O arroz alimenta bilhões de pessoas – mas seu papel no agravamento das mudanças climáticas está crescendo
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.
Existem maneiras de reduzir as emissões sem sacrificar a produtividade. Um novo estudo mostra como, e analisa uma técnica rotulada como ‘amiga do clima’ que piora as emissões.
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.
Arroz alimenta mais da metade do mundo. De terraços de arroz no Sudeste Asiático a campos irrigados na China e na Índia, ele sustenta as refeições diárias de bilhões de pessoas.
But the same flooded soils that help rice thrive also create ideal conditions for microbes that release climate-warming gases.
Mas os mesmos solos alagados que ajudam o arroz a prosperar também criam condições ideais para micróbios que liberam gases de aquecimento climático.
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.
Em um novo estudo, nossa equipe de cientistas do meio ambiente e da agricultura descobriu que as emissões de gases de efeito estufa dos arrozais quase dobraram globalmente desde a década de 1960, com uma média de cerca de 1,1 bilhão de toneladas de emissões equivalentes de dióxido de carbono por ano na década de 2010. Isso é aproximadamente igual às emissões anuais de 239 milhões de carros.
This makes rice-growing the largest emissions source in agriculture outside of livestock, and rice demand is expected to keep rising.
Isso torna o cultivo de arroz a maior fonte de emissões na agricultura, fora da pecuária, e espera-se que a demanda por arroz continue aumentando.
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.
Os agricultores têm maneiras de reduzir as emissões de suas plantações de arroz sem diminuir seus rendimentos. Se cada produtor utilizasse as melhores opções “climate-smart” (inteligentes para o clima) disponíveis atualmente, descobrimos que as emissões globais de arroz poderiam ser reduzidas em cerca de 10% até meados do século. No entanto, são necessárias reduções maiores para desacelerar as mudanças climáticas, o que exigiria o desenvolvimento de estratégias adicionais e mais eficazes.
Why rice emissions have increased
Por que as emissões de arroz aumentaram
Rice emissions have risen for two reasons: the expansion of rice cultivation area and the intensification of management practices.
As emissões de arroz aumentaram por dois motivos: a expansão da área de cultivo de arroz e a intensificação das práticas de manejo.
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.
Um pouco mais da metade do aumento global deve-se à expansão das áreas de cultivo de arroz. Na África, por exemplo, a área de cultivo de arroz quase dobrou desde a década de 1960, ajudando a impulsionar um aumento de dois em emissões de metano na região.
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.
Ao mesmo tempo, os agricultores de arroz estão usando mais fertilizantes e corretivos orgânicos, como palha e esterco, plantando variedades de arroz mais produtivas e cultivando as plantas mais próximas. O resultado é mais arroz, mas também mais emissões de gases de efeito estufa.
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.
Descobrimos que uma prática em particular – deixar os caules de arroz no campo após a colheita e depois ará-los no solo para melhorar a fertilidade do solo – foi responsável por cerca de 18% do aumento geral das emissões líquidas de arroz desde a década de 1960. O motivo: Aumenta a matéria orgânica no solo, que os micróbios depois decompõem, criando mais emissões de metano.
Rising global temperatures further accelerate microbial activity in the soils, meaning even more emissions.
O aumento das temperaturas globais acelera ainda mais a atividade microbiana nos solos, significando ainda mais emissões.
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.
Fertilizante é outro grande contribuinte para as emissões. O uso de nitrogênio sintético aumentou em cerca de 76% após 2000, impulsionando o óxido nitroso – outro potente gás de efeito estufa. Contribuiu com cerca de 9% do aumento nas emissões líquidas globais totais de atividades humanas.
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.
As práticas de irrigação também afetam as emissões. No passado, os arrozais irrigados eram mantidos alagados durante toda a estação de crescimento, resultando em emissões constantes de gases de efeito estufa produzidas por micróbios que prosperam em ambientes úmidos. Nas últimas duas décadas, no entanto, mais agricultores usaram inundação intermitente – drenando seus campos periodicamente.
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.
Essa mudança diminuiu as emissões de metano em comparação com manter os arrozais continuamente alagados. No entanto, encontramos um ligeiro aumento nas emissões de óxido de nitrogênio à medida que os solos ciclaram entre úmido e seco, o que induz os micróbios a transformar nitrogênio na matéria orgânica em gases de óxido de nitrogênio, particularmente óxido nitroso.
Climate impact of rice production
Impacto climático da produção de arroz
Putting a full climate price tag on rice production is harder than measuring one greenhouse gas at a time.
Atribuir um custo climático completo à produção de arroz é mais difícil do que medir um gás de efeito estufa por vez.
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.
Os arrozais emitem metano e óxido nitroso de solos úmidos ou alagados. Eles também removem dióxido de carbono da atmosfera à medida que o arroz cresce e perdem carbono de seus solos entre as safras.
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.
Uma estimativa global credível exige a contabilização consistente de diferentes gases e mudanças no carbono do solo, bem como a incerteza envolvida no rastreamento de dados no espaço e no tempo.
To do that, we combined three approaches:
Para fazer isso, combinamos três abordagens:
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.
Um modelo computacional de ecossistema permitiu-nos simular o crescimento das culturas, as condições da água e os processos do solo para estimar mudanças em metano, óxido nitroso e carbono do solo em conjunto.
An artificial intelligence-powered machine learning model improved estimates where measurements were sparse to cover all rice regions in the world.
Um modelo de aprendizado de máquina alimentado por inteligência artificial melhorou as estimativas onde as medições eram escassas, cobrindo todas as regiões de arroz do mundo.
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.
E uma meta-análise de mais de 1.200 locais de experimentos de campo forneceu evidências diretas de como práticas como irrigação, uso de fertilizantes e manejo de resíduos de culturas afetam as emissões.
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.
Juntos, eles nos permitiram quantificar as emissões de 1961 a 2020, determinar o que impulsionou essas emissões e testar o potencial de técnicas de mitigação sob futuras condições climáticas.
What works and doesn’t for climate mitigation
O que funciona e o que não funciona para a mitigação climática
There are ways to reduce emissions from rice production without sacrificing yield.
Existem maneiras de reduzir as emissões da produção de arroz sem sacrificar o rendimento.
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.
Nosso estudo descobriu que a redução do uso de fertilizantes e de aplicações de resíduos, o manejo da irrigação para permitir períodos secos entre os alagados e a redução da aragem poderiam, em conjunto, reduzir as emissões globais de gases de efeito estufa do arroz em cerca de 10% até meados do século.
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.
Ficamos surpresos ao descobrir que substituir fertilizantes químicos por opções mais orgânicas nem sempre é melhor do ponto de vista dos gases de efeito estufa, embora seja valorizado na agricultura orgânica.
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.
Manter quantidades moderadas de palha e outros resíduos de culturas no campo pode ajudar a aumentar a fertilidade do solo, mas em excesso pode aumentar as emissões de metano e acelerar a perda de carbono do solo. Outra opção é converter parte do resíduo em biochar – queimando-o em condições de baixo oxigênio antes de misturá-lo aos solos alagados. O biochar pode ajudar a estabilizar o carbono do solo e reduzir as emissões de metano.
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.
Melhorar o manejo da água pode ser uma ferramenta poderosa para reduzir as emissões. Drenar os campos periodicamente reduz a produção de metano, embora possa elevar ligeiramente as emissões de óxido nitroso. Esta estratégia é particularmente eficaz em regiões com infraestrutura de irrigação confiável, incluindo grandes partes da Ásia.
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.
Gerenciar o uso de fertilizantes também é uma estratégia de mitigação eficaz, particularmente em sistemas altamente fertilizados, incluindo partes da China e do Sul da Ásia. O excesso de nitrogênio aumenta o óxido nitroso sem um aumento claro nos rendimentos das culturas e aumenta a poluição da água. Reduzir a superaplicação de nitrogênio diminui as emissões e a poluição da água, e economiza dinheiro para os agricultores no processo.
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.
Os efeitos da aragem, a prática de arar o solo entre as safras, apresentam grandes diferenças regionais. Reduzir a aragem é frequentemente promovido como ecologicamente correto, mas descobrimos que isso nem sempre minimiza as emissões líquidas em sistemas alagados. Em campos de arroz em zonas temperadas, incluindo grande parte dos EUA e da China, as condições mais frias podem limitar a produção de metano, permitindo que os benefícios do carbono do solo da redução da aragem superem o risco de metano. Em sistemas mais quentes e persistentemente alagados, no entanto, as condições de baixo oxigênio podem impulsionar a atividade microbiana, aumentando a produção de metano e acelerando a perda de carbono do solo.
Overall, we found that no single practice works everywhere. Each region will need to assess the most effective practices for reducing emissions.
No geral, descobrimos que nenhuma prática única funciona em todos os lugares. Cada região precisará avaliar as práticas mais eficazes para reduzir as emissões.
A climate ceiling for rice production
Um teto climático para a produção de arroz
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.
O ponto principal é ao mesmo tempo promissor e sóbrio: Conjuntos direcionados de práticas otimizadas podem proporcionar reduções significativas de emissões sem perda de rendimento de arroz, mas a redução global total possível é modesta.
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.
Reduzir as emissões ainda exigirá um melhor guia para ajudar os agricultores a determinar os melhores níveis de aditivos orgânicos, como palha ou biochar, e novas abordagens que possam reduzir as emissões sem prejudicar a produção de arroz.
Hanqin Tian receives funding from US Department of Agriculture, US National Science Foundation, and Andrew Carnegie Fellowship Program.
Hanqin Tian recebe financiamento do Departamento de Agricultura dos EUA, da Fundação Nacional de Ciência dos EUA e do Programa de Bolsas Andrew Carnegie.
Pep Canadell receives funding from the Australian National Environmental Science Program-Climate Systems Hub.
Pep Canadell recebe financiamento do Australian National Environmental Science Program-Climate Systems Hub.
Shufen (Susan) Pan receives funding from U. S. National Science Foundation
Shufen (Susan) Pan recebe financiamento da Fundação Nacional de Ciência dos EUA
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 não trabalha, não é consultor, não possui ações nem recebe financiamento de nenhuma empresa ou organização que se beneficiaria deste artigo, e não divulgou afiliações relevantes além de seu cargo acadêmico.
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