2.1 导言

目前，“临界点” 一词被用来描述处于重大和潜在灾难性变化边缘的自然系统（Barnosky 等人，2012 年）。 农业粮食生产系统被视为正在接近临界点的关键生态服务之一，因为气候变化日益产生新的虫害和疾病风险、极端天气现象和全球气温升高。 不良的土地管理和土壤保持做法, 土壤养分枯竭和流行病的风险也威胁着世界粮食供应.

可用于农业扩张的耕地有限，过去几十年农业生产力的提高主要原因是作物密集度增加和作物产量提高，而不是农业土地的扩大（例如，90% 的作物生产收益是因为生产力的提高，但只有 10％ 由于土地扩张）（亚历山德拉托斯和布鲁因斯马 2012 年；施密杜贝尔 2010 年）。 据估计，到 2050 年，全球人口将达到 83－109 亿人 (Bringezu 等人，2014 年)，这一不断增长的世界人口，加上总消费和人均消费的相应增加，构成了广泛的新的社会挑战。 《联合国防治荒漠化公约》(《荒漠化公约》) _ 全球土地展望工作文件 _ 2017 年报告指出了影响粮食生产的令人担忧的趋势（Thomas 等人，2017 年），包括土地退化、生物多样性和生态系统的丧失，以及应对环境压力下降，粮食生产和需求之间的差距日益扩大. 粮食供应分配不均导致粮食数量不足，或缺乏足够营养质量的粮食，而在世界其他地区，与肥胖有关的过度消费和疾病日益普遍。 在世界一些地区，饥饿和营养不良与粮食浪费和过度消费混为一体，反映出复杂的相互关联的因素，包括政治意愿、资源稀缺、土地负担能力、能源和化肥成本、交通基础设施和一系列影响粮食生产和分配的其他社会经济因素.

最近对粮食安全办法的重新审查确定，需要采取一种 “水-能源-粮食关系” 的办法，以有效理解、分析和管理全球资源系统之间的相互作用（Scott 等人，2015 年）。 联系方法承认土地、水、能源、资本和劳工等资源基础与其驱动因素之间的相互关联，并鼓励部门间协商和合作，以平衡不同的资源使用者目标和利益。 它的目标是在保持生态系统完整性的同时，最大限度地扩大整体利益，以实现粮食 因此，可持续的粮食生产需要减少对资源的利用，特别是水、土地和矿物燃料的利用，而这些燃料与人口增长相比，价格有限，而且往往分配不当，还需要回收生产系统内的现有资源，例如水和养分。尽量减少浪费.

在本章中，我们将讨论当前与粮食安全有关的一系列挑战，重点讨论资源限制以及新技术和跨学科方法如何帮助解决与联合国可持续发展目标相关的水-食物关系。 我们集中注意需要增加营养回收，减少水消耗和不可再生能源，以及增加边缘化或不适合农业的土地上的粮食生产。