Il cambiamento climatico sta influenzando l'agricoltura in diversi modi. I ricercatori utilizzano i dati satellitari e la modellazione al computer per monitorare e mitigare questi impatti. Credito:NASA/Osservatorio della Terra/USDA/Jesse Kirsch
La Terra si sta scaldando. Gli effetti del cambiamento climatico globale causato dall'uomo stanno diventando sempre più evidenti man mano che assistiamo a ondate di calore da record, siccità intensa, cambiamenti nei modelli delle precipitazioni e un aumento delle temperature medie. E questi cambiamenti ambientali toccano ogni parte della produzione agricola.
La NASA, insieme ad agenzie e organizzazioni partner, monitora tutti questi cambiamenti ambientali che stanno accadendo oggi. Inoltre, la NASA utilizza modelli computerizzati avanzati che raccolgono dati satellitari e quindi simulano come il clima terrestre risponderà alle continue emissioni di gas serra in futuro. I ricercatori lo fanno per una serie di scenari futuri e poi utilizzano le proiezioni climatiche risultanti per vedere come i cambiamenti climatici influenzeranno l'agricoltura globale.
In tutto il mondo, le pratiche agricole si sono sviluppate in funzione della topografia, del tipo di suolo, del tipo di coltura, delle precipitazioni annuali e della tradizione. Questo montaggio di sei immagini dal sensore ASTER (Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer) sul satellite Terra della NASA mostra differenze nella geometria e nelle dimensioni del campo in diverse parti del mondo. Credito:Osservatorio della Terra della NASA
"Quando guardiamo al futuro cambiamento climatico, non è la stessa cosa degli attuali anni caldi che stiamo vivendo", ha affermato Alex Ruane, co-direttore del Climate Impacts Group presso il Goddard Institute for Space Studies (GISS) della NASA a New York City. Coordina e guida il team sul clima per l'Agricultural Model Intercomparison and Improvement Project (AgMIP), un progetto internazionale che collega scienza del clima, modellizzazione delle colture e modelli economici per guardare al potenziale futuro dei raccolti e della sicurezza alimentare.
"Se dovessimo trovare una posizione e guardare un anno caldo che è stato vissuto di recente, probabilmente sarebbe stata un'ondata di caldo che avrebbe alzato la temperatura generale", ha detto Ruane. “Il cambiamento climatico è diverso. Il cambiamento climatico è ogni giorno, un po' sempre di più. Quando queste ondate di calore arrivano [in futuro], sono solo un po' più intense o estreme e questo ha un impatto fisiologico diverso [sulle piante]".
Tali cambiamenti fisiologici sulle piante possono essere complessi e sono legati al tipo di coltura e agli effetti climatici osservati a livello regionale e locale.
Anidride carbonica come fertilizzante
L'anidride carbonica è il principale gas serra responsabile dell'aumento della temperatura globale della Terra. Emesso dalla combustione di combustibili fossili, può rimanere nell'atmosfera per centinaia di anni, il che significa che ogni anno aggiungiamo anidride carbonica alla quantità accumulata dall'inizio della rivoluzione industriale oltre 200 anni fa.
Il Dipartimento dell'Agricoltura degli Stati Uniti conduce esperimenti sul tasso di crescita delle colture in camere ad ambiente controllato, comprese serre e appezzamenti di campo in cui controllano la temperatura, l'umidità e l'anidride carbonica atmosferica. Credito:USDA
L'anidride carbonica viene rimossa dall'atmosfera dalle piante durante la fotosintesi (sebbene non in quantità sufficienti per rimuovere tutto ciò che gli esseri umani emettono). Infatti, esperimenti in serra e sul campo hanno dimostrato che livelli più elevati di anidride carbonica nell'atmosfera possono fungere da fertilizzante e aumentare la crescita delle piante. La quantità di beneficio che riceve una coltura dipende dal suo tipo. Il grano, l'orzo e il riso, ad esempio, beneficiano maggiormente di concentrazioni di anidride carbonica più elevate rispetto al mais. Una maggiore quantità di anidride carbonica nell'aria rende la pianta più efficiente nell'assorbimento del gas e di conseguenza perde meno acqua durante il processo, il che è migliore per la crescita della pianta. Con acqua e altri nutrienti sufficienti, i raccolti possono aumentare in modo significativo.
Tuttavia, queste rese più elevate spesso hanno degli svantaggi per l'alimentazione. "Le colture crescono più velocemente e più grandi con una maggiore CO2 ”, ha affermato Jonas Jägermeyr, coordinatore del progetto Global Gridded Crop Model Intercomparison nell'ambito di AgMIP presso GISS. "Ma il contenuto di proteine e micronutrienti è proporzionalmente inferiore."
La quantità rispetto alla qualità è una complicazione quando si considerano gli effetti climatici sulle colture. Un altro è che mentre livelli più elevati di anidride carbonica portano alcuni benefici, portano anche il calore.
Alza la temperatura
L'aumento delle temperature regionali dovuto ai cambiamenti climatici, soprattutto ai tropici, può portare a stress da caldo per tutti i tipi di colture. Molte colture iniziano a sentirsi stressate a temperature superiori a circa 90-95 gradi Fahrenheit (da 32 a 35 gradi Celsius), ha affermato Jägermeyr, anche se questo varia in base al tipo di coltura e dipende dalla disponibilità di acqua. Il segno più visibile dello stress da calore è l'appassimento dovuto alla perdita d'acqua e può causare danni permanenti alla pianta.
Questa mappa con codice colore nella proiezione Robinson mostra una progressione delle variazioni delle anomalie della temperatura superficiale globale. Le temperature normali sono la media del periodo di riferimento di 30 anni 1951-1980. Le temperature superiori al normale sono mostrate in rosso e le temperature inferiori al normale sono mostrate in blu. Il frame finale rappresenta le anomalie della temperatura globale a 5 anni dal 2016 al 2020. Scala in gradi Celsius. Credito:Scientific Visualization Studio della NASA
Diverse regioni sperimenteranno diverse intensità di calore nel clima futuro, specialmente durante eventi estremi come le ondate di calore. "Il modello di dove vengono coltivate le colture decide il modello degli impatti", ha affermato Jägermeyr. “Più cresci ai tropici, più sarai colpito. Poiché fa già abbastanza caldo, una quantità aggiuntiva di riscaldamento sarà più grave rispetto alle alte latitudini".
Uno studio modello del 2019 ha simulato la futura produzione globale di grano con temperature globali previste di 1,5 gradi Celsius e 2,0 gradi Celsius al di sopra delle temperature preindustriali. Tenendo conto dell'effetto fertilizzante dell'anidride carbonica, i risultati hanno mostrato che i raccolti di grano per il frumento invernale o primaverile sono aumentati di circa il 5% nelle regioni più temperate come gli Stati Uniti e l'Europa, e sono diminuiti di circa il 2-3% nelle regioni più calde come come l'America Centrale e parti dell'Africa. Inoltre, nelle regioni calde, tra cui l'India, che produce il 14% del grano mondiale, hanno visto più frequentemente anni con basse rese di grano.
La temperatura influisce anche sul ciclo di vita delle colture. Un piccolo aumento delle temperature giornaliere durante la stagione di crescita accelera il ciclo di vita della pianta, ha affermato Ruane. "Quindi quello che finisce per accadere è che la pianta matura più rapidamente e alla fine della stagione, quando depone il grano, semplicemente non ha impiegato molto tempo a costruire le foglie, raccogliere la luce solare e produrre quell'energia di cui hai bisogno per il grano .” Il risultato è un minor numero di cereali e raccolti inferiori.
Mostrami l'acqua
L'ultimo pezzo importante del puzzle è l'acqua. Il cambiamento climatico sta influenzando l'andamento delle precipitazioni e delle nevicate e sta dando luogo a più estremi di siccità e precipitazioni.
"Alcune aree vedranno precipitazioni aggiuntive e quindi benefici", ha affermato Jägermeyr. “Alcune regioni riceveranno troppe precipitazioni aggiuntive e quindi vedranno gli effetti negativi dell'eccesso di pioggia. E un sacco di regioni vedranno effettivamente la siccità”. Ad esempio, i monsoni possono portare più pioggia nel sud-est asiatico e la siccità può diventare più intensa negli Stati Uniti occidentali, in Australia, in Africa e in America centrale.
La quantità di acqua disponibile per l'irrigazione sta già vedendo l'impatto del cambiamento climatico. I manti nevosi di montagna si stanno riducendo in Himalaya e nella Sierra Nevada della California, che sono le principali fonti di acqua potabile e di irrigazione.
I livelli delle acque sotterranee sono anche sensibili ai cambiamenti climatici come la siccità persistente e la pioggia eccessiva. Uno studio del 2018 ha mostrato che dove le acque sotterranee vengono utilizzate per l'agricoltura, i livelli delle acque sotterranee generalmente stanno diminuendo sia dall'acqua che è stata estratta sia dalla sua sensibilità al cambiamento. Inoltre, le piante accedono all'acqua nel suolo, che nelle regioni più calde e in un futuro più caldo è più incline all'evaporazione, lasciando meno uso per le piante.
L'accesso all'acqua ha un effetto diretto sulla salute delle colture e le osservazioni satellitari sono uno degli input chiave per gli strumenti che i ricercatori e i partner della NASA stanno costruendo per aiutare a gestire il nostro futuro più caldo.
Adattamento
“Ci preoccupiamo del cambiamento climatico non a causa dei gradi Celsius o parti per milione di CO2 , ma perché a loro volta interessano tutti i settori e le nostre vite", ha affermato Ruane, riferendosi non solo al settore agricolo e all'economia su larga scala, ma anche ai cambiamenti quotidiani che avverranno quando le comunità risponderanno ai cambiamenti climatici.
Oltre a esaminare le conseguenze dirette dei fattori ambientali dei cambiamenti climatici sulle colture, i team di ricerca all'interno dell'AgMIP stanno anche esaminando il potenziale di adattamenti, pratiche di gestione e incentivi economici che aiuteranno a mitigare i risultati peggiori.
Esistono tre tipi di strategie di adattamento, ha affermato Ruane:cose decise ogni anno, come quando piantare e la rotazione delle colture di un campo; investimenti a più lungo termine, come un nuovo trattore, sistemi di irrigazione migliorati o nuove infrastrutture di irrigazione in aree attualmente piovane; e azioni trasformative, come l'allevamento di nuove varietà di colture o la risposta a cambiamenti su larga scala nella dieta di una popolazione.
"Possiamo testare diverse opzioni nei campi virtuali [del modello]", ha affermato Ruane. "Possiamo anche porre domande su come cambiano i prezzi [calcolati nei] nostri modelli economici se le persone adottano il tipo di dieta che abbiamo qui negli Stati Uniti rispetto alla dieta mediterranea o alla dieta dell'Asia orientale". Ad esempio, cosa succede quando una popolazione mangia più o meno carne, o passa dal mangiare più cibi a base di grano a mangiare più cibi a base di riso, o viceversa? I modelli possono anche esplorare altri effetti secondari di questi grandi cambiamenti, soprattutto quelli imprevisti.
Ruane aggiunge:"Se vogliamo davvero sapere cosa accadrà agli agricoltori o ai consumatori, dobbiamo prendere in considerazione l'economia della situazione". Poiché i cambiamenti climatici influiranno sui sistemi alimentari in futuro, gli effetti si diffonderanno nell'economia e nelle famiglie, modellati dal modo in cui le persone rispondono.
