שינויים

אפשר להסתכל על תהליך ייצור המזון בחקלאות ובכלל כעל שני תהליכים פיזיקליים תרמודינמיים - תהליך הפוטוסינתזה ותהליך ייצור מולקולות סוכר מורכבות שאנשים מסוגלים לעכל. שני התהליכים האלה מוגבלים על ידי חוקי התרמודינמיקה.  

אפשר להסתכל על תהליך ייצור המזון בחקלאות ובכלל כעל שני תהליכים פיזיקליים תרמודינמיים - תהליך הפוטוסינתזה ותהליך ייצור מולקולות סוכר מורכבות שאנשים מסוגלים לעכל. שני התהליכים האלה מוגבלים על ידי חוקי התרמודינמיקה.  

מגבלה אחת נעוצה ב[[חוק הראשון של התרמודינמיקה]] - יש כמות מוגבלת של [[אנרגיית שמש]] שנופלת על שטח נתון בכל יחידת זמן - ולכן [[הספק אנרגטי|ההספק האנרגטי]] הוא בעל גבול נתון. מכאן שגם ההספק האנרגטי של חיטה לדוגמה, או כל צמח אחר,  לא יכול להיות גדול מהספק זה עקב חוק שימור האנרגיה. אפשר להגדיל את כמות [[ההספק האנרגטי]] הנופלת על שטח נתון על ידי שלל אמצעים טכנולוגיים - שימוש בתאורה מלאכותית, הצבת מראות בחלל או על פני כדור הארץ, הקטנת ההחזרה האטמוספרית של הקרינה (לדוגמה בספר "עריצה היא הלבנה" מגדלים חיטה על הירח) או על ידי קירוב של מקום הגידול לשמש (גידול על לווינים קרובים יותר לשמש). כל הדברים האלה הם בגדר פתרונות יקרים המציבים בעיות טכנולוגיות משל עצמם. כל הדוגמאות האלה משנות את הגודל של ההספק המקסימלי, אבל לא גורמות לכך שההספק עצמו אינו מהווה מגבלה.   

מגבלה אחת נעוצה ב[[חוק הראשון של התרמודינמיקה]] - יש כמות מוגבלת של [[אנרגיית שמש]] שנופלת על שטח נתון בכל יחידת זמן - ולכן [[הספק אנרגטי|ההספק האנרגטי]] הוא בעל גבול נתון. מכאן שגם ההספק האנרגטי של חיטה לדוגמה, או כל צמח אחר,  לא יכול להיות גדול מהספק זה עקב חוק שימור האנרגיה. אפשר להגדיל את כמות [[ההספק האנרגטי]] הנופלת על שטח נתון על ידי שלל אמצעים טכנולוגיים - שימוש בתאורה מלאכותית, הצבת מראות בחלל או על פני כדור הארץ, הקטנת ההחזרה האטמוספרית של הקרינה (לדוגמה בספר "עריצה היא הלבנה" מגדלים חיטה על הירח) או על ידי קירוב של מקום הגידול לשמש (גידול על לוויינים קרובים יותר לשמש). כל הדברים האלה הם בגדר פתרונות יקרים המציבים בעיות טכנולוגיות משל עצמם. כל הדוגמאות האלה משנות את הגודל של ההספק המקסימלי, אבל לא גורמות לכך שההספק עצמו אינו מהווה מגבלה.   

מגבלה תאורטית נוספת היא [[החוק השני של התרמודינמיקה]]. חלק מהאנרגיה שמגיע מאור השמש הנופל על חלקת אדמה חייב להתבזבז בצורת [[חום]]. מנגנון ה[[פוטוסינתזה]] והפיכת הפחמן למולקולות שמתאימות לאדם חייב להיות בנצילות נמוכה יותר מ-100%. אפשר על ידי [[הנדסה גנטית]] לשפר את כמות ה[[ייצור ראשוני]] מכל יחידת הספק, אבל לא ניתן להגדיל את היעילות האנרגטית ליחידת הספק עוד ועוד ללא גבול. ניצול של 100% מתוך ההספק יגרור הפרת החוק השני של התרמודינמיקה.  

מגבלה תאורטית נוספת היא [[החוק השני של התרמודינמיקה]]. חלק מהאנרגיה שמגיע מאור השמש הנופל על חלקת אדמה חייב להתבזבז בצורת [[חום]]. מנגנון ה[[פוטוסינתזה]] והפיכת הפחמן למולקולות שמתאימות לאדם חייב להיות בנצילות נמוכה יותר מ-100%. אפשר על ידי [[הנדסה גנטית]] לשפר את כמות ה[[ייצור ראשוני]] מכל יחידת הספק, אבל לא ניתן להגדיל את היעילות האנרגטית ליחידת הספק עוד ועוד ללא גבול. ניצול של 100% מתוך ההספק יגרור הפרת החוק השני של התרמודינמיקה.  

כדי לקבל את כמות המזון הכוללת יש לכאורה לכפול את ההספק או הפריון של שטח חקלאי בכמות השטח החקלאי. למעשה יש מגבלה נוספת היות וכדי להגיע לפריון מקסימלי יש צורך תמיד בתנאים מסויימים מאד, והגעה לתנאים אלה בכל השטח היא לא אפשרית או דורשת השקעה נוספת של אנרגיה. לדוגמה הספק אור השמש הוא מקסימלי בשטח הנמצא בזנית (קרני השמש פוגעות בכדור הארץ בזווית ישרה) בכל מקום אחר ההספק הוא בהכרח נמוך יותר. מגבלות אחרות נוגעות להספקת מים, לכמות שעות האור ביום, לזמינות של חומרי הזנה ועוד. לכן תמיד יהיו שטחים בעלי פריון נמוך יותר מהפריון המקסימלי והגדלת הפריון שלהם תדרוש עוד משאבים.   

כדי לקבל את כמות המזון הכוללת יש לכאורה לכפול את ההספק או הפריון של שטח חקלאי בכמות השטח החקלאי. למעשה יש מגבלה נוספת היות וכדי להגיע לפריון מקסימלי יש צורך תמיד בתנאים מסויימים מאד, והגעה לתנאים אלה בכל השטח היא לא אפשרית או דורשת השקעה נוספת של אנרגיה. לדוגמה הספק אור השמש הוא מקסימלי בשטח הנמצא בזנית (קרני השמש פוגעות בכדור הארץ בזווית ישרה) בכל מקום אחר ההספק הוא בהכרח נמוך יותר. מגבלות אחרות נוגעות להספקת מים, לכמות שעות האור ביום, לזמינות של חומרי הזנה ועוד. לכן תמיד יהיו שטחים בעלי פריון נמוך יותר מהפריון המקסימלי והגדלת הפריון שלהם תדרוש עוד משאבים.   

השטח המירבי הנתון לנו כיום הוא שטחו של כדור הארץ כולו. שטח מצומצם יותר הוא השטח היבשתי ומזה, רק השטחים המתאימים לשמש לחקלאות - בשל מגבלות קרקע, אקלים ועוד. בעקרון ניתן להגדיל את השטח בצורה משמעותית - עד כדי [[כדור דייסון]] - אבל הגדלה כזו היא בגדר מדע בדיוני פרוע עם בעיות תאורטיות קשות. אפשרות תאורטית נוספת להגדיל את השטח היא גידול מזון סביב שמשות אחרות. גם כאן יש מגבלות תאורטית קשות (כמו כמות אנרגיה עצומה לשם שינוע הסחורה, זמני טיסה של מאות אלפי שנים לכל כיוון).  גם גידול מתון יותר של השטח מחוץ לשטחו של כדור הארץ (כמו גידול גידולים על אסטרואידים, על הירח או על מאדים) הוא אופציה יקרה מאד ולא ראלית כיום - זול הרבה יותר לטפל במגבלות מעשיות אחרות כמו לדוגמה זיהום מים או זיהום אוויר שפוגעי ביבולים.

השטח המירבי הנתון לנו כיום הוא שטחו של כדור הארץ כולו. שטח מצומצם יותר הוא השטח היבשתי ומזה, רק השטחים המתאימים לשמש לחקלאות - בשל מגבלות קרקע, אקלים ועוד. בעקרון ניתן להגדיל את השטח בצורה משמעותית - עד כדי [[כדור דייסון]] - אבל הגדלה כזו היא בגדר מדע בדיוני פרוע עם בעיות תאורטיות קשות. אפשרות תאורטית נוספת להגדיל את השטח היא גידול מזון סביב שמשות אחרות. גם כאן יש מגבלות תאורטית קשות (כמו כמות אנרגיה עצומה לשם שינוע הסחורה, זמני טיסה של מאות אלפי שנים לכל כיוון).  גם גידול מתון יותר של השטח מחוץ לשטחו של כדור הארץ (כמו גידול גידולים על אסטרואידים, על הירח או על מאדים) הוא אופציה יקרה מאד ולא ריאלית כיום - זול הרבה יותר לטפל במגבלות מעשיות אחרות כמו לדוגמה זיהום מים או זיהום אוויר שפוגעי ביבולים.

===מגבלות מעשיות===

===מגבלות מעשיות===

מגבלות מעשיות יותר על הפריון החקלאי נעוצות במגבלות גאו-פיזיות, ביולוגיות, חברתיות וטכנולוגיות. דוגמאות לכך הן [[קרקע|קרקעות]] עניות בחומרי הזנה (ודורשות [[דשן|דישון]] ושינוי תכונות הקרקע), [[סחף קרקע]], [[המלחת קרקע]], [[מדבור]], [[מחסור במים]], מזג אוויר הפכפך (לדוגמה באוסטרליה), [[שינויי אקלים]], מחלות שונות, מזיקים, השפעות של מערכות אקולוגיות שהגידולים החקלאים צורכים [[שירותי המערכת האקולוגית|שירותים אקולוגיים]] שלהן, ועוד. מגבלות חברתיות כוללות מחסור בכסף, מחסור ב[[מיכון חקלאי]], מחסור ב[[ידע]] חקלאי, הצורך להשקיע אנרגיה כדי לאסוף ולעבד [[מידע]] חקלאי,  מלחמות, [[זיהום סביבתי]], בעיות כלכליות של חקלאים ועוד.  

מגבלות מעשיות יותר על הפריון החקלאי נעוצות במגבלות גאו-פיזיות, ביולוגיות, חברתיות וטכנולוגיות. דוגמאות לכך הן [[קרקע|קרקעות]] עניות בחומרי הזנה (ודורשות [[דשן|דישון]] ושינוי תכונות הקרקע), [[סחף קרקע]], [[המלחת קרקע]], [[מדבור]], [[מחסור במים]], מזג אוויר הפכפך (לדוגמה באוסטרליה), [[שינויי אקלים]], מחלות שונות, מזיקים, השפעות של מערכות אקולוגיות שהגידולים החקלאים צורכים [[שירותי המערכת האקולוגית|שירותים אקולוגיים]] שלהן, ועוד. מגבלות חברתיות כוללות מחסור בכסף, מחסור ב[[מיכון חקלאי]], מחסור ב[[ידע]] חקלאי, הצורך להשקיע אנרגיה כדי לאסוף ולעבד [[מידע]] חקלאי,  מלחמות, [[זיהום סביבתי]], בעיות כלכליות של חקלאים ועוד.  

על רוב המגבלות המעשיות של הפריון ניתן להשפיע בפתרונות מעשיים (טכנולוגיים, חברתיים או טכנו-ביולוגיים) - לדוגמה כדי להתגבר על מחסור מקומי במים ניתן להשקות את הצמחים, וניתן ל[[התפלת מים|התפיל מים]] כדי להגדיל את מלאי המים הכולל במדינה. אבל שני הפתרונות האלה מחייבים את הגדלת התשומות הנדרשות ל[[ניתוח מחזור חיים|מחזור חיים]] של תהליך הגידול של כל כמות מזון נתונה - שאיבת מים והולכה שלהם דורשת השקעת אנרגיה, וכן היא מצריכה שימוש במים מתוקים שאינם זמינים לצרכים אחרים. התפלת מים דורשת השקעת אנרגיה גדולה עוד הרבה יותר - ומכאן שימוש במקור אנרגיה - בדרך כלל [[דלק מחצבי]]. שימוש ב[[אנרגיה מתחדשת]] לשם צרכים אלה פרושו רתימת עוד שטח שנדרש לשם אנרגיות כמו [[אנרגיית שמש]] או [[אנרגיית רוח]] לצורך תשומות הנדרשות לחקלאות. ניתן גם להגדיל את הפריון על ידי פיתוח זנים שדורשים פחות מים, אבל דבר זה מוגבל על ידי מנגנון הפוטוסינתזה שדורש מים כחלק מהתהליך הכימי.  

על רוב המגבלות המעשיות של הפריון ניתן להשפיע בפתרונות מעשיים (טכנולוגיים, חברתיים או טכנו-ביולוגיים) - לדוגמה כדי להתגבר על מחסור מקומי במים ניתן להשקות את הצמחים, וניתן ל[[התפלת מים|התפיל מים]] כדי להגדיל את מלאי המים הכולל במדינה. אבל שני הפתרונות האלה מחייבים את הגדלת התשומות הנדרשות ל[[ניתוח מחזור חיים|מחזור חיים]] של תהליך הגידול של כל כמות מזון נתונה - שאיבת מים והולכה שלהם דורשת השקעת אנרגיה, וכן היא מצריכה שימוש במים מתוקים שאינם זמינים לצרכים אחרים. התפלת מים דורשת השקעת אנרגיה גדולה עוד הרבה יותר - ומכאן שימוש במקור אנרגיה - בדרך כלל [[דלק מחצבי]]. שימוש ב[[אנרגיה מתחדשת]] לשם צרכים אלה פירושו רתימת עוד שטח שנדרש לשם אנרגיות כמו [[אנרגיית שמש]] או [[אנרגיית רוח]] לצורך תשומות הנדרשות לחקלאות. ניתן גם להגדיל את הפריון על ידי פיתוח זנים שדורשים פחות מים, אבל דבר זה מוגבל על ידי מנגנון הפוטוסינתזה שדורש מים כחלק מהתהליך הכימי.  

לרוב בודקים היום את הגדלת הפריון החקלאי על ידי '''תשומות מקומיות''' ומתעלמים '''מתשומות עקיפות''' הנדרשות לשם הגידול. כך לדוגמה מחלקים את כמות היבול של חיטה בכמות השטח החקלאי כדי לקבל את הפריון במונחים של כמות היבול בק"ג לדונם אחד. דבר זה מתעלם מכך שנדרשים שטחי אדמה ומים נוספים  לשם תחזוקת אותו שטח חקלאי - שטחים הנדרשים לשם כריית חומרי הזנה ולשם הטמעת הזיהום, שטחים הנדרשים לשם הספקת שירותים אקולוגיים למערכת החקלאית, שטחי ים בהם נוצר אידוי מים וכו'. שטח כזה יכול להיחשב [[טביעת הרגל האקולוגית]] של אותו דונם והוא בהכרח גדול יותר מהשטח החקלאי.

לרוב בודקים היום את הגדלת הפריון החקלאי על ידי '''תשומות מקומיות''' ומתעלמים '''מתשומות עקיפות''' הנדרשות לשם הגידול. כך לדוגמה מחלקים את כמות היבול של חיטה בכמות השטח החקלאי כדי לקבל את הפריון במונחים של כמות היבול בק"ג לדונם אחד. דבר זה מתעלם מכך שנדרשים שטחי אדמה ומים נוספים  לשם תחזוקת אותו שטח חקלאי - שטחים הנדרשים לשם כריית חומרי הזנה ולשם הטמעת הזיהום, שטחים הנדרשים לשם הספקת שירותים אקולוגיים למערכת החקלאית, שטחי ים בהם נוצר אידוי מים וכו'. שטח כזה יכול להיחשב [[טביעת הרגל האקולוגית]] של אותו דונם והוא בהכרח גדול יותר מהשטח החקלאי.