تغییر اقلیم و تولید پایدار مواد غذایی

ردپای آب و هوای تولید مواد غذایی

کشاورزی مقادیر قابل توجهی CO ₂ ، CH ₄ و N ₂ O را در جو آزاد می کند. CO ₂ عمدتاً از پوسیدگی میکروبی یا سوزاندن بستر گیاهان و مواد آلی خاک آزاد می شود. CH ₄ زمانی تولید می شود که مواد آلی در شرایط بدون اکسیژن تجزیه می شوند، به ویژه از هضم تخمیری توسط دام نشخوارکنندگان، کودهای ذخیره شده و برنج کشت شده در شرایط غرقابی. N ₂ O با تبدیل میکروبی نیتروژن در خاک و کود تولید می شود و اغلب در جایی که نیتروژن موجود بیش از نیاز گیاه باشد، به ویژه در شرایط مرطوب افزایش می یابد ^. مرجع اسمیت، مارتینو و کای^2 ) .

مجموع سهم جهانی کشاورزی در انتشار گازهای گلخانه ای با در نظر گرفتن همه انتشارات مستقیم (مانند انتشار گازهای گلخانه ای از خاک و دام) و انتشار غیرمستقیم (مانند استفاده از سوخت فسیلی، تولید مواد شیمیایی کشاورزی و تبدیل زمین به کشاورزی) بین 5/8 تا 5/16 است. Pg CO ₂ -eq، که بین 17 تا 32 درصد از کل انتشارات جهانی GHG انسانی، از جمله تغییرات کاربری زمین را نشان می دهد ^. مرجع بلربی، فوئرید و هاستینگز^16 ) . در قرن گذشته، با جذب کودهای مصنوعی، توسعه انواع محصولات جدید (“انقلاب سبز”) و اتخاذ سیستم های کشاورزی در مقیاس بزرگ، تغییرات اساسی در کشاورزی رخ داده است.

انتشار مستقیم از کشاورزی بین 5.1 و 6.1 Pg CO ₂ -eq (10-12٪) به انتشار جهانی GHG کمک می کند. این انتشارات عمدتاً به شکل CH4 ( ₃ · 3 Pg CO ₂ -eq / سال) و N ₂ O (2 · 8 Pg CO ₂ -eq / سال) هستند در حالی که شار خالص CO ₂ کم است. (0·04 pg CO ₂ -eq/year) ⁽ مرجع اسمیت، مارتینو و کای^2 ، مرجع اسمیت، مارتینو، کای، متز، دیویدسون، بوش، دیو و مایر^17 ، مرجع اسمیت، مارتینو و کای^18 ) . با این حال، پاکسازی پوشش گیاهی بومی برای کشاورزی (یعنی تغییر کاربری زمین به جای کشاورزی فی نفسه ) مقادیر زیادی کربن اکوسیستم مانند CO ₂ (5·9 ( sd 2·9) Pg CO ₂ -eq/yr آزاد می کند. انتشار N ₂ O از خاک و CH ₄ از تخمیر روده ای گاو بزرگترین منابع را تشکیل می دهند، به ترتیب 38 و 32 درصد از کل انتشار غیر CO ₂ از کشاورزی در سال 2005. سوزاندن زیست توده (12%)، تولید برنج (11%) و مدیریت کود (7%) بقیه را تشکیل می دهند.

بزرگی و اهمیت نسبی منابع مختلف و انتشار گازهای گلخانه ای در مناطق مختلف به طور گسترده ای متفاوت است. در سطح جهانی، انتشار CH ₄ و N ₂ O در کشاورزی از سال 1990 تا 2005 17 درصد افزایش یافته است و پیش بینی می شود تا سال 2030 به دلیل افزایش استفاده از کود نیتروژن و افزایش تولید دام، 35 تا 60 درصد دیگر افزایش یابد ^( 19 ) .

علاوه بر انتشار مستقیم کشاورزی که قبلا ذکر شد، تولید مواد شیمیایی کشاورزی یکی دیگر از منابع مهم انتشار گازهای گلخانه ای است. کودها به طور قابل توجهی به تأثیر کلی کشاورزی صنعتی کمک می کنند. تولید کودها انرژی بر است و مقدار قابل توجهی بین 0.3 و 0.6 Pg CO ₂ -eq/year اضافه می کند که بین 0.6 و 1.2٪ از کل GHG جهان را نشان می دهد. بزرگترین منبع انتشار گازهای گلخانه ای از تولید کود، انرژی مورد نیاز است که CO ₂ منتشر می کند ، اگرچه تولید نیترات CO ₂ – eq بیشتری را به شکل N ₂ O ^{تولید می کند.} مرجع بلربی، فوئرید و هاستینگز^16 ) .

به طور مشابه، موزیر و کروزی ⁽ مرجع موزیر و کروزی^20 ) و آژانس حفاظت از محیط زیست ایالات متحده (EPA) ^( 21 ) تخمین زدند که انتشار N ₂ O تا سال 2020 (نسبت به سال 1990) حدود 50 درصد افزایش خواهد یافت. اگر تقاضا برای مواد غذایی افزایش یابد و رژیم غذایی طبق پیش بینی تغییر کند، انتشار سالانه GHG از کشاورزی ممکن است بیشتر افزایش یابد. با این حال، شیوه‌های مدیریتی بهبودیافته و فناوری‌های نوظهور ممکن است باعث کاهش انتشار به ازای هر واحد غذا (یا پروتئین) تولید شده و همچنین کاهش انتشار سرانه مصرف غذا شود.

اگر انتشار CH ₄ به نسبت مستقیم با افزایش تعداد دام رشد کند، انتظار می رود تولید جهانی CH ₄ مرتبط با دام (از تخمیر روده ای و مدیریت کود) تا 60 درصد در دوره 1990-2030 افزایش یابد ^( 19 ) . با این حال، تغییرات در شیوه های تغذیه و مدیریت کود می تواند این افزایش را بهبود بخشد. US-EPA ^( 21 ) پیش‌بینی کرد که انتشار ترکیبی CH ₄ از تخمیر روده‌ای و مدیریت کود بین سال‌های 2005 و 2020 به میزان 21 درصد افزایش خواهد یافت.

پیش‌بینی می‌شود که سطح برنج کشت‌شده در سطح جهان تا سال 2030 به میزان 5/4 درصد افزایش یابد ₍ ^19 ) ، بنابراین انتظار نمی‌رود انتشار CH4 از تولید برنج به میزان قابل توجهی افزایش یابد. حتی اگر برنج کمتری تحت غرقاب مداوم (که باعث شرایط بی هوازی خاک می شود) به دلیل کمبود آب کشت شود، یا اگر ارقام جدید برنجی که CH ₄ کمتری تولید می کنند و به کار گرفته شوند ^{، ممکن است کاهش یابد.} مرجع وانگ، نوی و سامونته^22 ) . با این حال، US-EPA ^( 21 ) افزایش 16 درصدی انتشار CH ₄ از محصولات برنج را بین سال‌های 2005 تا 2020 پیش‌بینی می‌کند که بیشتر به دلیل افزایش مستمر سطح برنج آبی است.

طبق US-EPA ^( 21 ) ، پیش‌بینی می‌شود که انتشار کل کشاورزی در طول دهه‌های 2000-2010 و 2010-2020 حدود 13 درصد افزایش یابد. با فرض نرخ‌های مشابه افزایش (10 تا 15 درصد) برای سال‌های 2020-2030، انتظار می‌رود انتشارات کشاورزی به 8-8·4، با میانگین 8·3 Pg CO2- _eq تا سال 2030 افزایش یابد. با انتشار متوسط ​​جهانی پیش‌بینی شده از حدود 55 Pg CO ₂ -eq، در همان دوره زمانی، کشاورزی حدود 15٪ در انتشار مستقیم سهم دارد ^. مرجع اسمیت، مارتینو، کای، متز، دیویدسون، بوش، دیو و مایر^17 ) معادل افزایش 3 درصدی سهم آن در کل انتشار گازهای گلخانه ای انسانی است. با این حال، این افزایش جزئی با توجه به گستره بالقوه گسترده انتشار گازهای گلخانه ای در آینده، عدم قطعیت بالایی دارد.

کشاورزی علاوه بر اینکه بخش مهمی از مشکل آب و هوایی است، ممکن است بخشی از راه حل باشد. کشاورزی پتانسیل قابل توجهی در کاهش تغییرات آب و هوایی دارد. طیف گسترده ای از گزینه های کاهش در کشاورزی با پتانسیل کلی تا 6 Pg CO ₂ -eq / سال، اما با پتانسیل اقتصادی حدود 4 Pg CO ₂ -eq / سال با قیمت کربن تا 100 دلار آمریکا در هر تن وجود دارد. CO ₂ -eq ⁽ مرجع اسمیت، مارتینو و کای^2 ، مرجع اسمیت، مارتینو، کای، متز، دیویدسون، بوش، دیو و مایر^17 ) . این پتانسیل کلی می تواند نزدیک به 100 درصد از انتشار مستقیم کشاورزی را کاهش دهد. تا حد زیادی بیشترین سهم کاهش از ترسیب کربن خاک (89٪) با مقداری پتانسیل برای کاهش انتشار CH ₄ ⁽ 9٪) و N ₂ O (2٪) ناشی می شود. مرجع اسمیت، مارتینو و کای^2 ) .

غلظت کم کربن در زمین های زراعی به این معنی است که پتانسیل زیادی برای افزایش محتوای کربن از طریق شیوه های مدیریت سودمند وجود دارد ^. مرجع اسمیت^23 ) . در جایی که کاربری اراضی تغییر کرده و عمدتاً کشاورزی شده است، احیای محتوای کربن در خاک‌های ارگانیک کشت شده دارای پتانسیل بالایی در هر سطح است و منطقه با بیشترین پتانسیل کاهش در کشاورزی را نشان می‌دهد.

برجسته ترین گزینه ها برای کاهش انتشار گازهای گلخانه ای کشاورزی ⁽ مرجع اسمیت، مارتینو و کای^2 ، مرجع اسمیت^24 ) عبارتند از:

1. 1.مدیریت زمین زراعی (پتانسیل کاهش تا حدود 1·45 Pg CO ₂ -eq/year) مانند:

   1. (آ)اجتناب از آیش خالی: خاک لخت مستعد فرسایش و شستشوی مواد مغذی است و کربن کمتری نسبت به همان مزرعه با پوشش گیاهی دارد. یک راه حل مهم، محصولات «گیر» و «پوشش» است که به ترتیب خاک را در بین محصول واقعی یا در دوره آیش می پوشانند.

   2. (ب)استفاده از مقدار مناسب کود نیتروژن با پرهیز از کاربرد بیش از حد نیاز فوری گیاه، استفاده در زمان مناسب و قرار دادن دقیقتر آن در خاک. کاهش وابستگی به کودها با اتخاذ سیستم‌های زراعی مانند استفاده از تناوب با محصولات حبوبات دارای پتانسیل کاهش بالایی است.

   3. (ج)عدم سوزاندن بقایای گیاهی در مزرعه

   4. (د)کاهش خاک ورزی: ​​در حالی که مزایای کربن از کشاورزی بدون خاک ورزی در محیط های کشاورزی صنعتی ممکن است با افزایش اتکا به علف کش ها و ماشین آلات جبران شود، برخی از نتایج مطالعات اولیه وجود دارد که نشان می دهد کاهش خاک ورزی بدون استفاده از علف کش ها در سیستم های آلی مزایای مثبتی برای کربن دارد. رسوب در خاک

2. 2.مدیریت چرای مرتع (پتانسیل کاهش تا حدود 1·35 Pg CO ₂ -eq/year) مانند کاهش شدت چرا یا کاهش فراوانی و شدت آتش سوزی (با مدیریت فعال آتش). _{این اقدامات معمولاً منجر به افزایش پوشش} درختان و درختچه‌ها می‌شود که منجر به کاهش CO2 در خاک و زیست توده می‌شود.

3. 3.احیای خاکهای آلی که برای تولید محصول زهکشی می شوند و احیای اراضی تخریب شده برای افزایش ذخایر کربن (پتانسیل کاهش ترکیبی در حدود 2·0 Pg CO ₂ -eq/year): از زهکشی تالاب ها اجتناب کنید و کنترل فرسایش را انجام دهید.

4. 4.بهبود مدیریت آب و برنج (حدود 0 · 3 Pg CO ₂ -eq / سال). در فصل خارج از برنج، انتشار CH ₄ را می توان با بهبود مدیریت آب، به ویژه با خشک نگه داشتن خاک تا حد امکان و جلوگیری از قطع شدن آب کاهش داد.

5. 5.کاهش کمتر اما همچنان قابل توجه با کنار گذاشتن، تغییر کاربری زمین (به عنوان مثال، تبدیل زمین زراعی به علفزار) و کشاورزی-جنگل (حدود 0.05 Pg CO ₂ -eq/year) امکان پذیر است. و همچنین بهبود مدیریت دام و کود (حدود 0 · 25 Pg CO ₂ -eq / سال).

6. 6.افزایش راندمان در تولید کودها می تواند با کاهش تا حدود 0 · 2 Pg CO ₂ -eq/year کمک قابل توجهی داشته باشد. بهبودها با بهره وری بیشتر انرژی در کارخانه های تولید NH _{3 (29٪)، معرفی فن آوری جدید کاهش N 2} O (32٪) و سایر اقدامات کلی صرفه جویی انرژی در تولید (39٪) مرتبط است.

بسیاری از این فرصت‌های کاهش از فناوری‌های موجود در حال حاضر استفاده می‌کنند و در تئوری می‌توانند فوراً اجرا شوند. در عمل، موانع زیادی برای اجرای چنین اقدامات کاهشی در سیستم‌های کشاورزی واقعی وجود دارد. این موانع در دسته بندی های مختلفی از جمله ساختاری، نهادی، مالی و آموزشی قرار می گیرند. برداشتن چنین موانعی نیازمند تلاش اختصاصی در سطوح مختلف است ⁽ مرجع اسمیت، مارتینو و کای^18 ) .

چالش کاهش انتشار گازهای گلخانه ای کشاورزی به طور پیچیده با چالش های دیگر مربوط به تولید کشاورزی پایدار مرتبط است. بزرگترین چالش کشاورزی در قرن بیست و یکم تغذیه تعداد فزاینده افراد ثروتمند روی زمین و در عین حال حفظ منابع آب و خاک است ^. مرجع گادفری، بدینگتون و کروت^1 ) . انتظار می رود جمعیت جهان بین سال های 2010 تا 2050 از حدود 7 به 9 میلیارد نفر افزایش یابد. در عین حال، مصرف سرانه غذا در حال افزایش است. پیش بینی می شود که این امر منجر به دو برابر شدن مصرف جهانی گوشت و افزایش 60 درصدی مصرف جهانی غلات از سال 2000 تا 2050 شود ^( 25 ) . در حالی که این افزایش پیش‌بینی‌شده در تولید مطمئناً امکان‌پذیر است، احتمالاً هزینه بالایی برای محیط زیست و تنوع زیستی خواهد داشت، مگر اینکه اقدامی برای توسعه و اجرای سیستم‌های کشاورزی انجام شود که به طور قابل‌توجهی (در همه جنبه‌ها) از آنچه در حال حاضر مشاهده می‌شود، پایدارتر باشند.

تاثیر تغییرات آب و هوا بر تولید مواد غذایی

تولید مواد غذایی از کشاورزی به شدت به دما و بارندگی وابسته است و بنابراین در برابر تغییرات آب و هوایی آسیب پذیر است ^. مرجع نلسون، روزگرانت و کو^26 ) . انتظار می رود تأثیرات کلی تغییرات آب و هوایی بر کشاورزی منفی باشد و امنیت غذایی جهانی را تهدید کند. نلسون و همکاران در یک ارزیابی برجسته از تأثیرات بالقوه تغییرات آب و هوایی بر کشاورزی⁽ مرجع نلسون، روزگرانت و کو^26 ) نتیجه گیری کنید که علیرغم افزایش در برخی محصولات در برخی مناطق، تحت تغییرات آب و هوایی آینده، افزایش دما در نهایت باعث کاهش عملکرد محصول می شود اما تکثیر علف های هرز و آفات را تشویق می کند، در حالی که تغییرات در الگوهای بارش احتمال شکست محصول را در کوتاه مدت افزایش می دهد. و کاهش تولید در بلندمدت. تجزیه و تحلیل آنها نشان می دهد که جمعیت کشورهای در حال توسعه، که در حال حاضر از نظر غذایی ناامن هستند و در برابر تغییرات آب و هوایی آسیب پذیر هستند، احتمالاً بدترین آسیب را خواهند دید ^. مرجع نلسون، روزگرانت و کو^26 ) .

نتایج تجزیه و تحلیل نلسون و همکاران. ⁽ مرجع نلسون، روزگرانت و کو^26 ) به صراحت نشان می دهد که علیرغم افزایش بهره وری در برخی مناطق، کشاورزی و رفاه انسان به طور منفی تحت تأثیر تغییرات آب و هوایی قرار خواهد گرفت. اثرات تغییر آب و هوا بر کشاورزی و رفاه انسان پیچیده است و شامل (الف) اثرات بیولوژیکی بر عملکرد محصول است. (ب) تأثیرات حاصل بر نتایج از جمله قیمت‌ها، تولید و مصرف؛ و (ج) تأثیرات بر مصرف سرانه انرژی و سوء تغذیه کودکان. به طور خلاصه، نلسون و همکاران. ⁽ مرجع نلسون، روزگرانت و کو^26 )دریافتند که: (1) تغییرات آب و هوایی باعث کاهش عملکرد برای مهمترین محصولات در کشورهای در حال توسعه می شود، به طوری که آسیای جنوبی به شدت تحت تأثیر قرار می گیرد، (2) تغییرات آب و هوا اثرات متفاوتی بر عملکرد آبی خواهد داشت، اما عملکرد برای همه محصولات آبی در جنوب آسیا کاهش زیادی را تجربه خواهد کرد، (iii) تغییرات آب و هوایی منجر به افزایش قیمت برنج، گندم، ذرت و سویا (مهم‌ترین محصولات کشاورزی) با قیمت خوراک بالاتر و در نتیجه قیمت‌های گوشت بالاتر، کاهش اندکی رشد مصرف گوشت و کاهش مصرف گوشت خواهد شد. کاهش قابل توجهی در مصرف غلات، (IV) در دسترس بودن انرژی غذا در سال 2050 نسبت به سطح 2000 در سراسر جهان در حال توسعه کاهش می یابد، که باعث افزایش 20 درصدی سوء تغذیه کودکان نسبت به جهانی بدون تغییر آب و هوا می شود.تغییرات آب و هوایی بسیاری از بهبود در تغذیه کودکان را که بدون تغییر آب و هوا رخ می دهد، از بین می برد.

نلسون و همکاران ⁽ مرجع نلسون، روزگرانت و کو^26 ) به این نتیجه رسیدند که سرمایه‌گذاری‌های تهاجمی در بهره‌وری کشاورزی (7·1-7·3 میلیارد دلار آمریکا) برای افزایش مصرف انرژی به اندازه کافی برای جبران تأثیرات منفی تغییرات آب و هوایی بر سلامت و رفاه کودکان مورد نیاز است.

همچنین انتظار می رود که تغییرات اقلیمی مرتبط با تغییرات آب و هوایی آینده (مثلاً خشکسالی، موج گرما و طوفان) بر تولید مواد غذایی تأثیر منفی بگذارد، اما تأثیرات تا به امروز تا حد زیادی مشخص نشده است. از آنجایی که انتظار می رود تغییرات اقلیمی بر تولید جهانی غذا تأثیر منفی بگذارد، تولید غذای پایدار در آینده حتی دشوارتر خواهد بود و کاهش آب و هوا را مهم تر می کند ^. مرجع اسمیت و اولسن^27 ) .

تولید غذای پایدار تحت شرایط آب و هوایی آینده

در بخش های قبلی، چالش بسیار مهم تغذیه 9 میلیارد نفر به طور پایدار و پتانسیل کاهش انتشار گازهای گلخانه ای از کشاورزی تحت چالش های ایجاد شده توسط تغییرات آب و هوایی آینده را بررسی کرده ایم. هر چالش به خودی خود بسیار بزرگ است و به راه حل هایی نیاز دارد که در همه جنبه ها به طور مشترک ارائه شوند. واضح است که وضعیت موجود یک گزینه نیست، و بعید است که دستکاری با سیستم های تولید فعلی بتواند خدمات غذایی و اکوسیستمی مورد نیاز ما را در آینده ارائه دهد. تغییرات اساسی تر در تولید، مصرف و رژیم غذایی احتمالاً در دهه های آینده مورد نیاز خواهد بود. در این بخش، بررسی می کنیم که چگونه اقدامات مبتنی بر تولید و مصرف ممکن است برای رسیدگی به این چالش های بزرگ مورد استفاده قرار گیرد.