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粮食生产的全球之际改变未来: 在科学与全球变化研讨会的政策麻省理工学院联合计划探讨了农业部门的风险和机遇

当涉及到影响全球变化, 农业双管齐下. 受制于全球气候变迁, 人口, 和经济增长, 农作物和牲畜的种植改变了使地球变暖的温室气体的大气浓度,并加剧了淡水和沿海地区的污染. 评估进出农业部门的风险——并确定该部门在全球变化中蓬勃发展的机会——既紧迫又必不可少.

整个麻省理工学院联合计划的农业研讨会, 来自行业的与会者, 政府, 和学术界与联合计划农业专家进行了详细讨论. 照片: 迪莫妮卡·布雷

探索该行业的挑战和机遇, 该 麻省理工学院全球变化科学与政策联合项目 召开了为期一天的研讨会, “农业与全球变化: 驱动力, 对全球变化的贡献, 和气候风险,”十一月在麻省理工学院校园. 1. 画关于 100 来自行业的现场和在线注册人, 政府, 和学术界, 该会议是该计划研讨会系列的第三次. 以前的研讨会探讨了水和能源问题.

全天, 与会者与联合计划农业专家进行了详细讨论, 他们每个人都在三个小组上发表了演讲,重点是农业的驱动力, 农业是全球变化的贡献者, 农业和气候风险.

农业驱动力

注意到农业部门需要通过重大的结构性价值链和技术转型来满足人口和经济增长的更大需求, 联合项目联合主任 约翰·赖利对食品需求和价格的共同预测, 家畜, 和来自联合计划的作物 2018 食物, 水, 能源与气候展望. 《展望》显示人口和经济增长以及价值链转型推动粮食生产显着增长, 牲畜比农作物增长更快.

“这将改变食物的生产方式, 处理, 上市, 并交付, 对整个行业和农民都有影响, 特别是在发展中国家,”赖利说. “更快速的产量增长将限制价格上涨和森林砍伐压力。”

联合项目研究科学家 肯尼斯·斯特泽佩克 表明一个社会为农业分配多少水是其气候的反映, 经济发展水平, 和不断发展的价值体系. 观察到 70 今天抽取的淡水的百分比用于灌溉, 并且通过 2050 关于 17 现在用于农业的所有水的百分比将面临重新分配给非农业经济增长的风险, 人口与城市增长, 和环境保护, Strzepek 强调了对此类撤军构成越来越大威胁的几个趋势, 包括以灌溉用水为代价通过水力发电采用清洁能源.

“你可以以牺牲水和粮食安全为代价获得大量能源,”斯特泽佩克说, 谁与人合着了一项研究,表明农业在所有经济部门中的边际价值最低. “我们看到非洲的快速增长和城市化, 并增加水电, 这增加了对水的需求. 我们在哪里投资未来? 农业用水? 能源用水? 我们把我们的价值观放在哪里?”

联合项目研究科学家 穆格·科穆尔库 描述了她开发的一种缩减方法,用于生成可用于指导当地作物生产的高分辨率区域气候预测. 使用具有详细地表和大气成分的区域气候模型, 她以高分辨率模拟了气候变量,包括温度和降水 (少于 4 公里和每小时) — 再现观察到的历史气候, 例如, 美国东北部. 和沙特阿拉伯的高精度.

“拥有这些信息将使最终用户能够在本地和区域范围内做出决策,”科穆尔库说. “例如, 我们可以确定对作物生长更有利的季节的变化, 生长期, 太阳日照的昼夜变化, 每日最低气温变化, 和降水率。”

联合项目研究科学家 艾洛迪布兰克 提出了一个更简单的, 更快地评估环境对作物产量的影响. 结合两种作物建模方法中最好的方法——基于过程的模型,模拟各种天气和环境条件,但计算要求高, 以及基于观察到的产量数据和更有效但依赖于不完整数据集的统计模型——Blanc 开发了统计模拟器,可以快速复制网格化作物模型对气候变化对作物产量影响的估计.

“我们的目标是开发一种可供更广泛的研究界使用的工具,以寻求对气候变化影响的定量估计,”布兰克说, 其仿真器能够在国家或地区层面针对一系列气候条件对几种作物进行有效评估.

农业是全球变化的贡献者

联合项目副主任 C. 亚当·施洛瑟 探索土地利用和土地覆盖变化对当地的影响程度, 区域性, 通过吸收或重定向从太阳接收的能量和全球气候. 他指出,在区域一级, 土地利用和土地覆盖的变化导致反照率的相应变化 (反射率), 土壤湿度, 天篷, 和植物特性, 这可以共同放大或抵消主要大气温室气体造成的全球变暖. 引用他与人合着的一项关于用生物燃料作物替代热带雨林的气候影响的研究, Schlosser 表明这种反应可以立即生效, 与全球碳循环相对缓慢的速度不同.

“这项研究的前沿是获得对这些方法的理解和信心 [土地利用和土地覆盖] 变化影响当地降水,“ 他说. “我们需要在这个问题上带来更详细的建模工具, 所以我们可以真正了解降水背后的细节以及控制它的过程。”

海洋生物实验室研究助理 大卫·基莱特, 联合项目合作者, 展示了他与人合着的一项研究的结果,该研究评估了两种生物燃料生产方法的影响——扩大农业用地与. 加强现有农业用地的耕作——关于地球吸收或损失碳的能力.

“更密集地使用农业用地可以将碳隔离在用于生物燃料生产的土地上,而一些碳损失与其他管理土地的置换有关,” Kicklighter 说. “扩大用于生物燃料生产的农业用地会导致更多的碳在用于生物燃料生产的土地和其他管理土地上的流失。”

联合项目首席研究员 尼文·温彻斯特 总结了他与人合着的两项关于温室气体排放的经济和环境驱动因素的研究.

在第一项研究中, 他使用全球农业经济能源模型来估计灌溉更多土地的范围和成本 282 全球流域和模拟缺水的影响. 他发现水资源供应的变化对全球粮食的影响很小, 生物能源, 全球层面的土地利用成果 (部分原因是灌溉和储存反应), 但在区域层面可能产生更大的影响.

“这些工具可以估计各种政策和水资源供应变化对粮食的影响, 生物能源, 区域和全球层面的土地利用成果, 同时考虑流域水资源限制和灌溉基础设施价格引起的变化,“ 他说.

在第二项研究中, 温彻斯特按经济部门估算的生命周期二氧化碳排放量, 将每个部门的总量计算为直接排放的总和 (来自化石燃料的使用) 和间接排放 (与每个部门使用的其他投入相关联). 他发现间接二氧化碳排放占大多数行业生命周期排放的很大一部分, 然后, 不包括能源相关行业, 美国二氧化碳排放量最高的行业. 包括交通, 非金属矿物 (e.g. 水泥), 有色金属 (e.g. 铝), 和钢铁.

农业的气候风险

施洛瑟还描述了他和联合计划研究科学家高向开发的一种方法,用于预测极端天气事件的频率,例如 100 年的风暴和热浪——或任何构成破坏威胁的事件. 这些信息可以支持农业部门的决策者做出相应的调整. 该方法可识别与在特定位置记录的极端事件相关的大气中观测到的大尺度模式 (或领域). 将这些关联应用于集合, 或合奏, 未来气候的模型模拟可以为整个集合中极端事件的趋势提供强烈的共识.

“通过将长期在感兴趣地点的观察与大规模信息联系起来, 并将这些关联应用于气候模型, 你对趋势有更强烈的共识,”施洛瑟说. “只要我们有 [极端事件] 现场数据,我们知道哪些类型的事件正在损害特定作物, 这种类型的分析可以为您提供与这些事件相关的特定位置的作物损害风险。”

安杰洛·古格尔, 圣保罗经济学院副教授,联合项目合作者, 评估了气候对全球和区域农业成果的潜在影响 2015 和 2050. 基于一个 2014 IPCC 审查 气候对作物的影响, Gurgel 推断出气候变化对作物和牲畜生产力的影响,并在联合计划的新版本经济预测和政策分析中模拟了这些影响 (环保局) 具有详细农业分类的模型.

“气候对作物产量和牲畜生产力的负面影响将适度影响价格, 因为土地利用的变化可以减轻这种影响,”古格尔说. “农作物价格将 8 贵了百分之几 2050 和牲畜价格 28 百分. 将有必要扩大 70 万公顷农田和 17 在世界范围内增加 100 万公顷牧场,以弥补气候对产量的影响. 这种适应策略的问题在于它释放了更多 1.9 十亿吨二氧化碳来自土地利用变化, 加强气候影响。”

联合项目首席研究员 尔万莫尼尔 提出了一个地区- 对美国未来气候风险的特定作物评估. 农业生产力基于他领导的一项研究,该研究旨在为农业部门利益相关者提供他们做出更明智决策所需的额外信息. 简而言之, 研究人员补充了气候/作物模型运行的结果,预测了五个有用的农业/气候相互作用指数——干旱日, 植物热应激, 霜天, 生长季节长度和现场作业开始——阐明是什么推动预计产量上升或下降.

“我们正在建立一个统计模型,将这些指数与不同作物的产量联系起来,”莫尼尔说. “我们的工作提供了一种看待气候变化下农业命运的替代方法,它提供的信息比现有的气候/作物模型更适合农民。”

Elodie Blanc 介绍了她与人合着的两项研究的结果,研究了气候变化对美国灌溉作物产量的影响. 并提出一种改进作物损害评估的方法.

第一项研究发现,在美国. 到本世纪中叶, 气候变化对灌溉的影响将严重降低某些地区某些作物的产量, 特别是在西南地区. 在一切照旧的情况下, 预计气候和社会经济变化将减少缺水对玉米灌溉产量的影响, 大豆, 高粱和小麦, 但恶化棉花和草料的条件.

“一定程度的适应是可行的, 例如将农田迁移到可持续灌溉的地区,或改用灌溉强度较低的作物或更节水的灌溉技术,”布兰克说.

第二项研究强调了一种可以提供更快的方法, 更轻松, 比目前可用的工具更准确的作物损害评估. 将简单算法应用于菲律宾台风造成水稻损害的公开可用卫星数据, 该研究产生了一个省级稻米损害指数,决策者可以使用该指数来调整进口量以应对台风损害.

“随着气候变化改变极端天气事件的频率和强度, 新方法可以使热带风暴多发国家能够更快地应对水稻和其他作物的急剧损失,”布兰克说.

合作机会

注意到联合计划将全球尺度的气候变化和作物产量模型应用于区域, 本地和外地一级关注, 参与者在农业研讨会确定了一系列的合作潜力领域. 这些措施包括评估风险的水和可持续冲洗液, 气候变化对农业和农业如何能缓解气候变化的进一步分析影响, 并制定农业部门的利益相关者,可以告知预测模型在外地和业务层面的决策.

“有参与这家企业试图解决这些问题,相当多的商业生态系统, 和私营部门大量的活动,旨在商业化这方面的知识,”赖利说. “我们的目标是在尽可能最有效的方式这个商业生态系统进行交互。”


资源: HTTP://news.mit.edu, 马克Dwortzan

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