O futuro da produção de alimentos em meio à mudança global: Oficina do Programa Conjunto do MIT sobre Ciência e Política de Mudança Global explora riscos e oportunidades para o setor agrícola

Quando se trata de impactar a mudança global, agricultura corta nos dois sentidos. Sujeito às vicissitudes da mudança climática global, população, e crescimento econômico, o cultivo de safras e gado altera as concentrações atmosféricas dos gases de efeito estufa que aquecem o planeta e contribui para a poluição de água doce e áreas costeiras. Avaliar os riscos de e para o setor agrícola - e identificar oportunidades para o setor prosperar em meio à mudança global - é urgente e essencial.

Ao longo da oficina de agricultura do Programa Conjunto do MIT, participantes da indústria, governo, e acadêmicos envolvidos em discussões detalhadas com especialistas em agricultura do Programa Conjunto. foto: Dimonika Bray

Explorar desafios e oportunidades para o setor, a Programa Conjunto do MIT sobre Ciência e Política de Mudança Global convocou um workshop de um dia, “Agricultura e Mudança Global: Forças dirigentes, Contribuições para a mudança global, e riscos climáticos,”No campus do MIT em novembro. 1. Desenho sobre 100 inscritos presenciais e on-line da indústria, governo, e academia, a conferência foi a terceira da série de workshops do programa. Oficinas anteriores exploraram questões de água e energia.

Ao longo do dia, participantes envolvidos em discussões detalhadas com especialistas em agricultura do Programa Conjunto, cada um dos quais fez apresentações em três painéis focados nas forças motrizes para a agricultura, agricultura como contribuinte para a mudança global, e riscos climáticos para a agricultura.

Forças motrizes para a agricultura

Observando a necessidade do setor agrícola de trabalhar por meio de grandes transformações estruturais da cadeia de valor e da tecnologia para atender às maiores demandas da população e do crescimento econômico, Co-diretor do Programa Conjunto John Reillyprojeções compartilhadas de demanda e preços de alimentos, gado, e safras do Programa Conjunto 2018 Comida, Água, Perspectivas de energia e clima. O Outlook mostra aumentos significativos na produção de alimentos impulsionados pelo crescimento populacional e econômico, bem como pela transformação da cadeia de valor, com crescimento mais rápido na pecuária do que nas safras.

“Isso vai mudar a forma como os alimentos são produzidos, processado, comercializado, e entregue, com implicações em todo o setor e para os agricultores, especialmente em países em desenvolvimento,”Disse Reilly. “O crescimento mais rápido da produção limitará os aumentos de preços e as pressões do desmatamento.”

Cientista de pesquisa do programa conjunto Kenneth Strzepek mostrou que a quantidade de água que uma sociedade aloca para a agricultura é um reflexo de seu clima, nível de desenvolvimento econômico, e sistema de valores em evolução. Observando isso 70 por cento das retiradas de água doce de hoje são para irrigação, e isso por 2050 sobre 17 por cento de toda a água agora usada na agricultura estará em risco de realocação para o crescimento econômico não agrícola, população e crescimento urbano, e proteção ambiental, Strzepek destacou várias tendências que representam uma ameaça crescente a tais retiradas, incluindo a adoção de geração de energia limpa por meio de hidrelétricas em detrimento da água para irrigação.

“Você pode obter muita energia às custas da segurança hídrica e alimentar,”Disse Strzepek, que foi coautor de um estudo indicando que a agricultura tem o menor valor marginal de todos os setores econômicos. “Estamos vendo um rápido crescimento e urbanização na África, e aumento da energia hidrelétrica, o que aumenta a demanda de água. Onde podemos investir no futuro? Água para agricultura? Água para energia? Onde colocamos nossos valores?”

Cientista de pesquisa do programa conjunto Muge Komurcu descreveu um método de redução de escala que ela desenvolveu para produzir projeções climáticas regionais de alta resolução que podem ser usadas para orientar a produção agrícola local. Usando um modelo climático regional com componentes atmosféricos e da superfície terrestre detalhados, ela simulou variáveis ​​climáticas, incluindo temperatura e precipitação em alta resolução (menos que 4 quilômetros e por hora) - reproduzir o clima histórico observado em, por exemplo, o nordeste dos EUA. e Arábia Saudita com alto grau de precisão.

“Ter essas informações permitirá ao usuário final tomar decisões em escalas locais e regionais,”Disse Komurcu. "Por exemplo, podemos determinar as mudanças na estação mais favorável para o crescimento de uma safra, grau dia de crescimento, mudança diurna na insolação solar, mudanças nas temperaturas mínimas diárias, e taxas de precipitação. ”

Cientista de pesquisa do programa conjunto Elodie Blanc apresentou um mais simples, maneira mais rápida de avaliar os impactos ambientais sobre os rendimentos das colheitas. Combinando o melhor de dois métodos de modelagem de cultura - modelos baseados em processos que simulam uma ampla gama de condições climáticas e ambientais, mas são computacionalmente exigentes, e modelos estatísticos que são baseados em dados de produção observados e mais eficientes, mas dependem de conjuntos de dados incompletos - Blanc desenvolveu emuladores estatísticos que podem replicar rapidamente as estimativas de modelos de culturas em grade do impacto das mudanças climáticas sobre os rendimentos das culturas.

“Nosso objetivo é desenvolver uma ferramenta acessível à comunidade de pesquisa em geral, que busca estimativas quantitativas dos impactos das mudanças climáticas,”Disse Blanc, cujos emuladores permitem a avaliação eficiente de várias safras em nível nacional ou regional para uma série de condições climáticas.

Agricultura como contribuinte para a mudança global

Diretor Adjunto do Programa Conjunto C. Adam Schlosser explorou até que ponto o uso da terra e as mudanças na cobertura da terra impactam o local, regional, e o clima global, absorvendo ou redirecionando a energia recebida do sol. Ele observou que no nível regional, mudanças no uso e cobertura da terra levam a mudanças correspondentes no albedo (refletividade), umidade do solo, marquise, e características da planta, que podem amplificar ou compensar coletivamente o aquecimento global dos principais gases de efeito estufa atmosféricos. Citando um estudo que ele foi coautor sobre os efeitos climáticos da substituição de florestas tropicais por plantações para biocombustíveis, Schlosser mostrou que essa resposta pode começar imediatamente, ao contrário do ritmo relativamente glacial do ciclo global do carbono.

“Uma fronteira nesta pesquisa é obter compreensão e confiança de como esses [uso e cobertura da terra] mudanças impactam a precipitação local," ele disse. “O que precisamos trazer para lidar com esta questão são ferramentas de modelagem mais detalhadas, para que possamos realmente obter os detalhes por trás da precipitação e os processos que a controlam. ”

Associado de pesquisa do laboratório biológico marinho David Kicklighter, um colaborador do Programa Conjunto, apresentou os resultados de um estudo de sua co-autoria que avaliou os efeitos de duas abordagens para a produção de biocombustíveis - expansão de terras agrícolas vs.. intensificação do cultivo em terras agrícolas existentes - na capacidade da Terra de sequestrar ou perder carbono.

“O uso mais intensivo das terras agrícolas permite carbono a ser sequestrada na terra usada para a produção de biocombustíveis com alguma perda de carbono associadas com o deslocamento de outra terra conseguiu,”Disse Kicklighter. “A expansão de terras agrícolas para a produção de biocombustíveis provoca mais carbono para ser perdido tanto em terra usada para a produção de biocombustíveis e o deslocamento de outra terra gerenciado.”

Cientista Comum de Investigação principal do programa Niven Winchester resumiu dois estudos de sua co-autoria sobre os fatores econômicos e ambientais das emissões de gases de efeito estufa.

No primeiro estudo, ele usou um modelo global agrícola-econômico-energético para estimar o escopo e os custos de irrigar mais terras para 282 bacias hidrográficas globais e para simular os impactos da escassez de água. Ele descobriu que as mudanças na disponibilidade de água têm pequenos impactos na alimentação global, bioenergia, e os resultados do uso da terra em nível global (devido em parte às respostas de irrigação e armazenamento), mas impactos potencialmente maiores em nível regional.

“Essas ferramentas podem estimar o impacto de uma ampla gama de políticas e mudanças na disponibilidade de água sobre os alimentos, bioenergia, e resultados do uso da terra nos níveis regional e global, ao mesmo tempo em que leva em conta as restrições de recursos hídricos ao nível da bacia e mudanças induzidas pelo preço na infraestrutura de irrigação," ele disse.

No segundo estudo, Winchester estimou as emissões de dióxido de carbono do ciclo de vida por setor econômico, calcular o total de cada setor como a soma das emissões diretas (do uso de combustíveis fósseis) e emissões indiretas (associado a outros insumos usados ​​por cada setor). Ele descobriu que as emissões indiretas de dióxido de carbono constituem uma grande parte das emissões do ciclo de vida para a maioria dos setores, e essa, excluindo setores relacionados à energia, os setores mais intensivos em dióxido de carbono nos EUA. inclui transporte, minerais não metálicos (por exemplo. cimento), metais não ferrosos (por exemplo. alumínio), e ferro e aço.

Riscos climáticos para a agricultura

Schlosser também descreveu um método que ele e o Cientista de Pesquisa do Programa Conjunto Xiang Gao desenvolveram para projetar a frequência de eventos climáticos extremos, como tempestades de 100 anos e ondas de calor - ou qualquer evento que represente uma ameaça de danos. Esta informação pode ajudar os tomadores de decisão no setor agrícola a se adaptarem de acordo. O método identifica padrões observados em grande escala na atmosfera associados a eventos extremos registrados em um determinado local (ou campo). Aplicando essas associações a um conjunto, ou conjunto, de simulações de modelo do clima futuro pode fornecer um forte consenso nas tendências desse evento extremo em todo o conjunto.

“Conectando observações em locais de interesse durante longos períodos de tempo com informações em grande escala, e aplicando essas associações em um modelo climático, você obtém um consenso muito mais forte nas tendências,”Disse Schlosser. “Contanto que tenhamos o [evento extremo] dados no local de campo e sabemos quais tipos de eventos estão prejudicando uma cultura específica, este tipo de análise pode fornecer os riscos de danos às colheitas em um local específico associado a esses eventos. ”

Angelo Gurgel, professor associado da Escola de Economia de São Paulo e colaborador do Programa Conjunto, avaliou os potenciais impactos do clima nos resultados agrícolas globais e regionais entre 2015 e 2050. Baseado em um 2014 Revisão IPCC dos impactos do clima nas plantações, Gurgel deduziu um conjunto de efeitos de produtividade agrícola e pecuária das mudanças climáticas e simulou-os em uma nova versão da Projeção Econômica e Análise de Política do Programa Conjunto (EPPA) modelo com desagregação agrícola detalhada.

“Impactos climáticos negativos sobre o rendimento das safras e a produtividade da pecuária afetarão modestamente os preços, uma vez que as mudanças no uso da terra podem mitigar tais impactos,”Disse Gurgel. “Os preços das safras serão 8 por cento mais caro em 2050 e preços de gado 28 por cento. Será necessário expandir 70 mais milhões de hectares de terras cultiváveis ​​e 17 mais milhões de hectares de pastagens em nível mundial para compensar impactos climáticos sobre os rendimentos. O problema com esta estratégia de adaptação é que ela libera mais 1.9 bilhões de toneladas de CO2 provenientes de mudanças de uso da terra, reforçando os impactos do clima.”

Cientista Comum de Investigação principal do programa Erwan Monier apresentou uma região- e avaliação específica de colheita do clima futuro os riscos para fora dos EUA. produtividade agrícola com base em um estudo que levou que foi destinada a proporcionar às partes interessadas do setor agrícola com a informação adicional de que precisam para tomar decisões mais informadas. Em poucas palavras, os pesquisadores complementam os resultados do clima modelo de cultura / é executado com projeções de cinco índices úteis de interação agricultura / clima - dias secos, stress térmico planta, dias geada, crescendo comprimento temporada e início de operações de campo - que esclarecer o que está dirigindo rendimentos projectados para cima ou para baixo.

“Estamos construindo um modelo estatístico para relacionar esses índices aos rendimentos de diferentes safras,”Disse Monier. “Nosso trabalho fornece uma maneira alternativa de olhar para o destino da agricultura sob a mudança climática que fornece informações que são mais relevantes para os agricultores do que os modelos de clima / cultivo existentes.”

Elodie Blanc apresentou os resultados de dois estudos de sua co-autoria, examinando o impacto da mudança climática na produtividade das lavouras irrigadas nos EUA.. e avançar um método para melhorar a avaliação de danos à colheita.

O primeiro estudo descobriu que nos EUA. em meados do século, o impacto das mudanças climáticas na irrigação reduzirá severamente os rendimentos de algumas safras em certas regiões, particularmente no sudoeste. Em um cenário business-as-usual, Espera-se que as mudanças climáticas e socioeconômicas reduzam os efeitos do estresse hídrico na produção de milho irrigada, soja, sorgo e trigo, mas pioram as condições para algodão e forragem.

“Algum nível de adaptação será viável, como realocar terras agrícolas para regiões com irrigação sustentável ou mudar para culturas menos intensivas em irrigação ou tecnologia de irrigação mais eficiente em termos de água,”Disse Blanc.

O segundo estudo destacou um método que pode fornecer mais rápido, mais fácil, avaliação de danos à colheita mais precisa do que as ferramentas disponíveis atualmente. Aplicação de algoritmos simples a dados de satélite publicamente disponíveis sobre danos causados ​​por arroz causados ​​pelo tufão nas Filipinas, o estudo produziu um índice de danos ao arroz em nível provincial que os tomadores de decisão poderiam usar para ajustar os volumes de importação em resposta aos danos do tufão.

“À medida que a mudança climática altera a frequência e intensidade dos eventos climáticos extremos, o novo método pode capacitar as nações sujeitas a tempestades tropicais a responder mais rapidamente às perdas acentuadas de arroz e outras safras,”Disse Blanc.

Oportunidades de colaboração

Observando as capacidades do Programa Conjunto para aplicar modelos em escala global de mudanças climáticas e safras regionais, preocupações locais e de campo, os participantes do workshop de agricultura identificaram uma série de áreas potenciais para colaboração. Isso inclui a avaliação do risco da água e soluções de irrigação sustentáveis, analisar mais detalhadamente os impactos das mudanças climáticas na agricultura e como a agricultura pode mitigar as mudanças climáticas, e desenvolver modelos preditivos para as partes interessadas do setor agrícola que podem informar a tomada de decisões no campo e nos níveis de negócios.

“Há um grande ecossistema de negócios envolvido nesta empresa de tentar resolver esses problemas, e muita atividade no setor privado voltada para a comercialização desse conhecimento,”Disse Reilly. “Nosso objetivo é interagir com este ecossistema de negócios da forma mais produtiva possível.”

Fonte: http://news.mit.edu, por Mark Dwortzan