• Energy Research

Dans cette étude, nous évaluons les outils d'évaluation de l'agriculture intelligente face au climat (AIC) en ce qui concerne leur aptitude à couvrir non seulement les aspects biophysiques mais aussi socio-économiques de l'AIC, en nous concentrant sur le niveau des ménages de petits exploitants dans les pays à revenu faible et intermédiaire (PRFI). Dans cet article d'opinion, nous donnons un aperçu concis des développements les plus récents dans la mesure des indicateurs et des mesures clés pour les trois piliers de l'AIC (sécurité alimentaire, adaptation et atténuation) et donnons notre avis sur la façon dont nous pensons que cela permettrait d'améliorer l'état actuel de l'évaluation de l'AIC dans un contexte de petite exploitation agricole. Notre évaluation montre que tous les outils examinés ici ont une perspective biophysique tout en examinant la productivité et ignorent en grande partie les aspects sociaux (par exemple, la sécurité alimentaire, le genre) et économiques (pauvreté) potentiels de la durabilité d'une production intensifiée. L'atténuation a également été analysée dans toutes les approches, mais peu d'outils vont au-delà des émissions de gaz à effet de serre pour analyser de manière plus générique la durabilité environnementale (par exemple, la qualité de l'eau, la santé des sols, les services écosystémiques). L'adaptation au changement climatique était le pilier de l'ASC avec la représentation la plus faible parmi les approches examinées ici. Sur la base d'un aperçu des avantages récents dans les travaux axés sur l'AIC, nos principales recommandations sont i) de mieux utiliser les progrès récents dans l'élaboration d'indicateurs pour les évaluations de la durabilité, y compris les travaux sur la quantification de l'empreinte hydrique et terrestre en relation avec la gestion agricole ; ii) d'utiliser des analyses au niveau des ménages pour quantifier les voies de la productivité vers la sécurité alimentaire et l'amélioration de la nutrition ainsi que pour décrire les facteurs d'adoption des options d'adaptation ; et iii) d'utiliser les progrès récents dans la quantification spécifique au système des émissions de gaz à effet de serre grâce à la modélisation ciblée LMIC et aux travaux empiriques. En este estudio evaluamos las herramientas de evaluación de la Agricultura Climáticamente Inteligente (ASAC) con respecto a su idoneidad para cubrir no solo los aspectos biofísicos sino también socioeconómicos de la ASAC, centrándonos en el nivel de hogares de pequeños agricultores en los países de ingresos bajos y medios (PIMB). En este artículo de opinión damos una visión general concisa de los desarrollos más recientes en la medición de indicadores y métricas clave para los tres pilares de la ASAC (seguridad alimentaria, adaptación y mitigación) y damos nuestra opinión sobre cómo creemos que esto permitiría mejoras en el estado actual de la evaluación de la ASAC en un contexto de pequeña agricultura. Nuestra evaluación muestra que todas las herramientas revisadas aquí tienen una lente biofísica al observar la productividad e ignoran en gran medida los posibles aspectos sociales (por ejemplo, seguridad alimentaria, género) y económicos (pobreza) de la sostenibilidad de la producción intensificada. La mitigación también se analizó en todos los enfoques, pero pocas herramientas van más allá de las emisiones de gases de efecto invernadero para analizar la sostenibilidad ambiental (por ejemplo, la calidad del agua, la salud del suelo, los servicios ecosistémicos) de manera más genérica. La adaptación al cambio climático fue el pilar de la ASAC con la representación más débil dentro de los enfoques revisados aquí. Sobre la base de una visión general de las ventajas recientes en el trabajo centrado en la ASAC, nuestras recomendaciones clave son: i) hacer un mejor uso de los avances recientes en el desarrollo de indicadores para las evaluaciones de sostenibilidad, incluido el trabajo sobre la cuantificación de las huellas de agua y tierra en relación con la gestión agrícola; ii) utilizar análisis a nivel de los hogares para cuantificar las vías desde la productividad hacia la seguridad alimentaria y la mejora de la nutrición, así como describir los impulsores de la adopción de opciones de adaptación; y iii) utilizar los avances recientes en la cuantificación específica del sistema de las emisiones de gases de efecto invernadero a través de la modelización y el trabajo empírico centrados en los PIBM. In this study we evaluate Climate Smart Agriculture (CSA) assessment tools with regard to their suitability for covering not only biophysical but also socio-economic aspects of CSA, focusing on smallholder household level in Low and Middle Income Countries (LMIC). In this opinion piece we give a concise overview of the most recent developments in measuring key indicators and metrics for the three pillars of CSA (food security, adaptation and mitigation) and give our opinion on how we think this would allow for improvements in the current state of assessing CSA in a smallholder farming context. Our assessment shows that all tools reviewed here have a biophysical lens while looking at productivity, and largely ignore potential social (e.g. food security, gender) and economic (poverty) aspects of the sustainability of intensified production. Mitigation was also analyzed in all approaches but few tools go beyond greenhouse gas emissions to analyse environmental sustainability (for example water quality, soil health, ecosystem services) more generically. Climate change adaptation was the CSA pillar with the weakest representation within the approaches reviewed here. Based on an overview of recent advantages in work focusing on CSA our key recommendations are i) to make better use of recent advances in indicator development for sustainability assessments, including work on quantification of water and land footprints in relation to farm management; ii) to use household level analyses to quantify pathways from productivity towards food security and improved nutrition as well as descripting drivers of adoption of adaptation options; and iii) to use recent advances in system specific quantification of greenhouse gas emissions through both LMIC focused modelling and empirical work. في هذه الدراسة، نقوم بتقييم أدوات تقييم الزراعة الذكية مناخياً (CSA) فيما يتعلق بمدى ملاءمتها لتغطية ليس فقط الجوانب الفيزيائية الحيوية ولكن أيضًا الجوانب الاجتماعية والاقتصادية لـ CSA، مع التركيز على مستوى الأسر ذات الحيازات الصغيرة في البلدان منخفضة ومتوسطة الدخل (LMIC). في مقالة الرأي هذه، نقدم لمحة موجزة عن أحدث التطورات في قياس المؤشرات والمقاييس الرئيسية للركائز الثلاث لـ CSA (الأمن الغذائي والتكيف والتخفيف) ونقدم رأينا حول كيف نعتقد أن هذا سيسمح بتحسينات في الوضع الحالي لتقييم CSA في سياق زراعة أصحاب الحيازات الصغيرة. يُظهر تقييمنا أن جميع الأدوات التي تمت مراجعتها هنا تحتوي على عدسة بيوفيزيائية أثناء النظر إلى الإنتاجية، وتتجاهل إلى حد كبير الجوانب الاجتماعية المحتملة (مثل الأمن الغذائي والنوع الاجتماعي) والاقتصادية (الفقر) لاستدامة الإنتاج المكثف. كما تم تحليل التخفيف في جميع النهج ولكن القليل من الأدوات تتجاوز انبعاثات غازات الدفيئة لتحليل الاستدامة البيئية (على سبيل المثال جودة المياه وصحة التربة وخدمات النظام الإيكولوجي) بشكل عام. كان التكيف مع تغير المناخ هو ركيزة التقييم الذاتي الشامل مع أضعف تمثيل ضمن النهج التي تم استعراضها هنا. استنادًا إلى نظرة عامة على المزايا الحديثة في العمل الذي يركز على التقييم الذاتي الشامل، فإن توصياتنا الرئيسية هي: 1) الاستفادة بشكل أفضل من التطورات الحديثة في تطوير المؤشرات لتقييمات الاستدامة، بما في ذلك العمل على القياس الكمي للمياه وآثار الأراضي فيما يتعلق بإدارة المزارع ؛ 2) استخدام التحليلات على مستوى الأسرة لتحديد المسارات من الإنتاجية إلى الأمن الغذائي والتغذية المحسنة بالإضافة إلى وصف الدوافع لاعتماد خيارات التكيف ؛ و 3) استخدام التطورات الحديثة في القياس الكمي المحدد للنظام لانبعاثات غازات الدفيئة من خلال كل من النمذجة التي تركز على البلدان المنخفضة والمتوسطة الدخل والعمل التجريبي.

Dans cette étude, nous évaluons les outils d'évaluation de l'agriculture intelligente face au climat (AIC) en ce qui concerne leur aptitude à couvrir non seulement les aspects biophysiques mais aussi socio-économiques de l'AIC, en nous concentrant sur le niveau des ménages de petits exploitants dans les pays à revenu faible et intermédiaire (PRFI). Dans cet article d'opinion, nous donnons un aperçu concis des développements les plus récents dans la mesure des indicateurs et des mesures clés pour les trois piliers de l'AIC (sécurité alimentaire, adaptation et atténuation) et donnons notre avis sur la façon dont nous pensons que cela permettrait d'améliorer l'état actuel de l'évaluation de l'AIC dans un contexte de petite exploitation agricole. Notre évaluation montre que tous les outils examinés ici ont une perspective biophysique tout en examinant la productivité et ignorent en grande partie les aspects sociaux (par exemple, la sécurité alimentaire, le genre) et économiques (pauvreté) potentiels de la durabilité d'une production intensifiée. L'atténuation a également été analysée dans toutes les approches, mais peu d'outils vont au-delà des émissions de gaz à effet de serre pour analyser de manière plus générique la durabilité environnementale (par exemple, la qualité de l'eau, la santé des sols, les services écosystémiques). L'adaptation au changement climatique était le pilier de l'ASC avec la représentation la plus faible parmi les approches examinées ici. Sur la base d'un aperçu des avantages récents dans les travaux axés sur l'AIC, nos principales recommandations sont i) de mieux utiliser les progrès récents dans l'élaboration d'indicateurs pour les évaluations de la durabilité, y compris les travaux sur la quantification de l'empreinte hydrique et terrestre en relation avec la gestion agricole ; ii) d'utiliser des analyses au niveau des ménages pour quantifier les voies de la productivité vers la sécurité alimentaire et l'amélioration de la nutrition ainsi que pour décrire les facteurs d'adoption des options d'adaptation ; et iii) d'utiliser les progrès récents dans la quantification spécifique au système des émissions de gaz à effet de serre grâce à la modélisation ciblée LMIC et aux travaux empiriques. En este estudio evaluamos las herramientas de evaluación de la Agricultura Climáticamente Inteligente (ASAC) con respecto a su idoneidad para cubrir no solo los aspectos biofísicos sino también socioeconómicos de la ASAC, centrándonos en el nivel de hogares de pequeños agricultores en los países de ingresos bajos y medios (PIMB). En este artículo de opinión damos una visión general concisa de los desarrollos más recientes en la medición de indicadores y métricas clave para los tres pilares de la ASAC (seguridad alimentaria, adaptación y mitigación) y damos nuestra opinión sobre cómo creemos que esto permitiría mejoras en el estado actual de la evaluación de la ASAC en un contexto de pequeña agricultura. Nuestra evaluación muestra que todas las herramientas revisadas aquí tienen una lente biofísica al observar la productividad e ignoran en gran medida los posibles aspectos sociales (por ejemplo, seguridad alimentaria, género) y económicos (pobreza) de la sostenibilidad de la producción intensificada. La mitigación también se analizó en todos los enfoques, pero pocas herramientas van más allá de las emisiones de gases de efecto invernadero para analizar la sostenibilidad ambiental (por ejemplo, la calidad del agua, la salud del suelo, los servicios ecosistémicos) de manera más genérica. La adaptación al cambio climático fue el pilar de la ASAC con la representación más débil dentro de los enfoques revisados aquí. Sobre la base de una visión general de las ventajas recientes en el trabajo centrado en la ASAC, nuestras recomendaciones clave son: i) hacer un mejor uso de los avances recientes en el desarrollo de indicadores para las evaluaciones de sostenibilidad, incluido el trabajo sobre la cuantificación de las huellas de agua y tierra en relación con la gestión agrícola; ii) utilizar análisis a nivel de los hogares para cuantificar las vías desde la productividad hacia la seguridad alimentaria y la mejora de la nutrición, así como describir los impulsores de la adopción de opciones de adaptación; y iii) utilizar los avances recientes en la cuantificación específica del sistema de las emisiones de gases de efecto invernadero a través de la modelización y el trabajo empírico centrados en los PIBM. In this study we evaluate Climate Smart Agriculture (CSA) assessment tools with regard to their suitability for covering not only biophysical but also socio-economic aspects of CSA, focusing on smallholder household level in Low and Middle Income Countries (LMIC). In this opinion piece we give a concise overview of the most recent developments in measuring key indicators and metrics for the three pillars of CSA (food security, adaptation and mitigation) and give our opinion on how we think this would allow for improvements in the current state of assessing CSA in a smallholder farming context. Our assessment shows that all tools reviewed here have a biophysical lens while looking at productivity, and largely ignore potential social (e.g. food security, gender) and economic (poverty) aspects of the sustainability of intensified production. Mitigation was also analyzed in all approaches but few tools go beyond greenhouse gas emissions to analyse environmental sustainability (for example water quality, soil health, ecosystem services) more generically. Climate change adaptation was the CSA pillar with the weakest representation within the approaches reviewed here. Based on an overview of recent advantages in work focusing on CSA our key recommendations are i) to make better use of recent advances in indicator development for sustainability assessments, including work on quantification of water and land footprints in relation to farm management; ii) to use household level analyses to quantify pathways from productivity towards food security and improved nutrition as well as descripting drivers of adoption of adaptation options; and iii) to use recent advances in system specific quantification of greenhouse gas emissions through both LMIC focused modelling and empirical work. في هذه الدراسة، نقوم بتقييم أدوات تقييم الزراعة الذكية مناخياً (CSA) فيما يتعلق بمدى ملاءمتها لتغطية ليس فقط الجوانب الفيزيائية الحيوية ولكن أيضًا الجوانب الاجتماعية والاقتصادية لـ CSA، مع التركيز على مستوى الأسر ذات الحيازات الصغيرة في البلدان منخفضة ومتوسطة الدخل (LMIC). في مقالة الرأي هذه، نقدم لمحة موجزة عن أحدث التطورات في قياس المؤشرات والمقاييس الرئيسية للركائز الثلاث لـ CSA (الأمن الغذائي والتكيف والتخفيف) ونقدم رأينا حول كيف نعتقد أن هذا سيسمح بتحسينات في الوضع الحالي لتقييم CSA في سياق زراعة أصحاب الحيازات الصغيرة. يُظهر تقييمنا أن جميع الأدوات التي تمت مراجعتها هنا تحتوي على عدسة بيوفيزيائية أثناء النظر إلى الإنتاجية، وتتجاهل إلى حد كبير الجوانب الاجتماعية المحتملة (مثل الأمن الغذائي والنوع الاجتماعي) والاقتصادية (الفقر) لاستدامة الإنتاج المكثف. كما تم تحليل التخفيف في جميع النهج ولكن القليل من الأدوات تتجاوز انبعاثات غازات الدفيئة لتحليل الاستدامة البيئية (على سبيل المثال جودة المياه وصحة التربة وخدمات النظام الإيكولوجي) بشكل عام. كان التكيف مع تغير المناخ هو ركيزة التقييم الذاتي الشامل مع أضعف تمثيل ضمن النهج التي تم استعراضها هنا. استنادًا إلى نظرة عامة على المزايا الحديثة في العمل الذي يركز على التقييم الذاتي الشامل، فإن توصياتنا الرئيسية هي: 1) الاستفادة بشكل أفضل من التطورات الحديثة في تطوير المؤشرات لتقييمات الاستدامة، بما في ذلك العمل على القياس الكمي للمياه وآثار الأراضي فيما يتعلق بإدارة المزارع ؛ 2) استخدام التحليلات على مستوى الأسرة لتحديد المسارات من الإنتاجية إلى الأمن الغذائي والتغذية المحسنة بالإضافة إلى وصف الدوافع لاعتماد خيارات التكيف ؛ و 3) استخدام التطورات الحديثة في القياس الكمي المحدد للنظام لانبعاثات غازات الدفيئة من خلال كل من النمذجة التي تركز على البلدان المنخفضة والمتوسطة الدخل والعمل التجريبي.

Abstract. According to the latest report of the Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC), emissions must be cut by 41–72 % below 2010 levels by 2050 for a likely chance of containing the global mean temperature increase to 2 °C. The AFOLU sector (Agriculture, Forestry and Other Land Use) roughly contributes with a quarter (~ 10–12 PgCO2e.yr−1) of the net anthropogenic GHG emissions mainly from deforestation, fire, wood harvesting, and agricultural emissions including croplands, paddy rice and livestock. In spite of the importance of this sector, it is unclear where are the regions in the planet with AFOLU emissions hotspots, and how uncertain these emissions are. Here we present a novel spatially comparable dataset containing annual mean estimates of gross AFOLU emissions (CO2, CH4, N2O), associated uncertainties, and leading emission sources, in a spatially disaggregated manner (0.5°), for the tropics, for the period 2000–2005. Our data highlight: i) the existence of AFOLU emissions hotspots on all continents, with particular importance of evergreen rainforest deforestation in Central and South America, fire in dry forests in Africa, and both peatland emissions and agriculture in Asia; ii) a predominant contribution of forests and CO2 to the total AFOLU emissions (75 %) and to their uncertainties (98 %), iii) higher gross fluxes from forests coincide with higher uncertainties, making agricultural hotspots more appealing for effective mitigation action, and iv) a lower contribution of non-CO2 agricultural emissions to the total gross budget (ca. 25 %) with livestock (15.5 %) and rice (7 %) leading the emissions. Gross AFOLU tropical emissions 8.2 (5.5–12.2) were in the range of other databases 8.4 and 8.0 PgCO2e.yr−1 (FAOSTAT and EDGAR respectively), but we offer a spatially detailed benchmark for monitoring progress on reducing emissions from the land sector in the tropics. The location of the AFOLU hotspots of emissions and data on their associated uncertainties, will assist national policy makers, investors and other decision-makers who seek to understand the mitigation potential of the AFOLU sector.

Abstract. According to the latest report of the Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC), emissions must be cut by 41–72 % below 2010 levels by 2050 for a likely chance of containing the global mean temperature increase to 2 °C. The AFOLU sector (Agriculture, Forestry and Other Land Use) roughly contributes with a quarter (~ 10–12 PgCO2e.yr−1) of the net anthropogenic GHG emissions mainly from deforestation, fire, wood harvesting, and agricultural emissions including croplands, paddy rice and livestock. In spite of the importance of this sector, it is unclear where are the regions in the planet with AFOLU emissions hotspots, and how uncertain these emissions are. Here we present a novel spatially comparable dataset containing annual mean estimates of gross AFOLU emissions (CO2, CH4, N2O), associated uncertainties, and leading emission sources, in a spatially disaggregated manner (0.5°), for the tropics, for the period 2000–2005. Our data highlight: i) the existence of AFOLU emissions hotspots on all continents, with particular importance of evergreen rainforest deforestation in Central and South America, fire in dry forests in Africa, and both peatland emissions and agriculture in Asia; ii) a predominant contribution of forests and CO2 to the total AFOLU emissions (75 %) and to their uncertainties (98 %), iii) higher gross fluxes from forests coincide with higher uncertainties, making agricultural hotspots more appealing for effective mitigation action, and iv) a lower contribution of non-CO2 agricultural emissions to the total gross budget (ca. 25 %) with livestock (15.5 %) and rice (7 %) leading the emissions. Gross AFOLU tropical emissions 8.2 (5.5–12.2) were in the range of other databases 8.4 and 8.0 PgCO2e.yr−1 (FAOSTAT and EDGAR respectively), but we offer a spatially detailed benchmark for monitoring progress on reducing emissions from the land sector in the tropics. The location of the AFOLU hotspots of emissions and data on their associated uncertainties, will assist national policy makers, investors and other decision-makers who seek to understand the mitigation potential of the AFOLU sector.

AbstractGlobally, about 50% of all arable soils are classified as acidic. As crop and plant growth are significantly hampered under acidic soil conditions, many farmers, but increasingly as well forest managers, apply lime to raise the soil pH. Besides its direct effect on soil pH, liming also affects soil C and nutrient cycles and associated greenhouse gas (GHG) fluxes. In this meta‐analysis, we reviewed 1570 observations reported in 121 field‐based studies worldwide, to assess liming effects on soil GHG fluxes and plant productivity. We found that liming significantly increases crop yield by 36.3%. Also, soil organic C (SOC) stocks were found to increase by 4.51% annually, though soil respiration is stimulated too (7.57%). Moreover, liming was found to reduce soil N2O emission by 21.3%, yield‐scaled N2O emission by 21.5%, and CH4 emission and yield‐scaled CH4 emission from rice paddies by 19.0% and 12.4%, respectively. Assuming that all acid agricultural soils are limed periodically, liming results in a total GHG balance benefit of 633−749 Tg CO2‐eq year−1 due to reductions in soil N2O emissions (0.60−0.67 Tg N2O‐N year−1) and paddy soil CH4 emissions (1.75−2.21 Tg CH4 year−1) and increases in SOC stocks (65.7–110 Tg C year−1). However, this comes at the cost of an additional CO2 release (c. 624–656 Tg CO2 year−1) deriving from lime mining, transport and application, and lime dissolution, so that the overall GHG balance is likely neutral. Nevertheless, liming of acid agricultural soils will increase yields by at least 6.64 × 108 Mg year−1, covering the food supply of 876 million people. Overall, our study shows for the first time that a general strategy of liming of acid agricultural soils is likely to result in an increasing sustainability of global agricultural production, indicating the potential benefit of liming acid soils for climate change mitigation and food security.

AbstractGlobally, about 50% of all arable soils are classified as acidic. As crop and plant growth are significantly hampered under acidic soil conditions, many farmers, but increasingly as well forest managers, apply lime to raise the soil pH. Besides its direct effect on soil pH, liming also affects soil C and nutrient cycles and associated greenhouse gas (GHG) fluxes. In this meta‐analysis, we reviewed 1570 observations reported in 121 field‐based studies worldwide, to assess liming effects on soil GHG fluxes and plant productivity. We found that liming significantly increases crop yield by 36.3%. Also, soil organic C (SOC) stocks were found to increase by 4.51% annually, though soil respiration is stimulated too (7.57%). Moreover, liming was found to reduce soil N2O emission by 21.3%, yield‐scaled N2O emission by 21.5%, and CH4 emission and yield‐scaled CH4 emission from rice paddies by 19.0% and 12.4%, respectively. Assuming that all acid agricultural soils are limed periodically, liming results in a total GHG balance benefit of 633−749 Tg CO2‐eq year−1 due to reductions in soil N2O emissions (0.60−0.67 Tg N2O‐N year−1) and paddy soil CH4 emissions (1.75−2.21 Tg CH4 year−1) and increases in SOC stocks (65.7–110 Tg C year−1). However, this comes at the cost of an additional CO2 release (c. 624–656 Tg CO2 year−1) deriving from lime mining, transport and application, and lime dissolution, so that the overall GHG balance is likely neutral. Nevertheless, liming of acid agricultural soils will increase yields by at least 6.64 × 108 Mg year−1, covering the food supply of 876 million people. Overall, our study shows for the first time that a general strategy of liming of acid agricultural soils is likely to result in an increasing sustainability of global agricultural production, indicating the potential benefit of liming acid soils for climate change mitigation and food security.

While emissions of nitric oxide (NO), ammonia (NH₃) and nitrous oxide (N₂O) from grassland soils have been increasingly well constrained, soil dinitrogen (N₂) emissions are poorly understood. However, N₂ losses might dominate total gaseous nitrogen (N) losses. Knowledge on N losses is key for the development of climate-adapted management that balances agronomic and environmental needs. Hence, we quantified all gaseous N losses from a montane grassland in Southern Germany both for ambient climatic conditions and for a climate change treatment (+ 2°C MAT, - 300 mm MAP). Monthly measurements of soil N₂ emissions of intact soil cores revealed that those exceeded by far soil N₂O emissions and averaged at 350 ± 101 (ambient climate) and 738 ± 197 lg N m¯²h¯¹ (climate change). Because these measurements did not allow to quantify emission peaks after fertilization, an additional laboratory experiment was deployed to quantify the response of NH₃, NO, N₂O, and N₂ emissions in sub daily temporal resolution to a typical slurry fertilization event (51 kg N ha¯¹). Our results revealed that total N gas losses amounted to roughly half of applied slurry-N. Surprisingly, N₂ but not NH₃ dominated fertilizer N losses, with N₂ emissions accounting for 16–21 kg or 31–42% of the applied slurry-N, while NH₃ volatilization (3.5 kg), N2O (0.2–0.5 kg) and NO losses (0–0.2 kg) were of minor importance. Though constraining annual N₂ loss remained uncertain due to high spatiotemporal variability of fluxes, we show that N₂ losses are a so far overlooked key component of the N balance in montane grasslands, which needs to be considered for developing improved grassland management strategies targeted at increasing N use efficiency.