Так же, как мы поступали с 17 века до искусственных удобрений: система четырех полей.

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

Нововведениями в этой четырехлетней системе ротации стали репа и клевер...

Клевер — это растение, способное добавлять в почву соединения азота, потому что его корни имеют особые структуры, называемые корневыми узелками, прикрепленными к ним. Внутри этих узелков находятся симбиотические бактерии, которые питаются за счет фиксации атмосферного азота и образования нитратов (азотсодержащих солей). Клевер, более питательный, чем трава, использовался для выпаса скота. В свою очередь, домашний скот производил навоз, который можно было запахать обратно в почву.

Чтобы дать вам представление о повышении урожайности:

В 1705 г. Англия экспортировала 11,5 млн четвертей пшеницы. К 1765 году экспорт пшеницы вырос до 95 миллионов квартеров. Второй эффект заключался в том, что домашний скот, который больше не нужно было забивать перед зимними месяцами, увеличился как в количестве, так и в качестве.

Большая часть увеличения урожайности с тех пор была в большей степени связана с улучшенными сортами, чем с удобрениями, но использование удобрений означает, что мы можем продолжать выращивать одни и те же товарные культуры на одних и тех же полях из года в год, вместо того, чтобы заниматься каким-либо управлением землей и севооборотом. .

Гидропоника

Предполагая, что у вас есть приличные системы переработки, чтобы сохранить соответствующие элементы в системе — вероятно, в основном извлекаемые из систем отходов — вы можете складывать свой урожай в вертикальные фермы, выращиваемые под светодиодным освещением, настроенным для испускания идеальных длин волн света для рассматриваемых растений. Вы можете складывать свои фермы так высоко или глубоко, как позволяет ваша архитектура, что делает это чрезвычайно эффективным использованием ограниченного пространства.

аквакультура

Если у вас есть доступ к морю или, по крайней мере, к довольно приличному озеру, вы можете выращивать большое количество водорослей или бактерий, чтобы получать питательные вещества с гораздо большей территории. Спирулина, в частности, является «суперпродуктом» цианобактерий, которая производит все аминокислоты, необходимые человеческому организму. Другие цианобактерии могут фиксировать атмосферный азот или даже производить сложные углеводороды, такие как нефть.

Эти водоросли также можно выращивать в резервуарах, аналогичных варианту гидропоники; открытая вода не является строго обязательной.

Предельными питательными веществами (при условии, что физиология растений подобна нашей) являются азот, фосфор и калий: азот, фосфор и калий.

Рециркуляция (стерилизованного) азота из биоотходов пока не имеет успеха; Доступный азот, вероятно, является основным ограничением после воды, света и правильной температуры. Однако азот должен быть «закреплен», а не тройной связью с другим атомом азота, N2. При наличии достаточной энергии (и технической базы) можно искусственно фиксировать N2 из атмосферы в аммиак (NH3) посредством процесса Габера-Боша, который, в свою очередь, можно преобразовать в мочевину или нитраты или даже использовать непосредственно в качестве удобрения. хотя последний подход приводит к некоторым потерям летучести.) Для прибрежного города/штата аквакультура является еще одним вариантом фиксации азота, поскольку существуют морские виды архей, которые фиксируют азот так же, как бобовые и их симбиотические корневые бактерии делают это на суше. Большинство естественных источников связанного азота (например, гуано) исчерпаны.

Торговля фосфором и калием, вероятно, будет более экономичной, если доступны естественные источники. Переработка биоотходов или морской воды также возможна, хотя и дорогая из-за их относительного разбавления.

В своем вопросе вы должны решить две проблемы, обе связанные с современным высокоинтенсивным сельским хозяйством:

• Как обеспечить дизельным двигателем свой парк сельскохозяйственной техники и
• Как удобрить землю

В другом ответе обсуждалось внесение удобрений с использованием севооборота и управления земельными ресурсами, которые работают, но не допускают высокой плотности, от которой зависит современное сельское хозяйство.

Это можно решить для вашего мегаполиса, разбросав фермы по большему количеству земли, чтобы заменить плотность количеством. Животноводство — отличный способ превратить несъедобные растения в съедобное мясо; Опять же, мы не можем заниматься интенсивным животноводством, но мы можем вернуться к ковбойским временам, когда скот съедал открытые поля клевера.

Таким образом, проблема на самом деле заключается в энергии после нефти, которой, похоже, у нас почти нет в изобилии. Вы упоминаете ядерную энергию; гигантские комбайны, ползающие по холмам, могут иметь на борту ядерные генераторы (или, по крайней мере, радиоизотопные тепловые двигатели). Комбайны для сбора жуков могут принадлежать и управляться городом-государством, чтобы «оружие не попало в руки террористов» или что угодно, но сегодня у нас есть переносное ядерное электричество и пар. Во всяком случае, чтобы прокормить большой город без нефти, потребуются даже БОЛЬШИЕ фермы с БОЛЬШЕЙ механизацией, чтобы у нас могли быть БОЛЬШИЕ машины, работающие на ядерной энергии. Грузовики, которые вращаются от комбайнов, могут работать от аккумуляторов; они досыпаются на комбайне во время загрузки и досыпаются в бункере при разгрузке.

Нефть — это не волшебство, это просто самая простая форма портативной энергии, которая у нас есть сегодня. Но есть много способов генерировать энергию без нефти; просто ни одна из них не является настолько безопасной, надежной или общедоступной, как нефть сегодня. В ситуации, когда нефти больше не будет, мы найдем способ запитать инфраструктуру, чтобы прокормить себя; особенно если мы беспокоимся только об одном городе-государстве.

Наука и узелки . Еще одна вещь. Клевер так полезен, потому что у него есть симбиотические бактерии, которые фиксируют азот и тому подобное в почве. Коровы едят клевер, чтобы получить навоз, который затем удобряет поля. Я знаю, вы сказали, что утилизировать городские отходы было бесполезно... но почему? Если бы мы собирали человеческие отходы из города и использовали для их переработки ядерную энергию, они могли бы легко удобрять поля. И биотехнологические фирмы в этом будущем, вероятно, решат проблему фиксации в гигантских баках с бактериями; сегодня мы не беспокоимся об этом, потому что удобрения все еще относительно дешевы.

У вас действительно есть два несовместимых вопроса: 1) пост-углеводород и 2) использование как можно меньшего пространства. Решение № 1 состоит в том, чтобы ослабить ограничение № 2.

Многократный посев (методы 3/4 поля и т. д.) и другие методы, необходимые для выращивания сельскохозяйственных культур без искусственных удобрений на основе углеводородов, уже хорошо известны. Вы можете не получить такой высокий урожай, поэтому вам, возможно, придется использовать больше земли.

Для механизированного сбора урожая, кажется, нет веских причин, по которым широко используемые системы кругового орошения нельзя было бы адаптировать для питания оборудования с электрическим приводом. Конечно, транспорт от поля до рынка можно было бы электрифицировать, а отходы можно было бы превратить в биотопливо.

Что касается мяса, то кто-то уже предложил вернуться к выпасу скота на открытых пастбищах. Распространите это на большее количество видов и верните земли в условия прерий (таким образом, имея дело с пыльными чашами и землями, которые являются маргинальными без искусственных удобрений).

Наконец, избавьтесь от мысли, что мегаполисы — это хорошо или даже неизбежно. С развитием Интернета многие рабочие места можно выполнять удаленно, что избавляет от необходимости физически находиться там, где находится ваша работа. (Несколько лет назад я работал на двух работах, одна в Силиконовой долине, другая в Швейцарии, но жил в другом месте.) Чтобы люди могли жить ближе к своим источникам пищи, вместо того, чтобы экономика вынуждала их жить в больших городах.