统育种（即根据遗传特征选择表现最佳的作物）曾占历史作物产量增长的约一半。分子生物学的新进展为提高产量提供了巨大希望，使绘制植物遗传密码、检测所需DNA特征、提纯作物品系以及开启或关闭基因变得更便宜、更快捷。应采取的行动包括：大幅增加公共和私人作物育种预算，尤其是针对小米和山药等“冷门作物”，这些作物在区域上很重要，但未在全球范围内交易。
7. 改善土壤和水资源管理。
退化土壤，尤其是非洲干旱地区的退化土壤，可能影响全球四分之一的耕地。农民可通过改善土壤和水资源管理措施，提高退化土壤（特别是干旱地区和低碳地区）的作物产量。例如，农林业，即在农场和牧场中种植树木，有助于恢复退化土地并提高产量。在赞比亚的试验点，种植了Faidherbia albida树木，其玉米产量比无树地块高出88–190%。2010年至2050年间，作物产量增速若提高20%（这得益于作物育种及土壤和水资源管理的改进），可使土地缺口缩小16%，温室气体减排缺口缩小7%。应采取的行动包括：增加援助机构对雨水收集、农林业及农民之间相互教育的支持；并改革阻碍农民采用农林业的树木所有权法律。援助机构还可以试验帮助农民恢复土壤健康的项目。
8. 更频繁地种植现有耕地。
无论是通过减少休耕，还是通过增加“复种”（同一年在同一块田地中种植两季作物），更频繁地种植和收获现有耕地，都可以在不需要新土地的情况下提高粮食产量。在2050年基准值87%的基础上，将年种植强度再提高5%，将使土地缺口缩小14%，温室气体减排缺口缩小6%。研究人员应开展更多空间明确的分析，在考虑水资源、排放及其他环境限制因素的前提下，确定种植强度提高最为可行的地区。
9. 适应气候变化。
政府间气候变化专门委员会2014年的报告预测，若不采取适应措施，到2050年全球作物产量很可能至少下降5%，到2100年降幅将更大。例如，预计到2100年，撒哈拉以南非洲大部分地区的生长季将缩短20%以上。作物产量下降10%将使土地缺口扩大45%。适应将需要实施菜单上的其他项目，同时培育能够耐受高温的作物、建立节水系统，并在重大气候变化使某些作物无法生长的地方改变生产系统。
第三道：保护和恢复自然生态系统，并限制农业用地转移
10. 将生产力提升与保护自然生态系统相结合。
虽然提高农业生产力可在全球范围内拯救森林和稀树草原，但在某些情况下，它实际上可能导致当地更多的土地被开垦。为避免这种结果，必须将生产力提升与保护自然生态系统免遭转为农业用地的努力明确挂钩。政府、金融机构和其他各方可像巴西所做的那样，将低息贷款与森林保护挂钩，并确保基础设施投资不以牺牲生态系统为代价。
南美洲的森林砍伐主要由农产品驱动。
11. 将不可避免的耕地扩张限制在环境机会成本低的土地上。
当耕地扩张不可避免时（例如非洲的本地粮食生产和东南亚的油棕种植），政府和投资者应支持向环境机会成本低的土地扩张。这包括生物多样性或碳储存潜力有限、但粮食生产潜力高的土地。例如，在印度尼西亚，运用环境、经济和法律筛选条件的分析，可以对适合油棕扩张的土地作出更准确的估算。政府需要用于估算产量及其对生物多样性和气候变化影响的工具和模型，并应利用这些工具指导土地利用监管、规划道路和管理公共土地。
12. 在集约化潜力有限的农业用地上重新造林。
在某些情况下，最有效的土地利用方式可能是将废弃或低产的农业用地恢复为森林或其他自然栖息地。这有助于抵消农业不可避免地向其他地区扩张的影响。此举应限于改良潜力有限的低产农业用地，例如巴西大西洋森林中坡度很陡的牧场。
13. 保护和恢复泥炭地。
将泥炭地转为农业用地需要排水，这会向大气释放大量碳。全球2600万公顷已排水的泥炭地占全球年温室气体排放量的2%。将其恢复为湿地应被列为高度优先事项，并可将温室气体减排缺口弥合至多7%。应采取的行动包括：为泥炭地恢复提供资金，改进泥炭地测绘，以及制定防止泥炭地被排干的法律。
第四道：增加鱼类供应
14. 改善野生渔业管理。
2015年，三分之一的海洋鱼类资源遭过度捕捞，另有60%的资源处于最大可持续捕捞水平。目前需减少捕捞量，使野生渔业得以充分恢复，从而至少维持2050年的2010年鱼类捕获水平。这将避免为了通过水产养殖提供等量鱼类而需要转换500万公顷土地。应采取的行动包括：实施捕捞份额制和社区管理制度，并取消支持过度捕捞的不良补贴，据估计此类补贴每年达350亿美元。
15. 提高水产养殖的生产力和环境绩效。
随着野生鱼类捕获量下降，水产养殖产量需要翻一番以上，以满足2010年至2050年间预计增长58%的鱼类消费。实现这一翻番需要提高水产养殖生产力，并解决鱼类养殖场目前面临的环境挑战，包括湿地转换、饲料中使用野生捕获的鱼类、高淡水需求以及水污染。应采取的行动包括：通过选择性育种提高鱼类生长速度，改进饲料和疾病防控，采用水循环及其他污染控制措施，改善空间规划以指导新建养殖场，以及扩大海洋鱼类养殖。
第五道：减少农业生产中的温室气体排放
农业生产的温室气体排放来自畜牧业、氮肥施用、水稻种植和能源使用。预计到2050年，这些排放将从每年70亿吨增至每年90亿吨或更多（另外，土地利用变化还将带来每年60亿吨或更多的排放，未在下图中显示）。本道针对这些主要排放源逐一提出应对措施。
16. 通过新技术减少肠道发酵。
2010年，反刍家畜约占农业生产排放量的一半。在这些排放中，最大来源是“肠道甲烷”，即牛的打嗝。提高反刍动物的生产力也能减少甲烷排放，主要因为每公斤饲料产出的牛奶和肉类更多。此外，新技术可以减少肠道发酵。例如，3-nitrooxypropan（3-NOP）是一种抑制微生物甲烷的化学添加剂，在新西兰经过测试，使甲烷排放减少了30%，并可能提高动物的生长速度。政府应扩大对3-NOP等化合物的公共研究，并要求或激励采用最有前景的化合物。
17. 通过改善粪肥管理减少排放。
来自“集中管理”粪肥（源自圈养动物）的排放，在2010年约占农业生产排放量的9%。通过更好地分离液体与固体、捕获甲烷及其他策略改善粪肥管理，可大幅减少排放。例如，在美国猪场采用高度先进的系统以减少几乎所有形式的污染，只会使猪肉价格上涨2%，同时还能减少温室气体，并带来诸多健康、水资源和污染方面的益处。政府可采取的措施包括：监管农场、为技术开发提供有竞争力的资金，以及建立监测计划，以发现并处理沼气池的泄漏。
18. 减少牧场上遗留粪肥的排放。
田间沉积的牲畜粪便和尿液会转化为一氧化二氮，这是一种强效温室气体。这种未经管理的粪肥在2010年占农业生产排放量的12%。新兴方法包括施用可防止氮转化为一氧化二氮的化学物质，以及种植能自然阻止这一过程的草类。政府可增加对此类化学和生物硝化抑制剂研究的支持，并激励农民采用。
19. 通过提高氮肥利用效率减少化肥排放。
2010年，化肥排放约占农业生产排放量的19%。全球范围内，作物吸收的氮肥不足一半，其余则排放到大气中或随径流流失。提高氮肥利用效率（即作物吸收的施用氮的百分比）需要改进化肥及其管理方式，或改变化肥本身的成分，以提高氮的吸收速率，从而减少所需化肥用量。政府可采取的行动包括：将补贴从化肥转向支持更高的氮肥利用效率，为化肥企业制定开发改良化肥的监管目标，以及资助提高氮肥利用效率的示范项目。
20. 采用减排的水稻管理方式和品种。
2010年，稻田至少占农业生产排放量的10%，主要以甲烷形式排放。但也存在排放和资源消耗较低的水稻生产方式。例如，缩短田间淹水时长，可降低水位，从而减少产甲烷细菌的生长。这种做法可减少多达90%的排放，同时在某些农场节约用水并提高水稻产量。一些水稻品种产生的甲烷也较少。应采取的行动包括：开展工程分析，以确定降低水位的有效机会；奖励实行节水耕作的农民；投资于育种项目，转向低甲烷水稻品种；以及提高水稻产量。
21. 提高农业能源效率，并转向非化石能源。
2010年，农业中化石能源使用产生的排放占农业生产排放量的24%。基本机会包括提高能源效率（这在农业领域仅被略微探索）以及转向太阳能和风能。将单位能源使用的排放减少75%，可使温室气体减排缺口缩小8%。应采取的行动包括：将低碳能源和能效计划纳入农业项目，以及在氮肥生产中使用可再生能源。
22. 实施切实可行的土壤碳封存方案。
减缓农业排放的努力主要集中在土壤碳封存上，但近期研究表明，这比此前设想的更难实现。例如，免耕农业等增加碳的做法，在较深土层测量时，碳增加很少或没有增加。重要策略包括：通过停止森林转换以避免土壤碳进一步流失；通过提高草地和耕地的生产力来保护或增加土壤碳；增加农林业；以及在土壤肥力对粮食安全至关重要的地方，开发创新的碳积累策略。
迈向可持续粮食未来
到2050年可持续地养活100亿人的挑战远比人们所认识到的更为艰巨。这些菜单项目并非可选项，世界必须实施全部22项，才能弥合粮食、土地和温室气体减排缺口。
好消息是，所有五道都能弥合缺口，同时为农民、社会和人类健康带来共同效益。这需要付出艰巨的努力，并对我们生产和消费食物的方式进行重大改变。因此，让我们开始行动，点满菜单上的每一道菜吧！
