Published May 7, 2024
| Version v1
Publication
Open
Use of modelling tools to assess climate change impacts on smallholder oil seed yields in South Africa
- 1. Potsdam Institute for Climate Impact Research
- 2. Leibniz Association
- 3. University of Limpopo
- 4. International Institute of Tropical Agriculture
- 5. International Centre of Insect Physiology and Ecology
- 6. University of the Witwatersrand
- 7. University of Twente
Description
Oil seed crops are the second most important field crops after cereals in the agricultural economy globally. The use and demand for oilseed crops such as groundnut, soybean and sunflower have grown significantly, but climate change is expected to alter the agroecological conditions required for oilseed crop production. This study aims to present an approach that utilizes decision-making tools to assess the potential climate change impacts on groundnut, soybean and sunflower yields and the greenhouse gas emissions from the management of the crops. The Decision Support Tool for Agrotechnology Transfer (DSSAT v4.7), a dynamic crop model and the Cool Farm Tool, a GHG calculator, was used to simulate yields and estimate GHG emissions from these crops, respectively. Four representative concentration pathways (RCPs 2.6, 4.5, 6.0, and 8.5), three nitrogen (0, 75, and 150 kg/ha) and phosphorous (0, 30 and 60 P kg/ha) fertilizer rates at three sites in Limpopo, South Africa (Ofcolaco, Syferkuil and Punda Maria) were used in field trials for calibrating the models. The highest yield was achieved by sunflower across all crops, years and sites. Soybean yield is projected to decrease across all sites and scenarios by 2030 and 2050, except at Ofcolaco, where yield increases of at least 15.6% is projected under the RCP 4.5 scenario. Positive climate change impacts are predicted for groundnut at Ofcolaco and Syferkuil by 2030 and 2050, while negative impacts with losses of up to 50% are projected under RCP8.5 by 2050 at Punda Maria. Sunflower yield is projected to decrease across all sites and scenarios by 2030 and 2050. A comparison of the climate change impacts across sites shows that groundnut yield is projected to increase under climate change while notable yield losses are projected for sunflower and soybean. GHG emissions from the management of each crop showed that sunflower and groundnut production had the highest and lowest emissions across all sites respectively. With positive climate change impacts, a reduction of GHG emissions per ton per hectare was projected for groundnuts at Ofcolaco and Syferkuil and for sunflower in Ofcolaco in the future. However, the carbon footprint from groundnut is expected to increase by 40 to 107% in Punda Maria for the period up to 2030 and between 70-250% for 2050, with sunflower following a similar trend. We conclude that climate change will potentially reduce yield for oilseed crops while management will increase emissions. Therefore, in designing adaptation measures, there is a need to consider emission effects to gain a holistic understanding of how both climate change impacts on crops and mitigation efforts could be targeted.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
تعد محاصيل البذور الزيتية ثاني أهم المحاصيل الحقلية بعد الحبوب في الاقتصاد الزراعي على مستوى العالم. نما استخدام محاصيل البذور الزيتية والطلب عليها مثل الفول السوداني وفول الصويا وعباد الشمس بشكل كبير، ولكن من المتوقع أن يغير تغير المناخ الظروف الزراعية الإيكولوجية اللازمة لإنتاج محاصيل البذور الزيتية. تهدف هذه الدراسة إلى تقديم نهج يستخدم أدوات صنع القرار لتقييم الآثار المحتملة لتغير المناخ على محاصيل الفول السوداني وفول الصويا وعباد الشمس وانبعاثات غازات الدفيئة من إدارة المحاصيل. تم استخدام أداة دعم القرار لنقل التكنولوجيا الزراعية (DSSAT v4.7)، وهي نموذج محاصيل ديناميكي وأداة المزرعة الباردة، وهي آلة حاسبة لغازات الدفيئة، لمحاكاة الغلة وتقدير انبعاثات غازات الدفيئة من هذه المحاصيل، على التوالي. تم استخدام أربعة مسارات تركيز تمثيلية (RCPs 2.6 و 4.5 و 6.0 و 8.5)، وثلاثة نيتروجين (0 و 75 و 150 كجم/هكتار) ومعدلات الأسمدة الفوسفورية (0 و 30 و 60 P كجم/هكتار) في ثلاثة مواقع في ليمبوبو، جنوب إفريقيا (Ofcolaco و Syferkuil و Punda Maria) في التجارب الميدانية لمعايرة النماذج. تم تحقيق أعلى عائد عن طريق عباد الشمس في جميع المحاصيل والسنوات والمواقع. من المتوقع أن ينخفض محصول فول الصويا في جميع المواقع والسيناريوهات بحلول عامي 2030 و 2050، باستثناء أوفكولاكو، حيث من المتوقع زيادة المحصول بنسبة 15.6 ٪ على الأقل في إطار سيناريو RCP 4.5. من المتوقع حدوث آثار إيجابية لتغير المناخ على الفول السوداني في أوفكولاكو وسيفركويل بحلول عامي 2030 و 2050، في حين من المتوقع حدوث آثار سلبية مع خسائر تصل إلى 50 ٪ بموجب RCP8.5 بحلول عام 2050 في بوندا ماريا. من المتوقع أن ينخفض إنتاج عباد الشمس في جميع المواقع والسيناريوهات بحلول عامي 2030 و 2050. تُظهر مقارنة تأثيرات تغير المناخ عبر المواقع أنه من المتوقع أن يزداد محصول الفول السوداني في ظل تغير المناخ بينما من المتوقع حدوث خسائر ملحوظة في محصول عباد الشمس وفول الصويا. أظهرت انبعاثات غازات الدفيئة من إدارة كل محصول أن إنتاج عباد الشمس والفول السوداني كان له أعلى وأدنى انبعاثات في جميع المواقع على التوالي. مع الآثار الإيجابية لتغير المناخ، كان من المتوقع خفض انبعاثات غازات الدفيئة لكل طن لكل هكتار بالنسبة للفول السوداني في أوفكولاكو وسيفيركويل وعباد الشمس في أوفكولاكو في المستقبل. ومع ذلك، من المتوقع أن تزداد البصمة الكربونية من الفول السوداني بنسبة 40 إلى 107 ٪ في بوندا ماريا للفترة حتى عام 2030 وبين 70-250 ٪ لعام 2050، مع اتباع عباد الشمس لاتجاه مماثل. نستنتج أن تغير المناخ من المحتمل أن يقلل من غلة محاصيل البذور الزيتية بينما تزيد الإدارة من الانبعاثات. لذلك، عند تصميم تدابير التكيف، هناك حاجة إلى النظر في آثار الانبعاثات لاكتساب فهم شامل لكيفية استهداف كل من آثار تغير المناخ على المحاصيل وجهود التخفيف.Translated Description (French)
Les oléagineux sont les deuxièmes cultures de plein champ les plus importantes après les céréales dans l'économie agricole mondiale. L'utilisation et la demande de cultures oléagineuses telles que l'arachide, le soja et le tournesol ont considérablement augmenté, mais le changement climatique devrait modifier les conditions agroécologiques requises pour la production de cultures oléagineuses. Cette étude vise à présenter une approche qui utilise des outils de prise de décision pour évaluer les impacts potentiels du changement climatique sur les rendements en arachide, soja et tournesol et les émissions de gaz à effet de serre provenant de la gestion des cultures. L'outil d'aide à la décision pour le transfert agrotechnologique (DSSAT v4.7), un modèle de culture dynamique et l'outil Cool Farm, un calculateur de GES, ont été utilisés pour simuler les rendements et estimer les émissions de GES de ces cultures, respectivement. Quatre voies de concentration représentatives (RCP 2.6, 4.5, 6.0 et 8.5), trois taux d'engrais azotés (0, 75 et 150 kg/ha) et phosphorés (0, 30 et 60 P kg/ha) sur trois sites du Limpopo, en Afrique du Sud (Ofcolaco, Syferkuil et Punda Maria) ont été utilisés dans des essais sur le terrain pour étalonner les modèles. Le rendement le plus élevé a été atteint par le tournesol pour toutes les cultures, toutes les années et tous les sites. Le rendement du soja devrait diminuer dans tous les sites et scénarios d'ici 2030 et 2050, sauf à Ofcolaco, où des augmentations de rendement d'au moins 15,6 % sont prévues dans le scénario RCP 4.5. Des impacts positifs sur le changement climatique sont prévus pour l'arachide à Ofcolaco et Syferkuil d'ici 2030 et 2050, tandis que des impacts négatifs avec des pertes allant jusqu'à 50 % sont prévus dans le cadre du RCP8.5 d'ici 2050 à Punda Maria. Le rendement en tournesol devrait diminuer dans tous les sites et scénarios d'ici 2030 et 2050. Une comparaison des impacts du changement climatique sur tous les sites montre que le rendement de l'arachide devrait augmenter sous l'effet du changement climatique, tandis que des pertes de rendement notables sont prévues pour le tournesol et le soja. Les émissions de GES provenant de la gestion de chaque culture ont montré que la production de tournesol et d'arachide avait les émissions les plus élevées et les plus faibles sur tous les sites respectivement. Avec des impacts positifs sur le changement climatique, une réduction des émissions de GES par tonne par hectare a été projetée pour les arachides à Ofcolaco et Syferkuil et pour le tournesol à Ofcolaco à l'avenir. Cependant, l'empreinte carbone de l'arachide devrait augmenter de 40 à 107 % à Punda Maria jusqu'en 2030 et entre 70 et 250 % pour 2050, le tournesol suivant une tendance similaire. Nous concluons que le changement climatique réduira potentiellement le rendement des cultures d'oléagineux tandis que la gestion augmentera les émissions. Par conséquent, lors de la conception des mesures d'adaptation, il est nécessaire de prendre en compte les effets des émissions pour acquérir une compréhension globale de la manière dont les impacts du changement climatique sur les cultures et les efforts d'atténuation pourraient être ciblés.Translated Description (Spanish)
Los cultivos de semillas oleaginosas son los segundos cultivos de campo más importantes después de los cereales en la economía agrícola a nivel mundial. El uso y la demanda de cultivos oleaginosos como el maní, la soja y el girasol han crecido significativamente, pero se espera que el cambio climático altere las condiciones agroecológicas requeridas para la producción de cultivos oleaginosos. Este estudio tiene como objetivo presentar un enfoque que utiliza herramientas de toma de decisiones para evaluar los posibles impactos del cambio climático en los rendimientos de maní, soja y girasol y las emisiones de gases de efecto invernadero de la gestión de los cultivos. Se utilizó la Herramienta de Apoyo a la Decisión para la Transferencia de Agrotecnología (DSSAT v4.7), un modelo de cultivo dinámico y la Herramienta Cool Farm, una calculadora de GEI, para simular los rendimientos y estimar las emisiones de GEI de estos cultivos, respectivamente. Se utilizaron cuatro vías de concentración representativas (RCPS 2.6, 4.5, 6.0 y 8.5), tres tasas de fertilizantes de nitrógeno (0, 75 y 150 kg/ha) y fósforo (0, 30 y 60 P kg/ha) en tres sitios en Limpopo, Sudáfrica (Ofcolaco, Syferkuil y Punda Maria) en ensayos de campo para calibrar los modelos. El mayor rendimiento se logró con el girasol en todos los cultivos, años y sitios. Se proyecta que el rendimiento de la soja disminuya en todos los sitios y escenarios para 2030 y 2050, excepto en Ofcolaco, donde se proyectan aumentos de rendimiento de al menos 15.6% bajo el escenario RCP 4.5. Se pronostican impactos positivos del cambio climático para el maní en Ofcolaco y Syferkuil para 2030 y 2050, mientras que los impactos negativos con pérdidas de hasta el 50% se proyectan bajo RCP8.5 para 2050 en Punda Maria. Se prevé que el rendimiento del girasol disminuya en todos los sitios y escenarios para 2030 y 2050. Una comparación de los impactos del cambio climático en todos los sitios muestra que se proyecta que el rendimiento del maní aumente bajo el cambio climático, mientras que se proyectan pérdidas de rendimiento notables para el girasol y la soja. Las emisiones de GEI de la gestión de cada cultivo mostraron que la producción de girasol y cacahuete tuvo las emisiones más altas y más bajas en todos los sitios, respectivamente. Con impactos positivos del cambio climático, se proyectó una reducción de las emisiones de GEI por tonelada por hectárea para los cacahuetes en Ofcolaco y Syferkuil y para el girasol en Ofcolaco en el futuro. Sin embargo, se espera que la huella de carbono del cacahuete aumente entre un 40 y un 107% en Punda María para el período hasta 2030 y entre un 70-250% para 2050, con el girasol siguiendo una tendencia similar. Concluimos que el cambio climático reducirá potencialmente el rendimiento de los cultivos de semillas oleaginosas, mientras que la gestión aumentará las emisiones. Por lo tanto, al diseñar medidas de adaptación, es necesario considerar los efectos de las emisiones para obtener una comprensión holística de cómo se podrían orientar tanto los impactos del cambio climático en los cultivos como los esfuerzos de mitigación.Files
journal.pone.0301254&type=printable.pdf
Files
(2.4 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:e9cc65b22bfa69e2a836d03eccdbfbf4
|
2.4 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- استخدام أدوات النمذجة لتقييم آثار تغير المناخ على غلة بذور زيت أصحاب الحيازات الصغيرة في جنوب أفريقيا
- Translated title (French)
- Utilisation d'outils de modélisation pour évaluer les impacts du changement climatique sur les rendements des petites exploitations oléagineuses en Afrique du Sud
- Translated title (Spanish)
- Uso de herramientas de modelado para evaluar los impactos del cambio climático en los rendimientos de las semillas oleaginosas de los pequeños agricultores en Sudáfrica
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W4396708463
- DOI
- 10.1371/journal.pone.0301254
References
- https://openalex.org/W1501496106
- https://openalex.org/W1602708297
- https://openalex.org/W2000656821
- https://openalex.org/W2008313499
- https://openalex.org/W2023957834
- https://openalex.org/W2024966118
- https://openalex.org/W2058998445
- https://openalex.org/W2068090568
- https://openalex.org/W2076248710
- https://openalex.org/W2082758837
- https://openalex.org/W2086710305
- https://openalex.org/W2087391968
- https://openalex.org/W2103326531
- https://openalex.org/W2135370264
- https://openalex.org/W2158883105
- https://openalex.org/W2295524060
- https://openalex.org/W2331729134
- https://openalex.org/W2378459755
- https://openalex.org/W2562548223
- https://openalex.org/W2568277199
- https://openalex.org/W2737384568
- https://openalex.org/W2791389222
- https://openalex.org/W2806602284
- https://openalex.org/W2889594912
- https://openalex.org/W2914496258
- https://openalex.org/W2995238772
- https://openalex.org/W3000355687
- https://openalex.org/W3012944669
- https://openalex.org/W3039689528
- https://openalex.org/W3047974002
- https://openalex.org/W3165040188
- https://openalex.org/W4207070584
- https://openalex.org/W4220719246
- https://openalex.org/W4248234124
- https://openalex.org/W4252018107
- https://openalex.org/W4281792875
- https://openalex.org/W4283810775
- https://openalex.org/W4295332220