Denna färgkodade karta i Robinson-projektion visar en utveckling av förändrade globala yttemperaturavvikelser. Normala temperaturer är genomsnittet under den 30-åriga baslinjeperioden 1951-1980. Högre än normala temperaturer visas i rött och lägre än normala temperaturer visas i blått. Den sista ramen representerar de 5-åriga globala temperaturavvikelserna från 2016-2020. Skala i grader Celsius. Kredit:NASA:s Scientific Visualization Studio, data tillhandahållen av Robert B. Schmunk (NASA/GSFC GISS)
Klimatförändringar kan påverka produktionen av majs (majs) och vete redan 2030 under ett scenario med höga växthusgasutsläpp, enligt en ny NASA-studie publicerad i tidskriften Nature Food . Majsskördarna förväntas minska med 24 %, medan vete potentiellt kan växa med cirka 17 %.
Med hjälp av avancerade klimat- och jordbruksmodeller fann forskare att förändringen i avkastningen beror på förväntade temperaturökningar, förändringar i nederbördsmönster och förhöjda koldioxidkoncentrationer på ytan från utsläpp av växthusgaser orsakade av människor. Dessa förändringar skulle göra det svårare att odla majs i tropikerna, men skulle kunna utöka vetets odlingsområde.
"Vi förväntade oss inte att se en sådan grundläggande förändring, jämfört med skördeprognoser från den tidigare generationens klimat- och grödemodeller som genomfördes 2014", säger huvudförfattaren Jonas Jägermeyr, grödemodellerare och klimatforskare vid NASA:s Goddard Institute for Space Studier (GISS) och The Earth Institute vid Columbia University i New York City. Det förväntade majssvaret var förvånansvärt stort och negativt, sa han. "En minskning med 20 % från nuvarande produktionsnivåer kan få allvarliga konsekvenser över hela världen."
Genomsnittliga globala skördarna för majs eller majs kan se en minskning med 24 % i slutet av århundradet, med minskningarna som blir uppenbara till 2030, med höga utsläpp av växthusgaser, enligt en ny NASA-studie. Vete däremot kan se en uppgång i skörden med cirka 17 %. Förändringen i skörden beror på de förväntade temperaturökningarna, förändringar i nederbördsmönster och förhöjda koldioxidkoncentrationer på ytan på grund av utsläpp av växthusgaser orsakade av människor, vilket gör det svårare att odla majs i tropikerna och utökar vetets odlingsområde. Kredit:NASA/Katy Mersmann
För att komma fram till sina prognoser använde forskargruppen två uppsättningar modeller. Först använde de klimatmodellsimuleringar från det internationella Climate Model Intercomparison Project-Phase 6 (CMIP6). Var och en av de fem CMIP6-klimatmodellerna som används för denna studie har sin egen unika respons av jordens atmosfär på scenarier för utsläpp av växthusgaser fram till 2100. Dessa svar skiljer sig något på grund av variationer i deras representationer av jordens klimatsystem.
Sedan använde forskargruppen klimatmodellsimuleringarna som indata för 12 toppmoderna globala grödemodeller som är en del av Agricultural Model Intercomparison and Improvement Project (AgMIP), ett internationellt partnerskap som koordineras av Columbia University. Grödmodellerna simulerar i stor skala hur grödor växer och reagerar på miljöförhållanden som temperatur, nederbörd och atmosfärisk koldioxid, som tillhandahålls av klimatmodellerna. Varje grödas beteende är baserat på deras verkliga biologiska svar som studerats i laboratorieexperiment inomhus och utomhus. Till slut skapade teamet cirka 240 globala simuleringar av klimatgrödor för varje gröda. Genom att använda flera klimat- och grödemodeller i olika kombinationer blev forskarna mer säkra på sina resultat.
"Vad vi gör är att driva grödesimuleringar som effektivt odlar virtuella grödor dag för dag, drivs av en superdator, och sedan tittar på förändringen år för år och årtionde för årtionde på varje plats i världen , säger Alex Ruane, meddirektör för GISS Climate Impacts Group och medförfattare till studien.
Denna studie fokuserade på klimatförändringarnas effekter. Dessa modeller tar inte upp ekonomiska incitament, förändrade jordbruksmetoder och anpassningar som att föda upp hårdare grödor, även om det är ett område för aktiv forskning. Forskargruppen planerar att titta på dessa infallsvinklar i uppföljningsarbetet, eftersom dessa faktorer också kommer att avgöra ödet för jordbruksavkastningen i framtiden när människor reagerar på klimatdrivna förändringar.
Teamet tittade på förändringar av långsiktiga genomsnittliga skördar och introducerade en ny uppskattning för när klimatförändringarnas effekter "uppstår" som en urskiljbar signal från den vanliga, historiskt kända variationen i skördar. Prognoser för sojabönor och ris visade en minskning i vissa regioner, men på global nivå är de olika modellerna fortfarande oense om de övergripande effekterna av klimatförändringar. För majs och vete var klimateffekten mycket tydligare, och de flesta av modellresultaten pekade i samma riktning.
Majs, eller majs, odlas över hela världen och stora kvantiteter produceras i länder närmare ekvatorn. Nord- och Centralamerika, Västafrika, Centralasien, Brasilien och Kina kommer potentiellt att se sina majsskördar minska under de kommande åren och därefter när medeltemperaturerna stiger i dessa brödkorgsregioner, vilket kommer att belasta plantorna mer.
Vete, som växer bäst i tempererade klimat, kan se ett bredare område där det kan odlas när temperaturen stiger, inklusive norra USA och Kanada, North China Plains, Centralasien, södra Australien och Östafrika, men dessa vinster kan jämna ut sig. från mitten av århundradet.
Temperaturen är inte den enda faktorn som modellerna beaktar när de simulerar framtida skördar. Högre halter av koldioxid i atmosfären har en positiv effekt på fotosyntesen och vattenretention, vilket ökar skördarna, men ofta till en kostnad för näringen. Denna effekt inträffar mer för vete än för majs, som fångas mer exakt i den nuvarande generationen av modeller. Stigande globala temperaturer är också kopplade till förändringar i nederbördsmönster, och frekvensen och varaktigheten av värmeböljor och torka, vilket kan påverka grödans hälsa och produktivitet. Högre temperaturer påverkar också växtsäsongernas längd och påskyndar grödans mognad.
"Du kan tänka på växter som att samla solljus under växtsäsongen," sa Ruane. "De samlar in den energin och lägger den sedan i växten och säden. Så om du skyndar dig igenom dina tillväxtstadier, i slutet av säsongen, har du helt enkelt inte samlat på dig så mycket energi." Som ett resultat producerar växten mindre total spannmål än den skulle göra med en längre utvecklingsperiod. "Genom att växa snabbare sjunker din avkastning faktiskt."
"Även under optimistiska klimatförändringsscenarier, där samhällen genomför ambitiösa ansträngningar för att begränsa den globala temperaturökningen, står det globala jordbruket inför en ny klimatverklighet", sa Jägermeyr. "Och med det globala livsmedelssystemets sammanlänkning kommer effekterna i även en regions brödkorg att märkas över hela världen."
Referens:"Climate impacts on global agriculture emerge early in new generation of climate and crop models" av Jonas Jägermeyr, Christoph Müller, Alex C. Ruane, Joshua Elliott, Juraj Balkovic, Oscar Castillo, Babacar Faye, Ian Foster, Christian Folberth, James 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 och Cynthia Rosenzweig, 1 november 2021, Nature Food .
DOI:10.1038/s43016-021-00400-y
