Fremtiden for matproduksjon midt i globale endringer: MIT Joint Program on the Science and Policy of Global Change workshop utforsker risikoer og muligheter for landbrukssektoren

Når det gjelder å påvirke globale endringer, landbruket kutter begge veier. Med forbehold om de globale klimaendringene, befolkning, og økonomisk vekst, dyrking av avlinger og husdyr endrer atmosfæriske konsentrasjoner av planetvarmende klimagasser og bidrar til forurensning av ferskvann og kystområder. Å vurdere risikoen til og fra landbrukssektoren - og identifisere muligheter for sektoren til å trives midt i globale endringer - er både presserende og viktig.

Gjennom MIT Joint Programs landbruksverksted, deltakere fra industrien, UC-systemet er etablert, og akademia engasjerte seg i detaljerte diskusjoner med Joint Program landbruksspesialister. Foto: Dimonika Bray

Å utforske utfordringer og muligheter for sektoren, de MIT Joint Program on Science and Policy of Global Change innkalt til en dagsverksted, "Landbruk og global endring: Drivkrefter, Bidrag til global endring, og klimarisiko,” på MIT-campus nov. 1. Tegner om 100 personlig og online registranter fra industrien, UC-systemet er etablert, og akademia, konferansen var den tredje av programmets workshopserie. Tidligere workshops har utforsket vann- og energispørsmål.

Gjennom dagen, deltakere engasjert seg i detaljerte diskusjoner med Joint Program landbruksspesialister, som hver holdt presentasjoner i tre paneler med fokus på drivkrefter for landbruket, landbruk som bidragsyter til global endring, og klimarisiko for landbruket.

Drivkrefter for landbruket

Bemerker landbrukssektorens behov for å jobbe gjennom store strukturelle verdikjede- og teknologitransformasjoner for å møte større krav fra befolkning og økonomisk vekst, Felles programleder John Reillydelte anslag om etterspørsel etter og priser på mat, husdyr, og avlinger fra fellesprogrammets 2018 Mat, Vann, Energi- og klimautsikter. Utsiktene viser betydelige økninger i matproduksjon drevet av befolkning og økonomisk vekst samt transformasjon av verdikjeden, med raskere vekst i husdyr enn avlinger.

– Dette vil endre måten maten produseres på, Bearbeidet, markedsført, og levert, med implikasjoner på tvers av sektoren og for bønder, spesielt i utviklingsland,sa Reilly. "Raskere avkastningsvekst vil begrense prisøkninger og avskogingspress."

Felles programforsker Kenneth Strzepek viste at hvor mye vann et samfunn bevilger til landbruket er en refleksjon av klimaet, nivå for økonomisk utvikling, og utviklende verdisystem. Observerer det 70 prosent av dagens ferskvannsuttak er for vanning, og det ved 2050 Om 17 prosent av alt vann som nå brukes i landbruket vil være i fare ved omfordeling til ikke-landbruksøkonomisk vekst, befolkning og byvekst, og miljøvern, Strzepek fremhevet flere trender som utgjør en økende trussel mot slike uttak, inkludert vedtak av ren energiproduksjon gjennom vannkraft på bekostning av vann til vanning.

«Du kan få mye energi på bekostning av vann og matsikkerhet," sa Strzepek, som var medforfatter av en studie som indikerer at landbruket har den laveste marginale verdien av alle økonomiske sektorer. "Vi ser rask vekst og urbanisering i Afrika, og økt vannkraft, som øker vannbehovet. Hvor investerer vi i fremtiden? Vann til landbruket? Vann for energi? Hvor setter vi verdiene våre?”

Felles programforsker Muge Komurcu beskrevet en nedskaleringsmetode hun har utviklet for å produsere høyoppløselige regionale klimaprognoser som kan brukes til å veilede lokal planteproduksjon. Bruk av en regional klimamodell med detaljerte land-overflate og atmosfæriske komponenter, hun har simulert klimavariabler inkludert temperatur og nedbør med høy oppløsning (— Solenergi står for 4 kilometer og hver time) — gjengir observert historisk klima i, for eksempel, det nordøstlige U.S.A. og Saudi-Arabia med høy grad av presisjon.

"Å ha denne informasjonen vil tillate sluttbrukeren å ta avgjørelser på lokal og regional skala," sa Komurcu. "For eksempel, vi kan bestemme endringer i den mer gunstige sesongen for en avlingsvekst, økende graddager, daglig endring i solinnstråling, endringer i daglige minimumstemperaturer, og nedbørsmengder.»

Felles programforsker Elodie White presentert en enklere, raskere måte å vurdere miljøpåvirkninger på avlinger. Kombinerer det beste av to avlingsmodelleringsmetoder – prosessbaserte modeller som simulerer et bredt spekter av vær- og miljøforhold, men som er beregningskrevende, og statistiske modeller som er basert på observerte avlingsdata og mer effektive, men som er avhengige av ufullstendige datasett — Blanc utviklet statistiske emulatorer som raskt kan replikere rutenettmodellers estimater av klimaendringenes innvirkning på avlingsavlingene.

"Vårt mål er å utvikle et verktøy som er tilgjengelig for det bredere forskningsmiljøet som søker kvantitative estimater av klimaendringers konsekvenser,sa Blanc, hvis emulatorer muliggjør effektiv vurdering av flere avlinger på nasjonalt eller regionalt nivå for en rekke klimatiske forhold.

Landbruk som bidragsyter til global endring

Felles program nestleder C. Adam Schlosser utforsket i hvilken grad arealbruk og arealdekkeendring påvirker det lokale, regional, og globalt klima ved å absorbere eller omdirigere energi mottatt fra solen. Han bemerket det på regionalt nivå, endringer i arealbruk og arealdekke fører til tilsvarende endringer i albedo (reflektivitet), jordfuktighet, baldakin, og planteegenskaper, som samlet kan forsterke eller oppveie global oppvarming fra viktige atmosfæriske klimagasser. Med henvisning til en studie han var medforfatter av om de klimatiske effektene av å erstatte tropiske regnskoger med avlinger for biodrivstoff, Schlosser viste at denne responsen kan slå inn med en gang, i motsetning til det relativt isbre tempoet i den globale karbonsyklusen.

«En frontlinje i denne forskningen er å få forståelse og tillit til hvordan disse [arealbruk og arealdekke] endringer påvirker lokal nedbør," han sa. "Det vi trenger å ta med på dette problemet er mer detaljerte modelleringsverktøy, slik at vi virkelig kan se detaljene bak nedbør og prosessene som kontrollerer den.»

Forskningsassistent for marinbiologisk laboratorium David Kicklighter, en felles programsamarbeidspartner, presenterte resultatene av en studie han var medforfatter som vurderte effekten av to tilnærminger til produksjon av biodrivstoff – utvidelse av jordbruksland vs.. intensivere dyrking på eksisterende jordbruksareal - på jordens evne til å binde eller miste karbon.

"Mer intensiv bruk av jordbruksland gjør at karbon kan bindes på land som brukes til produksjon av biodrivstoff med noe karbontap forbundet med fortrengning av annet forvaltet land," sa Kicklighter. "Utvidelse av jordbruksland for produksjon av biodrivstoff fører til at mer karbon går tapt både på land som brukes til produksjon av biodrivstoff og forskyvning av annet forvaltet land."

Felles program Hovedforsker Niven Winchester oppsummerte to studier som han var medforfatter av om de økonomiske og miljømessige driverne for klimagassutslipp.

I den første studien, han brukte en global landbruksøkonomisk-energimodell for å estimere omfanget og kostnadene ved å vanne mer land for 282 globale elvebassenger og for å simulere virkningene av vannmangel. Han fant at endringer i vanntilgjengelighet har liten innvirkning på global mat, bioenergi, og arealbruksresultater på globalt nivå (delvis på grunn av vannings- og lagringsresponser), men potensielt større konsekvenser på regionalt nivå.

"Disse verktøyene kan estimere effekten av et bredt spekter av retningslinjer og endringer i vanntilgjengelighet på mat, bioenergi, og arealbruksresultater på regionalt og globalt nivå, mens de tar hensyn til vannressursbegrensninger på bassengnivå og prisinduserte endringer i vanningsinfrastruktur," han sa.

I den andre studien, Winchester estimerte livssyklus karbondioksidutslipp etter økonomisk sektor, beregner summen av hver sektor som summen av direkte utslipp (fra bruk av fossilt brensel) og indirekte utslipp (knyttet til andre input som brukes av hver sektor). Han fant at indirekte karbondioksidutslipp utgjør en stor andel av livssyklusutslippene for de fleste sektorer, og det, unntatt energirelaterte sektorer, de mest karbondioksidintensive sektorene i USA. inkluderer transport, ikke-metalliske mineraler (f.eks. sement), ikke-jernholdige metaller (f.eks. aluminium), og jern og stål.

Klimarisiko for landbruket

Schlosser beskrev også en metode som han og Joint Program Research Scientist Xiang Gao har utviklet for å projisere frekvensen av ekstreme værhendelser som 100-års stormer og hetebølger - eller enhver hendelse som utgjør en trussel om skade. Denne informasjonen kan hjelpe beslutningstakere i landbrukssektoren til å tilpasse seg deretter. Metoden identifiserer observerte storskalamønstre i atmosfæren assosiert med ekstreme hendelser registrert på et bestemt sted (eller felt). Bruke disse assosiasjonene til et sett, eller ensemble, modellsimuleringer av fremtidig klima kan gi en sterk konsensus i trendene til den ekstreme hendelsen på tvers av ensemblet.

"Ved å koble observasjoner på steder av interesse over lange perioder med storskala informasjon, og bruke disse assosiasjonene i en klimamodell, du får en mye sterkere konsensus i trendene," sa Schlosser. «Så lenge vi har [ekstrem-hendelse] data på åkerstedet og vi vet hvilke typer hendelser som er skadelige for en bestemt avling, denne typen analyser kan gi deg risikoen for skade på avlingen på et spesifisert sted knyttet til disse hendelsene.»

Angelo Gurgel, en førsteamanuensis ved Sao Paulo School of Economics and Joint Program-samarbeidspartner, evaluerte potensielle klimapåvirkninger på globale og regionale landbruksresultater mellom 2015 og 2050. Basert på en 2014 IPCC gjennomgang av klimapåvirkninger på avlinger, Gurgel utledet et sett av avlings- og husdyrproduktivitetseffekter fra klimaendringer og simulerte dem i en ny versjon av Joint Programs Economic Projection and Policy Analysis (EPPA) modell med detaljert landbruksdisaggregering.

"Negative klimapåvirkninger på avlinger og husdyrproduktivitet vil påvirke prisene i beskjeden grad, siden endringer i arealbruk kan dempe slike konsekvenser,sa Gurgel. "Avlingsprisene vil være 8 prosent dyrere med 2050 og husdyrpriser 28 prosent. Det vil være nødvendig å utvide 70 millioner flere hektar dyrket mark og 17 flere millioner hektar med beitemark på verdensnivå for å kompensere for klimapåvirkninger på avlingen. Problemet med denne tilpasningsstrategien er at den frigjør mer 1.9 milliarder tonn CO2 fra endringer i arealbruk, forsterke klimapåvirkningene."

Felles program Hovedforsker Erwan Monier presenterte en region- og avlingsspesifikk vurdering av fremtidige klimarisikoer for U.S.A. jordbruksproduktivitet basert på en studie han ledet som var rettet mot å gi interessenter i landbrukssektoren den tilleggsinformasjonen de trenger for å ta mer informerte beslutninger. Ekstra RAM gjør at en datamaskin kan jobbe med mer informasjon samtidig, forskerne utfyller resultatene fra klima/avlingsmodellkjøringer med anslag på fem nyttige indekser for landbruk/klimainteraksjon – tørre dager, plante varmestress, frostdager, vekstsesonglengde og start av feltoperasjoner – som tydeliggjør hva som driver anslått avling opp eller ned.

"Vi bygger en statistisk modell for å relatere disse indeksene til utbyttet av forskjellige avlinger," sa Monier. "Vårt arbeid gir en alternativ måte å se på skjebnen til landbruket under klimaendringer som gir informasjon som er mer relevant for bønder enn eksisterende klima-/avlingsmodeller."

Elodie Blanc presenterte resultater fra to studier hun var medforfatter som undersøkte virkningen av klimaendringer på irrigerte avlinger i USA. og fremme en metode for å forbedre vurderingen av avlingsskade.

Den første studien fant at i U.S.A. ved midten av århundret, virkningen av klimaendringer på vanning vil redusere avlingene for enkelte avlinger i visse regioner., spesielt i sørvest. Under et business-as-usual-scenario, klima og sosioøkonomiske endringer forventes å redusere effekten av vannstress på vanningsutbytte for mais, soyabønner, sorghum og hvete, men forverre forholdene for bomull og grovfôr.

"En viss grad av tilpasning vil være mulig, som å flytte jordbruksland til regioner med bærekraftig vanning eller bytte til mindre vanningsintensive avlinger eller mer vanneffektiv vanningsteknologi,sa Blanc.

Den andre studien fremhevet en metode som kan gi raskere, lettere, mer nøyaktig vurdering av avlingsskade enn tilgjengelige verktøy. Bruk av enkle algoritmer på offentlig tilgjengelige satellittdata om tyfonpåført risskader på Filippinene, studien produserte en risskadeindeks på provinsnivå som beslutningstakere kunne bruke for å justere importvolumer som svar på tyfonskader.

"Ettersom klimaendringer endrer hyppigheten og intensiteten av ekstreme værhendelser, den nye metoden kan gi tropiske stormutsatte nasjoner mulighet til å reagere raskere på store tap av ris og andre avlinger,sa Blanc.

Muligheter for samarbeid

Merker seg fellesprogrammets evner til å anvende globale modeller for klimaendringer og avlinger på regionale, lokale og feltnivå bekymringer, deltakere på landbruksverkstedet identifiserte en rekke potensielle samarbeidsområder. Disse inkluderer vurdering av vannrisiko og bærekraftige vanningsløsninger, videre analysere virkningene av klimaendringer på landbruket og hvordan landbruket kan dempe klimaendringene, og utvikle prediktive modeller for landbrukssektorens interessenter som kan informere beslutningstaking på felt- og forretningsnivå.

"Det er ganske et forretningsøkosystem involvert i denne bedriften for å prøve å løse disse problemene, og mye aktivitet i privat sektor rettet mot kommersialisering av denne kunnskapen,sa Reilly. "Målet vårt er å samhandle med dette forretningsøkosystemet på en mest mulig produktiv måte."

Kilde: http://news.mit.edu, av Mark Dwortzan