Ta zakodowana kolorami mapa w projekcji Robinsona przedstawia progresję zmian globalnych anomalii temperatury powierzchni. Normalne temperatury to średnia z 30-letniego okresu odniesienia 1951-1980. Temperatury wyższe niż normalne są wyświetlane na czerwono, a temperatury niższe niż normalne są wyświetlane na niebiesko. Ostatnia ramka przedstawia 5-letnie anomalie temperatury na świecie w latach 2016-2020. Skala w stopniach Celsjusza. Źródło:NASA’s Scientific Visualization Studio, dane dostarczone przez Roberta B. Schmunka (NASA/GSFC GISS)
Według nowego badania NASA opublikowanego w czasopiśmie Nature Food zmiany klimatyczne mogą wpłynąć na produkcję kukurydzy (kukurydzy) i pszenicy już w 2030 r. w scenariuszu wysokiej emisji gazów cieplarnianych. . Przewiduje się, że plony kukurydzy spadną o 24%, podczas gdy pszenica może potencjalnie osiągnąć wzrost o około 17%.
Korzystając z zaawansowanych modeli klimatycznych i rolniczych, naukowcy odkryli, że zmiana plonów jest spowodowana przewidywanym wzrostem temperatury, zmianami wzorców opadów oraz podwyższonym stężeniem powierzchniowego dwutlenku węgla w wyniku emisji gazów cieplarnianych spowodowanych przez człowieka. Zmiany te utrudnią uprawę kukurydzy w tropikach, ale mogą zwiększyć zasięg uprawy pszenicy.
„Nie spodziewaliśmy się tak fundamentalnej zmiany w porównaniu z prognozami plonów z poprzedniej generacji modeli klimatu i upraw przeprowadzonych w 2014 r.” – powiedział główny autor Jonas Jägermeyr, modelarz upraw i klimatolog w NASA Goddard Institute for Space Studia (GISS) oraz The Earth Institute na Columbia University w Nowym Jorku. Powiedział, że przewidywana reakcja na kukurydzę była zaskakująco duża i negatywna. „Spadek o 20% w stosunku do obecnych poziomów produkcji może mieć poważne konsekwencje na całym świecie”.
Średnie globalne plony kukurydzy mogą spaść o 24% do końca stulecia, przy czym spadki staną się widoczne do 2030 r., z wysoką emisją gazów cieplarnianych, według nowego badania NASA. Z kolei pszenica może odnotować wzrost plonów o około 17%. Zmiana plonów wynika z przewidywanego wzrostu temperatury, zmian w strukturze opadów i podwyższonego stężenia dwutlenku węgla na powierzchni z powodu emisji gazów cieplarnianych spowodowanych przez człowieka, co utrudnia uprawę kukurydzy w tropikach i rozszerza zasięg upraw pszenicy. Źródło:NASA/Katy Mersmann
Aby uzyskać swoje prognozy, zespół badawczy wykorzystał dwa zestawy modeli. Najpierw wykorzystali symulacje modeli klimatycznych z międzynarodowego Climate Model Intercomparison Project-Phase 6 (CMIP6). Każdy z pięciu modeli klimatycznych CMIP6 użytych w tym badaniu ma własną unikalną reakcję atmosfery ziemskiej na scenariusze emisji gazów cieplarnianych do 2100. Odpowiedzi te różnią się nieco ze względu na różnice w ich reprezentacji systemu klimatycznego Ziemi.
Następnie zespół badawczy wykorzystał symulacje modelu klimatycznego jako dane wejściowe do 12 najnowocześniejszych globalnych modeli upraw, które stanowią część Projektu Porównania i Udoskonalenia Modelu Rolniczego (AgMIP), międzynarodowego partnerstwa koordynowanego przez Uniwersytet Columbia. Modele upraw symulują na dużą skalę, jak uprawy rosną i reagują na warunki środowiskowe, takie jak temperatura, opady i atmosferyczny dwutlenek węgla, które są dostarczane przez modele klimatyczne. Zachowanie każdego gatunku roślin uprawnych opiera się na ich rzeczywistych reakcjach biologicznych badanych w eksperymentach laboratoryjnych w pomieszczeniach i na zewnątrz. Ostatecznie zespół stworzył około 240 globalnych symulacji modeli upraw klimatycznych dla każdej uprawy. Korzystając z wielu modeli klimatu i upraw w różnych kombinacjach, naukowcy byli bardziej pewni swoich wyników.
„Tym, co robimy, jest prowadzenie symulacji upraw, które efektywnie uprawiają wirtualne uprawy z dnia na dzień, zasilane przez superkomputer, a następnie przyglądamy się zmianom z roku na rok i dekada po dekadzie w każdej lokalizacji na świecie ”, powiedział Alex Ruane, współdyrektor GISS Climate Impacts Group i współautor badania.
Badanie to koncentrowało się na skutkach zmiany klimatu. Modele te nie odnoszą się do bodźców ekonomicznych, zmieniających się praktyk rolniczych i adaptacji, takich jak hodowla twardszych odmian roślin uprawnych, chociaż jest to obszar aktywnych badań. Zespół badawczy planuje przyjrzeć się tym aspektom w dalszych pracach, ponieważ czynniki te będą również określać los plonów rolnych w przyszłości, gdy ludzie będą reagować na zmiany spowodowane klimatem.
Zespół przyjrzał się zmianom w długoterminowych średnich plonach i wprowadził nowe oszacowanie, kiedy zmiany klimatyczne wpływają na „pojawianie się”, jako dostrzegalny sygnał ze zwykłej, historycznie znanej zmienności plonów. Prognozy dotyczące soi i ryżu wykazały spadek w niektórych regionach, ale w skali globalnej różne modele nadal nie zgadzają się co do ogólnego wpływu zmiany klimatu. W przypadku kukurydzy i pszenicy efekt klimatyczny był znacznie wyraźniejszy, a większość wyników modelowych wskazywała w tym samym kierunku.
Kukurydza, inaczej kukurydza, jest uprawiana na całym świecie, a duże jej ilości produkowane są w krajach położonych bliżej równika. Ameryka Północna i Środkowa, Afryka Zachodnia, Azja Środkowa, Brazylia i Chiny potencjalnie odnotują spadek plonów kukurydzy w nadchodzących latach i później, gdy średnie temperatury w tych regionach spichrzowych wzrosną, kładąc większy nacisk na rośliny.
Pszenica, która rośnie najlepiej w klimacie umiarkowanym, może być uprawiana na większym obszarze wraz ze wzrostem temperatury, w tym w północnych Stanach Zjednoczonych i Kanadzie, na równinach północnochińskich, w Azji Środkowej, Australii Południowej i Afryce Wschodniej, ale te wzrosty mogą się wyrównać od połowy wieku.
Temperatura nie jest jedynym czynnikiem, który modele biorą pod uwagę podczas symulacji przyszłych plonów. Wyższe poziomy dwutlenku węgla w atmosferze mają pozytywny wpływ na fotosyntezę i retencję wody, zwiększając plony, choć często kosztem odżywiania. Ten efekt występuje bardziej w przypadku pszenicy niż kukurydzy, co jest dokładniej uchwycone w obecnej generacji modeli. Rosnące globalne temperatury są również powiązane ze zmianami w strukturze opadów oraz częstotliwością i czasem trwania fal upałów i susz, które mogą wpływać na zdrowie i wydajność upraw. Wyższe temperatury wpływają również na długość sezonów wegetacyjnych i przyspieszają dojrzałość upraw.
„Można myśleć o roślinach jako zbierających światło słoneczne w trakcie sezonu wegetacyjnego” – powiedział Ruane. „Zbierają tę energię, a następnie wkładają ją do rośliny i ziarna. Tak więc, jeśli spieszysz się przez swoje etapy wzrostu, pod koniec sezonu po prostu nie zgromadziłeś tak dużo energii. W rezultacie roślina produkuje mniej całkowitego ziarna niż przy dłuższym okresie rozwoju. „Rosnąc szybciej, Twoje plony faktycznie spadają”.
„Nawet w optymistycznych scenariuszach zmian klimatycznych, w których społeczeństwa podejmują ambitne wysiłki w celu ograniczenia globalnego wzrostu temperatury, globalne rolnictwo stoi w obliczu nowej rzeczywistości klimatycznej” – powiedział Jägermeyr. „A dzięki wzajemnym powiązaniom globalnego systemu żywnościowego, wpływ nawet na spichlerz jednego regionu będzie odczuwalny na całym świecie”.
Odniesienie:„Wpływ klimatu na globalne rolnictwo pojawia się wcześniej w nowej generacji modeli klimatu i upraw” Jonasa Jägermeyra, Christopha Müllera, Alexa C. Ruane'a, Joshua Elliotta, Juraja Balkovica, Oscara Castillo, Babacar Faye, Iana Fostera, Christiana Folbertha, Jamesa A. Franke, Kathrin Fuchs, Jose R. Guarin, Jens Heinke, Gerrit Hoogenboom, Toshichika Iizumi, Atul K. Jain, David Kelly, Nikolay Khabarov, Stefan Lange, Tzu-Shun Lin, Wenfeng Liu, Oleksandr Mialyk, Sara Minoli, Elisabeth J. Moyer, Masashi Okada, Meridel Phillips, Cheryl Porter, Sam S. Rabin, Clemens Scheer, Julia M. Schneider, Joep F. Schyns, Rastislav Skalsky, Andrew Smerald, Tommaso Stella, Haynes Stephens, Heidi Webber, Florian Zabel i Cynthia Rosenzweig, 1 listopada 2021 r., Natura Food .
DOI:10.1038/s43016-021-00400-y
