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MAgPIE [1] は、コスト最小化を目的関数とする非線形、再帰的、動的最適化、地球規模の土地・水利用モデルです。 [2] [3] MAgPIE はポツダム気候影響研究所(PIK) の土地利用グループによって開発され、使用されています。これは、地域経済情報と、動的植生・水文学モデル LPJmL によってシミュレートされたグリッドベースの生物物理学的制約を結び付けます。[4] MAgPIE は、世界のさまざまな地域における空間的に明示的な生産パターン、土地利用の変化、水制約を考慮し、経済発展と食糧・エネルギー需要を一貫して結び付けます。[5]
モデル
このモデルは、潜在的な作物生産性とそれに関連する水の使用をモデル化するために、静的収量関数に基づいています。 [2]生物物理学的供給シミュレーションでは、空間的に明示的な 0.5° データが一定数のクラスターに集約されます。10 の世界地域がモデルの需要側を表します。需要カテゴリ (食品および非食品エネルギー摂取量) に必要なカロリーは、人口と収入の予測に基づく国別の横断的回帰によって決定されます。需要を満たすために、モデルは、資源、管理、およびコストの制約に従って、空間的に明示的な土地と水資源に 19 の耕作活動と 5 つの畜産活動を割り当てます。1995 年から、MAgPIE は 10 年のタイム ステップをシミュレートします。各期間では、前の期間の最適な土地利用パターンが開始点として使用されます。[4]
要求
農産物の需要は、地域や時間ごとに固定されています。農業需要の原動力は、時間、所得、人口増加です。総需要は、食料需要、原材料需要、飼料需要、種子需要で構成されます。食料需要は、食料エネルギー需要、および食事における作物と畜産物のシェアによって決まります。畜産物の中で、さまざまな製品 (反芻動物の肉、鶏肉、その他の肉、牛乳、卵) のシェアは 1995 年のレベルで固定されています。総食料カロリーと原材料需要における作物のシェアについても同様です。消費される総食料カロリーにおける畜産物のシェアは、土地利用部門の重要な原動力です。さまざまな統計モデルを使用して、妥当な将来のシナリオを推定します。キャリブレーションを使用して、1995 年の食料バランスシートの畜産物のシェアを地域ごとに算出します。
家畜の飼料は、濃縮飼料、飼料、畜産製品（骨粉など）、牧草、作物残渣、変換副産物（菜種粕など）を所定の割合で混合して生産されます。畜産システムにおけるこれらの違いにより、家畜からの排出レベルが異なります。
生体物理学的入力
シミュレーションの生物物理学的入力は、グリッドベースのモデル LPJmL から取得されます。管理された土地を含む地球規模の植生モデル (LPJmL) は、各グリッドセルの水の可用性と要件、およびさまざまな植生タイプの炭素含有量の値も提供します。耕作地、牧草地、灌漑用水は、各グリッドセルで限られた供給量の固定入力です。[4]
コストの種類
MAgPIE は、作物と家畜の生産コスト、技術変更への投資、土地転換コスト、地域内輸送コストという 4 つの異なるコスト タイプを考慮します。現在のタイム ステップでこれら 4 つのコスト要素を地球規模で最小化することで、モデル ソリューションが得られます。MAgPIE の生産コストは、労働、資本、中間投入のコストを意味します。これはすべての作物と家畜の種類に固有であり、作物の面積あたりのコスト (US$/ha) と家畜の生産単位あたりのコスト (US$/トン) として実装されます。
MAgPIEには、追加コストをかけて農業の総生産量を増やす2つの選択肢があります。土地の拡張と集約化です。MAgPIEでは、集約化は技術革新（TC）への投資によって達成できます。[4]技術革新への投資は収穫量の増加を促し、それが総生産量の増加につながります。同時に、農業用地の利用集約度が対応するほど高まるため、さらなる収穫量増加のコストが上昇します。その理由は、すでに集約的に使用されている土地の集約化は、広く使用されている土地の集約化よりもコストがかかるからです。
生産量を増やすためのもう一つの選択肢は、耕作地を非農業用地に拡大することである。[6]転換には、新しい土地の準備と基本的なインフラ投資のための追加費用がかかるため、これも考慮される。地域内輸送費用は、地域内市場までの距離に応じて商品単位ごとに発生するため、MAgPIE での土地拡大を制限する。これはインフラの質とアクセス性に依存する。地域内輸送費用は、アクセスしにくい地域ではアクセスしやすい地域よりも高くなる。そのため、このような場合には耕作地拡大の全体的な費用が高くなる。[4]
参考文献
- ^ PIK 土地利用グループ。「MAgPIE 数学的記述」 。2012年3 月 26 日閲覧。
- ^ ab Lotze-Campen, H.; Müller, C.; Bondeau, A.; Rost, S.; Popp, A.; Lucht, W. (2008年6月). 「世界の食糧需要、生産性向上、土地と水資源の不足：空間的明示的数理計画法アプローチ」.農業経済学. 39 (3): 325–338. doi :10.1111/j.1574-0862.2008.00336.x . 2012年3月26日閲覧。
- ^ Popp, A.; Lotze-Campen, H.; Bodirsky, B. (2010年8月)。「食料消費、食生活の変化、および関連する農業生産からの非CO2温室効果ガス」。地球環境変化。20 (3): 451–462。doi :10.1016/j.gloenvcha.2010.02.001 。
- ^ abcde Schmitz, C.; Biewald, A.; Lotze-Campen, C.; Popp, A.; Dietrich, JP; Bordisky, B.; Krause, M.; Weindl, I. (2012). 「食料の取引増加：土地利用、温室効果ガス排出、食料システムへの影響」(PDF) .地球環境変化. 22 (1): 189–208. doi :10.1016/j.gloenvcha.2011.09.013.
- ^ カヤッツ、ベンジャミン。「土地の価格」。ポツダム気候影響研究所。 2012年3月26日閲覧。
- ^ Krause, M.; Lotze-Campen, H.; Popp, A. (2009 年 8 月)。「統合モデリング フレームワークにおける世界の耕作地拡大と利用可能な森林地に関する空間明示的シナリオ」。会議論文。