Некоторые из наиболее важных сельскохозяйственных культур рискуют нанести существенный ущерб из-за повышения температуры. Чтобы лучше оценить, как изменение климата, вызванное выбросами парниковых газов человеком, вероятно, повлияет на пшеницу, кукурузу и сою, международная группа ученых провела беспрецедентно полный набор компьютерных симуляций урожайности сельскохозяйственных культур в США. Было показано, что моделирование воспроизводит наблюдаемое сильное снижение урожайности в прошлом, вызванное высокими температурами, тем самым подтверждая, что оно отражает один основной механизм для будущих прогнозов. Важно отметить, что ученые считают, что увеличение орошения может помочь уменьшить негативное воздействие глобального потепления на сельскохозяйственные культуры, но это возможно только в регионах, где имеется достаточное количество воды. В конечном итоге необходимо ограничить глобальное потепление, чтобы контролировать потери урожая.
«Из наблюдений мы знаем, что высокие температуры могут нанести вред сельскохозяйственным культурам, но теперь мы гораздо лучше понимаем эти процессы», - говорит Бернхард Шаубергер из Потсдамского института исследований воздействия на климат, ведущий автор исследования. «Компьютерное моделирование, которое мы делаем, основано на надежных знаниях физики, химии, биологии, на большом количестве данных и сложных алгоритмах. Но они, конечно, не могут отразить всю сложность системы сельскохозяйственных культур, поэтому мы называем их моделями. они прошли критический тест». Ученые сравнивают результаты модели с данными реальных наблюдений. Таким образом, они могут узнать, включают ли они критические факторы в свои расчеты, от температуры до CO2, от орошения до внесения удобрений.
Без эффективного сокращения выбросов возможны 20-процентные потери урожая пшеницы к 2100 году
Каждый день при температуре выше 30°C растения кукурузы и сои могут терять около 5 процентов своего урожая. Моделирование показало, что модели отражают то, как довольно небольшое повышение температуры сверх этого порога может привести к резким и существенным потерям выхода. Такие температуры будут более частыми при непрекращающемся изменении климата и могут серьезно повредить продуктивности сельского хозяйства. Потери урожая из-за повышенных температур на 20 процентов для пшеницы, 40 процентов для сои и почти 50 процентов для кукурузы по сравнению с отсутствием повышенных температур можно ожидать в конце нашего века без эффективного сокращения выбросов. Эти потери даже не учитывают экстремально высокие температуры выше 36°C, которые, как ожидается, еще больше снизят урожайность.
Последствия выходят далеко за пределы США, одного из крупнейших экспортеров урожая: цены на урожай на мировом рынке могут вырасти, что является проблемой для продовольственной безопасности в бедных странах.
Орригация может быть средством адаптации, но только в регионах с достаточным количеством воды
«Потери значительно сократились, когда мы увеличили орошение полей в моделировании, поэтому дефицит воды в результате повышения температуры кажется более важным фактором, чем само тепло», - говорит соавтор Джошуа Эллиотт из Университета США. Чикаго. Когда поступление воды из почвы к растению уменьшается, маленькие отверстия в листьях постепенно закрываются, чтобы предотвратить потерю воды. Тем самым они препятствуют диффузии CO2 в клетки, который является важным строительным материалом для растений. Кроме того, сельскохозяйственные культуры реагируют на водный стресс увеличением роста корней за счет надземной биомассы и, в конечном итоге, урожайности. «Таким образом, орошение может быть важным средством адаптации для смягчения наиболее серьезных последствий потепления», - говорит Эллиотт. «Однако это, конечно, ограничено нехваткой водных ресурсов в некоторых регионах».
Сжигание ископаемого топлива повышает количество CO2 в воздухе. Это обычно повышает эффективность использования воды растениями, поскольку они теряют меньше воды на каждую единицу CO2, поглощаемую из воздуха. Однако это не может быть подтверждено как гарантия урожайности при высоких температурах, утверждают ученые. Дополнительное удобрение CO2 в моделировании не компенсирует падение урожайности, связанное с высокими температурами выше примерно 30°C.
Сравнение различных компьютерных моделей воздействия изменения климата лежит в основе проекта ISIMIP (Проект взаимного сравнения моделей межсекторального воздействия), в котором участвуют около 100 групп моделирования по всему миру. Моделирование создано в сотрудничестве с AgMIP, международным проектом по взаимосравнению и улучшению сельскохозяйственных моделей.