Beras memberi makan miliaran orang – tetapi perannya dalam memicu perubahan iklim semakin besar
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.
Ada cara untuk mengurangi emisi tanpa mengorbankan hasil panen. Sebuah studi baru menunjukkan caranya, dan melihat teknik yang disebut ‘ramah iklim’ yang justru memperburuk emisi.
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.
Beras memberi makan lebih dari separuh dunia. Dari sawah bertingkat di Asia Tenggara hingga ladang irigasi di Tiongkok dan India, beras menopang makanan sehari-hari bagi miliaran orang.
But the same flooded soils that help rice thrive also create ideal conditions for microbes that release climate-warming gases.
Namun, tanah tergenang yang sama yang membantu beras tumbuh subur juga menciptakan kondisi ideal bagi mikroba yang melepaskan gas pemanas iklim.
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.
Dalam sebuah studi baru, tim ilmuwan lingkungan dan pertanian kami menemukan bahwa emisi gas rumah kaca dari sawah telah hampir berlipat ganda secara global sejak tahun 1960-an, rata-rata sekitar 1,1 miliar ton emisi setara karbon dioksida per tahun pada tahun 2010-an. Itu kira-kira setara dengan emisi tahunan 239 juta mobil.
This makes rice-growing the largest emissions source in agriculture outside of livestock, and rice demand is expected to keep rising.
Hal ini menjadikan penanaman padi sebagai sumber emisi terbesar dalam pertanian di luar peternakan, dan permintaan beras diperkirakan akan terus meningkat.
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.
Petani memiliki cara untuk mengurangi emisi tanaman padi mereka tanpa menurunkan hasil panen. Jika setiap penanam menggunakan opsi “cerdas iklim” terbaik yang tersedia saat ini, kami menemukan bahwa emisi padi global dapat dikurangi sekitar 10% pada pertengahan abad. Namun, pengurangan yang lebih besar diperlukan untuk memperlambat perubahan iklim, yang akan membutuhkan pengembangan strategi tambahan yang lebih efektif.
Why rice emissions have increased
Mengapa emisi padi meningkat
Rice emissions have risen for two reasons: the expansion of rice cultivation area and the intensification of management practices.
Emisi padi telah meningkat karena dua alasan: perluasan area budidaya padi dan intensifikasi praktik pengelolaan.
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.
Lebih dari separuh peningkatan global berasal dari perluasan area penanaman padi. Di Afrika, misalnya, area penanaman padi telah hampir berlipat ganda sejak tahun 1960-an, membantu mendorong peningkatan emisi metana dua kali lipat di kawasan tersebut.
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.
Pada saat yang sama, petani padi menggunakan lebih banyak pupuk dan amandemen organik, seperti jerami dan pupuk kandang, menanam varietas padi yang lebih produktif, dan menanam tanaman lebih rapat. Hasilnya adalah lebih banyak padi tetapi juga lebih banyak emisi gas rumah kaca.
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.
Kami menemukan bahwa satu praktik tertentu – membiarkan batang padi di ladang setelah panen dan kemudian membajaknya ke dalam tanah untuk meningkatkan kesuburan tanah – bertanggung jawab atas sekitar 18% peningkatan emisi bersih total padi sejak tahun 1960-an. Alasannya: Ini meningkatkan bahan organik di tanah, yang kemudian didekomposisi oleh mikroba, menciptakan lebih banyak emisi metana.
Rising global temperatures further accelerate microbial activity in the soils, meaning even more emissions.
Kenaikan suhu global semakin mempercepat aktivitas mikroba di tanah, yang berarti emisi yang lebih besar.
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.
Pupuk adalah kontributor utama emisi lainnya. Penggunaan nitrogen sintetis meningkat sekitar 76% setelah tahun 2000, meningkatkan dinitrogen oksida – gas rumah kaca kuat lainnya. Ini menyumbang sekitar 9% dari peningkatan emisi bersih global total dari aktivitas manusia.
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.
Praktik irigasi juga memengaruhi emisi. Di masa lalu, sawah padi irigasi dibiarkan tergenang sepanjang musim tanam, menghasilkan emisi gas rumah kaca yang konstan yang dihasilkan oleh mikroba yang berkembang biak di lingkungan basah. Namun, selama dua dekade terakhir, lebih banyak petani menggunakan banjir intermiten – mengeringkan ladang mereka secara berkala.
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.
Perubahan ini telah menurunkan emisi metana dibandingkan dengan menjaga sawah tetap tergenang secara terus-menerus. Namun, kami menemukan sedikit peningkatan emisi nitrogen oksida karena tanah yang berganti antara basah dan kering, yang mendorong mikroba untuk mengubah nitrogen dalam bahan organik menjadi gas nitrogen oksida, terutama dinitrogen oksida.
Climate impact of rice production
Dampak iklim dari produksi padi
Putting a full climate price tag on rice production is harder than measuring one greenhouse gas at a time.
Menetapkan harga iklim penuh pada produksi padi lebih sulit daripada mengukur satu gas rumah kaca pada satu waktu.
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.
Sawah melepaskan metana dan dinitrogen oksida dari tanah yang basah atau tergenang. Mereka juga menghilangkan karbon dioksida dari atmosfer saat padi tumbuh, dan mereka kehilangan karbon dari tanah mereka di antara musim tanam.
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.
Estimasi global yang kredibel memerlukan perhitungan yang konsisten untuk berbagai gas dan perubahan karbon tanah, serta ketidakpastian yang terlibat dalam pelacakan data di berbagai ruang dan waktu.
To do that, we combined three approaches:
Untuk melakukan itu, kami menggabungkan tiga pendekatan:
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.
Model komputer ekosistem memungkinkan kami untuk mensimulasikan pertumbuhan tanaman, kondisi air, dan proses tanah untuk memperkirakan perubahan metana, dinitrogen oksida, dan karbon tanah secara bersamaan.
An artificial intelligence-powered machine learning model improved estimates where measurements were sparse to cover all rice regions in the world.
Model pembelajaran mesin bertenaga kecerdasan buatan meningkatkan perkiraan di mana pengukuran jarang dilakukan untuk mencakup semua wilayah padi di dunia.
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.
Dan meta-analisis dari lebih dari 1.200 lokasi eksperimen lapangan memberikan bukti langsung tentang bagaimana praktik seperti irigasi, penggunaan pupuk, dan pengelolaan residu tanaman memengaruhi emisi.
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.
Bersama-sama, mereka memungkinkan kami untuk mengukur emisi dari tahun 1961 hingga 2020, menentukan apa yang mendorong emisi tersebut, dan menguji potensi teknik mitigasi di bawah kondisi iklim masa depan.
What works and doesn’t for climate mitigation
Apa yang berhasil dan tidak berhasil untuk mitigasi iklim
There are ways to reduce emissions from rice production without sacrificing yield.
Ada cara untuk mengurangi emisi dari produksi padi tanpa mengorbankan hasil panen.
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.
Studi kami menemukan bahwa mengurangi penggunaan pupuk dan aplikasi residu, mengelola irigasi untuk memungkinkan periode kering di antara periode tergenang, dan mengurangi pengolahan tanah dapat, secara bersama-sama, mengurangi emisi gas rumah kaca global dari padi sekitar 10% pada pertengahan abad ini.
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.
Kami terkejut menemukan bahwa mengganti pupuk kimia dengan pilihan yang lebih organik tidak selalu lebih baik dari perspektif gas rumah kaca, meskipun dihargai dalam pertanian organik.
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.
Mempertahankan jumlah jerami dan residu tanaman lain yang sedang hingga di lapangan dapat membantu meningkatkan kesuburan tanah, tetapi terlalu banyak dapat meningkatkan emisi metana dan mempercepat hilangnya karbon dari tanah. Pilihan lain adalah mengubah sebagian residu menjadi biochar – membakarnya dalam kondisi oksigen rendah sebelum mencampurkannya ke dalam tanah yang tergenang. Biochar dapat membantu menstabilkan karbon tanah dan mengurangi emisi metana.
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.
Meningkatkan pengelolaan air dapat menjadi alat yang ampuh untuk mengurangi emisi. Mengeringkan sawah secara berkala mengurangi produksi metana, meskipun mungkin sedikit meningkatkan emisi dinitrogen oksida. Strategi ini sangat efektif di wilayah dengan infrastruktur irigasi yang andal, termasuk sebagian besar Asia.
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.
Mengelola penggunaan pupuk juga merupakan strategi mitigasi yang efektif, terutama di sistem yang sangat dipupuk, termasuk bagian Tiongkok dan Asia Selatan. Kelebihan nitrogen meningkatkan dinitrogen oksida tanpa peningkatan hasil panen yang jelas dan meningkatkan polusi air. Mengurangi aplikasi nitrogen yang berlebihan mengurangi emisi dan polusi air, dan menghemat uang petani dalam prosesnya.
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.
Efek pengolahan tanah (tilling) , praktik membajak tanah di antara musim tanam, memiliki perbedaan regional yang besar. Mengurangi pengolahan tanah sering dipromosikan sebagai ramah iklim, tetapi kami menemukan bahwa hal itu tidak selalu meminimalkan emisi bersih di sistem yang tergenang. Di sawah padi di zona sedang, termasuk sebagian besar AS dan Tiongkok, kondisi yang lebih dingin dapat membatasi produksi metana, memungkinkan manfaat karbon tanah dari pengurangan pengolahan tanah untuk melebihi risiko metana. Namun, di sistem yang lebih hangat dan tergenang secara permanen, kondisi oksigen rendah dapat meningkatkan aktivitas mikroba, meningkatkan produksi metana, dan mempercepat kehilangan karbon tanah.
Overall, we found that no single practice works everywhere. Each region will need to assess the most effective practices for reducing emissions.
Secara keseluruhan, kami menemukan bahwa tidak ada satu praktik pun yang berhasil di mana-mana. Setiap wilayah perlu menilai praktik paling efektif untuk mengurangi emisi.
A climate ceiling for rice production
Batas langit iklim untuk produksi padi
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.
Kesimpulannya adalah penuh harapan sekaligus menyadarkan: Serangkaian praktik optimal yang ditargetkan dapat memberikan pengurangan emisi yang berarti tanpa kehilangan hasil panen padi, tetapi total pengurangan global yang mungkin sangat kecil.
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.
Untuk mengurangi emisi lebih lanjut akan memerlukan panduan yang lebih baik untuk membantu petani menentukan tingkat amandemen organik terbaik, seperti jerami atau biochar, dan pendekatan baru yang dapat mengurangi emisi tanpa merusak produksi padi.
Hanqin Tian receives funding from US Department of Agriculture, US National Science Foundation, and Andrew Carnegie Fellowship Program.
Hanqin Tian menerima pendanaan dari Departemen Pertanian AS, National Science Foundation AS, dan Program Beasiswa Andrew Carnegie.
Pep Canadell receives funding from the Australian National Environmental Science Program-Climate Systems Hub.
Pep Canadell menerima pendanaan dari Program Ilmu Lingkungan Nasional Australia-Pusat Sistem Iklim.
Shufen (Susan) Pan receives funding from U. S. National Science Foundation
Shufen (Susan) Pan menerima pendanaan dari National Science Foundation A.S.
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 tidak bekerja untuk, berkonsultasi, memiliki saham di, atau menerima pendanaan dari perusahaan atau organisasi apa pun yang akan mendapat manfaat dari artikel ini, dan tidak mengungkapkan afiliasi relevan selain jabatan akademiknya.
Read more
-
Obsesi ‘tokenmaxxing’ AI Silicon Valley punya masalah besar – dan para filsuf sudah melihatnya
Silicon Valley’s AI ‘tokenmaxxing’ obsession has a big problem – and philosophers saw it coming
-
Kita tidak tahu apakah Donald Trump menderita demensia. Bahkan jika dia menderita, itu tidak akan membenarkan tindakannya
We can’t know if Donald Trump has dementia. Even if he did, it wouldn’t excuse his actions