为超干旱地区开创可持续的未来

AUTHORS 绿色海湾合作委员会国家的先进技术选择 Marielli Bou Harb Yves Takchi Juan Moreno Arindam Vatsa Danae Maniatis 土地退化对全球食物和水资源安全、生物多样性以及经济稳定构成了真实且日益增大的威胁，其中世界干旱和超干旱地区面临最为紧迫的挑战。为应对这一 unfolding 危机，Arthur D. Little（ADL）创建了一种坚实的数据驱动方法论，以精准定位能够帮助“绿化”海湾合作委员会（GCC）及其他干旱区域的技术，从而实现有针对性的可持续发展。 土地退化危机 由于水资源短缺和脆弱的生态系统，这些地区对土地退化和气候变化的影响尤为脆弱。根据联合国防治荒漠化公约（UNCCD）的数据，西亚和北非地区的土地退化率为7.19%，凸显了迫切需要创新解决方案的必要性。 世界面临一场 looming危机——土地退化威胁全球粮食和水资源安全、生物多样性和经济稳定性。为了了解这一挑战的规模，我们参考了《联合国防治荒漠化公约》（UNCCD），该组织报告称，在2015年至2019年间，每年有相当于格陵兰岛两倍面积（1亿公顷）的土地遭受退化，直接影响了13亿人的生活。这代表着世界上大量可耕地的重要部分：UNCCD估计，总计有15.5%的报告土地（1.52亿公顷）被退化，到2050年，经济损失预计将达到23万亿美元。 这种观点探讨了可持续技术在极端干旱地区促进绿色覆盖率增长的潜力，干预措施包括人工智能驱动的资源管理、基因工程、生物炭的应用以及基于物联网（IoT）传感器的土地管理。 寻找解决方案 ADL最近采用了一种稳健的数据驱动方法来确定最具前景的技术，以实现干旱地区可持续的绿化。认识到荒漠化地区生态系统复杂脆弱以及需要具有影响力的解决方案，我们利用ADL技术展望框架对各行业中的技术趋势进行了分析。该框架指导了一个三阶段的过程：技术侦察、技术筛选和技术创新评估（详见图1）。 广泛的森林覆盖损失正在加剧危机：世界资源研究所（WRI）记录了自2000年以来全球森林覆盖率下降了4.88亿公顷，相当于本世纪初全球森林覆盖率的12%。森林覆盖损失从2001年的1340万公顷增加到2023年的2830万公顷。 这些地区包括GCC国家在内的全球干旱和超干旱区域尤为严峻。这些地区以其特有的特点而著称， 图 1. 评估 100 多种技术的 ADL 技术展望框架 -适应气候变化- 管理气候变化对生态系统和资源的影响 1. 技术侦察 我们首先编制了一份包含超过100项与绿色转型和土地管理价值链相关技术的详细清单。这份清单是通过全面的、基于人工智能的文献回顾（包括领先学术论文、科学期刊和行业出版物）开发出来的。接下来，可持续性和绿色化专家将识别出的技术分类为“技术家族”，以建立同类分析的基础，并提供一种平衡实用性和复杂性的抽象层次。这一广泛梳理涵盖了前沿技术，如基因改良、用于精准营养输送的纳米技术以及复杂的遥感技术以进行精确的土地分析。同时，也包括了那些仍然对行业具有相关性的成熟方法。 -生物多样性保护- 防止因栖息地破坏和其他压力而导致的生物多样性丧失 -防治荒漠化- 解决土壤侵蚀和沙漠蔓延问题 -可持续水管理- 确保负责任的用水 ， 同时保持生态平衡 可持续农业- 平衡增加的粮食生产与环境保护 -入侵物种管理- 控制威胁本地生态系统的入侵物种的传播 -社区参与- 让当地社区参与制定和实施可持续做法 2. 技术入围 为了精炼这份列表，我们采用了一套严格的定量评分系统，该系统侧重于捕捉市场“拉力”和科技领域“推力”的见解。后者旨在揭示每项技术在全球覆盖范围和创新者社区热情方面的趋势，这些通常反映在出版物和专利景观中。为此，我们利用The Lens的数据对来自超过170个国家的近40万篇科学论文和超过30万项专利进行了全面分析。考虑了多个指标，包括10年发行量和活跃度比率，后者将近期活动与整体趋势进行比较，从而提供当前创新动力的见解。 劳动力能力建设- 提高实施可持续做法的技能 环境质量- 减轻环境危害以改善福祉 减少灾害风险- 尽量减少自然灾害的影响 环境法规- 确保有效监测和执行政策 可持续投资- 为可持续举措调动投资 AI数据分析和专家输入导致筛选出20项技术家族入围名单，这些技术家族在发表文献和专利注册方面得分较高，平均每项技术家族拥有超过9,000份专利申请和4,000篇发表文献。 我们的推侧定量评估随后通过市场拉分析得到了丰富。这涉及与专家进行咨询，以确定每项技术与该领域最紧迫需求的契合度及其帮助解决绿色转型之外的关键气候和生物多样性挑战的能力，如下所示： 土地退化威胁全球食品和水的安全,生物多样性 ， 以及经济稳定性 并且包括（5）入侵物种管理。随后，我们估算了每项技术的战略价值。通过计算目标地理区域内产生的总专利百分比来考虑当地创新动力，从而确保选定的技术在生态影响和在苛刻环境中的实际实施方面都具有高潜力。 3. 技术评价 遵循ADL技术预见框架的原则，我们深入分析了这些技术在全球范围内的吸引力，并考虑了成功实施于超干旱地区的关键因素。作为这一过程的一部分，深入的趋势分析评估了每项技术的市场吸引力，这通过Tracxn提供的当前市场规模和预测增长数据来体现，涵盖了150多个国家和地区超过15,000家公司。团队还考虑了当前的技术创新动量，包括专利数量、发表文献以及该领域新成立公司的数量。 我们的全面分析确定了五项技术，这些技术可以革新干旱和超干旱景观中的可持续土地管理实践（见图2）： 1.综合土地管理人工智能。AI工具可以优化土地恢复和植树造林项目的生命周期，并特别有助于半干旱环境。与传统的反应性方法不同，AI提供了基于数据的前瞻性方法，利用机器学习、地理空间建模和数据分析来指导关键决策。AI的力量在于整合和分析来自多个来源的数据（例如，无人机、激光探测和测距[LiDAR]、遥感）以获得整体洞察。 为了确保选定技术对干旱和极干旱地区整体相关性，我们识别出了五个特定于这些地区的挑战：（1）气候变化适应，图 2. 五大关键技术（ 2) 生物多样性保护 ，(3) 防治荒漠化 ，(4) 可持续农业 ， 2. 堆肥和蠕虫堆肥。 这些技术代表了我们在应对荒漠化和恢复退化生态系统方面的重要进步，并且是对更加可持续和 resilent未来的关键投资，特别是在脆弱地区。 堆肥依赖微生物分解；蚯蚓堆肥通过使用蚯蚓来加速这一过程。这两种方法都能产生有价值的堆肥，改善土壤健康，减少对合成肥料的需求，并促进可持续的废物管理。这些技术并非 newly引入，但在气候变化和干旱气候条件下严苛的环境中，它们仍然具有相关性。 产生集体影响 第16届联合国荒漠化公约缔约方会议（UNCCD COP16）将于2024年12月在沙特阿拉伯利雅得举行，这将使该地区有机会展示其在为超干旱环境探索创新土地恢复策略方面所展现的领导力。中东绿色倡议（MGI）提供了一个区域框架，旨在通过提供协调行动、资源动员和知识共享的平台来推动这些努力。MGI的目标是通过促进公私合作伙伴关系、支持研发和促进区域合作，来促进创新解决方案的采用和规模化应用。我们倡导多管齐下的方法，包括建立一个区域可持续土地管理框架、投资一个区域绿色未来，并利用现有的区域和全球倡议以产生集体影响，具体如下所示。 3.基因工程。基因工程技术，如CRISPR-Cas9，提供了修改植物基因组的强大工具，以增强其在超干旱环境中的抗逆性。CRISPR允许精确和靶向的基因编辑，使研究人员能够引入诸如耐旱性、盐碱地适应性和营养利用改进等有利性状。 4.生物炭。生物炭是一种通过生物质（如农业废弃物、木屑或粪便）在无氧条件下热解（加热）产生的稳定形式的炭。其多孔结构和高比表面积在超干旱环境中改善土壤特性。生物炭能够提高水分保持能力、养分可用性和土壤通气性，即使在恶劣条件下也能促进植物生长。此外，它还能固定碳，有助于减缓气候变化。不同的原料和条件会产生具有不同特性的生物炭，从而可以根据特定的土壤和作物需求进行定制。 可持续土地管理区域框架 -激励区域解决方案。实施有针对性的财政激励措施，如碳信用、税收减免和补贴，以刺激对可持续土地管理技术的投资。同时，优先利用当地采集的枣椰树废弃物和其他区域生物质生产生物炭，推广耐旱本土植物的旱地种植（xeriscaping），并整合基于区域气候优化的人工智能灌溉系统。 5. 基于物联网的土地管理传感器 基于物联网的传感器为hyper-arid地区优化土地管理提供了稳健的方法。这些传感器监测多种参数，包括土壤湿度、养分水平、盐分、天气条件、植物健康和灌溉系统。通过提供实时数据，它们使基于数据的决策制定成为可能，从而实现精准灌溉、优化资源使用并提高作物产量。 -投资区域基础设施。促进支持大规模实施的基础建设战略性投资。这包括开发适应区域废物流的分散式堆肥设施、建立使用当地生物质资源的区域性生物炭生产枢纽，以及创建本地植物物种的种子库。 制定区域监管最佳实践。建立一个针对每个技术需求的区域监管框架。这应该包 -括对基因工程耐盐植物及其他适应干旱环境的植物的责任研究、开发和部署的明确指导原则，同时结合使用区域原料进行生物炭和堆肥生产的标准质量控制措施。 利用现有的区域和全球计划产生集体影响 保护和促进 GCC 的原生植物。 -优先在该地区的景观和恢复项目中使用本地抗旱植物物种。支持专门从事其繁殖的当地苗圃，以确保供应充足并保存该地区独特的植物种类。 -最大限度地发挥 MGI 与《荒漠化公约》之间的协同作用。利用MGI的区域框架和UNCCD的全球影响力推动可持续土地管理的协作努力。这包括将区域策略与UNCCD的目标对接，通过两个平台分享最佳实践和经验教训，并探索联合项目和资金的机会。 投资区域绿色未来 将研发重点放在超干旱挑战上。- 在现有和新兴框架内建立公私伙伴关系。 直接将资金投入与区域和国际伙伴合作的研究项目，专注于适应和优化针对该地区特定挑战的技术。这可能包括细化适用于区域气候数据的AI算法、探索对本地物种进行基因工程以提高抗旱和耐盐能力，并开发节水堆肥技术。 鼓励通过稳健的公私合营促进跨行业合作。这包括为满足区域需求而联合开发基于人工智能的土地管理解决方案的合资企业、在相关作物上合作开展生物炭应用研究项目，以及私营部门参与堆肥计划。合作伙伴关系应专注于既有框架和新兴框架，以最大化其影响并促进可持续土地管理的创新。 促进区域技术转让。- 建立区域知识共享平台，连接研究人员、实践者和政策制定者。提供定制化的区域开源AI工具访问权限，推广使用当地生物质生产生物炭的技术蓝图，并适应本地原生物种的基因工程协议。促进国际合作，将全球专业知识引入该地区，同时增强本地能力。 -赋予当地社区权力。通过培训项目推广可持续的土地管理实践、本地与国际知识交流，以及促进适当技术的获取，赋能当地利益相关者成为土地恢复工作的领导者。支持本地所有权和长期可持续性，通过 facilitating资源访问并培养以本地需求为重点的包容性合作伙伴关系。 Conclusion 通往绿色的道路 GCC 可以自我建立作为全球领导者 通过采纳我们的建议，海湾合作委员会（GCC）可以将其定位为应对沙漠化并为超干旱地区构建可持续未来的世界领导者。首要步骤包括： 1建立区域框架为了实现可持续的土地管理，奖励解决方案，发展监管最佳实践，并保护该地区的原生植物。 2投资区域绿色未来专注于超干旱挑战、区域技术转让和关键基础设施的研发。 3利用现有的区域和全球计划为了通过在现有和新兴框架内建立公私合作伙伴关系并借助包 容性伙伴关系赋能当地社区，实现集体影响。 Arthur D. Little 自 1886 年以来一直处于创新的前沿。我们是将战略、创新和转型联系在一起的技术密集型和融合行业公认的领军人物。我们引领客户穿越不断变化的商业生态系统，发现新的增长机