Rikliga skördar på en plats kan innebära tomma vattenreservoarer och miljöproblem som ligger långt från jordbruksmarker. En unik studie under veckans Naturkommunikation undersöker hur mat, energi, vatten och växthusgaser skapar en stor front i kampen om att mata planeten.

Forskare vid Michigan State University (MSU) och kollegor har använt nya hållbarhetsvetenskapliga verktyg för att förstå hur de alltmer bevattnade gårdarna för att odla mat återger genom de största drivkrafterna för hållbarhet. Ytterligare, de visar Det är inte bara jordbruksmarkerna som axlar miljöpåverkan. Effekterna känns avlägsna när massiva vattenomdirigeringar tappar energi och spyder utsläpp. Och den största avslöjningen:Ibland, Det är platser som inte har någon större andel i växten-äter-spelet som slutar betala ett miljöpris.

"Att säkerställa livsmedelssäkerheten samtidigt som miljön skyddas är en av de största utmaningarna för världen idag, men när världen har blivit så globaliserad, det är en otroligt komplicerad process, och att missförstå det eller sakna effekter kan tillåta stora motgångar när det gäller att uppnå hållbarhet, "sa Jianguo" Jack "Liu, MSU Rachel Carson Stol i hållbarhet. "Vi måste använda de nya sätten att se på världen på ett sätt som omfattar dess komplexitet."

Så, forskarna använde ramarna för metakoppling, vilket hjälper inte bara att titta på de bevattnade jordbruksmarkerna, men också de massiva projekten för att flytta vatten från en region till en annan. Metakopplingsramen låter forskare från många olika discipliner titta på samspelet mellan socioekonomi och miljökrafter - som klimatförändringar, koständring, bevattningsteknik, strategier för plantering av grödor, vattendragning - både inom och över gränserna.

De använde North China Plain (NCP), som är en stor livsmedelsproduktionsregion, och resten av Kina, som har sett betydande ökningar i efterfrågan på mat, som en demonstration, samt ett segment av Kinas massiva syd-till-nord vattenöverföringsprojekt. Medan Kina var studieplatsen, författarna noterar att dessa metoder för att undersöka hållbarhet skulle vara tillämpliga i USA och över hela världen.

Uppfyller höga krav på mat, grödorna - främst vete och majs - kräver enorma mängder vatten. Världens största och längsta vattenöverföringsprojekt i denna studie kommer från Hubei -provinsens vattenreserver i södra Kina. Folket i Hubei är inte bönder på skalan i NCP, de köper inte heller en betydande del av sina spannmålsgrödor från NCP. De är vad forskarna kallar en "spillover" - vilket betyder att de inte är direkta aktörer i detta tillhandahållande/konsumtionsnätverk. Ändå förlorade Hubei betydande mängder mark och vatten till projektet för att hålla NCP våt och växande. Vattenöverföringen genererade också ett betydande energifotavtryck.

Forskargruppen tog frågan om matförsörjning från enkelheten att lösa ett problem med att producera mat genom att överföra vatten, till en mer komplex sådan som kände igen de många orsakerna och effekterna som fläktar långt bortom gårdarna och borden.

"Denna studie visar vikten av att förstå vår alltmer anslutna värld på ett sätt som kvantifierar de ofta missade och okända förbindelserna som är involverade i att mata världen, "sa Elizabeth Blood, programdirektör för National Science Foundation's Ecosystem Science and Dynamics of Integrated Socio-Environmental Systems, som stödde arbetet.

"Världen är mycket fokuserad på att lösa kritiska miljöproblem, "sade Zhenci Xu, en MSU -forskare och tidningens första författare. "Vi förklarar att vi inte kan cherryplocka det problem som vi vill lösa eftersom odling av grödor handlar om mer än bevattning och mer om tomten. Du kan inte ha vatten i den här skalan utan att använda energi och ändra hur mark används. Vilket betyder då CO ₂ utsläpp genereras, och klimatförändringarna förvärras. Vi säger att detta är komplicerat, men det är också ett tillfälle att hjälpa till att göra verkliga förändringar. "

Papperet efterlyser politik för att hjälpa till att hantera flera aspekter av miljöpåverkan på olika områden som samtidigt påverkas av överföring av vatten. De noterar också att istället för att bara fokusera på utbudssidan av frågan-i det här fallet jordbruksmarkerna-kan det vara användbart att också inkludera konsumtionsbaserad politik-till exempel att uppmuntra förändringar i dieter som är mindre beroende av resurskrävande grödor.

"Vi måste vänja oss vid att titta på de många sidorna av varje fråga och vara beredda på att komma fram med många olika lösningar, "Liu sa." Vi lever inte längre i en värld med en fråga. "