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延迟使用生物能源作物可能会威胁气候和粮食安全

摘要

缓解行动将全球变暖限制在2°C以内的潜力(参考文献)。1)可能依赖于丰富的生物质供应,以碳捕获和储存(BECCS)大规模生物能源,预计在未来将显著扩大23.45.然而,气候变化对作物产量的不利影响可能会降低BECCS的能力并威胁粮食安全678,从而在全球变暖上形成了一个未被认识到的正反馈循环。我们通过实现作物产量对生长季节温度、大气CO增加的响应来量化这种反馈的强度2致密地球系统模型中氮肥的浓度和强度9.超过气候变化阈值将危及气候稳定并威胁粮食安全,从而导致社会生态系统发生变革性变化。如果全球变暖超过约2.5°C时,大规模BECCS的全球减缓推迟到2060年,那么BECCS的农业残留物产量将太低,无法实现到2200年2°C的巴黎目标。对粮食的持续需求放大了这种失败的风险,导致耕地扩大或氮肥施肥加剧,以弥补气候引起的产量损失。因此,我们的研究结果强调了尽早缓解(最好在2040年之前)的紧迫性,以避免不可逆转的气候变化和严重的粮食危机,除非在不久的将来出现其他负排放技术来弥补BECCS能力的下降。

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图1:由于减少作物秸秆生物质原料对BECCS的气候产量反馈以及对粮食供应和LUC的潜在影响。
图2:作物产量、气候和土地管理之间的关系。
图3:农业反馈对气候变暖和粮食供应的影响。
图4:生物能源、气候变暖和粮食安全之间的关系。
图5:农业反馈影响增温与累积CO的关系2排放。
图6:气候减缓对减少区域粮食缺口的贡献。

数据可用性

进一步的资料可在补充资料中查阅。用于我们分析的代码和数据可在GitHub存储库中获得:https://github.com/rongwang-fudan/OSCAR_Agriculture_Global

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下载参考

确认

R.W.感谢中国国家自然科学基金(41877506)和中国青年千人计划的资助。荣志、小田、陈俊和荣文感谢上海国际科技合作计划(21230780200)的支持。X.T.和R.W.感谢复旦-金光智库基金(JGSXK2014)的支持。P.C.感谢ANR CLAND收敛研究所16- convc -0003的支持。J.P.和J.S.感谢加泰罗尼亚政府拨款SGR 2017-1005和AGAUR-2020PANDE00117,西班牙政府拨款PID2019-110521GB-I00和Fundación Ramón Areces拨款element - climate的财政支持。T.G.感谢奥地利科学基金(FWF)在资助协议P31796-N29 (ERM项目)下的支持。

作者信息

作者及隶属关系

作者

贡献

R.W.构思了这项研究,设计了这项研究,并撰写了第一版手稿。s.x整理数据,进行研究并准备图表。T.G.提供了奥斯卡模型。p.c.、t.g.、j.p.、y.b.、o.b.、i.a.j.、j.s.、j.h.c.、曹j和R.Z.提供了分析气候变化与粮食安全关系的工具。j.p., p.c., I.A.J.和J.S.提供了分析使用生物能源的生态影响的工具。J.H.C.和X.F.X.提供了分析绿色能源使用措施的工具。曹杰、陈杰、李伟、小田和荣志提供了分析气候变化对农艺影响的工具。所有共同作者解释了结果,并对写作做出了贡献。

相应的作者

对应到荣王

道德声明

相互竞争的利益

作者声明没有利益竞争。

同行评审

同行评审信息

自然感谢Gernot Wagner和其他匿名审稿人对这项工作的同行评审所做的贡献。同行评审报告是可用的。

额外的信息

出版商的注意施普林格自然对出版的地图和机构从属关系中的管辖权主张保持中立。

补充信息

补充信息

该文件包含补充图1-16,补充表1-6和进一步的参考文献。

同行评审文件

补充数据集1

用于产量-气候拟合的数据。根据文献整理了作物产量随生长季节温度、二氧化碳浓度和氮肥强度变化的数据。

补充数据集2

农作物产量、氮肥、二氧化碳等数据2)浓度、生长季平均气温和降水量。按作物品种、施氮量、CO2该扩展数据集中列出了该模型中使用的167个国家2019年的浓度、平均生长季温度和降水。

补充数据集3

全球种植日历数据。不同国家小麦、水稻和玉米的种植历数据是根据文献编制的。

权利和权限

根据与作者或其他权利持有人签订的出版协议,《自然》杂志或其许可方对本文拥有独家权利;作者对这篇文章接受的手稿版本的自我存档仅受此类出版协议的条款和适用法律的约束。

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引用本文

徐松,王荣荣,葛泽涛,王志强。et al。延迟使用生物能源作物可能会威胁气候和粮食安全。自然609, 299-306(2022)。https://doi.org/10.1038/s41586-022-05055-8

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