Joshua P Newell 1

energie

și Anu Ramaswami

Aveți nevoie de un eReader sau de un software compatibil pentru a experimenta avantajele formatului de fișier ePub3.

1539 Descărcări totale

Distribuiți acest articol

1 Autor căruia i se adresează orice corespondență.

Joshua P Newell

Primit la 8 ianuarie 2020
Acceptat la 7 februarie 2020
Publicat la 5 mai 2020

Exportați citarea și rezumatul BibTeX RIS

Conținutul original din această lucrare poate fi utilizat în condițiile licenței Creative Commons Attribution 4.0. Orice distribuție suplimentară a acestei lucrări trebuie să mențină atribuirea autorului (autorilor) și titlului lucrării, citarea jurnalului și DOI.

Întrucât orașele produc 80% din PIB-ul global și locuiesc mai mult de jumătate din populația lumii (Programul Națiunilor Unite pentru Așezări Umane UN-Habitat 2016, p. 264), procesele urbane conduc acum fluxurile globale de alimente, energie și apă, provocând perturbări fără precedent. la ciclurile biogeochimice ale planetei. Aprovizionarea cu alimente, energie și apă (FEW) are loc adesea în afara granițelor urbane, ducând la interacțiuni geografice și sectoriale de la nivel local la global. Aceste interacțiuni neprevăzute și complexe degradează calitatea aerului și a apei, stimulează utilizarea resurselor și accentuează emisiile de gaze cu efect de seră (GES). Câteva sisteme de aprovizionare au, de asemenea, un impact profund asupra economiei și asupra sănătății și bunăstării umane. Legăturile dintre sistemele care furnizează Câteva orașe și rezultatele legate de bunăstarea umană și planetară sunt centrul acestui număr special.

Numărul este alcătuit din nouă articole, fiecare dintre acestea prezentând cercetări emergente privind sistemele FEW interconectate în legătură cu orașele și regiunile. Lucrările sunt interdisciplinare, multiscalare și intersectoriale, deoarece iau în considerare efectele PUTERILOR interacțiuni asupra sănătății orașelor, a locuitorilor lor și a popoarelor și locurilor îndepărtate din care își obțin resursele. Ca set, inclusiv această introducere, numărul special acoperă următoarele subiecte:

În paginile care urmează, rezumăm pe scurt fiecare dintre articolele din acest număr special, grupându-le pe zone de actualitate. Încheiem identificând ceea ce considerăm lacune de cercetare cruciale care necesită studii suplimentare în domeniul sistemelor urbane FEW.

1. Cercetări până în prezent cu privire la câteva sisteme urbane și abordări promițătoare

Numărul principal începe cu un articol de recenzie al lui Newell și colab. (2019), care catalogează patru decenii (1973-2017) de literatură academică pe legătura FEW (1399 publicații). Revizuirea bibliometrică relevă șase comunități de cercetare distincte, care implică în principal burse în domeniile științei mediului, cu domenii de științe sociale subreprezentate. Autorii efectuează o analiză aprofundată a celor mai influente lucrări în ceea ce privește abordarea de modelare, scara spațială și temporală a analizei, precum și guvernanța și politica. Majoritatea lucrărilor au implementat abordări cantitative (mai degrabă decât calitative), în special utilizarea evaluării integrate și a modelării dinamicii sistemelor. În ciuda influenței lor asupra PUTURILOR sisteme, considerațiile privind structura instituțională, guvernanță, echitate, acces la resurse și comportament au fost în mare parte absente din studiile existente.

Una dintre cele șase comunități este o comunitate urbană în curs de naștere, cu 80% din lucrările sale publicate din 2010. Savanții în ecologie industrială sunt deosebit de proeminenți în această comunitate. Ei tind să cuantifice Câteva fluxuri de metabolism urban în mod izolat, mai degrabă decât ca un nexus, ignorând în mare măsură factorii politici și socio-economici care modelează aceste fluxuri. Autorii solicită avansarea cercetării cu privire la sistemele FEW în patru domenii cheie: (1) integrarea modelelor și abordărilor eterogene; (2) legături scalare între consumul urban și fluxurile de resurse transfrontaliere; (3) modul în care actorii și instituțiile modelează accesul, distribuția și utilizarea resurselor; și (4) coproducerea cunoștințelor cu părțile interesate. Spre acest scop, lucrarea de revizuire se încheie prin propunerea metabolizării urbane FEW ca obiect limită de atras în diverse comunități științifice și de practicieni.

A doua lucrare din colecție, de Ramaswami și colab (2017), este un exemplu de cercetare integrată asupra sistemelor urbane FEW pe care Newell și colab. (2019) o solicită. Lucrarea oferă un cadru de sisteme generalizat care conectează interacțiunile inter-frontaliere și transfrontaliere, cuantifică multiplele impacturi de mediu ale aprovizionării FEW către orașe și vizualizează câteva riscuri legate de lanțul de aprovizionare cu care se confruntă orașele. Ele demonstrează aplicabilitatea cadrului printr-un studiu de caz privind alimentarea, apa și furnizarea de energie pentru consum în Delhi, India. Analiza lor arată că orașul depinde în mare măsură de fluxurile transfrontaliere de hrană (

2. Agricultura și energia urbană - dinamica apei

Producerea și consumul de alimente reprezintă aproape 15% din cererea totală de energie din Statele Unite (SUA). Un domeniu de cercetare care necesită mai multe evaluări este utilizarea energiei în agricultura urbană, deoarece practica prezintă un interes intens în rândul agențiilor orașului, al industriei și al publicului. Lucrarea lui Mohareb et al (2017) evaluează implicațiile energetice și GES ale extinderii agriculturii urbane în țările cu venituri ridicate. Lucrarea catalogează diferitele forme de agricultură urbană, de la grădini rezidențiale și comunitare până la ferme verticale și agricultură periurbană și relevă relațiile dintre forma fermei și profilurile de utilizare a energiei. Autorii folosesc, de asemenea, această catalogare pentru a sugera strategii practice (de exemplu, modificări ale codului de construcție) pentru a separa consumul de energie de producția de alimente urbane. Lucrarea se încheie prin identificarea potențialelor câștiguri în eficiența energetică prin co-localizarea operațiunilor agricole urbane lângă fluxurile de deșeuri, cum ar fi apele uzate, compostul și instalațiile combinate de căldură, pentru a promova câteva interacțiuni sinergice care reduc încărcăturile de resurse urbane și generarea de deșeuri.

Acest potențial de interacțiuni între apele uzate, energia și agricultura, deoarece acestea afectează mediul și sănătatea umană, este luat în considerare în lucrarea de Miller-Robbie și colab (2017), care evaluează fezabilitatea recoltării substanțelor nutritive și a apei uzate tratate pentru a fi utilizate în mediul urban. agricultura. Autorii au efectuat un studiu de teren în Hyderabad, India, care a examinat compromisurile în ceea ce privește utilizarea apei, utilizarea energiei, emisiile de GES, absorbția nutrienților, calitatea agenților patogeni ai culturilor și tipul de apă pentru irigații (tratată versus netratată versus apă subterană). Cercetarea relevă câteva rezultate surprinzătoare. În primul rând, tratarea și refolosirea apelor uzate a dus la o reducere de 33% a emisiilor de GES la nivelul întregului sistem, în comparație cu evacuarea apei netratate în fluxurile de suprafață, care sunt anoxice și, prin urmare, produc emisii de metan din deșeuri. În al doilea rând, din cauza constrângerilor de teren, mai puțin de 1% din substanțele nutritive din apele uzate ale orașului pot fi utilizate în agricultura urbană. În al treilea rând, deși tratarea apelor uzate reduce practic toți agenții patogeni, conținutul de agent patogen al culturii a fost redus cu mult mai puțin, în mare parte datorită contaminării mediului, comportamentului fermierilor și practicilor de recoltare. Lucrarea oferă un exemplu empiric din lumea reală a interacțiunilor dintre legătura Câteva, impactul asupra mediului, riscurile asupra sănătății și comportamentul uman.

3. Agricultura convențională și puține dinamici

Într-o altă lucrare despre producția agricolă, Dozier și colab. (2017) iau în considerare modul în care urbanizarea în aridul vest american conduce la transferul drepturilor la apă din utilizările agricole în cele urbane și mecanismele prin care acest transfer devine adesea permanent. Deoarece crește costul apei, printre alte complicații, acest transfer are implicații pentru comunitățile rurale care depind de agricultură pentru mijloacele lor de trai. Studiul oferă un cadru integrativ pentru a evalua efectele creșterii populației și schimbării utilizării terenurilor asupra producției agricole și viabilitatea strategiilor alternative de gestionare. Rezultatele modelului de echilibru parțial arată că, în multe cazuri, este mai profitabil să vindeți pur și simplu drepturile de apă, mai degrabă să continuați producția agricolă. Studiul concluzionează că mijloacele de trai rurale pot fi susținute prin metode alternative de transfer de apă pe termen scurt și că soluțiile pe termen lung trebuie să se concentreze asupra conservării apei în aceste orașe în creștere.

Berardy și Chester (2017) se concentrează și asupra agriculturii din vestul american, de data aceasta în contextul sistemelor interdependente de apă și energie care permit producerea acesteia. Accentul lor este statul Arizona, care, în ciuda faptului că este foarte arid, produce produse agricole pe tot parcursul anului și este o sursă majoră de legume în lunile de iarnă pentru marile orașe, inclusiv Phoenix, Los Angeles, Las Vegas și San Diego. Electricitatea alimentează sistemele de irigații esențiale pentru producerea acestor culturi, astfel că defecțiunile din ambele sisteme au ramificații în ceea ce privește disponibilitatea alimentelor în regiune. Pentru a înțelege vulnerabilitatea acestei Câteva legături în contextul schimbărilor climatice, autorii evaluează impactul temperaturilor mai ridicate și al perturbărilor aferente ale apei și energiei asupra producției agricole (în special randamentul, utilizarea apei și utilizarea energiei). Pe baza simulărilor dinamice, o creștere a temperaturii de 1 ° C are ca rezultat o scădere de 1% –12% a randamentului, în funcție de cultură, și o creștere de 2,6% a aporturilor de irigații pentru toate culturile majore. Sistemele de irigații sunt un nod deosebit de vulnerabil în sistemul agricol din Arizona. Studiul identifică necesitatea unei utilizări mai eficiente a apei și a energiei pentru a crește rezistența agriculturii la schimbările climatice din Arizona și vestul american.

4. Amprenta energetică a dietei americane

5. Domenii cheie pentru cercetări viitoare

Informați de lucrările din acest număr special și de alte publicații recente despre NECESTE legături și durabilitatea urbană, încheiem prin identificarea a patru domenii fructuoase pentru cercetări viitoare:

5.1. Servicii ecosistemice ale agriculturii urbane

Până în prezent, cercetările s-au concentrat asupra faptului dacă agricultura urbană poate produce cantități viabile de alimente pentru o anumită populație și, într-o măsură mai mică, cuantificarea amprentei de mediu a practicilor de producție. Unele articole din acest număr special indică faptul că agricultura urbană în creștere poate chiar exacerba stresul de mediu local (de exemplu, în Delhi și Hyderabad). Astfel, promisiunea creșterii agriculturii urbane nu poate consta neapărat în eficiența resurselor și diminuarea poluării, ci, mai degrabă, în celelalte beneficii ale sistemelor alimentare urbane: accesul la fructe și legume proaspete, crearea de locuri de muncă, substituirea importurilor prin procesarea alimentelor și alte tipuri de sănătate, beneficii pentru comunitate și bunăstare. Sunt necesare cercetări pentru a evalua aceste alte servicii ecosistemice, astfel încât proiectanții urbani și factorii de decizie politică să poată înțelege mai bine modul în care extinderea agriculturii urbane afectează durabilitatea și reziliența orașelor și regiunilor.

5.2. Recuperarea resurselor în legătura urbană CÂTEVA

Limitarea pierderilor și a deșeurilor alimentare comestibile și reducerea ambalajelor pot fi puncte de pârghie mai eficiente pentru îmbunătățirea eficienței resurselor în sistemul alimentar decât s-a înțeles anterior. Birney și colab. (2017) evidențiază necesitatea de a aborda pierderile de alimente în timpul producției și transportului, deoarece evitarea acestor pierderi poate avea beneficii simultane în toate cele trei sisteme (alimente, energie și apă). Reducerea ambalajelor alimentare se arată, de asemenea, că are un beneficiu comparabil cu anumite preocupări de mediu pentru anumite culturi (de exemplu, GES). Având în vedere eficiența agriculturii din SUA, majoritatea pierderilor de alimente și a deșeurilor au loc în faza de vânzare cu amănuntul și consumul ciclului de viață. Prin urmare, orașele sunt atât zone concentrate de producție a deșeurilor alimentare, cât și potențiale locuri de recuperare a resurselor. Cercetările ulterioare care identifică și oferă claritate asupra pârghiilor majore pentru recuperarea resurselor în sistemele urbane FEW mari vor fi extrem de valoroase.

5.3. Echitate, actori sociali și guvernare a legăturii Câteva

Echitatea este din ce în ce mai importantă pentru cercetători și factorii de decizie politică în ceea ce privește justiția alimentară, justiția energetică și accesul la apă. Considerentele privind echitatea socială sunt menționate în acest număr special, la fel ca și cele referitoare la echitatea transfrontalieră (adică, echitatea pe întregul lanț de aprovizionare atunci când agricultura urbană înlocuiește potențialul de trai rural). De asemenea, sunt importante considerațiile privind accesul la resurse în zonele urbane în contextul insecurității alimentare, energiei și apei. Deși aceste teme sunt indicate ca linii importante de cercetare în acest număr special, ele sunt subexplorate în literatura de specialitate curentă. Studiile au comunicat beneficiile de mediu ale consumului mai informat de alimente, energie și apă și reducerea deșeurilor, dar cercetările privind cum să motivați un comportament mai durabil de către indivizi sunt dorite. În mod similar, sunt necesare mai multe cercetări privind complexitatea guvernării sistemelor soiotehnice între sectoare și scale, de exemplu, prin analiza rețelelor sociale. Documentele de aplicare din acest număr evidențiază tipurile de interacțiuni fizice între sectoare și scale, dar dimensiunile umane ale gestionării durabile a nexului reprezintă un punct orb în literatură.

5.4. Nexul alimentar - energie - apă - sănătate

Numeroasele moduri în care câteva sisteme influențează sănătatea și bunăstarea au apărut ca un domeniu cheie pentru cercetări suplimentare. Datorită densității de așezare, modificările sistemelor urbane FEW au adesea impacturi semnificative (și neprevăzute) asupra rezidenților care locuiesc aproape de infrastructurile FEW. Poluarea aerului legată de îngrășăminte, riscul de agenți patogeni în tratarea și reutilizarea apelor uzate, precum și efectele asupra sănătății ale subnutriției, supranutriției și contaminării microbiene legate de alimente reprezintă domenii de cercetare viitoare bogate în legătura alimentară - energie - apă - sănătate.

Mulțumiri

Acest articol a fost posibil datorită granturilor acordate de Fundația Națională pentru Științe, în special următoarele premii: FEW Workshop: Scaling-up Urban Agriculture (# 1541838); Rețeaua de cercetare a sustenabilității și (SRN, # 1444745): și Belmont Forum Colaborative Research Nexus Food-Water-Energy (# 18929627).