Le riz nourrit des milliards de personnes – mais son rôle dans l’accélération du changement climatique grandit
Rice feeds billions of people – but its role in fueling climate change is growing
There are ways to reduce emissions without sacrificing yield. A new study shows how, and looks at a technique billed as ‘climate-friendly’ that makes emissions worse.
Il existe des moyens de réduire les émissions sans sacrifier le rendement. Une nouvelle étude montre comment, et examine une technique présentée comme « écologique » qui aggrave les émissions.
Rice feeds more than half the world. From terraced paddies in Southeast Asia to irrigated fields in China and India, it underpins daily meals for billions of people.
Le riz nourrit plus de la moitié du monde. Des rizières en terrasses en Asie du Sud-Est aux champs irrigués en Chine et en Inde, il constitue la base des repas quotidiens de milliards de personnes.
But the same flooded soils that help rice thrive also create ideal conditions for microbes that release climate-warming gases.
Mais les mêmes sols inondés qui aident le riz à prospérer créent également des conditions idéales pour les microbes qui libèrent des gaz réchauffants.
In a new study, our team of environment and agriculture scientists found that greenhouse gas emissions from rice paddies have nearly doubled globally since the 1960s, averaging about 1.1 billion tons of carbon dioxide-equivalent emissions per year in the 2010s. That’s roughly equal to the annual emissions of 239 million cars.
Dans une nouvelle étude, notre équipe de scientifiques de l’environnement et de l’agriculture a découvert que les émissions de gaz à effet de serre des rizières ont presque doublé au niveau mondial depuis les années 1960, atteignant en moyenne environ 1,1 milliard de tonnes d’émissions équivalent dioxyde de carbone par an dans les années 2010. Cela équivaut à environ les émissions annuelles de 239 millions de voitures.
This makes rice-growing the largest emissions source in agriculture outside of livestock, and rice demand is expected to keep rising.
Cela fait de la culture du riz la plus grande source d’émissions dans l’agriculture, en dehors de l’élevage, et la demande de riz devrait continuer d’augmenter.
Farmers have ways to reduce their rice crops’ emissions without lowering their yields. If every grower used the best currently available “climate-smart” options, we found that global rice emissions could be reduced by about 10% by midcentury. However, greater reductions are needed to slow climate change, which would require developing additional, more effective strategies.
Les agriculteurs ont des moyens de réduire les émissions de leurs cultures de riz sans diminuer leurs rendements. Si chaque cultivateur utilisait les meilleures options « climato-intelligentes » actuellement disponibles, nous avons trouvé que les émissions mondiales de riz pourraient être réduites d’environ 10 % d’ici le milieu du siècle. Cependant, des réductions plus importantes sont nécessaires pour ralentir le changement climatique, ce qui nécessiterait le développement de stratégies supplémentaires et plus efficaces.
Why rice emissions have increased
Pourquoi les émissions de riz ont augmenté
Rice emissions have risen for two reasons: the expansion of rice cultivation area and the intensification of management practices.
Les émissions de riz ont augmenté pour deux raisons: l’expansion des zones de culture du riz et l’intensification des pratiques de gestion.
Just over half of the global increase is from the expansion of rice-growing areas. In Africa, for example, the rice-growing area has roughly doubled since the 1960s, helping drive a twofold rise in methane emissions in the region.
Un peu plus de la moitié de l’augmentation mondiale provient de l’expansion des zones de culture du riz. En Afrique, par exemple, la zone de culture du riz a pratiquement doublé depuis les années 1960, contribuant à une double augmentation des émissions de méthane dans la région.
At the same time, rice farmers are using more fertilizers and organic amendments, such as straw and manure, planting more productive rice varieties and growing the plants closer together. The result is more rice but also more greenhouse gas emissions.
En même temps, les riziculteurs utilisent plus d’engrais et d’amendements organiques, tels que la paille et le fumier, plantent des variétés de riz plus productives et font pousser les plantes plus rapprochées. Le résultat est plus de riz, mais aussi plus d’émissions de gaz à effet de serre.
We found that one practice in particular – leaving rice stalks in the field after harvest and then plowing them into the soil to improve soil fertility – was responsible for about 18% of rice’s increase in overall net emissions since the 1960s. The reason: It increases the organic matter in the soil, which microbes then decompose, creating more methane emissions.
Nous avons constaté qu’une pratique en particulier – laisser les tiges de riz dans le champ après la récolte, puis les labourer dans le sol pour améliorer la fertilité des sols – était responsable d’environ 18 % de l’augmentation globale des émissions nettes de riz depuis les années 1960. La raison: cela augmente la matière organique du sol, que les microbes décomposent ensuite, créant ainsi plus d’émissions de méthane.
Rising global temperatures further accelerate microbial activity in the soils, meaning even more emissions.
L’augmentation des températures mondiales accélère davantage l’activité microbienne dans les sols, ce qui signifie encore plus d’émissions.
Fertilizer is another major contributor to emissions. Use of synthetic nitrogen increased by about 76% after 2000, boosting nitrous oxide – another powerful greenhouse gas. It contributed about 9% of the increase in total global net emissions from human activities.
Les engrais sont un autre contributeur majeur aux émissions. L’utilisation d’azote synthétique a augmenté d’environ 76 % après 2000, stimulant le protoxyde d’azote – un autre puissant gaz à effet de serre. Il a contribué à environ 9 % de l’augmentation des émissions nettes mondiales totales dues aux activités humaines.
Irrigation practices also affect emissions. In the past, irrigated rice paddies were kept flooded throughout the growing season, resulting in constant greenhouse gas emissions produced by microbes that thrive in the wet environment. Over the past two decades, however, more farmers have used intermittent flooding – draining their fields periodically.
Les pratiques d’irrigation affectent également les émissions. Dans le passé, les rizières irriguées étaient maintenues inondées pendant toute la saison de croissance, entraînant des émissions constantes de gaz à effet de serre produites par des microbes qui prospèrent dans l’environnement humide. Au cours des deux dernières décennies, cependant, de plus en plus d’agriculteurs ont utilisé l’inondation intermittente – drainant leurs champs périodiquement.
This change has lowered methane emissions compared with keeping the paddies continuously flooded. However, we found a slight increase in nitrogen oxide emissions as soils cycled between wet and dry, which induces microbes to transform nitrogen in organic matter into nitrogen oxide gases, particularly nitrous oxide.
Ce changement a abaissé les émissions de méthane par rapport au maintien des rizières en inondation continue. Cependant, nous avons constaté une légère augmentation des émissions d’oxyde d’azote lorsque les sols passaient de l’état humide à l’état sec, ce qui incite les microbes à transformer l’azote de la matière organique en gaz d’oxyde d’azote, en particulier le protoxyde d’azote.
Climate impact of rice production
Impact climatique de la production de riz
Putting a full climate price tag on rice production is harder than measuring one greenhouse gas at a time.
Attribuer un coût climatique complet à la production de riz est plus difficile que de mesurer un gaz à effet de serre à la fois.
Rice paddies emit methane and nitrous oxide from wet or flooded soils. They also remove carbon dioxide from the atmosphere as rice grows, and they lose carbon from their soils between crop seasons.
Les rizières émettent du méthane et du protoxyde d’azote provenant de sols humides ou inondés. Elles retirent également du dioxyde de carbone de l’atmosphère au fur et à mesure que le riz pousse, et elles perdent du carbone de leurs sols entre les saisons de culture.
A credible global estimate requires consistently accounting for different gases and soil carbon changes, as well as the uncertainty involved in tracking data across space and time.
Une estimation mondiale crédible nécessite de tenir compte de manière cohérente de différents gaz et des changements de carbone dans les sols, ainsi que de l’incertitude liée au suivi des données dans l’espace et dans le temps.
To do that, we combined three approaches:
Pour ce faire, nous avons combiné trois approches:
An ecosystem computer model allowed us to simulate crop growth, water conditions and soil processes to estimate changes in methane, nitrous oxide and soil carbon together.
Un modèle informatique écosystémique nous a permis de simuler la croissance des cultures, les conditions hydriques et les processus du sol afin d’estimer les changements de méthane, de protoxyde d’azote et de carbone dans le sol ensemble.
An artificial intelligence-powered machine learning model improved estimates where measurements were sparse to cover all rice regions in the world.
Un modèle d’apprentissage automatique alimenté par intelligence artificielle a amélioré les estimations là où les mesures étaient rares, afin de couvrir toutes les régions rizicoles du monde.
And a meta-analysis of more than 1,200 field experiment sites provided direct evidence of how practices such as irrigation, fertilizer use and management of crop residue affect emissions.
Et une méta-analyse de plus de 1 200 sites d’expérimentation sur le terrain a fourni des preuves directes de la manière dont des pratiques telles que l’irrigation, l’utilisation d’engrais et la gestion des résidus de culture affectent les émissions.
Together, they allowed us to quantify emissions from 1961 to 2020, determine what drove those emissions, and test the potential of mitigation techniques under future climate conditions.
Ensemble, ils nous ont permis de quantifier les émissions de 1961 à 2020, de déterminer ce qui a entraîné ces émissions et de tester le potentiel des techniques d’atténuation dans des conditions climatiques futures.
What works and doesn’t for climate mitigation
Ce qui fonctionne et ce qui ne fonctionne pas pour l’atténuation climatique
There are ways to reduce emissions from rice production without sacrificing yield.
Il existe des moyens de réduire les émissions de la production de riz sans sacrifier le rendement.
Our study found that reducing fertilizer use and residue applications, managing irrigation to allow dry periods in between flooded ones and reducing tillage could, together, reduce global greenhouse gas emissions from rice by about 10% by midcentury.
Notre étude a révélé que la réduction de l’utilisation d’engrais et des applications de résidus, la gestion de l’irrigation pour permettre des périodes sèches entre les périodes inondées et la réduction du labour pourraient, ensemble, réduire les émissions mondiales de gaz à effet de serre du riz d’environ 10 % d’ici le milieu du siècle.
We were surprised to find that replacing chemical fertilizers with more organic choices is not always better from a greenhouse gas perspective, although it is valued in organic farming.
Nous avons été surpris de constater que remplacer les engrais chimiques par des choix plus organiques n’est pas toujours meilleur du point de vue des gaz à effet de serre, bien qu’il soit valorisé en agriculture biologique.
Maintaining moderate amounts of straw and other crop residue in the field can help boost soil fertility, but too much can increase methane emissions and accelerate the loss of carbon from the soil. Another option is to convert part of the residue into biochar – burning it under low-oxygen conditions before mixing it into flooded soils. Biochar can help stabilize soil carbon and reduce methane emissions.
Le maintien de quantités modérées de paille et d’autres résidus de culture dans le champ peut aider à stimuler la fertilité des sols, mais trop de résidus peuvent augmenter les émissions de méthane et accélérer la perte de carbone du sol. Une autre option consiste à convertir une partie des résidus en biochar – en le brûlant dans des conditions de faible oxygène avant de le mélanger aux sols inondés. Le biochar peut aider à stabiliser le carbone du sol et à réduire les émissions de méthane.
Improving water management can be a powerful tool for reducing emissions. Periodically draining fields reduces methane production, though it may slightly raise nitrous oxide emissions. This strategy is particularly effective in regions with reliable irrigation infrastructure, including large parts of Asia.
Améliorer la gestion de l’eau peut être un outil puissant pour réduire les émissions. Le drainage périodique des champs réduit la production de méthane, bien qu’il puisse légèrement augmenter les émissions de protoxyde d’azote. Cette stratégie est particulièrement efficace dans les régions disposant d’infrastructures d’irrigation fiables, y compris de grandes parties de l’Asie.
Managing fertilizer use is also an effective mitigation strategy, particularly in highly fertilized systems, including parts of China and South Asia. Excess nitrogen increases nitrous oxide without a clear increase in crop yields and increases water pollution. Reducing overapplication of nitrogen reduces emissions and water pollution, and it saves farmers money in the process.
Gérer l’utilisation des engrais est également une stratégie d’atténuation efficace, en particulier dans les systèmes fortement fertilisés, y compris certaines parties de la Chine et de l’Asie du Sud. L’excès d’azote augmente le protoxyde d’azote sans augmentation claire des rendements des cultures et augmente la pollution de l’eau. Réduire la surapplication d’azote réduit les émissions et la pollution de l’eau, et cela fait économiser de l’argent aux agriculteurs.
The effects of tilling, the practice of plowing the soil between crop seasons, have large regional differences. Reducing tilling is often promoted as climate-friendly, but we found that it does not always minimize net emissions in flooded systems. In rice fields in temperate zones, including much of the U.S. and China, cooler conditions can limit methane production, allowing the soil carbon benefits of reduced tilling to outweigh the methane risk. In warmer, persistently flooded systems, however, low-oxygen conditions can boost microbial activity, increasing methane production and accelerating soil carbon loss.
Les effets du labour, pratique consistant à labourer le sol entre les saisons de culture, varient considérablement selon les régions. La réduction du labour est souvent présentée comme écologique, mais nous avons constaté qu’elle ne minimise pas toujours les émissions nettes dans les systèmes inondés. Dans les rizières des zones tempérées, y compris une grande partie des États-Unis et de la Chine, des conditions plus fraîches peuvent limiter la production de méthane, permettant aux avantages du carbone du sol liés à la réduction du labour de l’emporter sur le risque de méthane. Dans les systèmes plus chauds et constamment inondés, cependant, les conditions de faible oxygène peuvent stimuler l’activité microbienne, augmentant la production de méthane et accélérant la perte de carbone du sol.
Overall, we found that no single practice works everywhere. Each region will need to assess the most effective practices for reducing emissions.
Dans l’ensemble, nous avons constaté qu’aucune pratique unique ne fonctionne partout. Chaque région devra évaluer les pratiques les plus efficaces pour réduire les émissions.
A climate ceiling for rice production
Un plafond climatique pour la production de riz
The bottom line is both hopeful and sobering: Targeted sets of optimized practices can deliver meaningful emission reductions without losing rice yields, but the total global possible reduction is modest.
En résumé, la situation est à la fois encourageante et modeste: des ensembles de pratiques optimisées ciblées peuvent permettre des réductions significatives des émissions sans perte de rendement du riz, mais la réduction globale totale possible est modeste.
To reduce emissions further will require better guidance to help farmers determine the best levels of organic amendments, such as straw or biochar, and new approaches that can reduce emissions without undermining rice production.
Pour réduire davantage les émissions, il faudra un meilleur accompagnement pour aider les agriculteurs à déterminer les meilleurs niveaux d’amendements organiques, tels que la paille ou le biochar, ainsi que de nouvelles approches capables de réduire les émissions sans compromettre la production de riz.
Hanqin Tian receives funding from US Department of Agriculture, US National Science Foundation, and Andrew Carnegie Fellowship Program.
Hanqin Tian reçoit un financement du Département de l’Agriculture des États-Unis, de la National Science Foundation des États-Unis et du programme de bourses Andrew Carnegie.
Pep Canadell receives funding from the Australian National Environmental Science Program-Climate Systems Hub.
Pep Canadell reçoit un financement du Australian National Environmental Science Program-Climate Systems Hub.
Shufen (Susan) Pan receives funding from U. S. National Science Foundation
Shufen (Susan) Pan reçoit un financement de la National Science Foundation des États-Unis.
Jingting Zhang does not work for, consult, own shares in or receive funding from any company or organization that would benefit from this article, and has disclosed no relevant affiliations beyond their academic appointment.
Jingting Zhang n’est affilié à aucune entreprise ou organisation qui bénéficierait de cet article, ni ne travaille pour, ne consulte, ne détient des actions ni ne reçoit de financement de telles entités, et n’a divulgué aucune affiliation pertinente au-delà de sa nomination universitaire.
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