Approche pour optimiser le lien eau-terre-alimentation-énergie dans les systèmes agroforestiers sous le changement climatique

Points forts

• Les ressources alimentaires, énergétiques, hydriques et terrestres des systèmes agroforestiers sont indissociables et sont impactées par le changement climatique.
• Un modèle d’optimisation coopérative est proposé pour gérer le lien eau-terre-alimentation-énergie (WLFEN) et faire face au changement climatique.
• La réaffectation des ressources dans WLFEN améliore la synergie entre l’efficacité de l’utilisation des ressources, les avantages économiques et les impacts environnementaux.
• Des liens internes et une synergie existent entre les ressources du WLFEN dans les systèmes agroforestiers et ils sont sensibles au changement climatique.
• Nous proposons une méthode quantitative pour aider à gérer la durabilité des ressources agricoles dans un environnement de changement.

LE CONTEXTE

Les systèmes agroforestiers sont largement promus pour leurs avantages économiques et environnementaux. Les ressources alimentaires, énergétiques, hydriques et terrestres des systèmes agroforestiers sont inextricablement liées et devraient être gravement affectées par le changement climatique. Le développement socio-économique et l’augmentation des populations ont posé des défis uniques pour répondre à la demande de nourriture, d’énergie, d’eau et de terres, et le défi deviendra plus pressant en raison des pénuries de ressources prévues et de la détérioration de l’environnement. Ainsi, une méthode d’optimisation et de gestion durable du lien eau-terre-alimentation-énergie dans les systèmes agroforestiers sous le changement climatique doit être développée.

OBJECTIF

Cet article développe un cadre de modèle d’optimisation pour la gestion durable des ressources limitées eau-terre-alimentation-énergie dans les systèmes agroforestiers sous le changement climatique. Les objectifs sont de (1) quantifier les interactions et les rétroactions au sein des sous-systèmes eau, terre, alimentation et énergie ; (2) fournir des compromis entre l’efficacité de l’utilisation de l’eau et de l’énergie, les avantages économiques et la protection de l’environnement dans les systèmes agroforestiers ; et (3) générer des options politiques optimales parmi les ressources en eau et en terres pour différentes cultures et forêts dans différentes régions sous différents modèles de changement climatique.

MÉTHODES

Le cadre du modèle est basé sur une programmation fractionnaire multiobjectif, et une programmation de compromis est utilisée pour le résoudre. Les modèles de changement climatique sont obtenus à partir de modèles de circulation atmosphérique et de voies de concentration représentatives. Les objectifs ci-dessus sont étudiés à travers un problème réel de gestion des liens dans le nord-est de la Chine. Des bases de données météorologiques spatio-temporelles et basées sur des rapports, des évaluations du cycle de vie, des analyses de corrélation de Pearson, des analyses d’enveloppement de données et des processus de hiérarchie analytique sont intégrés pour réaliser une application pratique.

RÉSULTATS ET CONCLUSIONS

Les résultats montrent que les variations climatiques modifieront les schémas d’allocation de l’eau et des terres et que ces changements seront plus prononcés pour les principales zones céréalières. L’allocation d’eau optimisée a diminué (en particulier pour le riz, par exemple, la valeur moyenne optimale du quota d’irrigation du riz était de 4226 m 3 /ha, tandis que le besoin d’irrigation réel correspondant du riz était de [4200-7200] m 3/ha) pour améliorer l’efficacité de l’utilisation de l’eau, et l’allocation des eaux de surface représentait les deux tiers. Le maïs avait la plus grande superficie de plantation, bien que la plantation de soja ait généré le plus de gaz à effet de serre (les émissions de gaz à effet de serre provenant des activités sur le terrain pour le riz, le maïs et le soja étaient respectivement de 43,46 %, 84,06 % et 91,16 %) ; Cependant, ces gaz peuvent être absorbés par les forêts. Le modèle a amélioré le degré d’harmonie du système ressource-économie-environnement de 0,24 à 0,56 après optimisation.

SIGNIFICATIONS

Les modèles intégrés contribuent à la gestion durable des ressources en eau, nourriture, énergie et terres et peuvent prendre en compte les dynamiques complexes du changement climatique. Il peut être utilisé comme modèle général et étendu à d’autres systèmes agroforestiers qui montrent une production agricole inefficace.