Przyszłość produkcji żywności w warunkach globalnych zmian: Warsztaty MIT Joint Programme on the Science and Policy of Global Change badają zagrożenia i możliwości dla sektora rolnego

Jeśli chodzi o wpływ na globalne zmiany, rolnictwo tnie w obie strony. Z zastrzeżeniem perypetii globalnych zmian klimatycznych, populacja, i wzrost gospodarczy, uprawa roślin i zwierząt gospodarskich zmienia stężenie w atmosferze ocieplających planetę gazów cieplarnianych i przyczynia się do zanieczyszczenia wód słodkich i obszarów przybrzeżnych. Ocena zagrożeń dla i ze strony sektora rolnictwa — oraz identyfikacja możliwości rozwoju tego sektora w obliczu globalnych zmian — jest zarówno pilna, jak i niezbędna.

Podczas warsztatów rolniczych w ramach wspólnego programu MIT, uczestnicy z branży, rząd, i środowiska akademickie zaangażowane w szczegółowe dyskusje ze specjalistami ds. rolnictwa w ramach wspólnego programu. Zdjęcie: Dimonika Bray

Aby zbadać wyzwania i możliwości dla sektora, ten Wspólny program MIT dotyczący nauki i polityki zmian globalnych zwołał jednodniowe warsztaty, „Rolnictwo i globalna zmiana: Siły napędowe, Wkład w globalną zmianę, i zagrożenia klimatyczne,” na kampusie MIT w listopadzie. 1. Rysowanie o 100 rejestrujący osobiście i online z branży, rząd, i akademia, konferencja była trzecim z cyklu warsztatów programu. Poprzednie warsztaty dotyczyły zagadnień związanych z wodą i energią.

W ciągu dnia, uczestników zaangażowanych w szczegółowe dyskusje ze specjalistami ds. rolnictwa w ramach Wspólnego Programu, z których każdy wygłosił prezentacje na trzech panelach poświęconych siłom napędowym rolnictwa, rolnictwo jako czynnik globalnych zmian, i klimatyczne dla rolnictwa.

Siły napędowe rolnictwa

Odnotowując potrzebę, aby sektor rolnictwa przepracował główne strukturalne łańcuchy wartości i transformacje technologiczne, aby sprostać większym wymaganiom ze strony populacji i wzrostu gospodarczego, Współdyrektor wspólnego programu John Reillywspólne prognozy popytu i cen żywności, żywy inwentarz, i uprawy z Wspólnego Programu 2018 Żywność, Woda, Perspektywy dotyczące energii i klimatu. Perspektywy wskazują na znaczny wzrost produkcji żywności napędzany wzrostem populacji i gospodarczym, a także transformacją łańcucha wartości, przy szybszym wzroście inwentarza niż upraw.

„To zmieni sposób produkcji żywności, obrobiony, sprzedawany, i dostarczone, mające konsekwencje dla całego sektora i dla rolników, szczególnie w krajach rozwijających się,” powiedział Reilly. „Szybszy wzrost plonów ograniczy wzrost cen i presję na wylesianie”.

Naukowiec ds. Wspólnego Programu Kenneth Strzepek pokazali, że ilość wody przeznaczanej przez społeczeństwo na rolnictwo jest odzwierciedleniem jego klimatu, poziom rozwoju gospodarczego, i ewoluujący system wartości. Obserwując to 70 procent dzisiejszych poborów słodkiej wody jest przeznaczonych do nawadniania, i to przez 2050 o 17 procent całej wody wykorzystywanej obecnie w rolnictwie będzie zagrożony z powodu realokacji do pozarolniczego wzrostu gospodarczego, populacja i rozwój miast, i ochrony środowiska, Strzepek zwrócił uwagę na kilka trendów, które stanowią coraz większe zagrożenie dla takich wycofań, w tym przyjęcie wytwarzania czystej energii poprzez elektrownie wodne kosztem wody do nawadniania.

„Można uzyskać dużo energii kosztem wody i bezpieczeństwa żywnościowego,” powiedział Strzepek, współautor badania wskazującego, że rolnictwo ma najniższą wartość krańcową ze wszystkich sektorów gospodarki. „Obserwujemy szybki wzrost i urbanizację w Afryce, i zwiększona energia wodna, co zwiększa zapotrzebowanie na wodę. Gdzie inwestujemy w przyszłość? Woda dla rolnictwa? Woda na energię? Gdzie stawiamy nasze wartości?”

Naukowiec ds. Wspólnego Programu Muge Komurcu opisała metodę zmniejszania skali, którą opracowała, aby tworzyć regionalne prognozy klimatyczne o wysokiej rozdzielczości, które można wykorzystać do kierowania lokalną produkcją roślinną. Korzystanie z regionalnego modelu klimatu ze szczegółowymi elementami powierzchni lądu i atmosfery, symulowała zmienne klimatyczne, w tym temperaturę i opady w wysokiej rozdzielczości (mniej niż 4 kilometrów i godzin) — odtworzenie obserwowanego klimatu historycznego w, na przykład, północno-wschodnie Stany Zjednoczone. i Arabii Saudyjskiej z dużą precyzją.

„Posiadanie tych informacji pozwoli użytkownikowi końcowemu na podejmowanie decyzji na skalę lokalną i regionalną”,” powiedział Komurcu. zeszłego lipca, możemy określić zmiany w okresie korzystniejszym dla wzrostu plonów, rosnące dni stopni, dobowa zmiana nasłonecznienia, zmiany dobowych minimalnych temperatur, i wskaźniki opadów”.

Naukowiec ds. Wspólnego Programu Elodie White przedstawione prostsze, szybszy sposób oceny wpływu środowiska na plony. Połączenie najlepszej z dwóch metod modelowania upraw — modele procesowe, które symulują szeroki zakres warunków pogodowych i środowiskowych, ale są wymagające obliczeniowo, oraz modele statystyczne, które są oparte na zaobserwowanych danych dotyczących plonów i są bardziej wydajne, ale opierają się na niekompletnych zestawach danych — Blanc opracował emulatory statystyczne, które mogą szybko replikować oszacowania siatkowych modeli upraw dotyczących wpływu zmian klimatu na plony.

„Naszym celem jest opracowanie narzędzia dostępnego dla szerszej społeczności naukowej poszukującej ilościowych szacunków wpływu zmiany klimatu,” powiedział Blanc, których emulatory umożliwiają skuteczną ocenę kilku upraw na poziomie krajowym lub regionalnym w różnych warunkach klimatycznych.

Rolnictwo jako czynnik globalnych zmian

Zastępca Dyrektora Programu Wspólnego C. Adam Schlösser zbadali, w jakim stopniu zmiana użytkowania gruntów i pokrycia terenu wpływa na lokalną, regionalny, i globalny klimat poprzez pochłanianie lub przekierowywanie energii otrzymanej ze słońca. Zauważył, że na poziomie regionalnym, zmiany w użytkowaniu i pokryciu terenu prowadzą do odpowiednich zmian w albedo (współczynnik odbicia), wilgotność gleby, daszek, i cechy roślin, które mogą wspólnie wzmacniać lub kompensować globalne ocieplenie z kluczowych atmosferycznych gazów cieplarnianych. Powołując się na badanie, którego jest współautorem, dotyczące klimatycznych skutków zastąpienia tropikalnych lasów deszczowych uprawami na biopaliwa, Schlosser pokazał, że ta odpowiedź może zadziałać od razu, w przeciwieństwie do stosunkowo lodowcowego tempa globalnego obiegu węgla.

„Granicą w tych badaniach jest uzyskanie zrozumienia i pewności, w jaki sposób te [zagospodarowanie terenu i pokrycie terenu] zmiany wpływają na lokalne opady,zwiększenie konsumpcji produktów o ponad. „To, co musimy wnieść do tej kwestii, to bardziej szczegółowe narzędzia do modelowania, dzięki czemu możemy naprawdę poznać szczegóły opadów i procesów, które je kontrolują”.

Pracownik naukowy laboratorium biologii morskiej David Kicklighter, współpracownik wspólnego programu, przedstawił wyniki badania, którego jest współautorem, w którym oceniano skutki dwóch podejść do produkcji biopaliw — powiększania gruntów rolnych vs. intensyfikacja upraw na istniejących gruntach rolnych — o zdolności Ziemi do sekwestracji lub utraty węgla.

„Bardziej intensywne użytkowanie gruntów rolnych umożliwia sekwestrację węgla na gruntach wykorzystywanych do produkcji biopaliw z pewną utratą węgla związaną z przemieszczeniem innych zarządzanych gruntów,” powiedział Kicklighter. „Ekspansja gruntów rolnych pod produkcję biopaliw powoduje większą utratę węgla zarówno na gruntach wykorzystywanych do produkcji biopaliw, jak i przemieszczenie innych zarządzanych gruntów”.

Główny naukowiec wspólnego programu Niven Winchester podsumował dwa badania, których był współautorem, dotyczące ekonomicznych i środowiskowych czynników wpływających na emisje gazów cieplarnianych.

W pierwszym badaniu, wykorzystał globalny model rolno-ekonomiczno-energetyczny, aby oszacować zakres i koszty nawadniania większej ilości ziemi dla 282 globalne dorzecza i symulowanie skutków niedoboru wody. Odkrył, że zmiany w dostępności wody mają niewielki wpływ na globalną żywność, bioenergia, i wyniki użytkowania gruntów na poziomie globalnym (częściowo z powodu reakcji na nawadnianie i przechowywanie), ale potencjalnie większe skutki na poziomie regionalnym.

„Narzędzia te mogą oszacować wpływ szerokiej gamy polityk i zmian w dostępności wody na żywność”, bioenergia, i wyniki użytkowania gruntów na poziomie regionalnym i globalnym, z uwzględnieniem ograniczeń zasobów wodnych na poziomie dorzecza i wywołanych cenami zmian w infrastrukturze nawadniającej,zwiększenie konsumpcji produktów o ponad.

W drugim badaniu, Winchester oszacował emisje dwutlenku węgla w cyklu życia według sektora gospodarczego, obliczanie sumy dla każdego sektora jako sumę emisji bezpośrednich (ze stosowania paliw kopalnych) i emisje pośrednie (powiązane z innymi danymi wejściowymi używanymi przez każdy sektor). Stwierdził, że pośrednie emisje dwutlenku węgla stanowią dużą część emisji w cyklu życia większości sektorów, i to, z wyłączeniem sektorów związanych z energią, sektory o największej emisji dwutlenku węgla w USA. obejmują transport, minerały niemetaliczne (np. cement), metale nieżelazne (np. aluminium), oraz żelazo i stal.

Zagrożenia klimatyczne dla rolnictwa

Schlosser opisał również metodę, którą on i naukowiec Joint Program Research Xiang Gao opracowali w celu prognozowania częstotliwości ekstremalnych zdarzeń pogodowych, takich jak stuletnie burze i fale upałów – lub wszelkich zdarzeń zagrażających zniszczeniem.. Informacje te mogą pomóc decydentom w sektorze rolnym w odpowiednim dostosowaniu. Metoda identyfikuje zaobserwowane wielkoskalowe wzorce w atmosferze związane z ekstremalnymi zdarzeniami zarejestrowanymi w określonym miejscu (lub pole). Stosowanie tych skojarzeń do zbioru, lub zespół, symulacji modelowych przyszłego klimatu może zapewnić silny konsensus co do trendów tego ekstremalnego zdarzenia w całym zespole.

„Łącząc obserwacje w interesujących miejscach przez długi okres czasu z informacjami na dużą skalę, i zastosowanie tych skojarzeń w modelu klimatycznym, uzyskujesz znacznie silniejszy konsensus w trendach,” powiedział Schlosser. „Tak długo, jak mamy [ekstremalne wydarzenie] dane w terenie i wiemy, jakie rodzaje zdarzeń są szkodliwe dla danej uprawy, ten rodzaj analizy może stwarzać ryzyko uszkodzenia upraw w określonej lokalizacji związanej z tymi zdarzeniami”.

Angelo Gurgel, profesor nadzwyczajny w Sao Paulo School of Economics i współpracownik programu Joint Programme, ocenił potencjalny wpływ klimatu na globalne i regionalne wyniki rolnictwa między 2015 oraz 2050. Na podstawie 2014 Przegląd IPCC wpływu klimatu na uprawy, Gurgel wydedukował zestaw wpływów na produktywność upraw i zwierząt gospodarskich na podstawie zmian klimatu i przeprowadził symulację tych w nowej wersji prognozy gospodarczej i analizy polityki Wspólnego Programu (EPPA) model ze szczegółową dezagregacją rolniczą.

„Niekorzystny wpływ klimatu na plony i produktywność zwierząt gospodarskich w niewielkim stopniu wpłynie na ceny, ponieważ zmiany w użytkowaniu gruntów mogą złagodzić takie skutki,” powiedział Gurgel. “Ceny upraw będą 8 procent droższe o 2050 i ceny żywca 28 procent. Konieczne będzie rozszerzenie 70 mln więcej hektarów ziemi uprawnej i 17 milion hektarów pastwisk więcej na świecie, aby zrekompensować wpływ klimatu na plony. Problem z tą strategią adaptacyjną polega na tym, że uwalnia więcej 1.9 miliard ton CO2 ze zmian w użytkowaniu gruntów, wzmacnianie wpływu na klimat”.

Główny naukowiec wspólnego programu Erwan Monier przedstawił region- i specyficzne dla upraw ocenę przyszłych zagrożeń klimatycznych dla USA. produktywność rolnictwa w oparciu o przeprowadzone przez niego badanie, którego celem było dostarczenie interesariuszom sektora rolnictwa dodatkowych informacji, których potrzebują, aby podejmować bardziej świadome decyzje. W skrócie, naukowcy uzupełniają wyniki badań modelowych klimat/uprawy o projekcje pięciu użytecznych wskaźników interakcji rolnictwo/klimat — dni suche, roślinny stres cieplny, mroźne dni, długość sezonu wegetacyjnego i rozpoczęcie prac polowych — to wyjaśnia, co powoduje wzrost lub spadek przewidywanych plonów.

„Budujemy model statystyczny, aby powiązać te wskaźniki z plonami różnych upraw,” powiedział Monier. „Nasza praca zapewnia alternatywny sposób spojrzenia na los rolnictwa w warunkach zmiany klimatu, który dostarcza informacji, które są bardziej istotne dla rolników niż istniejące modele klimatu/upraw”.

Elodie Blanc przedstawiła wyniki dwóch badań, których była współautorką, dotyczących wpływu zmian klimatycznych na plony nawadnianych upraw w USA. oraz opracowanie metody poprawy oceny szkód w uprawach.

Pierwsze badanie wykazało, że w USA. do połowy wieku, wpływ zmian klimatycznych na nawadnianie poważnie zmniejszy plony niektórych upraw w niektórych regionach, szczególnie na południowym zachodzie. W scenariuszu biznesowym jak zwykle, oczekuje się, że zmiany klimatyczne i społeczno-gospodarcze zmniejszą wpływ stresu wodnego na plony nawadnianych kukurydzy, soja, sorgo i pszenica, ale pogarszają się warunki dla bawełny i paszy.

„Pewien poziom adaptacji będzie możliwy, jak przeniesienie pól uprawnych do regionów ze zrównoważonym nawadnianiem lub przejście na uprawy o mniejszej intensywności nawadniania lub bardziej wydajną pod względem zużycia wody technologię nawadniania,” powiedział Blanc.

Drugie badanie wskazało metodę, która może zapewnić szybsze, łatwiej, dokładniejsza ocena uszkodzeń upraw niż obecnie dostępne narzędzia. Stosowanie prostych algorytmów do publicznie dostępnych danych satelitarnych dotyczących uszkodzeń ryżu spowodowanych przez tajfun na Filipinach, w badaniu uzyskano wskaźnik uszkodzeń ryżu na poziomie prowincji, który decydenci mogliby wykorzystać do dostosowania wielkości importu w odpowiedzi na szkody spowodowane tajfunem.

„Ponieważ zmiany klimatu zmieniają częstotliwość i intensywność ekstremalnych zjawisk pogodowych”, nowa metoda może umożliwić tropikalnym narodom podatnym na burze szybsze reagowanie na gwałtowne straty ryżu i innych upraw,” powiedział Blanc.

Możliwości współpracy

Uwzględniając możliwości wspólnego programu w zakresie zastosowania globalnych modeli zmian klimatu i plonów do regionalnych, obawy na poziomie lokalnym i terenowym, uczestnicy warsztatów rolniczych zidentyfikowali szereg potencjalnych obszarów współpracy. Obejmują one ocenę ryzyka związanego z wodą i zrównoważone rozwiązania w zakresie nawadniania, dalsza analiza wpływu zmian klimatycznych na rolnictwo i sposobów łagodzenia zmian klimatycznych przez rolnictwo, oraz opracowywanie modeli predykcyjnych dla interesariuszy sektora rolnictwa, które mogą wpływać na podejmowanie decyzji na poziomie terenowym i biznesowym.

„W przedsięwzięciu, w którym próbuje się rozwiązać te problemy, zaangażowany jest całkiem ekosystem biznesowy, oraz duża aktywność w sektorze prywatnym mająca na celu komercjalizację tej wiedzy,” powiedział Reilly. „Naszym celem jest interakcja z tym ekosystemem biznesowym w możliwie najbardziej produktywny sposób”.

Źródło: http://news.mit.edu, autorstwa Marka Dwortzan