• Energy Research

Les événements extrêmes, tels que ceux causés par le changement climatique, les chocs économiques ou géopolitiques et les épidémies de ravageurs ou de maladies, menacent la sécurité alimentaire mondiale. La complexité de la causalité, ainsi que la myriade de façons dont un événement, ou une séquence d'événements, crée des impacts en cascade et systémiques, posent des défis importants à la recherche sur les systèmes alimentaires et aux politiques. Pour identifier les risques prioritaires pour la sécurité alimentaire et les opportunités de recherche, nous avons demandé à des experts de divers domaines et régions géographiques de décrire les principales menaces pour la sécurité alimentaire mondiale au cours des deux prochaines décennies et de suggérer des questions et des lacunes de recherche clés sur ce sujet. Nous présentons ici une hiérarchisation des menaces à la sécurité alimentaire mondiale résultant d'événements extrêmes, ainsi que des questions de recherche émergentes qui mettent en évidence les défis conceptuels et pratiques qui existent dans la conception, l'adoption et la gouvernance de systèmes alimentaires résilients. Nous espérons que ces résultats aideront à orienter le financement de la recherche et les ressources vers les transformations du système alimentaire nécessaires pour aider la société à faire face aux principaux risques du système alimentaire et à l'insécurité alimentaire en cas d'événements extrêmes. Los eventos extremos, como los causados por el cambio climático, las crisis económicas o geopolíticas y las epidemias de plagas o enfermedades, amenazan la seguridad alimentaria mundial. La complejidad de la causalidad, así como las innumerables formas en que un evento, o una secuencia de eventos, crea impactos en cascada y sistémicos, plantea desafíos significativos para la investigación y las políticas de los sistemas alimentarios por igual. Para identificar los riesgos prioritarios para la seguridad alimentaria y las oportunidades de investigación, pedimos a expertos de una variedad de campos y geografías que describieran las amenazas clave para la seguridad alimentaria mundial en las próximas dos décadas y que sugirieran preguntas y brechas clave de investigación sobre este tema. Aquí, presentamos una priorización de las amenazas a la seguridad alimentaria mundial derivadas de eventos extremos, así como preguntas de investigación emergentes que resaltan los desafíos conceptuales y prácticos que existen para diseñar, adoptar y gobernar sistemas alimentarios resilientes. Esperamos que estos hallazgos ayuden a dirigir la financiación de la investigación y los recursos hacia las transformaciones del sistema alimentario necesarias para ayudar a la sociedad a abordar los principales riesgos del sistema alimentario y la inseguridad alimentaria en situaciones extremas. Extreme events, such as those caused by climate change, economic or geopolitical shocks, and pest or disease epidemics, threaten global food security. The complexity of causation, as well as the myriad ways that an event, or a sequence of events, creates cascading and systemic impacts, poses significant challenges to food systems research and policy alike. To identify priority food security risks and research opportunities, we asked experts from a range of fields and geographies to describe key threats to global food security over the next two decades and to suggest key research questions and gaps on this topic. Here, we present a prioritization of threats to global food security from extreme events, as well as emerging research questions that highlight the conceptual and practical challenges that exist in designing, adopting, and governing resilient food systems. We hope that these findings help in directing research funding and resources toward food system transformations needed to help society tackle major food system risks and food insecurity under extreme events. وتهدد الأحداث المتطرفة، مثل تلك الناجمة عن تغير المناخ والصدمات الاقتصادية أو الجيوسياسية وأوبئة الآفات أو الأمراض، الأمن الغذائي العالمي. إن تعقيد السببية، فضلاً عن الطرق التي لا تعد ولا تحصى التي يخلق بها الحدث، أو سلسلة من الأحداث، تأثيرات متتالية ومنهجية، تشكل تحديات كبيرة لبحوث وسياسات النظم الغذائية على حد سواء. لتحديد مخاطر الأمن الغذائي ذات الأولوية وفرص البحث، طلبنا من خبراء من مجموعة من المجالات والمناطق الجغرافية وصف التهديدات الرئيسية للأمن الغذائي العالمي على مدى العقدين المقبلين واقتراح أسئلة وثغرات بحثية رئيسية حول هذا الموضوع. هنا، نقدم أولوية للتهديدات التي يتعرض لها الأمن الغذائي العالمي من الأحداث المتطرفة، بالإضافة إلى أسئلة البحث الناشئة التي تسلط الضوء على التحديات المفاهيمية والعملية الموجودة في تصميم وتبني وإدارة النظم الغذائية المرنة. نأمل أن تساعد هذه النتائج في توجيه تمويل البحوث والموارد نحو تحولات النظام الغذائي اللازمة لمساعدة المجتمع على معالجة المخاطر الرئيسية للنظام الغذائي وانعدام الأمن الغذائي في ظل الأحداث المتطرفة.

Dans les régions tropicales, le passage des forêts et de l'agroforesterie traditionnelle aux plantations intensives génère des conflits entre le bien-être humain (les demandes des agriculteurs et les besoins de la société) et la protection de l'environnement. Atteindre la durabilité dans cette transformation impliquera inévitablement des compromis entre de multiples fonctions écologiques et socio-économiques. Pour faire face à ces compromis, notre étude a utilisé une nouvelle approche méthodologique permettant d'identifier des scénarios de transformation, y compris des compositions théoriques du paysage qui satisfont de multiples fonctions écologiques (complexité structurelle, conditions microclimatiques, carbone organique dans la biomasse végétale, carbone organique du sol et pertes par lessivage des nutriments) et les besoins des agriculteurs (besoins en main-d' œuvre et en intrants, revenu total des terres et retour à la terre et au travail) tout en tenant compte de la fourniture incertaine de ces fonctions et ayant un potentiel réel d'adoption par les agriculteurs. Nous avons combiné une approche d'optimisation robuste et multi-objectifs avec un algorithme de recherche itératif permettant d'identifier les fonctions écologiques et socio-économiques qui expliquent le mieux les décisions actuelles en matière d'utilisation des terres. Le modèle a ensuite optimisé la composition théorique de l'utilisation des terres qui satisfaisait de multiples fonctions écologiques et socio-économiques. Entre ces extrémités, nous avons simulé des scénarios de transformation reflétant la transition de la composition actuelle de l'utilisation des terres vers un optimum multifonctionnel normatif. Ces scénarios de transformation impliquent l'augmentation du nombre de fonctions socio-économiques ou écologiques optimisées, conduisant à une plus grande richesse fonctionnelle (c'est-à-dire, le nombre de fonctions). Nous avons appliqué cette méthode aux petites exploitations agricoles de la province de Jambi, en Indonésie, où l'agroforesterie traditionnelle en caoutchouc, les plantations d'hévéas et les plantations de palmiers à huile sont les principaux systèmes d'utilisation des terres. Compte tenu des systèmes d'utilisation des terres actuellement pratiqués, notre étude a révélé que le rendement à court terme des terres était le principal facteur expliquant les décisions actuelles en matière d'utilisation des terres. Favoriser une composition alternative qui satisfasse des fonctions socio-économiques supplémentaires nécessiterait des changements mineurs (« fruits à portée de main »). Cependant, la satisfaction d'un seul indicateur écologique (par exemple, la réduction des pertes de lessivage des nutriments) exigerait des changements substantiels dans la composition actuelle de l'utilisation des terres (« moonshot »). Cela conduirait inévitablement à une baisse des bénéfices, soulignant la nécessité d'incitations si l'objectif sociétal est d'établir des paysages agricoles multifonctionnels. Avec de nombreuses plantations de palmiers à huile approchant de la fin de leurs cycles de production dans la province de Jambi, il existe une fenêtre d'opportunité unique pour transformer les paysages agricoles. En las regiones tropicales, el paso de los bosques y la agrosilvicultura tradicional a las plantaciones intensivas genera conflictos entre el bienestar humano (las demandas de los agricultores y las necesidades de la sociedad) y la protección del medio ambiente. Lograr la sostenibilidad en esta transformación implicará inevitablemente compensaciones entre múltiples funciones ecológicas y socioeconómicas. Para abordar estas compensaciones, nuestro estudio utilizó un nuevo enfoque metodológico que permite la identificación de escenarios de transformación, incluidas las composiciones teóricas del paisaje que satisfacen múltiples funciones ecológicas (es decir, complejidad estructural, condiciones microclimáticas, carbono orgánico en la biomasa vegetal, carbono orgánico del suelo y pérdidas de lixiviación de nutrientes) y las necesidades de los agricultores (es decir, requisitos de mano de obra e insumos, ingresos totales a la tierra y retorno a la tierra y mano de obra), al tiempo que se tiene en cuenta la provisión incierta de estas funciones y el potencial real de adopción por parte de los agricultores. Combinamos un enfoque de optimización robusto y multiobjetivo con un algoritmo de búsqueda iterativo que permite identificar las funciones ecológicas y socioeconómicas que mejor explican las decisiones actuales sobre el uso del suelo. A continuación, el modelo optimizó la composición teórica del uso de la tierra que satisfacía múltiples funciones ecológicas y socioeconómicas. Entre estos extremos, simulamos escenarios de transformación que reflejan la transición de la composición actual del uso de la tierra hacia un óptimo multifuncional normativo. Estos escenarios de transformación implican aumentar el número de funciones socioeconómicas o ecológicas optimizadas, lo que conduce a una mayor riqueza funcional (es decir, el número de funciones). Aplicamos este método a las pequeñas explotaciones agrícolas en la provincia de Jambi, Indonesia, donde la agroforestería tradicional del caucho, las plantaciones de caucho y las plantaciones de palma aceitera son los principales sistemas de uso de la tierra. Dados los sistemas de uso de la tierra practicados actualmente, nuestro estudio reveló retornos a corto plazo a la tierra como el factor principal para explicar las decisiones actuales sobre el uso de la tierra. Fomentar una composición alternativa que satisfaga funciones socioeconómicas adicionales requeriría cambios menores ("frutos bajos"). Sin embargo, satisfacer incluso un solo indicador ecológico (por ejemplo, la reducción de las pérdidas por lixiviación de nutrientes) exigiría cambios sustanciales en la composición actual del uso de la tierra ("moonshot"). Esto conduciría inevitablemente a una disminución de las ganancias, lo que subraya la necesidad de incentivos si el objetivo de la sociedad es establecer paisajes agrícolas multifuncionales. Con muchas plantaciones de palma aceitera acercándose al final de sus ciclos de producción en la provincia de Jambi, existe una ventana de oportunidad única para transformar los paisajes agrícolas. In tropical regions, shifting from forests and traditional agroforestry to intensive plantations generates conflicts between human welfare (farmers' demands and societal needs) and environmental protection. Achieving sustainability in this transformation will inevitably involve trade-offs between multiple ecological and socioeconomic functions. To address these trade-offs, our study used a new methodological approach allowing the identification of transformation scenarios, including theoretical landscape compositions that satisfy multiple ecological functions (i.e., structural complexity, microclimatic conditions, organic carbon in plant biomass, soil organic carbon and nutrient leaching losses), and farmers needs (i.e., labor and input requirements, total income to land, and return to land and labor) while accounting for the uncertain provision of these functions and having an actual potential for adoption by farmers. We combined a robust, multi-objective optimization approach with an iterative search algorithm allowing the identification of ecological and socioeconomic functions that best explain current land-use decisions. The model then optimized the theoretical land-use composition that satisfied multiple ecological and socioeconomic functions. Between these ends, we simulated transformation scenarios reflecting the transition from current land-use composition towards a normative multifunctional optimum. These transformation scenarios involve increasing the number of optimized socioeconomic or ecological functions, leading to higher functional richness (i.e., number of functions). We applied this method to smallholder farms in the Jambi Province, Indonesia, where traditional rubber agroforestry, rubber plantations, and oil palm plantations are the main land-use systems. Given the currently practiced land-use systems, our study revealed short-term returns to land as the principal factor in explaining current land-use decisions. Fostering an alternative composition that satisfies additional socioeconomic functions would require minor changes ("low-hanging fruits"). However, satisfying even a single ecological indicator (e.g., reduction of nutrient leaching losses) would demand substantial changes in the current land-use composition ("moonshot"). This would inevitably lead to a profit decline, underscoring the need for incentives if the societal goal is to establish multifunctional agricultural landscapes. With many oil palm plantations nearing the end of their production cycles in the Jambi province, there is a unique window of opportunity to transform agricultural landscapes. في المناطق المدارية، يؤدي التحول من الغابات والحراجة الزراعية التقليدية إلى المزارع المكثفة إلى نشوب صراعات بين رفاهية الإنسان (مطالب المزارعين والاحتياجات المجتمعية) وحماية البيئة. وسيشمل تحقيق الاستدامة في هذا التحول حتماً مقايضات بين وظائف بيئية واجتماعية واقتصادية متعددة. ولمعالجة هذه المفاضلات، استخدمت دراستنا نهجًا منهجيًا جديدًا يسمح بتحديد سيناريوهات التحول، بما في ذلك تركيبات المناظر الطبيعية النظرية التي تلبي وظائف بيئية متعددة (أي التعقيد الهيكلي، والظروف المناخية الدقيقة، والكربون العضوي في الكتلة الحيوية النباتية، والكربون العضوي في التربة وخسائر رشح المغذيات)، واحتياجات المزارعين (أي متطلبات العمالة والمدخلات، وإجمالي الدخل للأرض، والعودة إلى الأرض والعمالة) مع مراعاة التوفير غير المؤكد لهذه الوظائف ولديها إمكانات فعلية لاعتمادها من قبل المزارعين. لقد جمعنا نهجًا قويًا ومتعدد الأهداف للتحسين مع خوارزمية بحث تكرارية تسمح بتحديد الوظائف البيئية والاجتماعية والاقتصادية التي تشرح على أفضل وجه القرارات الحالية لاستخدام الأراضي. ثم قام النموذج بتحسين التركيبة النظرية لاستخدام الأراضي التي تلبي العديد من الوظائف البيئية والاجتماعية والاقتصادية. بين هذه الغايات، قمنا بمحاكاة سيناريوهات التحول التي تعكس الانتقال من التكوين الحالي لاستخدام الأراضي إلى الأمثل المعياري متعدد الوظائف. تتضمن سيناريوهات التحول هذه زيادة عدد الوظائف الاجتماعية والاقتصادية أو البيئية المحسنة، مما يؤدي إلى ثراء وظيفي أعلى (أي عدد الوظائف). طبقنا هذه الطريقة على مزارع أصحاب الحيازات الصغيرة في مقاطعة جامبي بإندونيسيا، حيث تعد الحراجة الزراعية المطاطية التقليدية ومزارع المطاط ومزارع نخيل الزيت هي أنظمة استخدام الأراضي الرئيسية. بالنظر إلى أنظمة استخدام الأراضي المطبقة حاليًا، كشفت دراستنا عن عوائد قصيرة الأجل للأراضي باعتبارها العامل الرئيسي في شرح القرارات الحالية لاستخدام الأراضي. سيتطلب تعزيز تركيبة بديلة تفي بالوظائف الاجتماعية والاقتصادية الإضافية تغييرات طفيفة (" ثمار منخفضة الشنق "). ومع ذلك، فإن تلبية حتى مؤشر إيكولوجي واحد (على سبيل المثال، تقليل خسائر ارتشاح المغذيات) سيتطلب تغييرات كبيرة في التكوين الحالي لاستخدام الأراضي (" طلقة القمر "). وهذا من شأنه أن يؤدي حتماً إلى انخفاض الأرباح، مما يؤكد الحاجة إلى الحوافز إذا كان الهدف المجتمعي هو إنشاء مناظر زراعية متعددة الوظائف. مع اقتراب العديد من مزارع نخيل الزيت من نهاية دورات إنتاجها في مقاطعة جامبي، هناك فرصة فريدة لتحويل المناظر الطبيعية الزراعية.

Climate and insect pests are vital variables that affect crop production. Climate change will alter the magnitude and timing of precipitation, but how rainfall and temperature interact to affect insect pest damage in agriculture is poorly understood. Here, we explore the interacting effects of elevation and contrasting weather conditions (a wet vs. dry year) on macadamia nut quality, which is strongly affected by insect pests. For two years, we sampled macadamia nuts at 40 plots, stratified across ten farms along an elevational gradient in subtropical Limpopo province of South Africa. As measures of nut quality, we related total kernel recovery, nut immaturity, and kernel insect damage to precipitation and elevation. Higher rainfall reduced nut quality in all three response variables, while colder temperatures at higher elevations mitigated this effect. Our findings suggest that future warmer temperatures, more intense and wetter rainy seasons could lead to lowered macadamia nut quality even at higher elevations and economic losses to the industry.

AbstractLand-use change and intensification threaten bee populations worldwide, imperilling pollination services. Global models are needed to better characterise, project, and mitigate bees' responses to these human impacts. The available data are, however, geographically and taxonomically unrepresentative; most data are from North America and Western Europe, overrepresenting bumblebees and raising concerns that model results may not be generalizable to other regions and taxa. To assess whether the geographic and taxonomic biases of data could undermine effectiveness of models for conservation policy, we have collated from the published literature a global dataset of bee diversity at sites facing land-use change and intensification, and assess whether bee responses to these pressures vary across 11 regions (Western, Northern, Eastern and Southern Europe; North, Central and South America; Australia and New Zealand; South East Asia; Middle and Southern Africa) and between bumblebees and other bees. Our analyses highlight strong regionally-based responses of total abundance, species richness and Simpson's diversity to land use, caused by variation in the sensitivity of species and potentially in the nature of threats. These results suggest that global extrapolation of models based on geographically and taxonomically restricted data may underestimate the true uncertainty, increasing the risk of ecological surprises.

To cope with biodiversity and climate change challenges, Education for Sustainable Development (ESD) needs to emphasize knowledge that considers multiple perspectives. Optimizing teacher education requires knowledge about the prerequisites of student teachers. The latter includes content knowledge with respect to Sustainable Development (SD). Apart from situational and conceptual knowledge, procedural knowledge (containing solution strategies) is of special interest, but it is much more difficult to measure. Thus, this study aims at developing a refined procedure to measure SD-relevant procedural knowledge and to define a measure for such knowledge, including a suitable benchmark for its evaluation. As SD-relevant knowledge, the SD challenges biodiversity loss and climate change were focused on. For operationalizing these challenges, the highly relevant contexts insects and pollination and peatland use were chosen. For both SD challenges and contexts, potential solution strategies were identified by a literature review. A procedure was then tested to measure procedural knowledge. The procedure includes a two-round expert survey (Delphi approach) with an in-between think-aloud study with student teachers. The described innovative procedure resulted in a measure (18 items) to assess procedural knowledge of student teachers via effectiveness estimations of provided solution strategies. This measure contains procedural knowledge items that are related to prior presented scenarios regarding the two contexts and a benchmark to evaluate these items. The benchmark derives from the second round of the Delphi study. The procedure and the developed final instrument include expertise from multiple disciplines such as ESD, SD, biodiversity, insect and pollination, climate change and peatland use. The sophisticated procedure can be transferred to challenging measurement developments. Furthermore, the measure provided for SD-relevant knowledge can be applied to other target groups in upper secondary and in higher education within ESD.

The degradation of natural forests to modified forests threatens subtropical and tropical biodiversity worldwide. Yet, species responses to forest modification vary considerably. Furthermore, effects of forest modification can differ, whether with respect to diversity components (taxonomic or phylogenetic) or to local (α-diversity) and regional (β-diversity) spatial scales. This real-world complexity has so far hampered our understanding of subtropical and tropical biodiversity patterns in human-modified forest landscapes. In a subtropical South African forest landscape, we studied the responses of three successive plant life stages (adult trees, saplings, seedlings) and of birds to five different types of forest modification distinguished by the degree of within-forest disturbance and forest loss. Responses of the two taxa differed markedly. Thus, the taxonomic α-diversity of birds was negatively correlated with the diversity of all plant life stages and, contrary to plant diversity, increased with forest disturbance. Conversely, forest disturbance reduced the phylogenetic α-diversity of all plant life stages but not that of birds. Forest loss neither affected taxonomic nor phylogenetic diversity of any taxon. On the regional scale, taxonomic but not phylogenetic β-diversity of both taxa was well predicted by variation in forest disturbance and forest loss. In contrast to adult trees, the phylogenetic diversity of saplings and seedlings showed signs of contemporary environmental filtering. In conclusion, forest modification in this subtropical landscape strongly shaped both local and regional biodiversity but with contrasting outcomes. Phylogenetic diversity of plants may be more threatened than that of mobile species such as birds. The reduced phylogenetic diversity of saplings and seedlings suggests losses in biodiversity that are not visible in adult trees, potentially indicating time-lags and contemporary shifts in forest regeneration. The different responses of taxonomic and phylogenetic diversity to forest modifications imply that biodiversity conservation in this subtropical landscape requires the preservation of natural and modified forests.