INFEWS/T1: Intensification in the world's largest agricultural frontier: Integrating food production, water use, energy demand, and environmental integrity in a changing climate

INFEWS/T1:世界最大农业前沿的集约化:在气候变化中整合粮食生产、用水、能源需求和环境完整性

基本信息

  • 批准号:
    1739724
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 243.1万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Continuing Grant
  • 财政年份:
    2017
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2017-08-15 至 2023-07-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

During the last 20 years Brazil became a major producer and exporter of soybeans and corn mainly by expanding cropping into its Amazon rainforest and savanna woodlands. Brazil is now second only to the United States and its goal is to double agricultural production to meet increasing global demands. This project investigates how water and energy may be affected by, and potentially limit, further agricultural intensification. The project will consist of three main parts. The first part will be farm-scale field experiments to evaluate how more intensive crop management influences emissions of greenhouse gases from soils, water quality and habitats in streams, and demands for energy. The second part will investigate how the distributions of crops within this agricultural frontier region respond to farm management decisions, government policies, global greenhouse gas concentrations, and climate. The final part will use computer models to investigate the potential responses of the food production system, the water cycle, and energy use and demand to changing climate and different potential pathways of agricultural intensification. This proposal addresses the globally important issue of how to conserve the rich biodiversity of Amazon forests and Cerrado woodlands, maintain a stable climate, and contribute to global food security. It will provide new knowledge about the implications of the intensification of soybeans and other crops for regional climate, the quality of water and stream habitats in tropical watersheds, and energy production. Results will be transmitted to policymakers and producers in Brazil through direct communication with state and federal government agencies; a 10-week immersion Policy Lab in which US and Brazilian graduate students will use science from this project to create policy papers; and direct interactions with a major Brazilian soybean producing company to study crop management options.This project evaluates the tradeoffs inherent in balancing increased food production ? and its associated demands for water, energy, and land ? with the conservation of the Amazon and Cerrado environments of Brazil, the Earth?s largest remaining tropical forests and woodlands. The overarching question is whether this balance can be achieved through rapid and sustained intensification of food production on already cleared lands. Achieving this transition, while avoiding the environmental costs associated with intensive agriculture in other regions, and minimizing vulnerability to a changing climate, is one of the world?s greatest food, water, and energy challenges. This project will develop new understanding of how increased food production will impact and depend upon water, nutrient, and energy. It will advance the development of state-of-the art prognostic computational models of tropical meteorology, ecology, hydrology, and cropping to analyze the impacts of deforestation, agricultural intensification, and increasing greenhouse gasses on mesoscale convection, total and seasonal rainfall, land surface, forest health, and crop production temperature. It will lead to more accurate predictions of the downstream effects of intensive agriculture that will be relevant across tropical South America where the least information is available and greatest agricultural land transformations on Earth now occur. This project will contribute to the development of new fine-scale climate modeling and a tropical crop version of the Community Land Model 5, one of the most widely used land surface models. Data from this project will be made widely available using the cyberinfrastructure built by NSF and other federal agencies for sharing and moving large amounts of data. It will advance understanding of climatic thresholds for tropical crops, the vulnerability of crops to climate extremes, and how those will change in the future as cropping intensifies and expands.
在过去的20年里,巴西成为大豆和玉米的主要生产国和出口国,主要是通过将作物种植扩大到亚马逊雨林和热带稀树草原林地。巴西现在仅次于美国,其目标是将农业产量翻一番,以满足日益增长的全球需求。该项目研究水和能源如何可能受到影响,并可能限制,进一步农业集约化。该项目将包括三个主要部分。第一部分将是农场规模的田间试验,以评估更密集的作物管理如何影响土壤、水质和河流栖息地的温室气体排放以及能源需求。第二部分将调查这个农业前沿地区的作物分布如何响应农场管理决策,政府政策,全球温室气体浓度和气候。最后一部分将使用计算机模型来调查粮食生产系统、水循环、能源使用和需求对气候变化的潜在反应以及农业集约化的不同潜在途径。该提案涉及如何保护亚马逊森林和塞拉多林地丰富的生物多样性、维持稳定的气候和促进全球粮食安全的全球重要问题。它将提供有关大豆和其他作物集约化对区域气候,热带流域水和溪流栖息地质量以及能源生产的影响的新知识。研究结果将通过与州和联邦政府机构的直接沟通传达给巴西的决策者和生产者;为期10周的沉浸式政策实验室,美国和巴西的研究生将利用该项目的科学知识撰写政策文件;并与巴西一家主要大豆生产公司直接互动,研究作物管理方案。该项目评估平衡粮食产量增加所固有的权衡?及其对水、能源和土地的相关需求?保护巴西的亚马逊和塞拉多环境,地球?世界上现存最大的热带森林和林地。首要的问题是,能否通过在已清理的土地上迅速和持续地加强粮食生产来实现这一平衡。实现这一转变,同时避免与其他地区集约农业相关的环境成本,并最大限度地减少对气候变化的脆弱性,是世界之一?世界上最大的食物、水和能源挑战。该项目将对粮食产量的增加将如何影响和依赖于水、营养和能源产生新的认识。它将推进热带气象学,生态学,水文学和作物的最先进预测计算模型的发展,以分析森林砍伐,农业集约化和温室气体增加对中尺度对流,总降雨量和季节性降雨量,地表,森林健康和作物生产温度的影响。它将导致对集约农业的下游影响进行更准确的预测,这将与整个热带南美洲有关,那里的信息最少,而地球上的农业土地变化最大。该项目将有助于开发新的精细气候模型和社区土地模型5的热带作物版本,这是最广泛使用的陆地表面模型之一。该项目的数据将通过NSF和其他联邦机构为共享和移动大量数据而建立的网络基础设施广泛提供。它将促进对热带作物气候阈值的理解,作物对极端气候的脆弱性,以及随着种植的加强和扩大,这些将如何在未来发生变化。

项目成果

期刊论文数量(25)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Land Use Change Influences Ecosystem Function in Headwater Streams of the Lowland Amazon Basin
  • DOI:
    10.3390/w13121667
  • 发表时间:
    2021-06-01
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.4
  • 作者:
    Jankowski, Kathi Jo;Deegan, Linda A.;Macedo, Marcia N.
  • 通讯作者:
    Macedo, Marcia N.
Trends in streamflow, evapotranspiration, and groundwater storage across the Amazon Basin linked to changing precipitation and land cover
  • DOI:
    10.1016/j.ejrh.2020.100755
  • 发表时间:
    2020-12
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    B. P. Heerspink;A. Kendall;M. Coe;D. Hyndman
  • 通讯作者:
    B. P. Heerspink;A. Kendall;M. Coe;D. Hyndman
Net loss of biomass predicted for tropical biomes in a changing climate
  • DOI:
    10.1038/s41558-023-01600-z
  • 发表时间:
    2023-02-06
  • 期刊:
  • 影响因子:
    30.7
  • 作者:
    Uribe,Maria del Rosario;Coe,Michael T.;Brando,Paulo M.
  • 通讯作者:
    Brando,Paulo M.
Intensification of fire regimes and forest loss in the Território Indígena do Xingu
辛古地区的火灾加剧和森林损失
  • DOI:
    10.1088/1748-9326/ac5713
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
  • 影响因子:
    6.7
  • 作者:
    Silvério, Divino V;Oliveira, Robson Santana;Flores, Bernardo Monteiro;Brando, Paulo M;Almada, Hellen Kezia;Furtado, Marco Túlio;Moreira, Fabio Garcia;Heckenberger, Michael;Ono, Katia Yukari;Macedo, Marcia N
  • 通讯作者:
    Macedo, Marcia N
Agricultural Expansion in Mato Grosso from 1986–2000: A Bayesian Time Series Approach to Tracking Past Land Cover Change
1986 年至 2000 年马托格罗索州的农业扩张:跟踪过去土地覆盖变化的贝叶斯时间序列方法
  • DOI:
    10.3390/rs12040688
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
  • 影响因子:
    5
  • 作者:
    Lee, Jacky;Cardille, Jeffrey A.;Coe, Michael T.
  • 通讯作者:
    Coe, Michael T.
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Michael Coe其他文献

Cost of Transport is not the whole story — A review
  • DOI:
    10.1016/j.oceaneng.2024.119332
  • 发表时间:
    2024-12-01
  • 期刊:
  • 影响因子:
  • 作者:
    Michael Coe;Stefanie Gutschmidt
  • 通讯作者:
    Stefanie Gutschmidt
Intensification of climate change impacts on agriculture in the Cerrado due to deforestation
由于砍伐森林,气候变化对塞拉多地区农业的影响加剧
  • DOI:
    10.1038/s41893-024-01475-8
  • 发表时间:
    2024-12-06
  • 期刊:
  • 影响因子:
    27.100
  • 作者:
    Argemiro Teixeira Leite-Filho;Britaldo Silveira Soares-Filho;Ubirajara Oliveira;Michael Coe
  • 通讯作者:
    Michael Coe
Local Application of Scientific Research Practices Builds Student Engagement in Science and Environmental Health
科学研究实践的本地应用促进学生对科学和环境健康的参与
  • DOI:
    10.15695/jstem/v6i1.02
  • 发表时间:
    2023
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    David Jones;Anne Kiley;Michael Coe;Tony Ward;Carolyn Hester
  • 通讯作者:
    Carolyn Hester
Numerical investigation of heat transfer enhancement by the stretching of triply periodic minimal surfaces
三重周期极小曲面拉伸强化传热的数值研究
  • DOI:
    10.1016/j.ijheatmasstransfer.2025.127064
  • 发表时间:
    2025-09-01
  • 期刊:
  • 影响因子:
    5.800
  • 作者:
    Michael Coe;Zeinab Rahnama;Benjamin Reynolds;Daniel Holland
  • 通讯作者:
    Daniel Holland

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  • DOI:
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  • 发表时间:
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  • 期刊:
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  • 通讯作者:
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Belmont Forum-G8 Initiative Collaborative Research: XINGU - Integrating Land Use Planning and Water Governance in Amazonia
贝尔蒙特论坛-G8倡议合作研究:XINGU——整合亚马逊流域土地利用规划和水治理
  • 批准号:
    1343421
  • 财政年份:
    2013
  • 资助金额:
    $ 243.1万
  • 项目类别:
    Continuing Grant
MSM Collaborative Research: Agricultural expansion in the Brazilian Amazon and its influence on the water, energy, and climate cycles
MSM 合作研究:巴西亚马逊地区的农业扩张及其对水、能源和气候循环的影响
  • 批准号:
    0949996
  • 财政年份:
    2010
  • 资助金额:
    $ 243.1万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Fire, Land Use and the Savannazation of Seasonally-dry Amazon Forests
火灾、土地利用和季节性干旱的亚马逊森林的荒漠化
  • 批准号:
    0743703
  • 财政年份:
    2008
  • 资助金额:
    $ 243.1万
  • 项目类别:
    Continuing Grant
US-Brazil Workshop: Interactions Between Climate, Forests, and Land Use in the Amazon Basin: Modeling and Mitigating Large-Scale Savannization
美国-巴西研讨会:亚马逊流域气候、森林和土地利用之间的相互作用:模拟和缓解大规模草原化
  • 批准号:
    0750740
  • 财政年份:
    2007
  • 资助金额:
    $ 243.1万
  • 项目类别:
    Standard Grant
BE/CNH: Feedbacks Among Forestry, Agriculture, and Fire in Amazonia
BE/CNH:亚马逊流域林业、农业和火灾的反馈
  • 批准号:
    0410315
  • 财政年份:
    2004
  • 资助金额:
    $ 243.1万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Models of Evaluation and Research for Educational Technologies
教育技术评估与研究模型
  • 批准号:
    0438445
  • 财政年份:
    2004
  • 资助金额:
    $ 243.1万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Computerization of the Mesoamerican and South American Archaeological Collections of the Peabody Museum of Natural History
皮博迪自然历史博物馆中美洲和南美洲考古收藏的计算机化
  • 批准号:
    9409028
  • 财政年份:
    1994
  • 资助金额:
    $ 243.1万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Dissertation Research: Elite Residences and Associated Features at Dos Pilas, Guatemala
论文研究:危地马拉多斯皮拉斯的精英住宅及相关特色
  • 批准号:
    8418254
  • 财政年份:
    1984
  • 资助金额:
    $ 243.1万
  • 项目类别:
    Standard Grant

相似国自然基金

基于T1 mapping技术的机器学习模型构建肥厚型心肌病心源性猝死风险预警平台
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2025
  • 资助金额:
    0.0 万元
  • 项目类别:
    省市级项目
基于3D深度学习影像组学构建T1期浸润性肺腺癌气腔播散预测模型
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2025
  • 资助金额:
    0.0 万元
  • 项目类别:
    省市级项目
AR转录激活的环状RNA c ircD PAG T1通过编码新型蛋白 circDPAGT1-236aa调控
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2024
  • 资助金额:
    0.0 万元
  • 项目类别:
    省市级项目
自由呼吸状态下获取慢性肝病腹部磁共振T1相关定量图谱的研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2024
  • 资助金额:
    0.0 万元
  • 项目类别:
    省市级项目
T1加权图像引导的定量磁化率成像新方法研究
  • 批准号:
    82372079
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    48 万元
  • 项目类别:
    面上项目
基于磁共振水特异性T1定量成像技术的非酒精性脂肪性肝炎早期检测研究
  • 批准号:
    n/a
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    30.0 万元
  • 项目类别:
    省市级项目
磁共振T1动态定量成像及其非酒精性脂肪肝炎早期检测研究
  • 批准号:
    62301550
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    30 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
深度学习对临床T1期(肺结节型)肺癌早期淋巴结及远处转移预测价值的研究
  • 批准号:
    CSTB2023NSCQ-MSX0450
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    10.0 万元
  • 项目类别:
    省市级项目

相似海外基金

単純MRIを用いたT1 mappingによる膵機能評価モデルと膵機能予測モデルの開発
使用简单 MRI 的 T1 映射开发胰腺功能评估模型和胰腺功能预测模型
  • 批准号:
    24K18969
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 243.1万
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
T1大腸癌におけるリンパ転移に関わる遺伝子変異の解析に関する基盤研究
T1期结直肠癌淋巴转移相关基因突变分析的基础研究
  • 批准号:
    24K19397
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 243.1万
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
心筋T1マッピングのハーモナイゼーション法開発を目指したMRIシミュレーションの構築
构建 MRI 模拟,旨在开发心肌 T1 映射的协调方法
  • 批准号:
    24K19010
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 243.1万
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
潜在的に悪化する左室拡張障害を心臓MRIによるT1 mapping解析で検出する
使用心脏 MRI 进行 T1 映射分析来检测可能恶化的左心室舒张功能障碍
  • 批准号:
    24K11273
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 243.1万
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
深層学習を活用した心臓MRI native T1 mappingは慢性腎臓病の心血管予後予測に有用か
使用深度学习的心脏 MRI 原生 T1 映射对于预测慢性肾病的心血管预后有用吗?
  • 批准号:
    24K18994
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 243.1万
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
Point-of Care MR Device to Estimate T1 Relaxation Time as a Biomarker of Liver Disease (resubmission)
用于估计 T1 弛豫时间作为肝病生物标志物的护理点 MR 设备(重新提交)
  • 批准号:
    10760778
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 243.1万
  • 项目类别:
Inter-vendor standardisation and quality assurance of quantitative cardiovascular magnetic resonance (CMR) T1-mapping for clinical practice and trials
用于临床实践和试验的定量心血管磁共振 (CMR) T1 映射的供应商间标准化和质量保证
  • 批准号:
    2884156
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 243.1万
  • 项目类别:
    Studentship
Hepatic TrkB-T1 signaling in NASH pathogenesis and resolution
NASH 发病机制和解决方案中的肝脏 TrkB-T1 信号传导
  • 批准号:
    10675970
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 243.1万
  • 项目类别:
Type 1 Diabetes Impacts of Semaglutide on Cardiovascular Outcomes (T1-DISCO)
1 型糖尿病索马鲁肽对心血管结局的影响 (T1-DISCO)
  • 批准号:
    10672454
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    $ 243.1万
  • 项目类别:
Twofold Reduction in Gadolinium Dose for Brain MRI Exams using a Novel Unbalanced T1 Relaxation-Enhanced Steady-State (uT1RESS) Technique
使用新型不平衡 T1 弛豫增强稳态 (uT1RESS) 技术将脑 MRI 检查的钆剂量减少两倍
  • 批准号:
    10507378
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    $ 243.1万
  • 项目类别:
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知道了