by Dr. Angel S. Fernandez-Bou for the California Climate and Agriculture Network.

Posted on Thursday, June 9th, 2022 at https://calclimateag.org/climate-change-and-the-future-of-agriculture/

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Climate Change and the Future of Agriculture

For a Californian who crosses the San Joaquin Valley, it is probably difficult to visualize how the most profitable agricultural region of the United States has changed over the last two centuries. The Valley used to be a humid region of ephemeral rivers and lakes. Tulare Lake was a permanent body of water of the size of Los Angeles that, in a wet year, would be connected to the Bay Area. Nowadays, the Tulare Lake has been drained and the San Joaquin Valley has lost 95% of its original wetlands. In its place is one of the largest agricultural industries in the world that generates more agricultural revenue than Canada, Germany, or Peru (and yet that revenue is one order of magnitude less than individual companies like Google, Apple, or Amazon). But feeding the world using conventional agriculture has a toll, and the ones who paid most of that toll are the residents of rural disadvantaged communities.

Climate change

A traditional definition of climate change does not describe properly what is happening in California. Climate change is created by a “blanket” of heat-trapping gases that is increasing the global temperature of the Earth. But in California (and many other places) climate change means extremes. In 2017, the Oroville dam almost suffered a catastrophic failure due to unusual intense precipitation; just four years later, Oroville reached its lowest level since its construction due to an exceptional drought. In 2021, the Dixie fire burned 1% of California (one million acres) in the single largest fire in recorded history of the state; it was extinguished by the largest precipitation on record in some areas of NorCal (region which, despite the extreme precipitation, is still under an extreme drought).

That is why we need to be careful when we look at the data and predictions. If we look at temperatures, models suggest that average temperatures will raise 5 °F to 8 °F by the end of century in the San Joaquin Valley. But that doesn’t tell us much, does it? The real big deal with temperature here is that the number of extreme heat days (days with temperatures quite above 100 °F) will increase 15-fold. That means two months of unbearable temperatures to work outdoors as a farmworker (and there are about 200,000 of them in the San Joaquin Valley).

Human dimensions

For many communities, these extremes are too much. The San Joaquin Valley has 4.3 million inhabitants of which 55% live in disadvantaged communities. Extreme heat days increase the risk of heat stroke, and many residents of low-income disadvantaged communities do not have the means to pay for air conditioning. Air quality in the San Joaquin Valley doesn’t help either: often the same residents who cannot pay for air conditioning cannot open their windows. (1) The San Joaquin Valley has the worst air quality in the United States in metropolitan areas (2), and rural communities often have even worse air quality due to pesticide spray and intense dust from conventional agriculture. (3) And don’t forget the hundreds of thousands of oil wells and fracking sites, most of them in southern San Joaquin Valley. Climate change is a greater threat in these frontline communities because they lack fundamental infrastructure, such has access to drinking water, sewage, green areas, health services, even sidewalks that are very important for the elderly. (4)

Water

Water is not in a better situation. The snowpack in the Sierra Nevada is retreating, and water storage as snow is the main source of surface water (cheap water for agriculture). Precipitation will fall more as rainfall and less as snow in the Sierras, and the snowmelt will be earlier, when the water is not needed for agriculture. Dams may have to release the water from winter floods to avoid catastrophic failure. And more dams will not solve the issue. (5, 6) Sea level rise may require allocating more water to the rivers to push salty water out of the San Joaquin Valley.

Climate change is creating more instability for agriculture. Crop water use (evapotranspiration) is increasing with higher temperatures (plants will need more water to do the same they do now). Droughts, lack of surface water, and increasing crop surface areas are requiring more groundwater pumping, while the groundwater overdraft per year in the San Joaquin Valley is equivalent to the amount of water used by 20 million Californians at home. Such crops as pistachios, walnuts, and some stone fruits require a number of chill hours (winters that are cold and long enough), and increasing temperatures may make them unfeasible in many parts of the San Joaquin Valley (pistachios alone have a revenue of almost $3 billion per year). Also, permanent crops (almost 3 million acres) cannot be fallowed; they require water every year, even if there is an exceptional drought, (7) as there has been 50% of the time over the last eight years (in that time, only two years have not been abnormally dry).

More frequent and intense droughts combined with extreme heat, labor scarcity (no one will want or will be able to work outside under extreme weather), lack of chill hours, and increasing pest incidence are already some of the main threats to agriculture of the onset of climate change.

The truth is that California does not have enough water to continue with our current practices, and climate change is going to make it much worse.

Kern River dry crossing Bakersfield in the fall of 2021, and canal full of water (left side of the image). The Kern River is the 10th longest river in California, but in Bakersfield it is normally dry during the summer and fall months. Photo by Peter Szera.

But we have options

The good news is that agriculture can help mitigate climate change, and the San Joaquin Valley can become a world leader if farmers receive the right incentives (for example, simplifying paperwork for small farmers and economic incentives on positive externalities).

Agriculture can fight climate change via climate-smart agriculture, which means using well-known techniques such as no-till or cover crops to increase carbon storage and carbon sequestration. Such agronomical practices promote soil health and more water storage. Regenerative agriculture goes a step beyond by eliminating the use of toxic substances (pesticides and synthetic fertilizers), which also fosters habitat for nature, cleaner water and purer air, food that is more nutritious, and other positive externalities (cobenefits) that benefit everyone in California (8). The whole state would gain from incentivizing sustainable agriculture and crop diversity. The role of small, sustainable farms that foster crop diversity and the environment is outstanding, and it should be rewarded.

We must make food production sustainable. And of course, later we can start solving the problems that we have inflicted California. We can mitigate the effects of climate change in several ways. To control earlier snowmelt and prevent flooding events, we can do more aquifer recharge, in farmlands or elsewhere, which can help bring water security if done near rural disadvantaged communities. To compensate for farmworker scarcity and inhumane working conditions, we can develop more and better labor automation. To keep important crops such as pistachios, walnuts, or stone fruits that need chill hours we can do scientific research to find new varieties more well-adapted.

Some of my opinions…

Agriculture can be much more than just food.

Food is essential, but agriculture has so much more to offer.
Policymakers should use scientific tools that account for the benefits and positive externalities of regenerative agriculture. Everyone can benefit from incentivizing farmers to transition from conventional agriculture to regenerative agriculture.
Food from regenerative agriculture sources can be more affordable if farmers are paid for the positive externalities they create for society, instead of having only their customers pay for those benefits. Everyone deserves to eat nutritious food from an ethical source, regardless of their economic means.

Technology that is not actively addressing inequity will likely create inequity.

To foster regenerative agriculture, biodiversity, and sustainability, agricultural technology must be inclusive and accessible for small farmers as much as for larger farmers.
Scientists and the technology industry can partner to find ways to improve climate-smart agricultural automation and to develop low-cost environmental monitoring to measure positive externalities produced by farmers. For example, instead of focusing on making a robot that plucks out a weed, create a way to measure how much that weed benefits the environment by creating habitat, improving soil health, or hosting predators of pests. If the benefit for society is more than the cost for the farmer for keeping it, keep it and account for it to receive incentives; otherwise, pluck it.

Farmers and environmentalists should become best friends.

We need healthy food, and we need a healthy environment. And luckily, there are many scenarios in which farmers and environmentalist groups can agree, thrive, and be happy.
Agriculture can become habitat with adequate sustainable and regenerative practices, which also benefits farmworkers and surrounding communities. Farms can sequester a lot of carbon, which helps everyone.
Maybe, the ultimate incentive for farmers could be water that sustains habitat in their farms while it helps them feed the world with sustainable practices that benefit everyone.

One thing is clear: if we want to succeed, we need to address climate change together.

More about the author

Angel S. Fernandez-Bou, PhD, is a researcher at UC Merced affiliated with the Sierra Nevada Research Institute and the Water Systems Management Group. He is the president of SEEN (SocioEnvironmental and Education Network), a nonprofit organization that serves children and adults of the Central Valley to access to education and to pursue environmental,socioeconomic, and climate justice. Angel S. is the lead coordinating author of California’s 4^th Climate Change Assessment for the San Joaquin Valley Region (disponible en Español aqui).

El cambio climático y el futuro de la agricultura

Nos complace compartir este blog escrito por nuestro invitado Angel S. Fernandez-Bou, PhD. Ángel es un científico afiliado a UC Merced y a la organización no lucrativa SocioEnvironmental and Education Network (SEEN).

Para un californiano que cruza el Valle de San Joaquín, probablemente sea difícil visualizar cómo ha cambiado la región agrícola más rentable de los Estados Unidos en los últimos dos siglos. El Valle solía ser un gran humedal, con muchos lagos y arroyos efímeros que alimentaban a los ríos más importantes de la región. El Lago Tulare era un cuerpo de agua permanente del tamaño de Los Ángeles que, en un año lluvioso, estaba conectado al con el Área de la Bahía. Actualmente, el Lago Tulare ha sido drenado y el Valle de San Joaquín ha perdido el 95% de sus humedales originales. En su lugar se encuentra una de las industrias agrícolas más grandes y poderosas del mundo que genera más ingresos agrícolas que Canadá, Alemania o Perú (y, sin embargo, todos esos ingresos juntos son un orden de magnitud menor que los de compañías individuales como Google, Apple o Amazon).

Pero alimentar al mundo con agricultura convencional tiene un precio, y quienes pagan la mayor parte de ese precio son los residentes de las comunidades rurales vulnerables.

Cambio climático

Una definición tradicional de cambio climático no describe adecuadamente lo que está sucediendo en California. El cambio climático es creado por una “manta” de gases que atrapan el calor y que está aumentando la temperatura global de la Tierra. Pero en California (y en muchos otros lugares) el cambio climático significa extremos. En 2017, la represa de Oroville estuvo a punto de sufrir una falla catastrófica debido a lluvias muy intensas; solo cuatro años después, Oroville alcanzó el nivel más bajo desde su construcción debido a una sequía excepcional. En 2021, el incendio de Dixie quemó 1 % de California (un millón de acres o 4,000 km2) en el incendio individual más grande registrado en la historia del estado; fue extinguido por la precipitación más grande registrada en algunas áreas del norte de California (región que, a pesar de la precipitación extrema, todavía está bajo una sequía extrema).

Es por eso que debemos tener cuidado cuando miramos los datos y las predicciones. Si observamos las temperaturas, los modelos sugieren que las temperaturas promedio aumentarán de 5 °F a 8 °F (de 2.8 °C a 4.4 °C) para fines de siglo en el Valle de San Joaquín. Pero eso no nos dice mucho, ¿verdad? El verdadero problema con la temperatura aquí es que la cantidad de días de calor extremo (días con temperaturas por encima de unos 105 °F o unos 40 °C) aumentará 15 veces. Eso significa dos meses de temperaturas insoportables para trabajar al aire libre como trabajador agrícola (y hay alrededor de 200,000 en el Valle de San Joaquín).

Dimensiones humanas

Para muchas comunidades, estos extremos son demasiado. El Valle de San Joaquín tiene 4.3 millones de habitantes de los cuales el 55 % vive en comunidades vulnerables. Los días de calor extremo aumentan el riesgo de sufrir un golpe de calor, y muchos residentes de comunidades vulnerables de bajos ingresos no tienen los medios para pagar por aire acondicionado. La calidad del aire en el Valle de San Joaquín tampoco ayuda: a menudo, los mismos residentes que no pueden pagar por aire acondicionado tampoco pueden abrir sus ventanas (1). El Valle de San Joaquín tiene la peor calidad de aire en áreas metropolitanas de Estados Unidos (2), y las comunidades rurales a menudo tienen una calidad de aire aún peor debido al rociado impreciso de pesticidas y al polvo intenso creado por la agricultura convencional (3). Y no olvidemos los cientos de miles de pozos de petróleo y fracking, la mayoría de ellos en el sur del Valle de San Joaquín. El cambio climático es una amenaza mayor en estas comunidades de primera línea porque carecen de infraestructura fundamental, como acceso a agua potable, alcantarillado, áreas verdes, servicios de salud, incluso aceras que son muy importantes para las personas mayores (4).

Agua

El agua no está en mejor situación. La capa de nieve en la Sierra Nevada está retrocediendo y el almacenamiento de agua en forma de nieve es la principal fuente de agua superficial (agua barata para la agricultura). La precipitación caerá más en forma de lluvia y menos en forma de nieve en las Sierras, y el deshielo será más temprano, cuando el agua no se necesite para la agricultura. Es posible que las represas tengan que liberar el agua del deshielo e inundaciones para evitar fallas catastróficas. Y construir más represas no resolverá el problema (5 ,6). El aumento del nivel del mar puede requerir el aumento del caudal de agua en los ríos para evitar la intrusión del agua salada del mar en el Valle de San Joaquín.

El cambio climático está creando más inestabilidad para la agricultura. El uso de agua de los cultivos (evapotranspiración) está aumentando con temperaturas más altas (las plantas necesitarán más agua para hacer lo mismo que hacen ahora). Las sequías, la falta de agua superficial y el aumento de áreas de cultivos permanentes requieren más bombeo de agua subterránea, mientras que el exceso de extracción de agua subterránea por año en el Valle de San Joaquín es equivalente a la cantidad de agua utilizada por 20 millones de californianos en sus hogares. Cultivos como pistachos, nueces y algunas frutas de hueso requieren una cantidad de horas de frío (inviernos que son fríos y lo suficientemente largos), y el aumento de las temperaturas puede hacerlos inviables en muchas partes del Valle de San Joaquín (por ejemplo, los pistachos representan ingresos de casi $ 3,000 millones por año). Además, los cultivos permanentes (casi 3 millones de acres o 1.2 millones de hectáreas) no se pueden dejar en barbecho; requieren agua todos los años, incluso si hay una sequía excepcional1, como la ha habido el 50 % del tiempo en los últimos ocho años (en ese tiempo, solo dos años no han sido anormalmente secos).

Las sequías más frecuentes e intensas combinadas con el calor extremo, la escasez de mano de obra (nadie querrá o podrá trabajar al aire libre en condiciones climáticas extremas), la falta de horas de frío y el aumento de la incidencia de plagas ya son algunas de las principales amenazas del incipiente cambio climático para la agricultura.

La verdad es que California no tiene suficiente agua para continuar con nuestras prácticas actuales, y el cambio climático lo empeorará mucho más.

Pero tenemos opciones

La buena noticia es que la agricultura puede ayudar a mitigar el cambio climático, y el Valle de San Joaquín puede convertirse en un líder mundial si los agricultores reciben los incentivos adecuados (por ejemplo, simplificar el papeleo para los pequeños agricultores o incentivos económicos a externalidades positivas).

La agricultura puede luchar contra el cambio climático a través de la agricultura climáticamente inteligente (climate-smart agriculture), que implica utilizar técnicas bien conocidas como la labranza cero o cultivos de cobertura para aumentar el almacenamiento y la captura de carbono. Tales prácticas agronómicas promueven la salud del suelo y más almacenamiento de agua. La agricultura regenerativa va un paso más allá al eliminar el uso de sustancias tóxicas (pesticidas y fertilizantes sintéticos), lo que también fomenta el hábitat para la naturaleza, agua y aire más puros, alimentos más nutritivos y otras externalidades positivas que benefician a todos en California (7). Todo el estado se beneficiaría al incentivar la agricultura sostenible y la diversidad de cultivos. El papel de los pequeños agricultores y agricultores sostenibles que fomentan la diversidad de cultivos y el medio ambiente es excepcional y debe ser recompensado.

Debemos hacer que la producción de alimentos sea sostenible. Y por supuesto, más adelante podemos empezar a solucionar los problemas que le hemos infligido a California. Podemos mitigar los efectos del cambio climático de varias maneras. Para controlar el deshielo temprano y evitar inundaciones, podemos hacer recarga de acuíferosen tierras de cultivo o en otros lugares, lo que puede ayudar a brindar seguridad hídrica si se realiza cerca de comunidades rurales vulnerables. Para compensar la escasez de trabajadores agrícolas y las condiciones de trabajo inhumanas, podemos desarrollar más y mejor automatización laboral. Para mantener cultivos importantes como pistachos, nueces o frutas de hueso que necesitan horas de frío, podemos recurrir a la ciencia para encontrar nuevas variedades mejor adaptadas.

Algunas de mis opiniones…

La agricultura puede ser mucho más que solo comida.

La comida es esencial, pero la agricultura tiene mucho más que ofrecer.
Los legisladores deberían utilizar herramientas científicas que contabilicen los beneficios y las externalidades positivas de la agricultura regenerativa. Todos pueden beneficiarse al incentivar a los agricultores a hacer una transición de agricultura convencional a agricultura regenerativa.
Los alimentos provenientes de fuentes de agricultura regenerativa pueden ser más asequibles si se paga a los agricultores por las externalidades positivas que crean para la sociedad, en lugar de que sólo sus clientes paguen por esos beneficios. Todas las personas merecen comer alimentos nutritivos de una fuente ética, independientemente de sus medios económicos.

La tecnología que no aborde activamente la inequidad probablemente creará inequidad.

Para fomentar la agricultura regenerativa, la biodiversidad y la sostenibilidad, la tecnología agrícola debe ser inclusiva y accesible tanto para los pequeños agricultores como para los grandes agricultores.
Los científicos y la industria tecnológica pueden aliarse para encontrar formas de mejorar la automatización agrícola climáticamente inteligente y desarrollar un monitoreo ambiental de bajo costo para medir las externalidades positivas producidas por los agricultores. Por ejemplo, en lugar de enfocarse en hacer un robot que arranque una maleza, que se cree una forma de medir cuánto beneficia esa maleza al medio ambiente al crear un hábitat, mejorar la salud del suelo o albergar depredadores de plagas. Si el beneficio para la sociedad es mayor que el costo para el agricultor por conservar esa maleza, consérvela y contabilícela para recibir incentivos; de lo contrario, arránquela.

Los agricultores y los ecologistas deberían ser los mejores amigos.

Necesitamos alimentos saludables y necesitamos un medio ambiente saludable. Y afortunadamente, hay muchos escenarios en los que los agricultores y los grupos ambientalistas pueden estar de acuerdo, prosperar y ser felices.

Las tierras agrícolas pueden convertirse en hábitat para la naturaleza si se usan prácticas sostenibles y regenerativas adecuadas, lo que también beneficia a los trabajadores agrícolas y las comunidades aledañas. Las granjas pueden secuestrar una gran cantidad de carbono, lo que ayuda a todos.
Tal vez, el incentivo final para los agricultores podría ser el agua que sostiene el hábitat en sus granjas mientras los ayuda a alimentar al mundo con prácticas sostenibles que benefician a todos.

Una cosa está clara: si queremos tener éxito, debemos abordar el cambio climático juntos.

Más sobre el autor

Angel Santiago Fernandez-Bou, PhD, es un científico de la Universidad de California Merced afiliado al Instituto de Investigación de la Sierra Nevada y al Grupo de Gestión de Sistemas de Agua. Es presidente de SEEN (Red Socioambiental y Educativa, por sus siglas en inglés, SocioEnvironmental and Education Network), una organización sin fines de lucro que sirvea niños y adultos del Valle Central a tener acceso a educación y que trabaja en busca de justicia ambiental, socioeconómica y climática. Angel S. es el autor coordinador de la 4ª Evaluación de Cambio Climático de California sobre la Región del Valle de San Joaquín disponible en español. (versión en inglés aqui.)

References:

A. S. Fernandez-Bou, J. P. Ortiz-Partida, K. B. Dobbin, H. Flores-Landeros, L. A. Bernacchi, J. Medellín-Azuara, Underrepresented, understudied, underserved: Gaps and opportunities for advancing justice in disadvantaged communities. Environmental Science & Policy. 122, 92–100 (2021).
A. L. American Lung Association, State of the Air Report 2021 (2021; https://www.lung.org/research/sota).
H. Flores-Landeros, C. Pells, M. Campos-Martinez, A. S. Fernandez-Bou, J. P. Ortiz Partida, J. Medellín-Azuara, Community perspectives and environmental justice in California’s San Joaquin Valley. Preprint (2021).
A. S. Fernandez-Bou, J. P. Ortiz-Partida, L. M. Classen-Rodriguez, C. Pells, K. B. Dobbin, V. Espinoza, J. M. Rodríguez-Flores, C. Thao, C. R. Hammond Wagner, A. Fencl, H. Flores-Landeros, M. L. Maskey, S. A. Cole, S. Azamian, E. Gamiño, A. Guzman, A. G. F. Alvarado, M. S. Campos-Martínez, C. Weintraub, E. Sandoval, R. M. Dahlquist-Willard, L. A. Bernacchi, C. C. Naughton, R. M. DeLugan, J. Medellín-Azuara, 3 Challenges, 3 Errors, and 3 Solutions to Integrate Frontline Communities in Climate Change Policy and Research: Lessons From California. Frontiers in Climate. 3, 104 (2021).
S. E. Null, J. Medellín-Azuara, A. Escriva-Bou, M. Lent, J. R. Lund, Optimizing the dammed: Water supply losses and fish habitat gains from dam removal in California. Journal of Environmental Management. 136, 121–131 (2014).
D. M. Nover, M. S. Dogan, R. Ragatz, L. Booth, J. Medellín-Azuara, J. R. Lund, J. H. Viers, Does More Storage Give California More Water? JAWRA Journal of the American Water Resources Association. 55, 759–771 (2019).
Exceptional Drought (Definition by NOAA at drought.gov). Fields are left fallow; orchards are removed; vegetable yields are low; honey harvest is small. Fire season is very costly; number of fires and area burned are extensive. Fish rescue and relocation begins; pine beetle infestation occurs; forest mortality is high; wetlands dry up; survival of native plants and animals is low; fewer wildflowers bloom; wildlife death is widespread; algae blooms appear.
A. Sharma, L. Bryant, E. Lee, “Regenerative agriculture: farm policy for the 21st century” (Natural Resources Defense Council, Santa Monica, CA, 2022), p. 61.