Ученые уже предупреждали, что изменение климата, вероятно, повлияет на продукты, которые мы выращиваем. Ожидается, что изменение климата, от повышения глобальной температуры до более частых «экстремальных» погодных явлений, таких как засухи и наводнения, негативно повлияет на нашу способность производить продукты питания для растущего населения.
Но новые исследования показывают, что изменение климата, как ожидается, ускорит темпы потери урожая из-за активности другой группы голодных существ - насекомых. В статье, опубликованной 31 августа в журнале Science, группа ученых из Вашингтонского университета сообщает, что активность насекомых в сегодняшних регионах с умеренным климатом, выращивающих сельскохозяйственные культуры, будет расти вместе с температурой. Исследователи прогнозируют, что эта деятельность, в свою очередь, увеличит мировые потери риса, кукурузы и пшеницы на 10-25 процентов на каждый градус Цельсия повышения средней глобальной температуры поверхности. Повышение приземной температуры всего на 2 градуса по Цельсию увеличит общие потери этих трех культур ежегодно примерно до 213 миллионов тонн.
«Мы ожидаем увеличения потерь урожая из-за активности насекомых по двум основным причинам», - сказал соруководитель и автор-корреспондент Кертис Дойч, адъюнкт-профессор океанографии Университета Вашингтона. «Во-первых, более высокие температуры увеличивают скорость метаболизма насекомых в геометрической прогрессии. Во-вторых, за исключением тропиков, более высокие температуры увеличивают скорость размножения насекомых. У вас больше насекомых, и они больше едят."
В 2016 году Организация Объединенных Наций подсчитала, что по меньшей мере 815 миллионов человек во всем мире недоедают. По данным Продовольственной и сельскохозяйственной организации ООН, кукуруза, рис и пшеница являются основными культурами для примерно 4 миллиардов человек, и на их долю приходится около двух третей потребляемой с пищей энергии..
«Воздействие глобального потепления на заражение вредителями усугубит проблемы отсутствия продовольственной безопасности и экологического ущерба от сельского хозяйства во всем мире», - сказала соавтор Розамонд Нейлор, профессор кафедры наук о системе Земля в Стэнфордском университете и директор-основатель Центр продовольственной безопасности и окружающей среды. «Увеличение применения пестицидов, использование ГМО и агрономические методы, такие как севооборот, помогут контролировать потери от насекомых. Но по-прежнему представляется, что практически при всех сценариях изменения климата популяции вредителей окажутся в выигрыше, особенно в высокопродуктивных регионах с умеренным климатом. что приводит к росту реальных цен на продовольствие и к страданию необеспеченных продовольствием семей."
Чтобы выяснить, как травоядные насекомые на сельскохозяйственных культурах могут повлиять на наше будущее, команда изучила десятилетия лабораторных экспериментов по изучению скорости метаболизма и размножения насекомых, а также экологические исследования насекомых в дикой природе. В отличие от млекопитающих, насекомые экзотермичны, а это означает, что температура их тела зависит от температуры окружающей среды. Таким образом, температура воздуха влияет на потребление кислорода, потребность в калориях и другие показатели метаболизма.
Прошлые эксперименты, которые изучала команда, убедительно показывают, что повышение температуры ускоряет метаболизм насекомых, что повышает их аппетит, с предсказуемой скоростью. Кроме того, повышение температуры до определенного предела повышает репродуктивную способность, а затем эта скорость выравнивается при температуре, близкой к той, что существует сегодня в тропиках.
Дойч и его коллеги обнаружили, что влияние температуры на метаболизм и демографию насекомых было довольно стабильным для разных видов насекомых, включая такие виды вредителей, как тля и кукурузная мотылька. Они объединили эти метаболические и репродуктивные эффекты в модель динамики популяции насекомых и посмотрели, как эта модель менялась в зависимости от различных сценариев изменения климата. Эти сценарии включали информацию о том, где в настоящее время выращиваются кукуруза, рис и пшеница - три крупнейшие основные культуры в мире.
При повышении глобальной средней температуры поверхности на 2 градуса Цельсия их модель предсказывает, что медианные потери урожая из-за активности насекомых составят 31 процент для кукурузы, 19 процентов для риса и 46 процентов для пшеницы. В этих условиях общие ежегодные потери урожая составят 62, 92 и 59 млн тонн соответственно.
Исследователи наблюдали разные темпы потерь из-за разных регионов выращивания культур, сказал Дойч. Например, большая часть риса в мире выращивается в тропиках. Температуры там уже находятся в оптимальных условиях, чтобы максимизировать скорость размножения и метаболизма насекомых. Таким образом, дополнительное повышение температуры в тропиках не повысит активность насекомых в той же степени, что и в регионах с умеренным климатом, таких как «кукурузный пояс» США."
Команда отмечает, что фермеры и правительства могут попытаться уменьшить воздействие усиленного метаболизма насекомых, например, сменить место выращивания сельскохозяйственных культур или попытаться вывести культуры, устойчивые к насекомым. Но эти изменения потребуют времени и будут сопряжены с собственными затратами.
Я надеюсь, что наши результаты демонстрируют важность сбора дополнительных данных о том, как вредители повлияют на потери урожая в условиях потепления, потому что коллективно наш выбор сейчас заключается не в том, допустим ли мы потепление, а в том, насколько потепление, которое мы готовы терпеть», - сказал Дойч.