Будущее производства продуктов питания в условиях глобальных изменений: Семинар Совместной программы Массачусетского технологического института по науке и политике глобальных изменений исследует риски и возможности для сельскохозяйственного сектора.

Когда дело доходит до глобальных изменений, сельское хозяйство работает в обе стороны. С учетом превратностей глобального изменения климата, Население, и экономический рост, выращивание сельскохозяйственных культур и животноводство изменяет концентрацию в атмосфере парниковых газов, вызывающих потепление планеты, и способствует загрязнению пресноводных и прибрежных территорий.. Оценка рисков для сельскохозяйственного сектора и выявление возможностей для его процветания в условиях глобальных изменений — это одновременно неотложная и необходимая задача..

На семинаре по сельскому хозяйству Объединенной программы MIT, участники из промышленности, правительство, и научные круги провели подробные обсуждения со специалистами по сельскому хозяйству Объединенной программы. Фото: Димоника Брей

Изучить проблемы и возможности сектора., the Совместная программа Массачусетского технологического института по науке и политике глобальных изменений провел однодневный семинар, «Сельское хозяйство и глобальные изменения: Движущие силы, Вклад в глобальные изменения, и климатические риски,» в кампусе Массачусетского технологического института в ноябре. 1. Рисуя о 100 очные и онлайн-регистраторы из отрасли, правительство, и научные круги, Конференция стала третьим из серии семинаров программы. Предыдущие семинары были посвящены вопросам воды и энергетики..

В течение дня, участники провели подробные дискуссии со специалистами по сельскому хозяйству Совместной программы, каждый из которых выступил с презентациями на трех дискуссиях, посвященных движущим силам сельского хозяйства., сельское хозяйство как вклад в глобальные изменения, и климатические риски для сельского хозяйства.

Движущие силы сельского хозяйства

Отмечая необходимость проведения сельскохозяйственным сектором крупных структурных преобразований в цепочках добавленной стоимости и технологических преобразований для удовлетворения растущего спроса со стороны населения и экономического роста., Содиректор совместной программы Джон Рейлиобщие прогнозы спроса и цен на продукты питания, домашний скот, и культуры из Совместной программы 2018 Еда, Воды, Энергетический и климатический прогноз. Прогноз показывает значительный рост производства продуктов питания, обусловленный ростом населения и экономики, а также трансформацией цепочки создания стоимости., с более быстрым ростом поголовья скота, чем сельскохозяйственных культур.

«Это изменит способ производства продуктов питания, обработанный, проданный, и доставлено, с последствиями для всего сектора и для фермеров, особенно в развивающихся странах,- сказал Рейли. «Более быстрый рост урожайности ограничит рост цен и давление на вырубку лесов».

Ученый-исследователь совместной программы Кеннет Стржепек показал, что количество воды, которое общество выделяет на нужды сельского хозяйства, является отражением его климата., уровень экономического развития, и развивающаяся система ценностей. Наблюдая за этим 70 процентов современных забора пресной воды приходится на ирригацию, и что 2050 около 17 процентов всей воды в настоящее время используется в сельском хозяйстве будет в опасности от перераспределения в несельскохозяйственных экономического роста, населения и рост городов, и охрана окружающей среды, Strzepek выделил несколько тенденций, которые представляют собой растущую угрозу для таких изъятий, включая принятие производства экологически чистой энергии за счет гидроэнергетики за счет воды для орошения.

«Вы можете получить много энергии за счет воды и продовольственной безопасности,- сказал Стшепек, который является соавтором исследования, показывающего, что сельское хозяйство имеет самую низкую предельную стоимость среди всех секторов экономики.. «Мы наблюдаем быстрый рост и урбанизацию в Африке., и увеличение гидроэнергетики, что увеличивает потребность в воде. Куда мы инвестируем в будущее? Вода для сельского хозяйства? Вода для энергии? Куда мы помещаем наши ценности?»

Ученый-исследователь совместной программы Муге Комурджу описала метод даунскейлинга, который она разработала для создания прогнозов регионального климата с высоким разрешением, которые можно использовать для управления местным растениеводством.. Использование региональной модели климата с подробными компонентами поверхности суши и атмосферы., она смоделировала климатические переменные, включая температуру и осадки, в высоком разрешении. (меньше, чем 4 километры и час) — воспроизведение наблюдаемого исторического климата в, например, северо-восток США. и Саудовской Аравии с высокой степенью точности.

«Наличие этой информации позволит конечному пользователю принимать решения на местном и региональном уровнях.,- сказал Комурджу. "Например, мы можем определить изменения в более благоприятный сезон для роста урожая, Растущие градусо-дни, суточное изменение солнечной инсоляции, изменения дневных минимальных температур, и интенсивность осадков».

Ученый-исследователь совместной программы Элоди Блан представил более простой, более быстрый способ оценки воздействия окружающей среды на урожайность сельскохозяйственных культур. Сочетание лучшего из двух методов моделирования сельскохозяйственных культур — модели, основанные на процессах, которые моделируют широкий спектр погодных и экологических условий, но требуют больших вычислительных ресурсов., и статистические модели, которые основаны на наблюдаемых данных об урожайности и более эффективны, но полагаются на неполные наборы данных - Блан разработал статистические эмуляторы, которые могут быстро воспроизводить оценки сеточных моделей сельскохозяйственных культур о влиянии изменения климата на урожайность сельскохозяйственных культур..

«Наша цель — разработать инструмент, доступный более широкому исследовательскому сообществу, желающему получить количественную оценку последствий изменения климата.,- сказал Блан, чьи эмуляторы позволяют эффективно оценивать несколько культур на национальном или региональном уровне в различных климатических условиях.

Сельское хозяйство как вклад в глобальные изменения

Заместитель директора совместной программы С. Адам Шлоссер исследовали степень, в которой изменения в землепользовании и растительном покрове влияют на местную, региональный, и глобальный климат, поглощая или перенаправляя энергию, полученную от Солнца.. Он отметил, что на региональном уровне, изменения в землепользовании и растительном покрове приводят к соответствующим изменениям альбедо (отражательная способность), влажность почвы, навес, и характеристики растений, которые могут в совокупности усилить или компенсировать глобальное потепление из-за основных парниковых газов в атмосфере.. Ссылаясь на исследование, соавтором которого он является, о климатических последствиях замены тропических лесов культурами для производства биотоплива., Шлоссер показал, что эта реакция может сработать сразу же., в отличие от относительно ледникового темпа глобального углеродного цикла.

«Главной задачей в этом исследовании является достижение понимания и уверенности в том, как эти [землепользование и растительный покров] изменения влияют на местные осадки," он сказал. «Что нам нужно использовать в этом вопросе, так это более детальные инструменты моделирования., так что мы действительно сможем разобраться в деталях осадков и процессов, которые их контролируют».

научный сотрудник морской биологической лаборатории Дэвид Киклайтер, сотрудник совместной программы, представил результаты исследования, соавтором которого он был, в котором оценивалось влияние двух подходов к производству биотоплива — расширения сельскохозяйственных земель и. интенсификация обработки существующих сельскохозяйственных угодий — от способности Земли связывать или терять углерод.

«Более интенсивное использование сельскохозяйственных земель позволяет улавливать углерод на землях, используемых для производства биотоплива, с некоторой потерей углерода, связанной с вытеснением других управляемых земель.,- сказал Киклайтер. «Расширение сельскохозяйственных угодий для производства биотоплива приводит к потере большего количества углерода как на землях, используемых для производства биотоплива, так и на вытеснении других управляемых земель».

Главный научный сотрудник Объединенной программы Нивен Винчестер резюмировал два исследования, соавтором которых он был, об экономических и экологических факторах выбросов парниковых газов..

В первом исследовании, он использовал глобальную сельскохозяйственно-экономико-энергетическую модель, чтобы оценить масштабы и затраты на орошение большего количества земель для 282 глобальные речные бассейны и моделировать последствия нехватки воды. Он обнаружил, что изменения в наличии воды оказывают незначительное влияние на глобальное продовольственное обеспечение., биоэнергетика, и результаты землепользования на глобальном уровне (частично из-за реакции на ирригацию и хранение), но потенциально более серьезные последствия на региональном уровне.

«Эти инструменты позволяют оценить влияние широкого спектра политических мер и изменений в доступности воды на продовольствие., биоэнергетика, и результаты землепользования на региональном и глобальном уровнях, принимая во внимание ограничения водных ресурсов на уровне бассейна и вызванные ценами изменения в ирригационной инфраструктуре," он сказал.

Во втором исследовании, Винчестер оценил выбросы углекислого газа в течение жизненного цикла по секторам экономики, расчет общего показателя каждого сектора как суммы прямых выбросов (от использования ископаемого топлива) и косвенные выбросы (связаны с другими ресурсами, используемыми каждым сектором). Он обнаружил, что косвенные выбросы углекислого газа составляют большую долю выбросов жизненного цикла для большинства секторов., и это, исключая отрасли, связанные с энергетикой, самые интенсивные по выбросам углекислого газа отрасли в США. включить транспорт, неметаллические минералы (например. цемент), Цветные металлы (например. алюминий), и железо и сталь.

Климатические риски для сельского хозяйства

Шлоссер также описал метод, который он и научный сотрудник Объединенной программы Сян Гао разработали для прогнозирования частоты экстремальных погодных явлений, таких как 100-летние штормы и волны тепла, или любого события, которое представляет угрозу ущерба.. Эта информация могла бы помочь лицам, принимающим решения в сельскохозяйственном секторе, адаптироваться соответствующим образом.. Метод выявляет наблюдаемые крупномасштабные закономерности в атмосфере, связанные с экстремальными событиями, зафиксированными в определенном месте. (или поле). Применение этих ассоциаций к множеству, или ансамбль, модельного моделирования будущего климата может обеспечить прочный консенсус в отношении тенденций этого экстремального явления во всем ансамбле..

«Соединяя наблюдения в интересующих местах в течение длительных периодов времени с крупномасштабной информацией, и применение этих ассоциаций в климатической модели, вы получаете гораздо более сильный консенсус в отношении тенденций,- сказал Шлоссер. «Пока у нас есть [экстремальное событие] данные на поле, и мы знаем, какие типы событий наносят ущерб конкретной культуре, этот тип анализа может дать вам информацию о рисках повреждения урожая в определенном месте, связанных с этими событиями».

Анджело Гургель, доцент Школы экономики Сан-Паулу и сотрудник совместной программы, оценили потенциальное воздействие климата на глобальные и региональные результаты сельского хозяйства между 2015 а также 2050. На основе 2014 Обзор МГЭИК воздействия климата на сельскохозяйственные культуры, Гургель вывел ряд последствий изменения климата для продуктивности сельскохозяйственных культур и животноводства и смоделировал их в новой версии Экономического прогнозирования и анализа политики Совместной программы. (Агентство по охране окружающей среды (EPPA)) модель с детальной разбивкой по сельскому хозяйству.

«Негативное воздействие климата на урожайность сельскохозяйственных культур и продуктивность животноводства умеренно повлияет на цены., поскольку изменения в землепользовании могут смягчить такие последствия,- сказал Гургель. «Цены на урожай будут 8 процентов дороже на 2050 и цены на скот 28 процентов. Необходимо будет расширить 70 еще миллионов гектаров пахотных земель и 17 еще миллион гектаров пастбищ на мировом уровне для компенсации воздействия климата на урожайность. Проблема этой стратегии адаптации в том, что она высвобождает больше 1.9 миллиардов тонн CO2 в результате изменений в землепользовании, усиление воздействия на климат».

Главный научный сотрудник Объединенной программы Эрван Монье представил регион- и оценка конкретных культур будущих климатических рисков для США.. производительность сельского хозяйства на основе проведенного им исследования, целью которого было предоставить заинтересованным сторонам сельскохозяйственного сектора дополнительную информацию, необходимую им для принятия более обоснованных решений.. В двух словах, исследователи дополняют результаты моделирования климата/урожая прогнозами пяти полезных индексов взаимодействия сельского хозяйства и климата — засушливых дней, тепловой стресс растений, морозные дни, продолжительность вегетационного периода и начало полевых работ — это проясняет, что влияет на прогнозируемую урожайность вверх или вниз.

«Мы строим статистическую модель, чтобы связать эти показатели с урожайностью различных культур.,- сказал Монье. «Наша работа предоставляет альтернативный способ взглянуть на судьбу сельского хозяйства в условиях изменения климата, который предоставляет информацию, более актуальную для фермеров, чем существующие модели климата/урожая».

Элоди Блан представила результаты двух исследований, соавтором которых она является, посвященных влиянию изменения климата на урожайность орошаемых культур в США.. и продвижение метода улучшения оценки ущерба сельскохозяйственным культурам..

Первое исследование показало, что в США. к середине века, влияние изменения климата на орошение серьезно снизит урожайность некоторых культур в определенных регионах, особенно на юго-западе. По обычному сценарию, ожидается, что климатические и социально-экономические изменения уменьшат воздействие водного стресса на орошаемую урожайность кукурузы., соевые бобы, сорго и пшеница, но ухудшит условия для хлопка и фуража.

«Некоторый уровень адаптации будет возможен, например, перемещение пахотных земель в регионы с устойчивым орошением или переход на менее ирригационные культуры или более водосберегающие технологии орошения.,- сказал Блан.

Второе исследование выявило метод, который может обеспечить более быструю, Полегче, более точная оценка ущерба урожаю, чем доступные в настоящее время инструменты. Применение простых алгоритмов к общедоступным спутниковым данным о повреждении риса на Филиппинах, нанесенном тайфуном, В результате исследования был получен индекс ущерба рису на уровне провинции, который лица, принимающие решения, могли использовать для корректировки объемов импорта в ответ на ущерб от тайфунов..

«Поскольку изменение климата меняет частоту и интенсивность экстремальных погодных явлений, новый метод может дать странам, подверженным тропическим штормам, возможность быстрее реагировать на резкие потери риса и других культур.,- сказал Блан.

Возможности для сотрудничества

Отмечая возможности Совместной программы применять глобальные модели изменения климата и урожайности сельскохозяйственных культур к региональным, проблемы местного и местного уровня, Участники семинара по сельскому хозяйству определили ряд потенциальных областей для сотрудничества. К ним относятся оценка водных рисков и устойчивые решения в области орошения., дальнейший анализ воздействия изменения климата на сельское хозяйство и того, как сельское хозяйство может смягчить последствия изменения климата., и разработка прогнозных моделей для заинтересованных сторон сельскохозяйственного сектора, которые могут служить основой для принятия решений на местах и ​​на уровне бизнеса..

«В этом предприятии, пытающемся решить эти проблемы, задействована целая бизнес-экосистема., и большая активность в частном секторе, направленная на коммерциализацию этих знаний,- сказал Рейли. «Наша цель — максимально продуктивно взаимодействовать с этой бизнес-экосистемой».

Источник: HTTP://news.mit.edu, Марк Дворцан