A contribuit în mod egal la această lucrare cu: R. C. Henry, K. Engström

limita

Roluri Administrare proiect, Vizualizare, Scriere - schiță originală, Scriere - recenzie și editare

Affiliation School of Geosciences, Universitatea din Edinburgh, Edinburgh, Regatul Unit

A contribuit în mod egal la această lucrare cu: R. C. Henry, K. Engström

Roluri Conceptualizare, Analiză formală, Metodologie, Software, Scriere - schiță originală

Departamentul de afiliere pentru geografie fizică și știința ecosistemelor, Universitatea Lund, Sölvegatan 12, Lund, Suedia

Roluri Analiză formală, metodologie, software

Autori ‡ Acești autori au contribuit, de asemenea, în mod egal la această lucrare.

Departamentul de afiliere pentru geografie fizică și știința ecosistemelor, Universitatea Lund, Sölvegatan 12, Lund, Suedia

Roluri Achiziție finanțare, Scriere - recenzie și editare

Autori ‡ Acești autori au contribuit, de asemenea, în mod egal la această lucrare.

Affiliations School of Geosciences, Universitatea din Edinburgh, Edinburgh, Regatul Unit, Cercetarea economiei funciare și a mediului, SRUC, Edinburgh, Regatul Unit

Roluri Achiziție finanțare, supraveghere, scriere - revizuire și editare

Autori ‡ Acești autori au contribuit, de asemenea, în mod egal la această lucrare.

Afiliere Institutul de Tehnologie Karlsruhe, Institutul de Meteorologie și Cercetări Climatice, Cercetări de Mediu Atmosferic (IMK-IFU), Kreuzeckbahnstr. 19, Garmisch-Partenkirchen, Germania

Roluri Achiziție finanțare, supraveghere, scriere - revizuire și editare

Autori ‡ Acești autori au contribuit, de asemenea, în mod egal la această lucrare.

Afilieri School of Geosciences, University of Edinburgh, Edinburgh, Marea Britanie, Karlsruhe Institute of Technology, Institute of Meteorology and Climate Research, Atmospheric Environmental Research (IMK-IFU), Kreuzeckbahnstr. 19, Garmisch-Partenkirchen, Germania

  • R. C. Henry,
  • K. Engström,
  • S. Olin,
  • P. Alexandru,
  • A. Arneth,
  • M. D. A. Rounsevell

Cifre

Abstract

Citare: Henry RC, Engström K, Olin S, Alexander P, Arneth A, Rounsevell MDA (2018) Aprovizionarea cu alimente și producția de bioenergie în cadrul graniței planetare globale a terenurilor agricole. PLOS ONE 13 (3): e0194695. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0194695

Editor: Paul C. Struik, Universitatea Wageningen, OLANDA

Primit: 9 august 2017; Admis: 7 martie 2018; Publicat: 22 martie 2018

Disponibilitatea datelor: Datele care stau la baza acestui studiu au fost încărcate în baza de date PANGEA și sunt accesibile utilizând următorul link: https://doi.pangaea.de/10.1594/PANGAEA.885799.

Finanțarea: Acest studiu a fost realizat în cadrul grantului Formas Strong Research Environment acordat AA, Utilizarea terenurilor astăzi și mâine (LUsTT; dnr: 211-2009-1682; http://www.formas.se/en/). MDAR, PA și AA recunosc sprijinul proiectului LUC4C al șaptelea program-cadru (FP7) al Uniunii Europene (subvenția nr. 603542; https://ec.europa.eu/research/fp7/index_en.cfm). RCH și PA recunosc sprijinul proiectului Programului de securitate alimentară globală din Marea Britanie, Reziliența sistemului alimentar din Marea Britanie la șocurile globale (RUGS, BB/N020707/1; https://www.foodsecurity.ac.uk/). Finanțatorii nu au avut niciun rol în proiectarea studiului, colectarea și analiza datelor, decizia de publicare sau pregătirea manuscrisului.

Interese concurente: Autorii au declarat că nu există interese concurente.

1. Introducere

Creșterea preconizată a populației la peste 9 miliarde de oameni până în 2050, impactul schimbărilor climatice asupra productivității agricole [1-4] și schimbările către dietele pe bază de animale [5-8] reprezintă toate o provocare pentru asigurarea securității alimentare în viitor. Proporția persoanelor subnutrate la nivel mondial s-a înjumătățit între 1990 și 2015; scăzând de la 23,3% în 1990–92 la 12,9% în 2015 [9]. Cu toate acestea, în 2015 existau încă aproximativ 800 de milioane de subnutriți, în special în Asia și Africa. Atingerea securității alimentare în viitor va necesita o producție suficientă de alimente, precum și distribuția și accesul egal al acesteia de către toți oamenii, așa cum se menționează în cel de-al doilea obiectiv al ONU pentru dezvoltare durabilă [10].

Luate împreună, există presiuni mari asupra sistemului funciar pentru a hrăni o populație în creștere, pentru a contribui la atenuarea climei și, totuși, pentru a rămâne în limita planetei pentru zona de culturi. În ultimele decenii, analizele scenariilor au jucat un rol central în evaluările abordării unor astfel de presiuni crescânde, căutând să exploreze efectele potențiale ale schimbărilor socioeconomice și ale schimbărilor globale de mediu. Astfel de scenarii sunt derivate dintr-o interpretare a unor povești coerente și calitative care descriu căi viitoare sau proiecții [24-27]. Scenariile exploratorii descriu diferite stări viitoare care pot apărea în absența stabilirii țintelor, deseori extrapolând tendințele actuale de ex. în cererea de alimente, expansiunea terenurilor agricole și climatul [27-29]. De exemplu, lucrările recente folosind modele de evaluare integrată au explorat mai multe probleme, incluzând viitoarele schimbări climatice, de utilizare a terenurilor și a sectorului energetic care ar putea avea loc fără a lua în considerare politicile de mediu sau energetice explicite [4,30,29,31-33].

Într-o abordare de scenariu normativă (sau orientată spre obiective), obiectivele care reprezintă o situație dorită la un moment dat în viitor sunt mai întâi definite și căile de realizare a acestor obiective sunt interpretate sau derivate, adesea din simulări de model [34]. Abordările de scenarii normative existente au definite obiective și au interpretat căi pentru a satisface cererea de alimente [35] constrângerile de mediu [36] și obiectivele de bioenergie [37,38]. În unele cazuri, au fost luate în considerare mai mult de o țintă, de exemplu, Erb și colab. [36] a evaluat spațiul de opțiuni pentru a satisface cererea globală estimată de alimente în diferite diete în 2050, cu niveluri scăzute sau deloc de defrișare. Cu toate acestea, nu a fost încă luată în considerare o abordare normativă care ia în considerare simultan obiectivele limită pentru reducerea penuriei mondiale de alimente, restricționarea schimbării utilizării terenurilor și satisfacerea cererii de bioenergie.

2. Metode

2.1 Obiective normative

Obiectivul de aprovizionare cu alimente ar trebui să asigure aprovizionarea adecvată cu alimente pentru întreaga populație globală. Cerințele dietetice au fost estimate dintr-o populație globală de 9,1 miliarde în 2050 [42] și o necesitate zilnică de energie dietetică de 2350 kcal pe cap de locuitor pe zi (capacitate kcal -1 d -1; [43]). Statisticile consumului de hrană pe cap de locuitor [44] utilizate aici deduc risipa de alimente la nivelul gospodăriei. Se estimează că risipa medie globală de alimente la nivelul gospodăriei este de 12% [45] și, astfel, obiectivul de aprovizionare cu alimente a fost stabilit la un minim de 2635 kcal limită -1 d -1 în medie pe țară.

Ținta limită planetară pentru suprafața globală a terenurilor de cultură presupune că până la 15% din suprafața terestră globală fără gheață poate fi utilizată pentru producția de culturi [13]; suprafața actuală este de 12%. Presupunând o suprafață totală fără gheață de 13400 Mha, am stabilit 2010 Mha ca limită planetară a terenurilor de cultură globale.

Pentru obiectivul de atenuare a bioenergiei, am ales calea bioenergiei proiectată în scenariul 450 din perspectiva energetică mondială [41]. Având în vedere contribuția necunoscută a culturilor energetice de a doua generație, am modelat doar culturile bioenergetice de primă generație, care contribuie în prezent cu 3-4% din producția globală de bioenergie [46]. Tendințele recente au arătat o creștere a utilizării culturilor bioenergetice pentru combustibil, de exemplu, utilizarea biomasei moderne pentru transportatorii de energie lichidă și gazoasă a crescut cu 37% din 2006 până în 2009 [46]. Presupunem că contribuția globală a culturilor bioenergetice de primă generație s-ar dubla din 2000 până în 2050, pe măsură ce țările se îndepărtează din ce în ce mai mult de la utilizarea biomasei tradiționale cu eficiență scăzută, cum ar fi lemnul, paiul și bălegarul, la culturile energetice cu eficiență mai mare. În scenariul 450, se preconizează că contribuția bioenergiei, a biomasei tradiționale și moderne, va crește de la 10% din cererea globală de energie primară de astăzi la 15% până în 2035 (2235 milioane tone echivalent petrol (Mtoe), care este 94 EJ până în 2035 și 125 EJ când se extrapolează până în 2050; [41]). Astfel, am stabilit obiectivul de atenuare a bioenergiei pentru culturile bioenergetice de primă generație la 9 EJ până în 2050.

2.2 Ipoteze pentru simulări de model

Modelul parsimonios de utilizare a terenului a fost utilizat pentru a simula sistemul agricol până în 2050 (descrieri detaliate ale PLUM pot fi găsite în; [39,47]. PLUM simulează schimbarea utilizării terenurilor agricole în terenurile de cereale ca un proxy pentru schimbările în terenurile cultivate cu cerealele utilizate pentru cererea de alimente și hrană pentru animale.Mecanismul comercial presupune că țările au acces la o piață globală. Cererea într-o țară poate fi satisfăcută de producția internă de cereale și de importuri. Țările cu producție care depășește cererea exportă surplusul. datele de observație găsite la scară globală, gama de rezultate ale modelului simulate ar putea reproduce modele de consum, producție și utilizare a terenurilor agricole [39].