Agriculture and Climate Change: Strategies for Mi7ga7on - - PowerPoint PPT Presentation

Agriculture ¡and ¡Climate ¡Change: ¡ ¡ Strategies ¡for ¡Mi7ga7on ¡and ¡Adapta7on ¡

What ¡we ¡know ¡

Atmospheric ¡nitrous ¡oxide ¡ methane ¡

Observed ¡ ¡ (20th ¡century)

Higher ¡maximum ¡temps ¡ More ¡hot ¡summer ¡days ¡ Higher ¡minimum ¡temps ¡ Fewer ¡frost ¡days ¡ More ¡heavy ¡1-­‑day ¡precip ¡ More ¡heat ¡waves ¡ Fewer ¡cold ¡waves ¡ More ¡drought ¡ More ¡wet ¡spells ¡ More ¡intense ¡El ¡Nino ¡events ¡ More ¡common ¡El ¡Nino ¡events ¡ Very ¡likely ¡ Likely ¡ Virtually ¡certain ¡ Virtually ¡certain ¡ Likely ¡ Possible ¡ Very ¡likely ¡ Unlikely ¡ Likely ¡ Possible ¡ Likely ¡ Very ¡likely ¡ Very ¡Likely ¡ Very ¡Likely ¡ Likely ¡ Very ¡Likely ¡ Very ¡Likely ¡ Very ¡likely ¡ Very ¡Likely ¡ Likely ¡ Possible ¡ Likely ¡

Modeling ¡ ¡ (21st ¡century)

Easterling ¡et ¡al. ¡Science ¡289:2068-­‑2074. ¡ Globally ¡……… ¡

Regionally ¡….. ¡

• Increasing ¡temperatures, ¡par7cularly ¡

nighZme ¡minima ¡

• Precipita7on ¡increasing ¡
• Increasing ¡incidence ¡of ¡high ¡dew ¡points ¡
• Extreme ¡rain ¡events ¡– ¡more ¡frequent ¡than ¡

early ¡20th ¡century, ¡but ¡comparable ¡to ¡late ¡19th ¡

• century. ¡

For ¡an ¡extended ¡discussion ¡of ¡observed ¡regional ¡climate ¡trends ¡see ¡ ¡ h]p://climate.umn.edu/climateChange/climateChangeObservedNu.htm ¡

Soil ¡Temperatures, ¡St. ¡Paul ¡ ¡

J.M. ¡Baker ¡& ¡D.G. ¡Baker. ¡2002. ¡Clima7c ¡Change ¡54:295-­‑303. ¡

400 ¡ 500 ¡ 600 ¡ 700 ¡ 800 ¡ 900 ¡ 1000 ¡ 1100 ¡ 1200 ¡ 1880 ¡ 1900 ¡ 1920 ¡ 1940 ¡ 1960 ¡ 1980 ¡ 2000 ¡ 2020 ¡ basin ¡average ¡precip, ¡mm ¡

Annual ¡Precipita7on, ¡Root ¡River ¡Basin ¡

0 ¡ 50 ¡ 100 ¡ 150 ¡ 200 ¡ 250 ¡ 300 ¡ 350 ¡ 1930 ¡ 1940 ¡ 1950 ¡ 1960 ¡ 1970 ¡ 1980 ¡ 1990 ¡ 2000 ¡ 2010 ¡ 2020 ¡

Stream ¡Flow, ¡Upper ¡Mississippi ¡at ¡McGregor, ¡IA ¡

So, ¡higher ¡CO2, ¡more ¡precipita7on, ¡warmer ¡temperatures, ¡longer ¡ growing ¡season…. ¡ Why ¡is ¡this ¡a ¡problem ¡for ¡Minnesota ¡agriculture? ¡

Disease ¡and ¡Insect ¡Pressures? ¡

• Higher ¡dew ¡points ¡
• Warmer ¡night ¡7me ¡temperatures ¡
• Shorter, ¡warmer ¡winters ¡

Weeds ¡

• “ ¡Among ¡invasive ¡species ¡however, ¡the ¡response ¡

to ¡recent ¡increase ¡in ¡atmospheric ¡carbon ¡dioxide ¡ is ¡striking, ¡rising ¡by ¡almost ¡90% ¡on ¡average, ¡with ¡ field ¡bindweed, ¡Canada ¡thistle ¡and ¡perennial ¡ sowthistle ¡showing ¡strong ¡responses ¡(Table ¡2). ¡ Although ¡only ¡a ¡limited ¡number ¡of ¡studies ¡ involving ¡the ¡response ¡to ¡recent ¡[CO2] ¡increases ¡ are ¡available, ¡the ¡response ¡of ¡noxious ¡invasive ¡ species ¡is ¡about ¡three ¡7mes ¡that ¡of ¡the ¡reported ¡ average ¡for ¡other ¡plant ¡species ¡over ¡this ¡range ¡of ¡ CO2 ¡concentra7ons.” ¡

L.H. ¡Ziska ¡& ¡K. ¡George. ¡2004. ¡World ¡Resour. ¡Rev. ¡16:428-­‑447 ¡

Likely ¡impacts ¡on ¡agriculture ¡

• Li]le ¡change ¡in ¡ET ¡

 ¡Water ¡Use ¡Efficiency ¡ probable ¡ ¡in ¡yields ¡due ¡to ¡longer ¡growing ¡season ¡& ¡ CO2 ¡  ¡threat ¡of ¡flooding ¡  ¡heat ¡stress ¡on ¡animals ¡(and ¡humans) ¡due ¡to ¡ ¡ temps, ¡ ¡dew ¡points ¡ disease ¡pressure, ¡maybe ¡ ¡ weed ¡pressure ¡  ¡threat ¡of ¡erosion ¡ threat ¡to ¡water ¡quality ¡( ¡precip, ¡ ¡runoff, ¡ ¡soil ¡ respira7on) ¡

Adapta7on/Mi7ga7on ¡Strategies: ¡ factors ¡to ¡consider ¡

• Essen7ally ¡all ¡farming ¡takes ¡place ¡on ¡private ¡

property ¡

• In ¡the ¡current ¡economic ¡and ¡poli7cal ¡climate, ¡

public ¡funds ¡will ¡be ¡scarce ¡

• Time ¡is ¡of ¡the ¡essence ¡ ¡

Mi7ga7on ¡-­‑Carbon ¡Sequestra7on ¡ ¡

Ecosystem ¡ Range ¡of ¡CO2 ¡Sequestra;on ¡Rates ¡ (metric ¡tons ¡C/acre/yr) ¡ Cropland ¡ 0.2 ¡to ¡0.6 ¡ ¡ ¡ ¡[0.5] ¡ Grassland ¡/ ¡Prairie ¡ 0.1 ¡to ¡1.0 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡[0.8] ¡ Forest ¡ 0.05 ¡ ¡to ¡4.0 ¡ ¡[1.2] ¡ Swamp ¡/ ¡Floodplain ¡/ ¡Wetland ¡ 2.2 ¡to ¡3.7 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡[3.0] ¡ In ¡agricultural ¡systems ¡the ¡rates ¡are ¡not ¡large, ¡and ¡are ¡difficult ¡to ¡verify. ¡

Mi7ga7on ¡-­‑ ¡Sustainable ¡Displacement ¡

• f ¡Fossil ¡Fuels ¡
• Pyrolysis, ¡methane ¡genera7on, ¡…(not ¡just ¡

liquid ¡fuels) ¡

• Emphasize ¡products ¡and ¡processes ¡that ¡

complement ¡rather ¡than ¡compete ¡with ¡food ¡ produc7on ¡

• Sustainable ¡both ¡economically ¡and ¡

environmentally ¡

Biochar ¡

 Solid ¡residue ¡remaining ¡ater ¡the ¡hea7ng ¡

• f ¡organic ¡materials ¡without ¡oxygen ¡ ¡

Pyrolysis ¡ Recalcitrant ¡carbon ¡ form ¡ (charcoal) ¡ (>50 ¡to ¡1,000,000 ¡yrs?) ¡ Easily ¡degradable ¡(0-­‑5 ¡yrs) ¡

Energy ¡

Mi7ga7on-­‑Increase ¡N ¡Use ¡Efficiency ¡ = ¡

In ¡terms ¡of ¡global ¡warming ¡poten7al, ¡1 ¡N2O ¡molecule ¡= ¡300 ¡CO2 ¡molecules ¡

Excessive ¡or ¡un7mely ¡fer7lizer ¡applica7on ¡ N2O ¡ NO3 ¡

Adapta7on ¡-­‑Increase ¡landscape ¡water ¡storage ¡capacity ¡

Adapta7on-­‑ ¡Diversify ¡the ¡landscape ¡

• Increases ¡resilience ¡
• Lessens ¡the ¡likelihood ¡and ¡severity ¡of ¡disease ¡

and ¡pest ¡outbreaks ¡

• Slows ¡the ¡development ¡of ¡resistant ¡pathogens ¡

and ¡weeds ¡

Adapta7on ¡-­‑ ¡technology ¡

• Wise ¡use ¡of ¡new ¡genomics ¡tools ¡
• Be]er ¡integra7on ¡of ¡weather ¡& ¡climate ¡

forecasts ¡in ¡management ¡& ¡decision-­‑making ¡

Plan ¡for ¡climate ¡change ¡in ¡the ¡next ¡farm ¡bill ¡– ¡

Provide ¡incen7ves ¡(or ¡remove ¡disincen7ves) ¡for ¡mi7ga7on ¡and ¡adapta7on ¡prac7ces ¡