有机农业与气候变化外文翻译资料

 2022-08-09 03:08

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有机农业与气候变化

摘要

本文从农业,系统设计、农田管理、草地和牲畜管理三个主要方面探讨了有机农业系统的缓解和适应潜力。有机管理系统对减缓气候变化的一个重要的潜在贡献是在仔细管理养分方面,从而减少土壤中的NO排放。有机农业的另一个高缓解潜力在于土壤中的碳封存。在初步估计中,不使用矿物肥料的减排潜力约为20%,而碳封存的补偿潜力约为目前全球每年农业温室气体(GHG)排放量的40-72%,但需要进一步研究来巩固这些数字。在适应方面,有机农业系统具有强大的潜力,可在面临不确定性的情况下通过农场多样化和用有机质建立土壤肥力来建立弹性食品系统。此外,有机农业为诸如合成肥料等能源密集型生产投入提供了替代方案,由于能源价格上涨,这些投入可能会进一步限制贫穷的农村人口。在发展中国家,有机衣业系统与当前的常规做法相比,实现了同等甚至更高的产量,这为气候变化时期农村贫困人口的粮食安全和可持续生计提供了一个潜在的重要选择。经过认证的有机产品为农民提供了更高收入的选择,因此可以作为全球气候友好型农业实践的推动者。

关键词:有机农业,气候变化,减缓,适应,碳封存,多样化,恢复力

引言

根据政府间气候变化专门委员会(IPCC)第四次评估报告,来自农业部门的温室气体(GHG)排放量占10-12%,相当于人类每年排放总量的1gt。然而,这种核算只包括直接的农业排放;农业投入品如氮肥、合成农药和用于农业机械和灌溉的化石燃料的生产所产生的排放量不计算在内。此外,一些农业措施引起的碳储量的土地变化没有被考虑在内。砍伐原始森林。由于土地转为农业而造成的森林砍伐造成的排放占全球温室气体排放的12%,可以额外分配给农业。因此,农业生产活动排放的温室气体至少占全球人为温室气体排放的四分之一,如果将食品处理和加工活动考虑在内,那么农业和食品部门排放的总份额将至少占总排放的三分之一。考虑到农业对人为温室气体排放的巨大贡献在应对气候变化方面,排放、食品生产方式的选择可能是一个问题,也可能是一个解决方案。
显然,农业高度依赖于气候条件,因此受到变化和变异性的影响,对粮食安全有着明显的影响。不断变化的环境条件,如气温上升、降水模式变化和极端天气事件的增加,严重影响农业生产力,因为脆弱性增加,甚至农业生存能力。到2030年,不利的农业影响将主要集中在热带地区,在那里,农业为撒哈拉以南非洲60%以上的人口提供了主要的生计来源,而在亚洲和太平洋地区,这一数字约为40-50%。尽管气温升高2.5摄氏度已经是不可避免的,但为了促进这些地区的粮食安全和可持续生计,迫切需要设计用于应对压力和适应变化的农业生态系统。到2050年,包括温带地区在内的全球所有农业生态系统都将受到气候变化的影响。因此,所有人都对寻求气候适应的粮食系统感兴趣。

本文从三个方面论述了有机农业系统的缓解和适应潜力

有机农业和气候变化

特点:农业系统设计,农田管理,草地和牲畜管理。其目标是提出一个案例,证明良好的农业管理能够在提供粮食和生计的同时,弥补目前大部分部门的温室气体排放。

有机农业的定义
根据食品法典委员会规定,有机农业是一种整体生产管理系统,它避免使用合成肥料、杀虫剂和转基因生物,最大限度地减少空气、土壤和水的污染,并优化相互依存的植物、动物和人类社区的健康和生产力。为了实现这些目标,有机农业的农民需要实施一系列措施,优化营养和能量流动,减少风险,如作物轮作和增加作物多样性,不同的活畜和植物组合,与豆科植物共生固氮,施用有机肥和生物防治害虫。所有这些战略都力求充分利用当地资源。因此,有机系统天生就适应于特定场地的禀赋和限制。
在本文中,我们指的是实现上述实践的所有农业系统,而不仅仅是有机认证的系统。有机认证是市场需要的,特别是当生产者和消费者之间的距离很大,需要核实有机产品的要求。在发展中国家,大量未经认证的农场将有机农业实践应用于自身的生存目的。必须强调的是,如果没有适当的农场设计和管理来保护自然资源免于退化,不使用合成原料并不等于有机作业。2007年,经认证的有机土地面积为3200万公顷,涉及1200万农民。

农业系统设计

有限的外部输入

在有机农业系统中,外部投入的使用是有限的。禁止使用矿物肥料和化学杀虫剂等合成原料。化学合成氮肥所使用的能量,完全不包括在有机系统中,为0.4-0.6Gt二氧化碳排放。这相当于全球10%的直接农业排放和1%左右的人为温室气体排放。Williams et al。计算了英国传统小麦生产的总一次能源负担,其中矿物肥料占56%,农药占11%。Pimental计算了美国玉米的类似结果,施肥占30-40%,小麦和玉米占9-11%。有机农业的使用避免了这些排放。
然而,在没有劳动力和条件允许的地方,有机管理可能需要更多的化石由于燃料能用于机械杂草的机械控制。在英国有对7种有机作物和传统作物进行的比较表明,所有有机产品的机械都有更高的能源需求。但是,对机械的较高能源需求并没有超过先前的合成肥料和杀虫剂所节省的能源。在所有情况下,有机系统的单位产品总能耗都较低,但胡萝卜除外,因为火焰除草的能耗较高。平均而言,有机产品的总能源需求下降了15%。
有机农业对能源投入的依赖性降低,降低了对能源价格上涨的脆弱性,从而降低了农业投入价格的波动性。2008年第一季度,氮肥价格上涨了160%,预计随着石油峰值和气候变化,价格将再次上涨,这将进一步限制农村贫困人口获得农业投入。有机农业可以通过提供农业投入品的替代品,成为维持粮食安全的一种有前途的方法。禁止氮肥投入的另一个作用是鼓励提高养分利用效率,从而减少二氮排放的风险。从1960年到2000年,虽然农业生产力随着肥料利用率的提高而大幅度提高,但全球谷物生产氮肥利用效率却从80%下降到30%,而氮肥排放的风险却增加了。
如果所有的农业都采用有机管理,目前每年生产100兆吨的无机肥料氮和相应的不排放将会下降;使用1.3%的排放系数的物肥料氮,这些排放占10%的人为温室气体排放从农业。因此,有机地禁止使用矿物肥料,既减少了肥料生产的能源需求,也减少了肥料施用过程中一氧化二氮的排放,可以使全球农业温室气体的直接排放降低20%左右。减少使用合成肥料会导致单位土地产量降低,这取决于以前管理制度的强度水平。Badgley等人计算得出,在有机管理下发达国家的平均产量损失为0-20%;而在发展中国家,产量增加或几乎没有减少。在外部投入低的地区,特别是在大多数粮食不安全的干旱和半干旱地区,有机产量一般可提高180%。在低投入系统中,较高的产量主要是通过施用来自综合畜牧生产、堆肥和多样化的粪肥实现的。在潮湿地区,传统上牲畜较少被纳入农业系统,因此没有可用的粪肥,有机产量取决于其他有机氮来源的可用性。在水稻中,氮是由固氮生物(如Azolla)提供的,其产量可与传统水稻系统相比。在多年生作物中,如咖啡或香蕉,即使在某些情况下测量到较高的产量,也更有可能出现高产下降。然而,在一个适当的农林业系统中,主要作物的低产量通过生产其他粮食和商品得到补偿。不同的有机农业标准鼓励农林复合系统。
作物多样化
由于不使用合成投入物,有机农业系统不得不适应当地的环境条件。因此,选择的品种和品种是根据它们对当地土壤和气候的适应性以及它们对当地病虫害的抵抗力。有机种植的农民不喜欢使用统一的作物 和品种,而是选择更健壮的传统品种,他们倾向于保护和发展这些品种。此外,在时间和空间上种植不同组合的作物,旨在增强农业生态系统对极端天气事件或价格变化等外部冲击的弹性,这些都是随着气候变化最有可能增加的风险。发展中国家多样化的种植制度不仅依赖经济作物,而且也依赖供家庭消费的粮食作物。目前,大多数小规模农民是粮食的净购买者,因此极易受到粮食价格波动的影响。独立于统一的商业种子和进口食品,增强了自力更生,并促进了粮食主权。种植制度的多样化也能更有效地利用现有的营养物质,提高生产力和经济效益,这在营养物质有限和财政拮据的时候是十分重要的。
集成的畜牧业生产
为了取得成功,有机农业必须将植物和牲畜生产结合起来,尽可能优化养分的利用和循环利用。目前,世界上一半的猪肉生产来自无地工业体系。而家禽肉类的这一份额超过70%。这些有限和密集的牲畜系统导致农场水平上的高营养过剩。美国农业部在1997年进行了一项综合研究,计算出可回收肥料氮的60%和可回收肥料磷的65%的总农场水平过剩。
无地畜牧业生产系统很少出现在有机农业系统中。根据欧盟关于有机生产的规定,牲畜单位不得超过每公顷2个单位,这相当于大约170公斤的氮。38因此,肥料投入是根据植物的吸收能力量身定做的,这是IPCC建议的缓解策略,以减少无排放和浸出。但是,其他地区在这方面的有机标准还有待进一步发展,以满足国际有机农业运动联合会(IFOAM)的原则作为生产与畜牧业的和谐平衡。
农场中营养过剩不仅会导致高的零排放风险,而且还会导致对世界有限资源的低效利用。当肥料需要从很远的地方运来施用时,就会产生很高的能量消耗。
在牧场上,有限的牲畜密度可以避免过度放牧。过度放牧是土地退化的危险因素,导致土壤碳流失。
每公顷牲畜单位的限制和较低的生产强度是多用途牲畜系统的诱因。案例研究计算表明,通过饲养重复使用的畜种(即奶牛和奶牛),牛奶和牛肉生产过程中产生的甲烷排放量可以减少20%以上(例如,用于牛奶和肉类生产)。由于重复使用的品种产奶量较低,通常不被保存在传统的系统中,但在以粗粮为基础的有机系统中,重复使用的品种并不意味着进一步的产量损失,因此更有可能被使用。
有机农业和气候变化
《太平洋有机标准》包含了最具体的与气候相关的标准,它要求超过5公顷的土地至少留出5%的认证面积用于野生动物,除非该土地采用传统的农林复合经营或多元种植方式。农林业,系统也有类似的效果,甚至在更高的程度上。它们被国际气候变化委员会推荐为缓解气候变化的策略,并受到有机农业不同标准的鼓励。
生物质燃烧和森林砍伐
生物质燃烧产生的CH4 and N2O占农业温室气体排放的12%。42此外,在燃烧的生物质中储存的碳会流失到大气中。在有机农业中,通过燃烧植被来整地的方法被限制在最低限度。
IFOAM的有机标准禁止对初级生态系统进行认证,而这些生态系统最近已经被清除或改变。3.32因此,有机农业有助于制止因森林转为耕地而造成的森林砍伐(占全球温室气体排放的12%),从而大大有助于减缓气候变化。然而,有机标准的进一步发展是必要的。

退化土地恢复
建议采用诸如轮作、覆盖作物、施肥和施用有机改良剂等有机耕作方法来恢复退化土壤,从而改善受气候变化影响的农村人口的生计;干旱地区70%的土地被认为是退化的。在埃塞俄比亚退化最严重的地区之一Tigray省,通过农林业、堆肥的应用和在作物序列中引进豆科植物,使100多万公顷土地的土壤肥力技术使农业生产力提高了一倍。通过恢复土壤肥力,农场和区域两级的产量都比使用购买的矿物肥料提高了许多。
退化土地的恢复不仅为农村人口提供了收入机会,而且通过增加土壤碳吸收具有巨大的缓解潜力。退化土地恢复的总缓解潜力估计为0.5Gt(技术潜力高达每吨20美元的碳)和高达0.7Gt(物理势)。由于退化的土地通常容纳市场边缘的人口,因此有机土地管理可能是通过有组织地使用当地劳动力来恢复退化的土地、提高生产力和土壤固碳来改善粮食安全的唯一机会。
农田管理

由于有机系统中的氮含量远远有限,因此有强烈的动机避免损失和提高土壤肥力51。此外,还需要采取预防措施,减少虫害和疾病的风险。最重要的工具来实现这些目的,包括捕获和覆盖作物和间作。

土壤中的N2O排放

N2O排放是农业排放的最重要来源:占农业温室气体排放量的38%。IPCC将默认值1%归因于施用肥料氮作为N2O的直接排放。在其他出版物中,每100kg氮输入可获得高达3-5kg N2O-N的排放系数。全球N2O预算的这些较高值是由于同时考虑了直接和间接排放,包括畜牧业生产、NH3和NO3排放、向河流和沿海地区的氮泄漏等。

在有机系统中,对土壤的氮输入以及潜在的一氧化二氮排放都会减少。目前造成直接N2O排放量在农业温室气体排放量10%范围内的矿物肥料是完全避免的。捕获并覆盖作物提取前一作物未利用的植物可用氮并将其保存在系统中。因此,它们进一步降低了表土中的活性氮水平,这是N2O排放的主要驱动因素。荷兰的一项研究比较了13个有机和传统管理的农场,结果显示有机管理的土壤中可溶性氮含量较低。

N2O排放量随时间变化很大,因此很难确定。作为N2O排放的活性氮份额取决于广泛的土壤、天气条件和管理实践,这可能在一定程度上削弱表土中较低氮水平的积极影响。不同土壤条件的影响尚不清楚。比较施用肥料和矿物肥料的土壤,发现施用肥料后的N2O排放量高于矿物肥料,但并不仅限于所有土壤类型。布里塔尼的一项研究发现,矿物肥料和有机肥料之间没有显著差异。有机物分解所需的高耗氧量解释了有机物和植物残渣混合后一氧化二氮排放量较高的原因。这些N2O的峰值可以通过增加表土的通气量来缓解。在压实土壤中,一氧化二氮排放的风险更高。有机管理措施有助于降低容重,增加土壤通气量。通气量低也是免耕系统N2O排放风险较高的一个原因。

有机农场中N2O排放的最高风险是豆科植物,豆科植物是有机农场的主要氮源。对于德国,在豆科植物被纳入后测量了9kgN2Oha-1

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