Il futuro della produzione alimentare nel cambiamento globale: Il workshop del MIT Joint Program on the Science and Policy of Global Change esplora i rischi e le opportunità per il settore agricolo

Quando si tratta di influenzare il cambiamento globale, l'agricoltura taglia in entrambe le direzioni. Soggetto alle vicissitudini del cambiamento climatico globale, popolazione, e crescita economica, la coltivazione di colture e bestiame altera le concentrazioni atmosferiche di gas serra che riscaldano il pianeta e contribuisce all’inquinamento delle acque dolci e delle aree costiere. Valutare i rischi da e verso il settore agricolo – e identificare le opportunità affinché il settore possa prosperare in mezzo al cambiamento globale – è urgente ed essenziale.

Durante il seminario sull’agricoltura del Programma congiunto del MIT, partecipanti provenienti dall'industria, governo, e il mondo accademico impegnato in discussioni dettagliate con gli specialisti agricoli del Programma congiunto. Foto: Dimonika Bray

Esplorare sfide e opportunità per il settore, il Programma congiunto del MIT sulla scienza e la politica del cambiamento globale ha convocato un seminario di un giorno, “Agricoltura e cambiamento globale: Forze motrici, Contributi al cambiamento globale, e rischi climatici,"nel campus del MIT lo scorso novembre. 1. Disegnare 100 dichiaranti di persona e online provenienti dall'industria, governo, e il mondo accademico, la conferenza è stata la terza della serie di workshop del programma. I workshop precedenti hanno esplorato le questioni relative all’acqua e all’energia.

Durante il giorno, i partecipanti si sono impegnati in discussioni dettagliate con gli specialisti dell’agricoltura del Programma congiunto, ciascuno dei quali ha tenuto presentazioni su tre panel incentrati sulle forze trainanti dell'agricoltura, L’agricoltura come contributore al cambiamento globale, e i rischi climatici per l’agricoltura.

Forze trainanti per l'agricoltura

Rilevando la necessità del settore agricolo di affrontare importanti trasformazioni strutturali della catena del valore e tecnologiche per soddisfare le maggiori richieste provenienti dalla crescita demografica ed economica, Co-direttore del programma congiunto John Reillyproiezioni condivise della domanda e dei prezzi dei prodotti alimentari, bestiame, e colture del programma congiunto 2018 Cibo, acqua, Prospettive su energia e clima. Le prospettive mostrano aumenti significativi della produzione alimentare guidati dalla crescita demografica ed economica, nonché dalla trasformazione della catena del valore, con una crescita più rapida del bestiame rispetto alle colture.

“Ciò cambierà il modo in cui viene prodotto il cibo, elaborato, commercializzato, e consegnato, con implicazioni in tutto il settore e per gli agricoltori, soprattutto nei paesi in via di sviluppo," disse Reilly. “Una crescita più rapida dei rendimenti limiterà gli aumenti dei prezzi e le pressioni sulla deforestazione”.

Ricercatore del programma congiunto Kenneth Strzepek hanno dimostrato che la quantità di acqua destinata all’agricoltura da una società è un riflesso del suo clima, livello di sviluppo economico, e sistema di valori in evoluzione. Osservandolo 70 la percentuale dei prelievi odierni di acqua dolce è destinata all’irrigazione, e quello di 2050 di 17 La percentuale di tutta l’acqua attualmente utilizzata in agricoltura sarà a rischio di riallocazione verso una crescita economica non agricola, popolazione e crescita urbana, e protezione dell'ambiente, Strzepek ha evidenziato diverse tendenze che rappresentano una minaccia crescente per tali ritiri, compresa l’adozione della generazione di energia pulita attraverso l’energia idroelettrica a scapito dell’acqua per l’irrigazione.

“Si può ottenere molta energia a scapito dell’acqua e della sicurezza alimentare,", ha detto Strzepek, che è stato coautore di uno studio che indica che l’agricoltura ha il valore marginale più basso tra tutti i settori economici. “Stiamo assistendo a una rapida crescita e urbanizzazione in Africa, e maggiore energia idroelettrica, che aumenta la richiesta di acqua. Dove investiamo nel futuro? Acqua per l'agricoltura? Acqua per l'energia? Dove mettiamo i nostri valori?”

Ricercatore del programma congiunto Muge Komurcu ha descritto un metodo di ridimensionamento che ha sviluppato per produrre proiezioni climatiche regionali ad alta risoluzione che possono essere utilizzate per guidare la produzione agricola locale. Utilizzando un modello climatico regionale con componenti dettagliati della superficie terrestre e atmosferici, ha simulato variabili climatiche tra cui temperatura e precipitazioni ad alta risoluzione (meno di 4 chilometri e orari) — riprodurre il clima storico osservato in, per esempio, gli Stati Uniti nordorientali. e Arabia Saudita con un alto grado di precisione.

“Avere queste informazioni consentirà all’utente finale di prendere decisioni su scala locale e regionale,", ha detto Komurcu. "Per esempio, possiamo determinare i cambiamenti nella stagione più favorevole per la crescita di un raccolto, gradi giorno crescenti, variazione diurna dell’insolazione solare, variazioni delle temperature minime giornaliere, e tassi di precipitazione”.

Ricercatore del programma congiunto Elodie Blanc presentato in modo più semplice, un modo più rapido per valutare gli impatti ambientali sui raccolti. Combinazione del meglio di due metodi di modellazione delle colture: modelli basati sui processi che simulano un'ampia gamma di condizioni meteorologiche e ambientali ma sono impegnativi dal punto di vista computazionale, e modelli statistici basati su dati di resa osservati e più efficienti ma che si basano su set di dati incompleti: Blanc ha sviluppato emulatori statistici in grado di replicare rapidamente le stime dei modelli colturali su griglia dell’impatto del cambiamento climatico sulle rese agricole.

“Il nostro obiettivo è sviluppare uno strumento accessibile alla più ampia comunità di ricerca che cerca stime quantitative degli impatti dei cambiamenti climatici,", ha detto Blanc, i cui emulatori consentono una valutazione efficiente di diverse colture a livello nazionale o regionale per una serie di condizioni climatiche.

L’agricoltura come contributore al cambiamento globale

Vicedirettore del programma congiunto C. Adam Schlosser ha esplorato la misura in cui i cambiamenti nell’uso e nella copertura del suolo influiscono sul territorio, Trasformare la vita attraverso la lingua e la cultura, e il clima globale assorbendo o reindirizzando l’energia ricevuta dal sole. Lo ha notato a livello regionale, i cambiamenti nell'uso del suolo e nella copertura del suolo portano a corrispondenti cambiamenti nell'albedo (riflettività), umidità del suolo, baldacchino, e caratteristiche della pianta, che possono collettivamente amplificare o compensare il riscaldamento globale causato dai principali gas serra atmosferici. Citando uno studio di cui è coautore sugli effetti climatici della sostituzione delle foreste pluviali tropicali con colture per biocarburanti, Schlosser ha dimostrato che questa risposta può avere effetto immediato, a differenza del ritmo relativamente lento del ciclo globale del carbonio.

“Una frontiera in questa ricerca è acquisire comprensione e fiducia su come questi [uso e copertura del suolo] i cambiamenti influiscono sulle precipitazioni locali," Egli ha detto. “Ciò di cui abbiamo bisogno per affrontare questo problema sono strumenti di modellazione più dettagliati, così possiamo davvero ottenere i dettagli dietro le precipitazioni e i processi che le controllano”.

Associato di ricerca del laboratorio biologico marino David Kicklighter, un collaboratore del programma congiunto, ha presentato i risultati di uno studio di cui è coautore che ha valutato gli effetti di due approcci alla produzione di biocarburanti: espansione dei terreni agricoli vs. intensificare la coltivazione sui terreni agricoli esistenti – sulla capacità della Terra di sequestrare o perdere carbonio.

“Un utilizzo più intensivo dei terreni agricoli consente di sequestrare il carbonio sui terreni utilizzati per la produzione di biocarburanti, con una certa perdita di carbonio associata allo spostamento di altri terreni gestiti,"Ha detto Kicklighter. “L’espansione dei terreni agricoli per la produzione di biocarburanti provoca una maggiore perdita di carbonio sia sui terreni utilizzati per la produzione di biocarburanti che sullo spostamento di altri terreni gestiti”.

Principale ricercatore del programma congiunto Niven Winchester ha riassunto due studi di cui è coautore sui fattori economici e ambientali delle emissioni di gas serra.

Nel primo studio, ha utilizzato un modello globale agricolo-economico-energetico per stimare la portata e i costi dell’irrigazione di più terreni 282 bacini fluviali globali e per simulare gli impatti della scarsità d’acqua. Ha scoperto che i cambiamenti nella disponibilità di acqua hanno un impatto limitato sul cibo globale, bioenergia, e i risultati sull’uso del territorio a livello globale (dovuto in parte alle risposte di irrigazione e stoccaggio), ma impatti potenzialmente maggiori a livello regionale.

“Questi strumenti possono stimare l’impatto di un’ampia gamma di politiche e cambiamenti nella disponibilità di acqua sul cibo, bioenergia, e i risultati sull’uso del territorio a livello regionale e globale, tenendo conto dei vincoli relativi alle risorse idriche a livello di bacino e dei cambiamenti indotti dai prezzi nelle infrastrutture di irrigazione," Egli ha detto.

Nel secondo studio, Winchester ha stimato le emissioni di anidride carbonica nel ciclo di vita per settore economico, calcolando il totale di ciascun settore come somma delle emissioni dirette (dall’uso dei combustibili fossili) ed emissioni indirette (associati ad altri input utilizzati da ciascun settore). Ha scoperto che le emissioni indirette di biossido di carbonio costituiscono un’ampia quota delle emissioni del ciclo di vita per la maggior parte dei settori, e quello, esclusi i settori legati all’energia, i settori a maggiore intensità di anidride carbonica negli Stati Uniti. includere il trasporto, minerali non metallici (es. cemento), metalli non ferrosi (es. alluminio), e ferro e acciaio.

Rischi climatici per l’agricoltura

Schlosser ha anche descritto un metodo che lui e lo scienziato ricercatore del programma congiunto Xiang Gao hanno sviluppato per proiettare la frequenza di eventi meteorologici estremi come tempeste secolari e ondate di calore - o qualsiasi evento che rappresenti una minaccia di danni.. Queste informazioni potrebbero aiutare i decisori del settore agricolo ad adattarsi di conseguenza. Il metodo identifica i modelli osservati su larga scala nell’atmosfera associati a eventi estremi registrati in un luogo particolare (o campo). Applicazione di queste associazioni a un insieme, o insieme, di simulazioni di modelli del clima futuro possono fornire un forte consenso sulle tendenze di quell’evento estremo in tutto l’insieme.

“Collegando le osservazioni in luoghi di interesse per lunghi periodi di tempo con informazioni su larga scala, e applicare tali associazioni in un modello climatico, ottieni un consenso molto più forte nelle tendenze,", ha detto Schlosser. “Finché abbiamo il [evento estremo] dati sul campo e sappiamo quali tipi di eventi sono dannosi per una particolare coltura, questo tipo di analisi può fornirti i rischi di danni alle colture in un luogo specifico associato a questi eventi.

Angelo Gurgel, professore associato presso la Facoltà di Economia di San Paolo e collaboratore del Joint Program, valutato i potenziali impatti climatici sui risultati agricoli globali e regionali tra 2015 e 2050. Basato su a 2014 Revisione dell’IPCC degli impatti climatici sulle colture, Gurgel ha dedotto una serie di effetti sulla produttività delle colture e del bestiame derivanti dai cambiamenti climatici e li ha simulati in una nuova versione della proiezione economica e dell’analisi politica del programma congiunto (EPPA) modello con disaggregazione agricola dettagliata.

“Gli impatti climatici negativi sui raccolti e sulla produttività del bestiame influenzeranno modestamente i prezzi, poiché i cambiamenti nell’uso del territorio possono mitigare tali impatti," disse Gurgel. “I prezzi del raccolto lo saranno 8 per cento più costoso di 2050 e prezzi del bestiame 28 per cento. Sarà necessario espandersi 70 milioni di ettari in più di terreni coltivati ​​e 17 milioni di ettari in più di pascoli a livello mondiale per compensare gli impatti climatici sui raccolti. Il problema con questa strategia di adattamento è che rilascia di più 1.9 miliardi di tonnellate di CO2 derivanti dai cambiamenti nell’uso del territorio, rafforzando gli impatti climatici”.

Principale ricercatore del programma congiunto Erwan Monier ha presentato una regione- e valutazione specifica delle colture dei futuri rischi climatici per gli Stati Uniti. produttività agricola sulla base di uno studio da lui condotto che mirava a fornire alle parti interessate del settore agricolo le informazioni aggiuntive di cui hanno bisogno per prendere decisioni più informate. In poche parole, i ricercatori integrano i risultati dei modelli climatici/colturali con proiezioni di cinque utili indici di interazione agricoltura/clima: giorni di siccità, stress termico delle piante, giorni di gelo, la durata della stagione di crescita e l'inizio delle operazioni sul campo, che chiariscono cosa determina l'aumento o la diminuzione dei rendimenti previsti.

“Stiamo costruendo un modello statistico per mettere in relazione questi indici con le rese di diverse colture,", ha detto Monier. “Il nostro lavoro fornisce un modo alternativo per guardare al destino dell’agricoltura sotto il cambiamento climatico che fornisce informazioni più rilevanti per gli agricoltori rispetto ai modelli climatici/colturali esistenti”.

Elodie Blanc ha presentato i risultati di due studi di cui è coautrice che esaminano l'impatto dei cambiamenti climatici sui rendimenti delle colture irrigue negli Stati Uniti. e l'avanzamento di un metodo per migliorare la valutazione dei danni alle colture.

Il primo studio ha rilevato che negli Stati Uniti. entro la metà del secolo, l’impatto del cambiamento climatico sull’irrigazione ridurrà gravemente i rendimenti di alcune colture in alcune regioni, in particolare nel sud-ovest. In uno scenario di business as usual, Si prevede che i cambiamenti climatici e socioeconomici ridurranno gli effetti dello stress idrico sulle rese irrigue del mais, soia, sorgo e frumento, ma peggiorano le condizioni per il cotone e il foraggio.

“Un certo livello di adattamento sarà fattibile, come il trasferimento dei terreni coltivati ​​in regioni con irrigazione sostenibile o il passaggio a colture a minore intensità di irrigazione o a tecnologie di irrigazione più efficienti dal punto di vista idrico,", ha detto Blanc.

Il secondo studio ha evidenziato un metodo in grado di fornire risultati più rapidi, Più facile, valutazione dei danni alle colture più accurata rispetto agli strumenti attualmente disponibili. Applicazione di semplici algoritmi ai dati satellitari pubblicamente disponibili sui danni al riso causati dal tifone nelle Filippine, lo studio ha prodotto un indice dei danni al riso a livello provinciale che i decisori potrebbero utilizzare per adeguare i volumi delle importazioni in risposta ai danni del tifone.

“Poiché il cambiamento climatico altera la frequenza e l’intensità degli eventi meteorologici estremi, il nuovo metodo potrebbe consentire alle nazioni soggette a tempeste tropicali di rispondere più rapidamente alle forti perdite di riso e altri raccolti,", ha detto Blanc.

Opportunità di collaborazione

Rilevando le capacità del Programma congiunto di applicare modelli su scala globale del cambiamento climatico e dei rendimenti agricoli a quelli regionali, preoccupazioni a livello locale e di campo, i partecipanti al seminario sull’agricoltura hanno identificato una serie di potenziali aree di collaborazione. Questi includono la valutazione del rischio idrico e soluzioni di irrigazione sostenibili, analizzare ulteriormente gli impatti dei cambiamenti climatici sull’agricoltura e come l’agricoltura può mitigare i cambiamenti climatici, e lo sviluppo di modelli predittivi per le parti interessate del settore agricolo che possano informare il processo decisionale a livello di campo e aziendale.

“C’è un bel ecosistema aziendale coinvolto in questa impresa che cerca di affrontare questi problemi, e molte attività nel settore privato miravano a commercializzare questa conoscenza," disse Reilly. “Il nostro obiettivo è interagire con questo ecosistema aziendale nel modo più produttivo possibile”.

fonte: http://news.mit.edu, di Mark Dwortzan