שינויים

במערכות חקלאיות, היצרנות נמדדת רק במונחים של תבואה Yield. התבואה היא לא סך כל הביו-מסה שגדלה במשך העונה, אלא מייצגת רק את הייצור הראשוני נטו שיש לו ערך [[שוק|בשוק]] - לדוגמה אין התייחסות למסת הקש שנוצר במהלך גידול של [[חיטה]].   

במערכות חקלאיות, היצרנות נמדדת רק במונחים של תבואה Yield. התבואה היא לא סך כל הביו-מסה שגדלה במשך העונה, אלא מייצגת רק את הייצור הראשוני נטו שיש לו ערך [[שוק|בשוק]] - לדוגמה אין התייחסות למסת הקש שנוצר במהלך גידול של [[חיטה]].   

==מגבלות של חוקי טבע על הגידול בפריון==

==חוקי טבע שמגבילים את הפריון החקלאי המקסימלי==

הניתוח של [[כלכלה נאו-קלאסית]] ושל [[אופטימיזם טכנולוגי]] טוען שעם עוד [[הון תעשייתי]] ועוד [[שינוי טכנולוגי|שכלול בטכנולוגיה]] נוכל להגדיל את הפריון החקלאי עוד ועוד. ניתוח [[תומס מלתוס|מלתוסיאני]] או [[אקולוגיה|אקולוגי]] יותר טוען שלמרות שניתן להגדיל את הפריון החקלאי למשך תקופה מסויימת, יש לדבר גבול בגלל מגבלות טבעיות. אולי איננו יודעים היכן הגבול הזה נמצא, אבל אי אפשר להגדיל את הפריון עוד ועוד.  

הניתוח של [[כלכלה נאו-קלאסית]] ושל [[אופטימיזם טכנולוגי]] טוען שעם עוד [[הון תעשייתי]] ועוד [[שינוי טכנולוגי|שכלול בטכנולוגיה]] נוכל להגדיל את הפריון החקלאי עוד ועוד. ניתוח [[תומס מלתוס|מלתוסיאני]] או [[אקולוגיה|אקולוגי]] יותר טוען שלמרות שניתן להגדיל את הפריון החקלאי למשך תקופה מסויימת, יש לדבר גבול בגלל מגבלות טבעיות. אולי איננו יודעים היכן הגבול הזה נמצא, אבל אי אפשר להגדיל את הפריון עוד ועוד.  

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 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. 

מגבלת הספק אנרגטי פרושה נעוצה ב[[חוק הראשון של התרמודינמיקה]] - או חוק שימור מסה-אנרגיה. בכל יחידת זמן יש כמות מוגבלת של [[אנרגיית שמש]] שנופלת על שטח נתון - ולכן [[הספק אנרגטי|ההספק האנרגטי]] הוא בעל גבול נתון. מכאן שגם ההספק האנרגטי של [[חיטה]], או כל צמח אחר,  לא יכול להיות גדול מהספק זה.  

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.  

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 הפתרונות האלה הם בגדר פתרונות יקרים המציבים בעיות טכנולוגיות ואקולוגיות משל עצמם. כל הדוגמאות האלה משנות את הגודל של ההספק המקסימלי, אבל לא גורמות לכך שההספק עצמו אינו מהווה מגבלה.

עוד מגבלה תאורטית נוגעת לקצב של תהליכים פיזיקליים. יש קשר בין מידת הנצילות (היעילות האנרגטית) של המערכת (איזה אחוז מתוך האנרגיה הנכנסת מותמרת לאנרגיה כימית) לבין ההספק - (הקצב בו מתבצעת עבודה מועילה). האקולוג [[האווארד ת. אודום]] קישר בין המושגים בדיון סביב [[עקרון ההספק המקסימלי]]. כאשר היעילות האנרגטית היא אפס, גם ההספק הוא אפס בגלל שלא מתבצעת כל עבודה מועילה. לפי החוק השני של התרמודינמיקה, כדי להגיע ליעילות מקסימלית יש להניע תהליכים בצורה הניתנת להיפוך בזמן, או בצורה איטית בצורה אינסופית. מכאן שגם במצב של יעילות אנרגטית מקסימלית (כל אנרגיית השמש מותמרת לאנרגיה כימית), ההספק הוא אפס. לפיכך, הקצב בו מתבצעת עבודה שואף לאפס. בין שתי הנקודות האלה, אי שם באמצע, קיימת נקודת היעילות שבה יש הספק מקסימלי, ובה מתקיים גם בזבוז משמעותי של אקסרגיה - כלומר חלק ממנה הופך לחום.  

מגבלת נצילות אנרגטית אומרת שמתוך הספק נתון מקסימלי, ניתן לנצל רק חלק מהאנרגיה לשם ביצוע של עבודה (כמו גידול חיטה). מגבלה זו נובעת מ[[החוק השני של התרמודינמיקה]]. חלק מהאנרגיה שמגיע מאור השמש הנופל על חלקת אדמה חייב להתבזבז בצורת [[חום]]. מנגנון ה[[פוטוסינתזה]] והפיכת הפחמן למולקולות שמתאימות לתזונת אדם 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.

עוד מגבלה תאורטית נוגעת לקצב של תהליכים פיזיקליים. יש קשר בין מידת הנצילות (היעילות האנרגטית) של המערכת (איזה אחוז מתוך האנרגיה הנכנסת מותמרת לאנרגיה כימית) לבין ההספק - (הקצב בו מתבצעת עבודה מועילה). האקולוג [[האווארד ת. אודום]] קישר בין המושגים בדיון סביב [[עקרון ההספק המקסימלי]]. כאשר לא מבוצעת שום עבודה (לדוגמה אור השמש כולו מוחזר לחלל בלי לגדל חיטה) היעילות האנרגטית היא אפס, גם ההספק הוא אפס בגלל שלא מתבצעת כל עבודה מועילה. לפי החוק השני של התרמודינמיקה, כדי להגיע ליעילות מקסימלית יש להניע תהליכים בצורה הניתנת להיפוך בזמן, או בצורה איטית בצורה אינסופית. לכן גם במצב של יעילות אנרגטית מקסימלית (שבו כל אנרגיית השמש מותמרת לאנרגיה כימית), ההספק הוא אפס. לפיכך, הקצב בו מתבצעת עבודה שואף לאפס. בין שתי הנקודות האלה, אי שם באמצע, קיימת נקודת היעילות, שעבורה מתקיים הספק מקסימלי, ובה מתקיים גם בזבוז משמעותי של אקסרגיה - כלומר חלק ממנה הופך לחום.  

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.

 

השטח המירבי הנתון לנו כיום הוא שטחו של כדור הארץ כולו. שטח מצומצם יותר וראלי יותר הוא השטח היבשתי ומזה, רק [[שימושי קרקע|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===