Các công nghệ có tác động lớn nhất đến năng suất nông nghiệp trong 10 năm tiếp theo bao gồm việc sử dụng cây trồng biến đổi gen hiện có, quản lý đất và nước, kiểm soát dịch hại, và chế biến sau thu hoạch. Những ứng dụng sinh học phân tử vào vật nuôi và cây trồng là những tiến bộ công nghệ có khả năng ảnh hưởng lớn nhất đến năng suất nông nghiệp vào năm 2040. Tăng cường các đặc điểm của thực vật và động vật bằng các phương pháp thông thường như thụ phấn chéo, ghép và lai giống là một quá trình thử sai chậm chạp.
Những tiến bộ trong sinh học phân tử cung cấp các phương tiện để tạo ra những thay đổi cụ thể tương đối nhanh chóng thông qua biểu hiện mạnh hoặc xóa các gen hoặc đưa vào các gen lạ. Những tiến bộ trong sinh học phân tử thực vật đang bổ sung cho di truyền thực vật cổ điển được sử dụng trong các cuộc Cách mạng xanh để cải thiện năng suất cây trồng. Những phát triển xuất phát từ những tiến bộ trong sinh học phân tử động vật đang bổ sung cho công tác nhân giống thông thường để nâng cao năng suất chăn nuôi. Những phát triển của sinh học phân tử có thể dẫn đến việc nhân giống ra các động, thực vật hiệu quả hơn bằng cách kiểm tra toàn bộ hệ gen của tất cả các sinh vật để tìm ra khả năng cải thiện cây trồng và vật nuôi.
Những tổn thất sau thu hoạch trong ngũ cốc là 10-20%. Những thiệt hại của trái cây và rau tươi có thể lên đến 50% ở các nước đang phát triển và mức thấp nhất 5% ở các nước phát triển. Trong khi đó, nghiên cứu sau thu hoạch chỉ nhận được khoảng 5% tổng tài trợ cho nghiên cứu và phát triển trong nông nghiệp.
Đến nay, hầu hết các công nghệ được triển khai trong lĩnh vực này đều đã hoàn thiện và tương đối hợp lý. Công nghệ chiếu xạ hiện có có thể làm giảm thiệt hại đáng kể, nhưng công nghệ này, như chuyển gen, đã gặp phải sự phản đối áp dụng của công chúng. FAO và Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Quốc tế (IAEA) đã hoạt động tích cực trong việc quản lý chiếu xạ thực phẩm. Trong năm 2011 hơn 60 quốc gia đã cho phép sử dụng chiếu xạ thực phẩm trên ít nhất một sản phẩm. Nếu công nghệ này đã được phổ cập khắp thế giới, nó có thể có một vai trò lớn hơn vào năm 2040 trong việc bảo quản và kéo dài thời hạn sử dụng cho thực phẩm.
Đổi mới công nghệ trong nông nghiệp rất phức tạp bởi sự đa dạng của các thông số ảnh hưởng đến năng suất của cây trồng hay đàn vật nuôi. Điều này có nghĩa rằng không có một đột phá công nghệ nào có thể đảm bảo tăng năng suất nông nghiệp thế giới. Những cải tiến trong di truyền thực vật và động vật cần được lồng ghép một cách hiệu quả chi phí với các công nghệ mới trong quản lý sâu bệnh, đất, dinh dưỡng động vật, và nước. Hơn nữa những phát triển công nghệ phải được thích nghi với các điều kiện nông nghiệp địa phương rất đa dạng.
Để nhiều công nghệ mới nổi được triển khai trên phạm vi toàn cầu thì chúng sẽ phải thích nghi với sự pha trộn của các mặt hàng sản xuất, các tập quán sản xuất, và điều kiện môi trường của các địa phương khác nhau. Những nỗ lực nghiên cứu toàn cầu của Cơ quan Phát triển Hoa Kỳ (USDA) và Nhóm Tư vấn Nghiên cứu Nông nghiệp Quốc tế (CGIAR) là rất quan trọng để nâng cao sản lượng toàn cầu. Việc triển khai ở địa phương có thể cần thêm các yếu tố như đầu tư vào nghiên cứu nông nghiệp ở cấp quốc gia đang phát triển cũng như nguồn vào nhân lực và cơ sở hạ tầng nông nghiệp.
Các tiến bộ nhanh chóng trong sinh học phân tử đang cung cấp các công cụ để nghiên cứu sâu những sự phức tạp của các đặc điểm thực vật và động vật. Những tiến bộ này đã có tác động đáng kể đến năng suất nông nghiệp và có thể tiếp tục cung cấp những cải tiến trong hoạt động nông nghiệp.
Tuy nhiên, để kiểm tra tác động của công nghệ mới nổi đối với nông nghiệp, chúng ta cần phải nhìn xa hơn những tiến bộ trong sinh học phân tử sang các lĩnh vực khác bao gồm hóa học, kỹ thuật điện, viễn thám, khoa học máy tính. Các công cụ từ các lĩnh vực không nhất thiết phải phát triển riêng cho nông nghiệp, nhưng ứng dụng của chúng có thể cải thiện việc kiểm soát quản lý đất đai, nước, cây trồng, và năng lượng đầu vào.
Các hệ thống thực phẩm và nông nghiệp đảm nhiệm một loạt chức năng sống còn cho hạnh phúc của nhân loại. Là trung tâm của an ninh lương thực toàn cầu, các hệ thống này dự kiến sẽ cung cấp đầy đủ và tin cậy cho thế giới các nguồn thực phẩm an toàn, lành mạnh và bổ dưỡng. Chúng cũng đặc biệt quan trọng cho đời sống của hàng tỷ người, trong đó có nhiều người nghèo nhất thế giới, cung cấp việc làm và thu nhập trực tiếp và góp phần vào sự phát triển kinh tế và nông thôn tổng thể. Để tiếp tục thực hiện những vai trò quan trọng này, sản xuất nông nghiệp phải gia tăng một cách bền vững.
Thách thức chính hiện nay của nông nghiệp trên thế giới là tìm kiếm các phương tiện để gia tăng năng suất nông nghiệp – sản xuất nhiều hơn với ít nguồn lực hơn (đất, phân bón, nước, thuốc trừ sâu) – để đáp ứng nhu cầu của dân số thế giới ngày càng tăng. Công nghệ chắc chắn sẽ là một trong những công cụ chính để hoàn thành cải thiện năng suất nông nghiệp, nhưng các yếu tố phức tạp ảnh hưởng đến năng suất cho thấy một hoặc thậm chí một số ít đổi mới công nghệ là chưa đủ ảnh hưởng rõ rệt đến sản xuất nông nghiệp.
Mặc dù giống cây trồng là công nghệ chủ chốt của cuộc “Cách mạng Xanh” thành công giữa những năm 1940-1970, nhưng các công nghệ khác – phân bón, quản lý nước và kiểm soát sâu bệnh – là những thứ cần thiết để đạt được sự gia tăng đột biến trong năng suất nông nghiệp diễn ra ở các nước đang phát triển từ năm 1960 đến cuối những năm 1990. Tương tự, dường như sẽ cần có một sự kết hợp của những đổi mới công nghệ để đạt được tăng lên trong tương lai năng suất và chất lượng sản phẩm nông nghiệp.
Mục tiêu chính của việc áp dụng công nghệ là tăng năng suất nông nghiệp. Mục tiêu thứ hai là cải thiện dinh dưỡng của sản phẩm nông nghiệp.
Những rào cản công nghệ
Việc đánh giá các công nghệ mới sẽ ảnh hưởng như thế nào đến sản xuất nông nghiệp bao gồm cả việc xem xét các rào cản trong việc tiếp nhận chúng. Hiện nay rất nhiều công nghệ sinh học đã được thương mại hóa phải đối mặt với sự phản đối trên khắp thế giới từ các cơ quan luật pháp và quản lý công. Các công nghệ biến đổi gen đã tạo ra ngô kháng sâu bệnh, biến đổi di truyền của các cây trồng kháng thuốc diệt cỏ, và somatotropin bò (BST) được sản xuất bằng công nghệ gen đều bị cấm ở một số nơi trên thế giới. Nếu sự phản đối của công chúng và các cơ quan pháp lý vẫn tiếp diễn cho đến năm 2040, thì tốc độ tăng năng suất nông nghiệp sẽ chậm lại.
Chi phí của việc đưa các công nghệ mới vào sản xuất nông nghiệp cũng có thể hạn chế việc ứng dụng rộng rãi. Mặc dù nghiên cứu công nghệ chuyển gen đang diễn ra ở nhiều cơ quan nghiên cứu nông nghiệp, nhưng chi phí cho ứng dụng trong một khu vực nhất định là khá cao. Ví dụ, Dự án ngô kháng côn trùng cho châu Phi (IRMA) chi phí 6 triệu USD trong 5 năm, và dự án nghiên cứu chuyển gen khoai lang chi 2 triệu USD.
Chi phí giống cao hơn đối với cây trồng biến đổi gen có thể sẽ giảm xuống vào năm 2040, nhưng cho đến khi giá cả đi xuống, việc ứng dụng cây trồng biến đổi gen ở sẽ diễn ra chậm chạp các nước phát triển, nơi sản lượng ngũ cốc đang cần sự cải thiện nhất.
Mặc dù nông nghiệp chính xác mới ở giai đoạn đầu trong nền kinh tế trang trại phát triển, nhưng tiềm năng tăng cường triển khai rộng rãi vào năm 2040 có thể bị hạn chế. Nông nghiệp chính xác có khả năng sẽ làm tăng thêm đáng kể những chi phí hiện tại, và có thể năng suất tăng thêm với công nghệ này không thể bù đắp cho các chi phí gia tăng.
NASATI