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Nov 20, 2023

Optimización matemática de la producción de cultivos resistentes a las heladas para garantizar el suministro de alimentos durante una catástrofe de invierno nuclear

Informes científicos volumen 13,

Scientific Reports volumen 13, Número de artículo: 8254 (2023) Citar este artículo

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Este estudio tuvo como objetivo estimar la combinación óptima de cultivos resistentes a las heladas y el área de tierra necesaria para proporcionar nutrición básica durante varios escenarios de invierno nuclear para Nueva Zelanda (NZ), una nación insular templada. Utilizó la programación lineal para minimizar la superficie de tierra necesaria para los cultivos y, al mismo tiempo, producir suficientes alimentos para satisfacer las necesidades dietéticas de energía y proteínas de toda la población. Los impactos agrícolas potenciales de tres escenarios de invierno nuclear en Nueva Zelanda se obtuvieron de la literatura. Las combinaciones optimizadas de cultivos resistentes a heladas que se encontraron para alimentar a toda la población fueron, en orden descendente: trigo y zanahoria; remolacha azucarera; avena; cebollas y zanahorias; repollo y cebada; canola y repollo; linaza y chirivía; centeno y altramuces; habas y colinabos; y coliflor. Pero en términos de los niveles de producción actuales de estos cultivos resistentes a las heladas en Nueva Zelanda, habría un déficit del 26 % para el escenario de "guerra sin invierno nuclear" y un déficit del 71 % para el escenario de invierno nuclear severo (150 Tg de hollín en el estratosfera con una disminución del 61% en el rendimiento de los cultivos). En conclusión, con los niveles de producción actuales, los cultivos alimentarios resistentes a las heladas no podrían alimentar a todos los ciudadanos de Nueva Zelanda después de una guerra nuclear. Es necesario que el gobierno de Nueva Zelanda lleve a cabo un análisis detallado previo a la guerra sobre la mejor manera de abordar estas deficiencias. Por ejemplo, mediante: aumento de la producción de estos cultivos antes de la guerra y/o escalabilidad de la posguerra; cultivar suficientes cultivos sensibles a las heladas (es decir, en invernaderos o en las partes más cálidas del país); y/o asegurar la producción continua de alimentos derivados del ganado alimentado con pastos resistentes a las heladas.

El riesgo de una guerra nuclear puede haber aumentado entre 2022 y 2023 como resultado de los cambios en la situación geopolítica mundial. En particular, está la invasión rusa de Ucrania en 2022 y las amenazas asociadas de usar armas nucleares por parte de sus líderes1. También ha habido una erosión de un tratado clave sobre armas nucleares2 y la expansión continua de algunos arsenales nucleares (por ejemplo, los del Reino Unido [RU]3, China4 y Pakistán5). Además, existe la continua modernización de varios arsenales nucleares (por ejemplo, en los Estados Unidos [EE. UU.]6, Francia7, Rusia8, India9 y Corea del Norte10). En conjunto, tales desarrollos podrían aumentar la utilidad percibida de estas armas en la guerra y, por lo tanto, el riesgo de uso real en la guerra. Como resultado, las estimaciones previas de la probabilidad anual de una guerra nuclear inadvertida, como alrededor del 1 %11, o en el rango de 0,3 % a 3 % para todos los tipos de guerra nuclear12, ahora pueden ser subestimaciones del riesgo de guerra nuclear. .

Los estudios de modelos climáticos sugieren que una guerra nuclear que generó un invierno nuclear (que bloqueó la luz solar y redujo la producción de cultivos) podría ser potencialmente catastrófica13,14,15,16,17. “Más de 5 mil millones [de personas] podrían morir a causa de una guerra entre Estados Unidos y Rusia”, según uno de estos estudios16. Este estudio también estimó impactos persistentes en la producción de cultivos que duraron al menos 10 años. Estas terribles consecuencias resaltan la necesidad urgente de reducir las tensiones internacionales entre los estados, haciendo que las armas nucleares sean menos utilizables en los conflictos y tomando pasos graduales verificables hacia el desarme nuclear. Sin embargo, tales esfuerzos preventivos aún pueden fallar y, por lo tanto, las naciones prudentes que es poco probable que sean atacadas directamente en una guerra nuclear deberían considerar la planificación para maximizar sus posibilidades de supervivencia.

Estos estudios de modelos de invierno nuclear sugieren que las naciones insulares del hemisferio sur pueden experimentar impactos de invierno nuclear relativamente menos severos. De manera similar, las islas del Hemisferio Sur también pueden verse menos afectadas en un "invierno volcánico", al menos según el impacto de una gran erupción histórica (es decir, el Monte Tambora)18. Para una de estas islas, Nueva Zelanda, un invierno nuclear severo podría bajar las temperaturas hasta en 5 °C13. El modelado de varios escenarios de invierno nuclear en la producción de cultivos sugiere rendimientos de cultivos reducidos en el rango de 8% a 61%16 para Nueva Zelanda (consulte la Tabla 1 para obtener detalles adicionales). En algunas partes de este país, los cultivos pueden haber retrasado la maduración (p. ej., una disminución de 3 °C en la temperatura retrasaría la madurez de los cultivos de trigo en la región de Canterbury en unos 40 días19). Pero en las partes más al sur del país, la maduración completa de los cultivos de cereales puede no ser posible (p. ej., para la región de Southland con una disminución de la temperatura de 3 °C19).

Para Nueva Zelanda, hemos identificado previamente que el país tiene niveles relativamente altos de autosuficiencia alimentaria (es decir, las exportaciones de alimentos por sí solas podrían proporcionar 3,9 veces la ingesta actual de energía alimentaria para todos sus ciudadanos20). Pero este trabajo también informó que la mayoría de estos alimentos exportados (en peso) son productos lácteos como la leche en polvo que probablemente sean muy vulnerables a las perturbaciones de la posguerra. Es decir, estos alimentos requieren muchos insumos importados (por ejemplo, diésel, fertilizantes), transporte diario de leche en camiones o trenes y un procesamiento complejo en las grandes fábricas de productos lácteos. De hecho, la mayor parte de la producción agrícola en Nueva Zelanda depende de insumos importados (por ejemplo, semillas, diesel, repuestos de maquinaria, fertilizantes y pesticidas). También es probable que sea vulnerable a varios niveles de colapso socioeconómico de la sociedad neozelandesa después de una guerra nuclear, lo que varios autores creen posible (p. ej., 21, 22, 23, 24). Tal colapso podría interrumpir seriamente la producción, el transporte, el procesamiento y la venta al por menor de alimentos, y un colapso del sistema financiero podría limitar la capacidad de los ciudadanos para comprar alimentos25.

Un enfoque para desarrollar la resiliencia de un país ante la amenaza del invierno nuclear es centrarse particularmente en los cultivos resistentes a las heladas. Dichos cultivos serían los que tendrían más probabilidades de sobrevivir a los inviernos más severos, así como a las heladas fuera de temporada que podrían ocurrir en los meses de crecimiento. Este último ocurrió durante el "invierno volcánico" que siguió a la erupción del Monte Tambora en 1815. Es decir, esta erupción provocó heladas durante la temporada de crecimiento en partes de Europa (p. ej., en abril y septiembre), EE. UU. (junio y agosto), y China (julio)26. Estos impactos del "invierno volcánico" de Tambora (junto con los cambios en las lluvias y las tormentas) redujeron las cosechas y provocaron hambrunas en múltiples lugares del mundo27.

Los cultivos de cereales resistentes a las heladas (p. ej., trigo de invierno) también tienen la ventaja de tener más tiempo para crecer que las versiones plantadas en primavera en condiciones potenciales de luz solar reducida durante todo el año. Esto se debe a que estos cereales se plantan en otoño y pueden aprovechar mejor el comienzo de la temporada de crecimiento de primavera que sus equivalentes plantados en primavera. Los cultivos como el trigo de invierno también tienen cierta tolerancia a los ciclos de congelación y descongelación en otoño28, aunque varían según la variedad. La tolerancia al frío disminuye para los cereales de invierno en primavera, aunque: "las plantas que todavía están en la fase vegetativa tienen la capacidad de volver a aclimatarse [a las condiciones de congelación] después de la desaclimatación, mientras que las plantas en la fase reproductiva solo tienen una capacidad limitada para volver a aclimatarse". -aclimatar"29. No obstante, los cereales de invierno suelen sufrir alguna pérdida de rendimiento por el "daño de invierno", con una pérdida media anual estimada para el trigo de invierno en los EE. UU. del 7 % (y hasta del 70 % o más en algunas ocasiones)28. Aun así, los cultivos suelen ser fuentes relativamente eficientes de energía alimentaria y suelen ser mucho más baratos de producir que los productos lácteos, la carne y el pescado. También dependen menos de la necesidad de transporte refrigerado y procesamiento adicional en las fábricas.

Teniendo en cuenta estos antecedentes, este estudio tuvo como objetivo identificar las combinaciones óptimas de cultivos resistentes a las heladas necesarias para proporcionar suficiente energía dietética y proteínas para toda la población de Nueva Zelanda después de una guerra nuclear con posibles impactos de invierno nuclear.

La gama de escenarios de invierno nuclear considerados se muestra en la Tabla 1. La diversidad de impactos potenciales de estos escenarios refleja el diferente número de armas que podrían usarse, su objetivo y la incertidumbre residual sobre el alcance de los impactos del tipo "invierno nuclear"30. Por lo tanto, incluimos un escenario "sin invierno", así como escenarios con diferentes niveles de inyección de hollín en la estratosfera luego de explosiones de armas nucleares en las principales ciudades e infraestructuras del hemisferio norte16. Se supone que este hollín luego reduce la radiación solar que llega a la superficie del planeta, lo que resulta en temperaturas más bajas del aire en la superficie, así como en niveles reducidos de precipitación, los cuales impiden la producción de cultivos alimentarios en ambos hemisferios16. En todos estos escenarios, asumimos la peor situación de un final completo del comercio de Nueva Zelanda con otros países (incluida Australia) tanto para exportaciones como para importaciones. Este fue también el enfoque adoptado en investigaciones anteriores de Nueva Zelanda20,31. También ignoramos los alimentos almacenados en espera de exportación que podrían desviarse para uso doméstico, ya que esto sería solo temporal y consiste principalmente en productos lácteos (por ejemplo, leche en polvo) y carne congelada.

La selección de cultivos resistentes a las heladas para países templados se basó en la clasificación del Cuadro 233. Para estos cultivos, luego usamos datos de composición de alimentos (energía dietética y proteínas) y datos de rendimiento de cultivos para completar el cuadro de entrada de datos (Cuadro 3). En la mayoría de los casos, los datos específicos de Nueva Zelanda estaban disponibles, pero cuando no, priorizamos el uso de datos relevantes de Australia, luego datos de América del Norte y luego datos europeos.

La ingesta de energía alimentaria estimada de toda la población de Nueva Zelanda se estimó anteriormente en 44 400 millones de kJ por día, lo que equivale a 8 686 kJ por persona por día20. Aquí usamos el mismo enfoque para calcular la ingesta de proteínas, según la Tabla 4.

Nuestro objetivo era identificar la cantidad mínima de tierra de cultivo para proporcionar suficientes cultivos resistentes a las heladas para alimentar a toda la población de Nueva Zelanda. Para la optimización matemática se utilizó programación lineal realizada con Excel Solver (usando el método "Solver LP"). La función objetivo fue la minimización de la tierra de cultivo total requerida (ha) y las restricciones en el caso base fueron lograr ≥ 8686 kJ/día de energía dietética por persona y ≥ 81 g/día de proteína dietética por persona. Estas restricciones se modificaron en varios escenarios (ver más abajo) y se realizaron comparaciones con el área total de tierra de cultivo utilizada en 2019 en Nueva Zelanda (132 717 ha en horticultura y 487 763 ha en grano)61. Más específicamente, se evaluó el nivel de producción actual de cultivos resistentes a las heladas en términos de su capacidad para alimentar a la población en los diferentes escenarios.

En el Escenario A se consideraron requisitos reducidos de energía dietética (10% menos) y proteínas (35%). Esto se basó en que muchas personas probablemente podrían tolerar ingestas de energía ligeramente más bajas en una situación de desastre, y las ingestas de proteínas actuales son relativamente altas en comparación a los niveles recomendados (ver las notas al pie de la Tabla 4).

El escenario B asumió que el 50 % de la ingesta de energía y proteínas proviene de alimentos resistentes a las heladas y el resto de otras fuentes de alimentos. Este último podría incluir:

Continuar la producción de algunos cultivos sensibles a las heladas (p. ej., papas) que potencialmente podrían cultivarse si no hubiera heladas fuera de temporada en las partes más cálidas del país y/o en invernaderos.

Producción continua de productos de ganado alimentado con pasto (por ejemplo, lácteos y carne de ganado alimentado con pasto cerca de pueblos/ciudades o redes ferroviarias). La producción persistente de ganado alimentado con pasto es muy factible durante un invierno nuclear dado que todos los principales pastos de pasto cultivados en Nueva Zelanda son resistentes a las heladas (p. ej., el raigrás y el trébol62 incluidos en la Tabla 2).

Continuar la producción de hortalizas y aves resistentes a las heladas en huertos familiares, huertos comunitarios urbanos y huertos comunitarios maoríes63.

La combinación optimizada de cultivos resistentes a las heladas en el caso base fue una combinación de trigo (97% del área de cultivo requerida) y zanahorias para el resto (Cuadro 5). Se estimó que esta combinación podría proporcionar toda la energía dietética y las proteínas para la población de Nueva Zelanda utilizando 116 000 ha de tierra, lo que equivale al 19 % de la tierra de cultivo actual utilizada para todos los cultivos (cereales y horticultura). Los siguientes cultivos más eficientes fueron, en orden descendente: remolacha azucarera; avena; cebollas y zanahorias; repollo y cebada; canola y repollo; linaza y chirivía; centeno y altramuces; habas y colinabos; y coliflor (Cuadro 5).

El uso menos eficiente de la tierra para producir energía dietética fue el cordero alimentado con pasto, que fue 310 veces menos productivo en energía dietética por hectárea que las zanahorias (la carne de res fue el segundo más ineficiente). La leche de vacas lecheras alimentadas con pasto también fue relativamente ineficiente, pero superior a dos cultivos (espinacas y lechuga) para la energía dietética por hectárea. La fuente de proteína menos eficiente también fue el cordero, que fue 62 veces menos productivo en proteína dietética por hectárea que el trigo (la carne de res y luego la leche, fueron los siguientes más ineficientes).

La Tabla 6 mapea el caso base y dos escenarios de nutrición (A, B) contra los cuatro escenarios de guerra nuclear (NW0, NW1, NW2, NW3). Para el caso base de nutrición, la necesidad de tierras de cultivo para cultivar trigo y zanahorias fue de hasta el 48 % de la tierra de cultivo actual para el escenario de invierno nuclear más severo (NW3) considerado (con una productividad agrícola reducida en un 61 %).

Para el Escenario A, con niveles más bajos plausiblemente aceptables de ingesta de energía y proteínas en la dieta, la tierra de cultivo requerida para cultivar trigo y zanahorias osciló entre el 15% del nivel actual (para una guerra sin invierno nuclear [NW0]), hasta el 38% de el nivel actual (para el escenario de invierno nuclear más severo; Tabla 5).

En el Escenario B, donde se asumió que la mitad de toda la energía y proteínas dietéticas proviene de otras fuentes (por ejemplo, de algunos cultivos sensibles a las heladas y ganado alimentado con pasto), entonces se requeriría incluso menos tierra de cultivo. Es decir, oscilaría entre el 9 y el 24 % de las tierras de cultivo actuales (para los escenarios sin invierno nuclear e invierno nuclear más severo, respectivamente).

En el caso base, se estimó que los niveles actuales de producción de cultivos resistentes a las heladas en Nueva Zelanda serían capaces de proporcionar el 74 % de la energía alimentaria de la población en el escenario sin invierno nuclear (es decir, dejando un déficit del 26 %, Tabla 7). Pero este nivel de provisión fue solo del 29% para el escenario de invierno nuclear severo (es decir, dejando un déficit del 71%). Al considerar la posibilidad de que el 50 % de los alimentos provengan de otras fuentes (p. ej., cultivos sensibles a las heladas en invernaderos y ganado alimentado con pasto), los niveles actuales de producción de cultivos resistentes a las heladas podrían proporcionar un exceso de energía en todos los escenarios, excepto por un déficit en los casos severos. escenario de invierno nuclear (es decir, con solo el 58,5% de la producción necesaria, Tabla 7).

Este estudio ha encontrado que el cultivo resistente a las heladas único teóricamente más óptimo para Nueva Zelanda desde una perspectiva combinada de energía dietética y proteínas es el trigo. Ya se cultiva en Nueva Zelanda, incluso a niveles de rendimiento líderes en el mundo53, aunque depende del diésel, fertilizantes y pesticidas importados. El trigo también tiene la ventaja de que no requiere refrigeración, es relativamente denso en energía (lo que reduce los costos de transporte de alimentos) y el exceso se puede alimentar al ganado (p. ej., aves de corral para la producción de huevos). Pero los otros cultivos resistentes a las heladas favorecidos en el análisis de optimización en la Tabla 5 también tienen algunas de estas mismas ventajas de insumos menos complejos y requisitos de procesamiento menos complejos en comparación con las principales exportaciones alimentarias actuales de productos lácteos y carne congelada de Nueva Zelanda.

Los cultivos resistentes a las heladas distintos del trigo también podrían tener una ventaja de productividad comparativa en lugares específicos donde se cultivan actualmente en Nueva Zelanda (p. ej., cebollas y zanahorias en Pukekohe; avena, cebada, linaza y centeno en Canterbury, etc.). Los cultivos de hortalizas también tienen la ventaja adicional de que no necesariamente requieren un procesamiento adicional (en comparación con los granos que normalmente requieren molienda, aunque el grano sin moler aún se puede cocinar y comer). Además, la mayoría de las verduras se pueden cosechar potencialmente antes de su tamaño completo si los efectos del invierno nuclear fueran más severos de lo anticipado durante los meses de verano (a diferencia de los granos que necesitan alcanzar la madurez completa).

Otro hallazgo clave fue que, con los niveles actuales de producción de cultivos resistentes a las heladas, habría déficit de energía alimentaria (del 26 % para el escenario sin invierno nuclear y del 71 % para el escenario de invierno nuclear severo; Tabla 7). Sin embargo, tales déficits podrían abordarse potencialmente con alguna producción en curso de las fuentes de alimentos consideradas en el Escenario B. Es decir, intentar mantener cierta producción de cultivos sensibles a las heladas en invernaderos o si no hubiera heladas fuera de temporada en los meses de verano. en las partes más cálidas del país. Esto podría ser particularmente factible para cultivos como papas (que pueden sobrevivir algunos daños por heladas en el follaje) que para frutas (p. ej., manzanas, aguacates y kiwis). Otra opción sería mantener la producción de ganado alimentado con pasto en las colinas cerca de pueblos y ciudades y a lo largo de las redes ferroviarias (especialmente la parte electrificada de la red ferroviaria de la Isla Norte). Si no se dispusiera de biodiésel para el transporte por camión, entonces las ovejas y el ganado podrían ser "paseados" a través de "transportes de ganado" a los depósitos ferroviarios o directamente a los mataderos en los pueblos y ciudades cercanos.

Otro trabajo que consideró las catástrofes que bloquean la luz solar (para EE. UU.)71 también identificó el valor potencial de algunos de los mismos cultivos "tolerantes al frío" que incluimos en este estudio (es decir, trigo y canola). Sin embargo, este trabajo de EE. UU. también incluyó papas, que excluimos debido a la sensibilidad a las heladas del follaje de papa (Cuadro 2). El trabajo de los EE. UU. también consideró los beneficios potenciales de la expansión de las algas marinas y la acuicultura (para producir alimentos adicionales para las personas y los animales), la reubicación de cultivos, la construcción de invernaderos y la inversión en alimentos resistentes industriales prometedores. Este último incluye la reutilización de cervecerías y fábricas de pulpa y papel para producir alimentos a través de la conversión de biomasa lignocelulósica, como residuos de plantas, hojas y madera, en azúcares comestibles. Otro enfoque de este tipo es la transformación industrial de gas natural/biogás en proteína. Si tales alimentos fueran inaceptables como alimentos para las personas (aunque los alimentos proteicos probablemente tengan alguna similitud con el alimento actual "Quorn"), entonces podrían usarse para hacer alimentos para aves de corral para la producción de huevos. Todo esto puede justificar más investigación en el entorno de Nueva Zelanda y, de hecho, hay investigaciones en curso sobre la expansión de la producción de algas marinas72. La investigación en estas y otras áreas también podría identificar la capacidad de Nueva Zelanda para alimentar a una población ampliada de cualquier llegada de refugiados.

Este estudio es el primero de su tipo (hasta donde sabemos) en realizar este tipo de análisis de optimización para la producción de cultivos alimentarios resistentes a las heladas para escenarios de guerra nuclear. Sin embargo, es simplista de muchas maneras, como se describe a continuación.

Todavía existen grandes incertidumbres en torno a la escala de los impactos del invierno nuclear de los posibles escenarios de guerra nuclear y el modelo utiliza varios supuestos simplificadores. Por ejemplo, las estimaciones que usamos de Xia et al.16 para Nueva Zelanda fueron para cultivos principales seleccionados y peces marinos y extrapolamos de estos a reducciones generales en la productividad alimentaria para algunos de los escenarios de impacto del invierno nuclear. Aunque el modelo de Xia et al. consideró los impactos en la "temperatura del aire superficial, la precipitación y la radiación solar directa y difusa hacia abajo", no consideró el daño potencial a la agricultura por el aumento de la luz ultravioleta después de una guerra nuclear73.

Nuestros datos de rendimiento y nutrición de los cultivos no eran completamente específicos de Nueva Zelanda y algunos de los rangos de productividad eran amplios (p. ej., la producción de cultivos de zanahorias reportada en Nueva Zelanda varía de 70 a 170 t/ha, Tabla 3). También consideramos solo la siembra de un cultivo por año y, sin embargo, para algunos cultivos (especialmente vegetales) podría haber dos siembras por año en algunas regiones del norte si estas experimentaran condiciones de invierno nuclear más suaves. Para algunos cultivos, solo incluimos el componente de la raíz del cultivo (remolachas, remolacha azucarera y cebollas) y, sin embargo, en circunstancias más desesperadas, el follaje de estos cultivos también podría estar disponible para el consumo humano.

No tomamos en cuenta el desperdicio de alimentos después de salir de la puerta de la finca (p. ej., en el proceso de molienda de granos, transporte o a nivel del hogar). Por ejemplo, para las verduras frescas, el desperdicio evitable a nivel doméstico puede ser notable (p. ej., 13 % cuando se utiliza el punto medio de tres estudios europeos74 y 20 % para el Reino Unido75).

Aparte de la energía y las proteínas dietéticas, el proceso de optimización no incluyó otros nutrientes (p. ej., otros macronutrientes y micronutrientes). De manera similar, no consideramos los problemas relacionados con los compuestos que pueden impedir la absorción de micronutrientes (p. ej., glucosinolatos y fitatos en la pasta de canola) que idealmente pueden necesitar un procesamiento adicional para optimizar la nutrición humana48. Idealmente, estos problemas deberían abordarse en investigaciones futuras, pero pueden no ser particularmente serios dado que en una situación de invierno nuclear es probable que existan algunas de las fuentes de alimentos detalladas en nuestro Escenario B (es decir, algunos cultivos sensibles a las heladas, algunos productos ganaderos y productos de la huerta casera y comunitaria).

La función objetivo utilizada en la optimización fue solo minimizar la tierra de cultivo requerida. Una más ideal habría sido la estimación de los precios de posguerra a nivel minorista en ciudades y pueblos. Sin embargo, tales precios son particularmente difíciles de estimar para escenarios de invierno nuclear dado que la escasez de importaciones podría aumentar drásticamente los precios de semillas, fertilizantes, pesticidas, biodiesel y repuestos de maquinaria (mientras que el precio de la mano de obra bajaría con la pérdida de mercados de exportación) .

Un papel clave del gobierno es garantizar que se satisfagan las necesidades esenciales de la población. Por lo tanto, considerando nuestros hallazgos y las incertidumbres asociadas, el gobierno de Nueva Zelanda podría considerar realizar o encargar una investigación sobre lo siguiente:

Modelado climático/meteorológico específico de Nueva Zelanda de escenarios de invierno nuclear para determinar las temporadas de crecimiento probables para cultivos clave resistentes a las heladas y los riesgos de heladas fuera de temporada (p. ej., tal vez basándose en modelos climáticos y de cultivos de trigo creados para Australia76). Esto podría guiar la expansión de ambos cultivos resistentes a las heladas (antes de la guerra y/o inmediatamente después), y también determinar el alcance de los cultivos sensibles a las heladas en las partes más cálidas del país. La incertidumbre en variables como el rendimiento de los cultivos y el desperdicio podría capturarse en un análisis de sensibilidad probabilístico.

Identificar los niveles de semillas importadas para cultivos críticos y explorar la logística de tener una reserva de semillas adicionales en Nueva Zelanda para cubrir las brechas durante toda una temporada de cultivo. Si el análisis muestra que es logísticamente posible, entonces se podrían recolectar semillas en la primera cosecha en una situación de invierno nuclear, y se podría establecer un sistema autosuficiente, que es independiente de las importaciones.

Identificar todas las vulnerabilidades del sector agrícola ante el colapso del comercio mundial y la pérdida de productos básicos importados. Además de varias importaciones de semillas, estas incluyen importaciones de algunos tipos de fertilizantes, pesticidas, repuestos para maquinaria agrícola y diésel (este último se requiere para la cosecha, el procesamiento y el transporte a los procesadores/mercados de alimentos). De manera similar, la medida en que se podría aumentar la producción de insumos críticos en Nueva Zelanda (por ejemplo, biodiesel de cultivos de canola y producción de fertilizantes domésticos). También se podría considerar el restablecimiento de la capacidad de refinación en tierra para combustibles líquidos del petróleo y el gas producidos en la región de Taranaki.

Identificar las vulnerabilidades específicas de los cultivos al daño/pérdida de la integridad de la infraestructura local. Estos incluyen el acceso: a la electricidad para el riego; al biodiesel producido localmente; ya la red ferroviaria para el transporte a los mercados (por ejemplo, suponiendo que no se disponga del combustible adecuado para el transporte por camión).

Identificar el potencial de algunos cultivos que tienen usos alternativos no alimentarios por los cuales los agricultores podrían obtener precios más altos y, por lo tanto, limitar el suministro de alimentos. Estos incluyen el uso de cultivos de cereales para la elaboración de alcohol y para la producción de biodiesel. Este último es relevante para cultivos resistentes a las heladas como la canola, la remolacha azucarera, la remolacha forrajera y los altramuces. La escasez de productos farmacéuticos importados también podría significar que algunos agricultores cambien a cultivos de origen relevantes (por ejemplo, amapolas para la producción de morfina).

Identificar la capacidad del gobierno para distribuir fondos a los ciudadanos necesitados, para que puedan pagar a los agricultores o minoristas de alimentos. Las vulnerabilidades potenciales aquí son el grado de dependencia de las redes financieras y los sistemas gubernamentales del almacenamiento en la nube de cómputo en otros países (que podría ser destruido en una guerra nuclear). Podría valer la pena considerar una reserva de papel moneda o monedas de oro del Banco de la Reserva (esta última también podría usarse para ayudar a estabilizar la moneda y comprar combustible líquido de Australia).

Identificar la viabilidad de la expansión de la horticultura urbana (p. ej., basándose en la investigación internacional77 y las iniciativas existentes de Nueva Zelanda, como los jardines comunitarios maoríes63), particularmente en relación con los vegetales resistentes a las heladas. Los efectos del calor urbano y el calor de los edificios pueden ofrecer una protección adicional a estos vegetales contra las heladas fuera de temporada.

Identificar la viabilidad de mantener la producción de ganado alimentado con pasto en las zonas montañosas cerca de pueblos y ciudades y a lo largo de las redes ferroviarias (especialmente la parte electrificada de la red ferroviaria de la Isla Norte).

Identificar la viabilidad de mantener el comercio marítimo con Australia (p. ej., para permitir la importación de trigo a Nueva Zelanda) y con las naciones insulares del Pacífico (p. ej., las que exportan copra, aceite de palma y pescado). Esto dependería de las complejidades de sostener el envío regional en ausencia de rutas de envío globales en funcionamiento y buques internacionales y Nueva Zelanda tiene suficientes bienes o servicios para comerciar a cambio (o potencialmente usar oro de una reserva estratégica que se estableció en Nueva Zelanda en el período anterior a la guerra).

Identificar el valor de la inversión del gobierno de Nueva Zelanda en la mejora de cultivares más resistentes a las heladas para cultivos clave (para uso actual y/o para reservas de semillas). Estos cultivares podrían aumentar la supervivencia durante los inviernos muy fríos (según cultivos como el trigo de invierno), pero también durante los ciclos de congelación y descongelación en otoño y primavera (ver Introducción).

Si los gobiernos y la sociedad de Nueva Zelanda no realizan tales investigaciones y preparativos adecuados, el nivel de intervención del gobierno para garantizar la seguridad alimentaria podría implicar medidas relativamente severas. Estos podrían implicar el racionamiento de insumos clave solo para las formas más eficientes de agricultura (por ejemplo, suministros de diésel/biodiésel, fertilizantes, pesticidas y repuestos para maquinaria agrícola). Podría haber similitudes con el requisito de racionamiento de gasolina en Nueva Zelanda en la Segunda Guerra Mundial (WW2)78. El gobierno también podría tener que prohibir el uso de cultivos comestibles para humanos que se alimentan directamente al ganado para que pueda desviarse para alimentar a las personas. El uso de granos para la fabricación de alcohol (p. ej., cebada utilizada para maltear cerveza) también podría necesitar suspenderse por un período. Si hubiera escasez de suministros de alimentos, entonces podría ser necesario racionamiento de alimentos para los ciudadanos, como en la Segunda Guerra Mundial en Nueva Zelanda78.

Estos hallazgos también pueden tener alguna relevancia para otras catástrofes potenciales que bloquean la luz solar, como erupciones volcánicas de gran magnitud79 y grandes impactos de asteroides/cometas80. Por ejemplo, la erupción volcánica del monte Tambora en Indonesia en 1815, enfrió las temperaturas globales de la tierra en 1816 en un estimado de −1,9 °C (± 0,2 °C)81 y contribuyó a las hambrunas lejos de Indonesia (p. ej., partes de Europa, India y China27). Las erupciones de la escala de Tambora y mayores (magnitudes 7 y 8 + en el índice de explosividad volcánica), ocurren alrededor de 1,6 veces por 1000 años82, (equivalente a una posibilidad entre seis por siglo83).

Con los niveles de producción actuales, los cultivos alimentarios resistentes a las heladas no podrían alimentar a todos los ciudadanos de Nueva Zelanda después de una guerra nuclear. Es necesario que el gobierno de Nueva Zelanda lleve a cabo un análisis detallado previo a la guerra sobre la mejor manera de abordar estas deficiencias. Por ejemplo, mediante: aumento de la producción de estos cultivos antes de la guerra y/o escalabilidad de la posguerra; cultivar suficientes cultivos sensibles a las heladas (es decir, en invernaderos o en las partes más cálidas del país); y/o asegurar la producción continua de alimentos derivados del ganado alimentado con pastos resistentes a las heladas.

Todos los datos generados o analizados durante este estudio se incluyen en este artículo publicado y en un archivo de información complementaria.

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Agradecemos al A/Prof Dave Denkenberger (Alliance to Feed the Earth in Disasters (ALLFED)) por sus útiles comentarios sobre un borrador del manuscrito.

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nick wilson

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ben payne

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matt boyd

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El estudio fue concebido y diseñado por NW con revisiones de MB La recopilación de datos, el análisis y la redacción del primer borrador estuvieron a cargo de NW Tanto MB como BP ayudaron con las revisiones del manuscrito.

Correspondencia a Nick Wilson.

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

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Wilson, N., Payne, B. & Boyd, M. Optimización matemática de la producción de cultivos resistentes a las heladas para garantizar el suministro de alimentos durante una catástrofe de invierno nuclear. Informe científico 13, 8254 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-35354-7

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Recibido: 08 marzo 2023

Aceptado: 16 mayo 2023

Publicado: 22 mayo 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-35354-7

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