冬の核災害時の食糧供給を確保するための耐霜性作物生産の数理最適化

Rapporti scientifici Volume 13,

Scientific Reports volume 13、記事番号: 8254 (2023) この記事を引用

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1 オルトメトリック

メトリクスの詳細

この研究は、温帯島国であるニュージーランド（NZ）のさまざまな核冬シナリオ中に基本的な栄養を供給するために必要な耐霜性作物と土地面積の最適な組み合わせを推定することを目的とした。線形計画法を使用して、人口全体の食事エネルギーとタンパク質の必要量を達成するのに十分な食料を生産しながら、作付けに必要な土地面積を最小限に抑えました。 NZに対する3つの核の冬シナリオの潜在的な農業への影響は文献から得られた。全人口を養うために最適化された耐霜性作物の組み合わせは、降順で小麦とニンジン、そして小麦とニンジンの順でした。テンサイ; オーツ麦; 玉ねぎとにんじん。キャベツと大麦。キャノーラとキャベツ。亜麻仁とパースニップ。ライ麦とルピナス。スウェエンドウとフィールドインゲン。そしてカリフラワー。しかし、ニュージーランドにおけるこれらの耐寒性作物の現在の生産レベルに関して言えば、「核の冬なき戦争」シナリオでは26％不足となり、厳しい核の冬シナリオでは71％不足となる（核の冬の煤150テラグラム）。成層圏では作物収量が61%減少します）。結論として、現在の生産レベルでは、核戦争後の耐霜性食用作物はすべてのニュージーランド国民を養うことはできません。ニュージーランド政府は、これらの不足にどのように対処するのが最善であるかについて、戦前の詳細な分析を行う必要がある。たとえば、これらの作物の戦前の生産量の増加および/または戦後の拡張性。霜に弱い作物を十分に栽培する（つまり、温室または国内の最も暖かい地域で）。および/または耐寒性草を食べた家畜に由来する食料の継続的な生産を確保すること。

世界的な地政学的状況の変化の結果、核戦争のリスクは 2022 年から 2023 年にかけて増大した可能性があります。特に、2022 年のロシアのウクライナ侵攻と、それに伴うロシア指導部による核兵器使用の脅威があります1。また、重要な核兵器禁止条約 2 の侵食や、一部の核兵器の拡大が続いています (例: 英国 [UK]3、中国 4、およびパキスタン 5)。さらに、さまざまな核兵器の近代化が続いています（たとえば、米国[US]6、フランス7、ロシア8、インド9、北朝鮮10）。総合すると、そのような開発は、戦争におけるこれらの兵器の実用性の認識を高める可能性があり、したがって実際に戦争で使用されるリスクが高まる可能性があります。その結果、不慮の核戦争の年間確率についてのこれまでの推定値（例えば、約 1%11、またはあらゆる種類の核戦争で 0.3% から 3% の範囲である 12）は、現在では核戦争のリスクを過小評価している可能性があります。。

気候モデル研究は、核の冬（太陽光を遮断し作物生産量を減少させる）を引き起こす核戦争は、潜在的に壊滅的なものになる可能性があることを示唆しています13、14、15、16、17。これらの研究の1つによると、「米国とロシアの間の戦争で50億人以上が死亡する可能性がある」16。この研究では、少なくとも 10 年間続く作物生産への持続的な影響も推定されました。これらの悲惨な結果は、国家間の国際緊張を緩和し、紛争下での核兵器の使用を可能にし、核軍縮に向けて検証可能な段階的な措置を講じる緊急の必要性を浮き彫りにしている。それにもかかわらず、そのような予防努力は依然として失敗する可能性があるため、核戦争で直接攻撃される可能性が低い賢明な国々は、生存の可能性を最大化する計画を検討する必要があります。

これらの核の冬のモデリング研究は、南半球の島国が比較的深刻な核の冬の影響を経験しない可能性があることを示唆しています。同様に、南半球の島々も、少なくとも歴史的噴火（タンボラ山）の影響に基づくと、「火山の冬」の影響が少ない可能性があります18。これらの島の 1 つであるニュージーランドでは、厳しい核の冬により気温が最大 5 ℃低下する可能性があります13。作物生産に関するさまざまな核冬シナリオのモデル化では、ニュージーランドの作物収量が 8% から 61% の範囲で減少することが示唆されています 16 (詳細については表 1 を参照)。この国の一部の地域では、作物の成熟が遅れている可能性があります（たとえば、カンタベリー地域では気温が 3 °C 低下すると小麦作物の成熟が約 40 日遅れます 19）。しかし、国のより南部の地域では、穀物作物の完全な成熟は不可能かもしれない（例えば、気温が 3 °C 低下したサウスランド地方の場合）。

ニュージーランドについては、この国が比較的高いレベルの食料自給率を持っていることを以前に確認しました（つまり、食料輸出だけで全国民の現在の食事エネルギー摂取量の 3.9 倍を賄うことができます20）。しかし、この研究は、これらの輸出食品のほとんど（重量ベース）が粉ミルクなどの乳製品であり、おそらく戦後の混乱に対して非常に脆弱であることも報告しています。つまり、これらの食品には多くの輸入原料（ディーゼル、肥料など）、毎日の牛乳のトラック/列車輸送、および大規模な乳製品工場での複雑な加工が必要です。実際、ニュージーランドの農業生産のほとんどは輸入インプット（種子、ディーゼル、機械部品、肥料、農薬など）に依存しています。また、核戦争後のニュージーランド社会のさまざまなレベルの社会経済的崩壊に対しておそらく脆弱であり、さまざまな著者がそれが可能であると考えています(例、21、22、23、24)。このような崩壊は食料生産、輸送、加工、小売に深刻な混乱をもたらす可能性があり、金融システムの崩壊により国民が食料を購入できなくなる可能性がある25。

核の冬の脅威に対する国の回復力を構築するための 1 つのアプローチは、耐霜性作物に特に焦点を当てることです。このような作物は、より厳しい冬や成長期に発生する可能性のある季節外れの霜にも耐える可能性が最も高いでしょう。後者は、1815 年のタンボラ山の噴火後の「火山の冬」に発生しました。つまり、この噴火は、ヨーロッパの一部（例：4 月と 9 月）、米国（6 月と 8 月）、および中国（7月）26．タンボラの「火山の冬」によるこれらの影響（降雨量と嵐の変化を伴う）により、作物の収穫量が減少し、世界中のさまざまな環境で飢餓が発生しました27。

霜に強い穀物（冬小麦など）には、潜在的に年間を通じて日照量が少ない条件下でも、春植えのものよりも成長する時間が長いという利点もあります。これは、これらの穀物は秋に植えられ、春に植えられた同等のものよりも早春の生育期をよりよく利用できるためです。冬小麦のような作物も、品種によって異なりますが、秋の凍結融解サイクルにある程度の耐性を持っています28。冬穀物の耐寒性は春になると低下するが、「まだ栄養段階にある植物は、脱順化後に[凍結条件に]再順応する能力があるが、生殖段階にある植物の再順応能力は限られている」 -順応」29. それにもかかわらず、冬穀物は通常、「冬の傷害」によってある程度の収量損失を被り、米国における冬小麦の年間平均損失は 7% (場合によっては最大 70% 以上) と推定されています 28。それでも、作物は通常、比較的効率的な食料エネルギー源であり、通常、乳製品、肉、魚よりもはるかに安価に生産できます。また、冷蔵輸送や工場での追加加工の必要性も低くなります。

このような背景を踏まえ、この研究は、核の冬の影響の可能性を伴う核戦争後に、ニュージーランド全国民に十分な食事エネルギーとタンパク質を供給するために必要な、耐霜性作物の最適な組み合わせを特定することを目的としました。

考慮された核の冬シナリオの範囲を表 1 に示す。これらのシナリオの潜在的な影響の多様性は、使用される可能性のある兵器の数、その標的、および「核の冬」タイプの影響の範囲に関する残存する不確実性を反映している30。そこで、我々は「冬がない」シナリオと、北半球の主要都市やインフラでの核兵器の爆発後の成層圏への煤の注入量が異なるシナリオを含めた16。このすすは、惑星の表面に到達する太陽放射を減少させ、その結果、地表気温の低下と降水量の減少をもたらし、その両方が両半球での食用作物の生産を妨げると考えられています16。これらすべてのシナリオにおいて、ニュージーランドと他国（オーストラリアを含む）との輸出入両方の貿易が完全に停止するという最悪の状況を想定しました。これは、以前のニュージーランドの研究でも採用されたアプローチでした 20,31。また、国内用途に転用できる輸出待ちの備蓄食料も無視した。これは一時的なものであり、主に乳製品（粉ミルクなど）や冷凍肉が多いためである。

温帯諸国向けの耐霜性作物の選択は、表 233 の等級付けに基づいて行われました。次に、これらの作物について、食品成分データ (食事エネルギーとタンパク質) および作物収量データを使用して、データ入力の表を完成させました (表 3)。ほとんどの場合、ニュージーランド固有のデータが利用可能でしたが、利用できない場合は、関連するオーストラリアのデータ、次に北米のデータ、次にヨーロッパのデータの使用を優先しました。

ニュージーランド全人口の推定食事エネルギー摂取量は、これまでに 1 日あたり 444 億 kJ と推定されており、これは 1 人あたり 1 日あたり 8,686 kJ に相当します20。ここでは、表 4 に示すように、同じアプローチを使用してタンパク質摂取量を計算しました。

私たちは、ニュージーランドの全人口を養うのに十分な耐霜性作物を提供するために、最小限の耕作地を特定することを目指しました。数学的最適化には、Excel Solver (「Solver LP」メソッドを使用) で実行される線形計画法を使用しました。目的関数は必要な総作付面積 (ha) の最小化であり、基本ケースの制約は 1 人あたり 8,686 kJ/日以上の食事エネルギーと 1 人あたり 81 g/日以上の食事タンパク質を達成することでした。これらの制約はさまざまなシナリオで変更され（以下を参照）、2019 年にニュージーランドで使用された耕地の総面積（園芸用地 132,717 ヘクタールおよび穀物用地 487,763 ヘクタール）との比較が行われました61。より具体的には、現在の耐霜性作物の生産レベルが、さまざまなシナリオの下で人口を養う能力の観点から評価されました。

シナリオ A では、食事のエネルギー (10% 削減) とタンパク質 (35%) の必要量の削減が考慮されました。これは、多くの人が災害時にエネルギー摂取量がわずかに少なくてもおそらく許容できるということに基づいており、現在のタンパク質摂取量は、シナリオ A に比べて比較的高いです。推奨レベルに達します (表 4 の脚注を参照)。

シナリオ B では、エネルギーとタンパク質の摂取量の 50% が耐寒性食品から摂取され、残りが他の食品源から摂取されると仮定しました。後者には次のものが含まれる可能性があります。

国の暖かい地域や温室で季節外れの霜が降りなければ、潜在的に栽培できるいくつかの霜に弱い作物（ジャガイモなど）の継続生産。

牧草で育てられた家畜製品の継続的な生産（例：町/都市または鉄道網の近くで牧草で育てられた家畜からの乳製品や肉）。ニュージーランドで栽培されているすべての主要な牧草が耐寒性であることを考慮すると、核の冬の間、草を食べて家畜の生産を継続することは非常に実現可能です（表 2 に含まれるライグラスとクローバー 62）。

家庭菜園、都市部のコミュニティ菜園、マオリのコミュニティ菜園からの耐霜性野菜と家禽類の生産を継続する63。

基本ケースにおける耐霜性作物の最適な組み合わせは、小麦 (必要な作付面積の 97%) と残りのニンジンの組み合わせでした (表 5)。この組み合わせは、116,000 ヘクタールの土地を使用して、ニュージーランドの人口にすべての食事エネルギーとタンパク質を提供できると推定されています。これは、すべての作物 (穀物と園芸) に使用されている現在の耕作地の 19% に相当します。次に効率的な作物は降順で、テンサイ、テンサイ、テンサイ、テンサイ、テンサイ、テンサイ、テンサイ、テンサイ、テンサイ、テンサイ、テンサイ、テンサイ、テンサイ、テンサイ、テンサイ、テンサイ、テンサイ、テンサイ、テンサイ、テンサイ、テンサイ、テンサイ、テンサイ、テンサイ、テンサイ、テンサイ、テンサイ、テンサイ、サトウダイコンでした。オーツ麦; 玉ねぎとにんじん。キャベツと大麦。キャノーラとキャベツ。亜麻仁とパースニップ。ライ麦とルピナス。スウェエンドウとフィールドインゲン。およびカリフラワー（表５）。

食事エネルギーを生産するための土地の利用効率が最も低かったのは草で育てられた子羊で、ヘクタール当たりの食事エネルギーの生産性はニンジンの 310 分の 1 でした (次に非効率だったのは牛肉でした)。牧草で育てられた乳牛からの牛乳も比較的非効率的でしたが、ヘクタールあたりの食事エネルギーでは 2 つの作物 (ほうれん草とレタス) よりも優れていました。最も効率の悪いタンパク質源も子羊で、ヘクタールあたりの食事性タンパク質の生産性は小麦の 62 分の 1 でした (牛肉、牛乳が次に非効率でした)。

表 6 は、基本ケースと 2 つの栄養シナリオ (A、B) を 4 つの核戦争シナリオ (NW0、NW1、NW2、NW3) に対してマッピングしています。基本ケースの栄養に関して、小麦とニンジンを栽培するための作付地の必要性は、考慮された最も厳しい核の冬シナリオ（NW3）では、現在の作付地の最大48％でした（農業生産性が61％低下した場合）。

シナリオ A では、食事によるエネルギーとタンパク質の摂取量がおそらく許容できる低いレベルであるため、小麦とニンジンの栽培に必要な耕作地は、現在のレベル (核の冬のない戦争 [NW0]) の 15% から最大 38% までの範囲でした。現在のレベル（最も厳しい核の冬シナリオの場合、表5）。

シナリオ B では、すべての食事エネルギーとタンパク質の半分が他の供給源（たとえば、一部の霜に弱い作物や牧草で育てられた家畜）から得られると想定されているため、必要な耕作地はさらに少なくなります。つまり、現在の作付地の9～24％の範囲となる（それぞれ、核の冬がないシナリオと最も厳しい核の冬シナリオの場合）。

基本ケースでは、ニュージーランドの耐霜性作物生産の現在のレベルは、核のない冬シナリオで人口の食事エネルギーの74％を供給できると推定された（つまり、26％の不足が残る、表7）。しかし、このレベルの備えは、厳しい核の冬のシナリオに対してわずか 29% でした（つまり、71% が不足することになります）。食料の50％が他の供給源（例えば、温室の霜に弱い作物や牧草で育てられた家畜）から得られる可能性を考慮すると、現在の耐霜性作物の生産レベルは、深刻なエネルギー不足を除いて、すべてのシナリオで過剰なエネルギーを提供する可能性があります。核の冬シナリオ（つまり、必要な生産量の 58.5% のみが発生する、表 7）。

この研究により、食事エネルギーとタンパク質を組み合わせた観点から、理論的にニュージーランドにとって最も最適な単一耐霜性作物は小麦であることが判明しました。輸入ディーゼル、肥料、農薬に依存しているにもかかわらず、ニュージーランドではすでに世界トップクラスの収量レベルで栽培されている53。小麦には、冷蔵を必要とせず、比較的エネルギー密度が高く（食料輸送コストが削減される）、余剰分を家畜（卵生産用の家禽など）に与えることができるという利点もあります。しかし、表 5 の最適化分析で好まれている他の耐霜性作物にも、ニュージーランドの現在の主な食料輸出品である乳製品や冷凍肉と比べて、投入材料や加工要件がそれほど複雑ではないという同様の利点がいくつかあります。

小麦以外の耐霜性作物も、現在ニュージーランドで栽培されている特定の場所では生産性において比較的有利な可能性がある（例：プケコヘのタマネギとニンジン、カンタベリーのオーツ麦、大麦、亜麻仁、ライ麦など）。野菜作物には、必ずしもさらなる加工を必要としないという追加の利点もあります（通常製粉が必要な穀物と比較して、製粉されていない穀物は調理して食べることができますが）。さらに、夏の間に核の冬の影響が予想よりも深刻だった場合、ほとんどの野菜は完全に成長する前に収穫できる可能性があります（完全に成熟する必要がある穀物とは異なります）。

もう一つの重要な発見は、耐霜性作物の現在の生産レベルでは、食事エネルギーが不足するであろうということであった（核の冬がないシナリオでは26％、厳しい核の冬シナリオでは71％、表7）。それにもかかわらず、このような不足は、シナリオ B で検討されている食料源の生産を継続することによって潜在的に対処できる可能性があります。つまり、温室で、または夏に季節外れの霜が降りなかった場合、霜に弱い作物の生産をある程度維持しようとすることです。国の暖かい地域では。これは、果物（リンゴ、アボカド、キウイフルーツなど）よりも、ジャガイモのような作物（葉への多少の霜害に耐えることができる）に特に実現可能かもしれません。もう一つの選択肢は、町や都市の近くの丘陵地や鉄道網沿い（特に北島の鉄道網の電化部分）で草を食べて家畜の生産を維持することだろう。トラック輸送用のバイオディーゼルが利用できなければ、羊や牛を「牛車」を使って鉄道車両基地まで「歩いて」行くか、近くの町や都市の屠殺場まで直接運ぶことができるだろう。

太陽光を遮断する災害（米国）を考慮した他の研究 71 では、この研究に含めたのと同じ「耐寒性」作物のいくつか（つまり、小麦とキャノーラ）の潜在的価値も特定されました。それにもかかわらず、この米国の研究にはジャガイモも含まれていましたが、ジャガイモの葉は霜に弱いため除外しました（表2）。米国の研究では、海藻と水産養殖の拡大（人々のための追加の食料と動物の飼料を生産するため）、作物の移転、温室の建設、および有望な産業回復力のある食料への投資の潜在的な利益も考慮されました。後者には、植物残渣、葉、木材などのリグノセルロース系バイオマスを食用糖に変換することによって食品を生産するために、醸造所やパルプ・製紙工場を再利用することが含まれます。別のそのようなアプローチは、天然ガス/バイオガスのタンパク質への工業的変換です。そのような食品が人間の食品として受け入れられない場合（たんぱく質食品は現在の食品「クォーン」と何らかの類似性を持っている可能性がありますが）、卵を生産するための家禽の飼料を作るために使用できる可能性があります。これらすべてにより、ニュージーランドでのさらなる調査が必要になる可能性があり、実際に海藻生産の拡大に関する研究が進行中です72。これらおよび他の分野の研究により、到着した難民から拡大した人口を養うニュージーランドの能力も特定される可能性がある。

この研究は、核戦争を想定した耐霜性食用作物生産のためのこの種の最適化分析を実行したものとしては（我々の知る限りでは）初めてのものである。ただし、以下に概説するように、多くの点で単純化されています。

起こり得る核戦争シナリオによる核の冬の影響の規模については依然として大きな不確実性があり、モデル化ではさまざまな単純化された仮定が使用されています。例えば、Xia et al.16 からニュージーランドについて我々が使用した推定値は、選択された主要作物と海産魚に関するものであり、我々はこれらから核の冬の影響シナリオの一部について食料生産性の全面的な低下を推定しました。 Xia らによるモデルですが、「地表気温、降水量、下向きの直接および拡散太陽放射」への影響は考慮されているが、核戦争後の紫外線の増加による農業への潜在的な被害は考慮されていない73。

私たちの作物収量と栄養データは完全にニュージーランド固有のものではなく、生産性の範囲が大きいものもありました（たとえば、ニュージーランドで報告されているニンジン作物の生産量は 70 ～ 170 t/ha と変動します、表 3）。また、作物の植え付けは年に 1 回だけと考えていましたが、一部の作物 (特に野菜) については、核の冬の条件が穏やかであれば、一部の北部地域では年に 2 回の作付けが考えられます。一部の作物（スウェーデン、テンサイ、タマネギ）については、作物の根成分のみを含めましたが、さらに絶望的な状況では、これらの作物の葉も人間の消費に利用できる可能性があります。

私たちは、農場の門を出た後の食品の無駄（例えば、製粉プロセス、輸送、または家庭レベルで）を考慮していませんでした。例えば、生鮮野菜の場合、家庭レベルで避けられる無駄が顕著になる可能性があります（例えば、ヨーロッパの 3 つの研究の中間点を使用した場合 74 は 13%、英国では 20% 75）。

最適化プロセスには、食事エネルギーとタンパク質以外の他の栄養素 (例: 他の多量栄養素や微量栄養素) は含まれていません。同様に、人間の栄養を最適化するために理想的には追加の処理が必要となる可能性のある、微量栄養素の摂取を妨げる可能性のある化合物（キャノーラミールに含まれるグルコシノレートやフィチン酸塩など）に関する問題については考慮していません48。これらの問題は、理想的には将来の研究で対処されるべきであるが、核の冬の状況では、シナリオ B で詳述されている食料源の一部（つまり、霜に弱い作物、畜産物、家庭菜園やコミュニティガーデニングで作られたもの）。

最適化で使用された目的関数は、必要な耕作地を最小限に抑えることだけでした。より理想的なのは、都市や町の小売レベルで戦後の価格を推定することだろう。しかし、輸入品の不足により種子、肥料、農薬、バイオディーゼル、機械部品の価格が劇的に上昇する可能性があることを考えると（輸出市場の喪失により労働力の価格は下落するだろう）、核の冬のシナリオでそのような価格を見積もるのは特に困難である。。

政府の重要な役割は、国民の本質的なニーズが確実に満たされるようにすることです。したがって、私たちの調査結果とそれに伴う不確実性を考慮すると、ニュージーランド政府は以下に関する研究の実施または委託を検討する可能性があります。

核冬シナリオのニュージーランド特有の気候/気象モデリングにより、主要な耐寒性作物の生育期と季節外れの霜のリスクを決定する（例えば、おそらくオーストラリア向けに構築された気候と小麦作物モデルに基づいて構築される76）。これは、両方の耐霜性作物（戦前および/または直後）の拡大を導く可能性があり、また、国内の暖かい地域における霜に弱い作物の範囲を決定する可能性もあります。作物の収量や廃棄量などの変数の不確実性は、確率的感度分析で捉えることができます。

重要な作物用の輸入種子のレベルを特定し、生育期全体の不足分をカバーするためにニュージーランドに拠点を置く追加の種子の備蓄を確保するためのロジスティクスを検討します。分析の結果、それが物流的に可能であることが示されれば、核の冬の状況下で最初の収穫時に種子を収集することができ、輸入に依存しない自立システムを確立できる可能性がある。

世界貿易の崩壊と輸入商品の損失に対する農業セクターのあらゆる脆弱性を特定する。これらには、さまざまな種子の輸入と同様に、ある種の肥料、殺虫剤、農業機械のスペアパーツ、およびディーゼル（後者は収穫、加工、および食品加工業者/市場への輸送に必要）の輸入が含まれます。同様に、ニュージーランドにおける重要な投入物の生産をどの程度まで拡大できるか（例えば、キャノーラ作物からのバイオディーゼルや国内の肥料生産）。タラナキ地域で生産される石油とガスから液体燃料を陸上で精製する能力を再確立することも検討される可能性がある。

地域インフラの完全性の損傷/喪失に対する作物特有の脆弱性を特定する。これらには以下のアクセスが含まれます。灌漑用の電気へのアクセス。地元で生産されたバイオディーゼルへ。そして、市場への輸送のための鉄道網へ（例えば、トラック輸送に十分な燃料が入手できない可能性があると仮定して）。

一部の作物には、農家がより高い価格を得る可能性がある非食用代替用途があり、その結果、食料供給が制限される可能性があることを特定する。これらには、醸造用アルコールやバイオディーゼル生産のための穀物の使用が含まれます。後者は、キャノーラ、テンサイ、飼料ビート、ルピナスなどの耐霜性作物に関連します。輸入医薬品の不足は、一部の農家が関連原料作物（モルヒネ生産用のケシなど）の栽培に切り替えることも意味する可能性がある。

農家や食品小売業者に支払いができるように、困っている国民に資金を分配できる政府の能力を特定する。ここでの潜在的な脆弱性とは、金融ネットワークや政府システムが他国のコンピューティングクラウドストレージ (核戦争で破壊される可能性がある) に依存している程度のことです。準備銀行が紙幣や金貨を備蓄することは検討に値するかもしれない（後者は通貨の安定化を助け、オーストラリアから液体燃料を購入するためにも利用できるだろう）。

特に耐寒性野菜に関連した都市園芸の拡大の実現可能性を特定する（例えば、国際研究77やマオリコミュニティガーデン63などの既存のニュージーランドの取り組みに基づく）。都市熱の影響や建物からの熱は、そのような野菜を季節外れの霜からさらに保護する可能性があります。

町や都市の近くの丘陵地や鉄道網沿い（特に北島の鉄道網の電化部分）で草を食べて飼育する家畜生産を維持する実現可能性を特定する。

オーストラリアとの海運貿易（例えば、ニュージーランドへの小麦の輸入を許可する）および太平洋島嶼国（例えば、コプラ、パーム油、魚を輸出する国々）との海運貿易を維持する実現可能性を確認する。これは、機能する世界的な航路や国際船舶がない中で地域の海運を維持することの複雑さ、およびニュージーランドが見返りに貿易するのに十分な商品やサービスを持っているかどうか（あるいは、2015年にニュージーランドに設立された戦略的埋蔵金の金を使用する可能性がある）に依存するだろう。戦前）。

主要作物（現在の使用および/または種子の備蓄用）向けに、より耐寒性の高い品種の育種に対するニュージーランド政府の投資の価値を特定する。これらの品種は、極寒の冬（冬小麦などの作物と同様）の生存率を高める可能性があるだけでなく、秋と春の凍結と融解のサイクルでも生存率を高めることができます（「はじめに」を参照）。

ニュージーランド政府と社会がそのような調査を実施し、適切な準備を怠った場合、食糧安全保障を確保するための政府介入のレベルは、比較的厳しい措置を必要とする可能性があります。これらには、主要な投入物を最も効率的な農業形態のみに配給することが含まれる可能性があります（ディーゼル/バイオディーゼル供給品、肥料、殺虫剤、農業機械のスペアパーツなど）。第二次世界大戦 (WW2) におけるニュージーランドのガソリン配給要件と類似点がある可能性があります78。政府はまた、人間の食用作物を人間の食糧に転用できるよう、家畜に直接与えられる使用を禁止する必要があるかもしれない。アルコール製造に使用される穀物（ビール麦芽製造に使用される大麦など）の使用も、一定期間停止する必要があるかもしれません。食料供給が不足した場合は、第二次世界大戦時のニュージーランドのように、国民への食料配給が必要になるかもしれません78。

これらの発見は、大規模な火山噴火 79 や大規模な小惑星/彗星の衝突 80 など、太陽光を遮断する可能性のある他の大惨事にも何らかの関連がある可能性があります。例えば、1815 年のインドネシアのタンボラ山の火山噴火は、1816 年の世界の地上気温を推定 - 1.9 °C (± 0.2 °C) 低下させ81、インドネシアから遠く離れた地域（ヨーロッパの一部、インドと中国27)。タンボラ規模以上の噴火 (火山爆発指数でマグニチュード 7 および 8 +) は、1000 年に約 1.6 回発生します 82 (1 世紀あたり約 6 分の 1 の確率に相当します 83)。

現在の生産レベルでは、核戦争後、耐寒性食用作物をすべてのニュージーランド国民に供給することはできません。ニュージーランド政府は、これらの不足にどのように対処するのが最善であるかについて、戦前の詳細な分析を行う必要がある。たとえば、これらの作物の戦前の生産量の増加および/または戦後の拡張性。霜に弱い作物を十分に栽培する（つまり、温室または国内の最も暖かい地域で）。および/または耐寒性草を食べた家畜に由来する食料の継続的な生産を確保すること。

この研究中に生成または分析されたすべてのデータは、この公開記事および補足情報ファイルに含まれています。

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原稿草案に関して有益なコメントをくださった Dave Denkenberger 教授 (災害時に地球を養う同盟 (ALLFED)) に感謝します。

オタゴ大学、ウェリントン、ニュージーランド

ニック・ウィルソン

マッセイ大学、ウェリントン、ニュージーランド

ベン・ペイン

Adapt Research Ltd、リーフトン、ニュージーランド

マット・ボイド

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この研究は、NW によって考案され、MB からの改訂を加えて設計されました。データ収集、分析、および最初の草稿の執筆は NW によって行われました。MB と BP の両方が原稿の改訂を支援しました。

ニック・ウィルソンへの手紙。

著者らは競合する利害関係を宣言していません。

シュプリンガーネイチャーは、発行された地図および所属機関における管轄権の主張に関して中立を保ちます。

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転載と許可

Wilson, N.、Payne, B. & Boyd, M. 冬の核災害時の食料供給を確保するための、耐霜性作物生産の数学的最適化。 Sci Rep 13、8254 (2023)。 https://doi.org/10.1038/s41598-023-35354-7

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受信日: 2023 年 3 月 8 日

受理日: 2023 年 5 月 16 日

公開日: 2023 年 5 月 22 日

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

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