Изменението на климата прави културите по-малко продуктивни, храните по-малко питателни и фермите по-плевелни

23 май 2019 г. в 5:45 ч. Сутринта

един

Това е последната вноска в a Серия от 10 части за продължаващото глобално въздействие на изменението на климата. Тези истории разглеждат настоящите ефекти на променящата се планета, това, което нововъзникващата наука предполага, че стои зад тези промени и какво всички можем да направим, за да се адаптираме към тях.

В края на лятото на 2016 г. производителите на пшеница във Франция осъзнаха, че нещо не е наред. Реколтата им беше по-малка от обикновено - много по-малка. Фермерите бяха свикнали с добивите си - количеството култури, произведени в техните полета - да са много последователни. Добивът на пшеница обикновено се променя с не повече от 5 процента от една година на следващата. Но тази година беше различна.

Не беше очевидно веднага обаче какъв е проблемът.

Тази зима имаше необичайно топло заклинание. По-късно през годината паднаха интензивни дъждове. Тези събития доведоха до неочаквани проблеми. Проливните дъждове например извличаха хранителни вещества от почвата. Топлината и влагата увеличиха разпространението на болестите. Нито един от тези проблеми не изглеждаше твърде лош, докато се случваше. Но когато дойде време за събиране на пшеницата, добивите във Франция бяха с една четвърт (25 процента) по-ниски от нормалните. В някои региони те бяха едва половината (50 процента) от това, което бяха.

„Това беше невероятно за мен“, казва Senthold Asseng. Той работи в Университета на Флорида в Гейнсвил, където използва компютри за анализ на данни и прогнозиране на реколтата. „Това беше истинско предупреждение, че не е нужно да чакате голям шок като гореща вълна или суша. Шок за производството също може да възникне, ако има три или четири по-малки промени, които всички се събират в един сезон. "

Франция е богата страна. Имаше и други източници на зърно и храна. Освен фермерите за пшеница, малко французи бяха засегнати. Но в бедна страна такъв огромен спад на добивите може да влоши бедността или дори да предизвика глад.

Когато хората мислят за това как техният живот ще бъде повлиян от изменението на климата, те биха могли да си представят, че живеят в свят с по-кратки зими и по-дълги лета. Те биха могли да си представят крайбрежните градове да губят земя до повишаване на морското равнище. Може дори да очакват по-екстремно време, като урагани или горски пожари.

Всички тези ефекти са поразили различни части на света. Но изменението на климата влияе и върху това, което ядем. При по-топли температури и повече вредители фермите ще произвеждат по-малко храна. А фермерите ще трябва да работят по-усилено, за да отглеждат каква храна, която носят, за реколта. Някои култури може дори да са по-малко хранителни. Може да ядем по-малко от храни, които са уязвими на климатичните промени - като пшеница и царевица - и повече от онези култури, които могат по-добре да понасят суша. Помислете за сорго. (Мммм ... сорго!)

Учените изучават тези въпроси и научават повече за това как изменението на климата ще се отрази на доставките на храни. Те също така разработват нови култури и нови техники за отглеждане, за да помогнат на фермерите да се адаптират към предстоящите промени.

Повишаване на топлината

Трудно е да се проучи как температурните промени ще повлияят на посевите. Много фактори влияят върху растежа на културите. Те включват валежи, слънчева светлина, качество на почвата, количество въглероден диоксид във въздуха и вид растения, които се отглеждат. Учените търсят начини да изолират ефекта на температурата от всички тези други фактори. Някои изследователи правят това с оранжерии или експериментални полета с растения. Асенг обаче прави това с помощта на компютър.

Обяснител: Какво представлява компютърният модел?

С компютърния модел изследователите могат да правят експерименти, които биха били трудни или невъзможни в реалния живот. Те могат да променят един фактор и да запазят всички останали непроменени. Те могат да вървят напред или назад във времето. Асенг помогна за разработването на компютърна програма за моделиране на растежа на растенията. Неговият екип вече може да използва този модел, за да оцени вероятните промени в добивите от ферми по целия свят.

Асенг и екипът му използваха този модел, за да проучат как повишаването на температурите може да повлияе на реколтата от пшеница, ориз, царевица и соя. В световен мащаб тези четири култури осигуряват две трети от всички калории, които хората ядат.

Промяната на температурите в модела доведе до нещо много тревожно. Неговият модел показа, че глобалното затопляне от 1 градус по Целзий (1,8 градуса по Фаренхайт) „води до намаляване на всички основни култури“. Реколтата от царевица ще намалее със 7 до 8 процента. Пшеницата ще спадне с 6 процента. Добивът на ориз и соя ще спадне с около 3%.

За да провери тези констатации, Асенг и група други учени сравняват резултатите си с четири други изследвания, направени от различни учени. Тези проучвания включват други компютърни модели, математически анализи и реколти на култури, отглеждани в тестови полета. „Всички тези различни методи имат едни и същи числа“, казва той. Това го накара да бъде уверен, че температурата наистина може и ще играе голяма роля в размера на бъдещите реколти.

Но въздействието на температурата върху посевите може да не е очевидно за повечето хора, поне веднага. Това е така, защото други фактори могат да подпомагат едновременно растениевъдството. Тези предимства могат да скрият всеки ефект от затоплянето на температурите - поне за известно време.

Асенг казва, че Египет е добър пример за това. В световен мащаб реколтата расте непрекъснато през последните 50 години. Отговорни са по-добрите земеделски техники. Но в Египет реколтата нарасна през последните 10 години, въпреки че земеделските производители направиха същите подобрения в земеделието. Не може да се обвинява сушата. Египетските фермери напояват своите ниви, така че посевите не получават по-малко вода.

Асенг вярва, че повишаването на температурите е отговорно за това.

Забавянето на растежа на производството на храни може да затрудни храненето на свят, в който населението се увеличава. И популациите в света нарастват бързо. Днес на Земята има 7,6 милиарда души. ООН прогнозира, че ще има 8,6 милиарда до 2030 г. и 9,8 милиарда до 2050 г. Това са много уста за хранене.

„Промените вече са налице, но често не можете да ги видите“, казва Асенг. „Да, добивите от [култура] нарастват. Но зад кулисите някой натиска спирачките “, казва той. И на някои места, като Египет, твърди той, вече можете да видите въздействието.

Смяна на почвите

Не само температурите и други характеристики на климата влияят върху растежа на културите. Почвата също играе голяма роля. „Ако промените климата, можете да промените и свойствата на почвата“, отбелязва Лени Уинкел. Геохимик по околна среда, тя работи в ETH Zurich и в организацията за водни изследвания Eawag. И двамата са в Швейцария.

В мокрите, дъждовни райони има много органични вещества - предимно въглерод - в почвата. Това е така, защото тези влажни места често имат много растения. Когато отпаднат листа или умрат, тъканите им се разпадат във влажна среда. Това добавя към почвата компост - налични хранителни вещества. Но сухите места имат по-малко растения. И тъй като растенията там умират, отнема им повече време да изгният в компост.

Възможно ли е изменението на климата да влоши глобалния конфликт?

Ако изменението на климата накара някои региони да станат по-сухи, тя казва, „можете също да загубите малко органични вещества в почвата.“ Това би намалило наличните хранителни вещества за подхранване на реколтата от следващия сезон.

Winkel изследва присъствието в почвата на микроелементи, като селен. Такива елементи се появяват в околната среда само в малки количества. Като важен микроелемент, селенът е нещо, от което хората се нуждаят в малки количества.

Не се знае много за това къде селенът се среща естествено. Затова Winkel реши да се опита да картографира известни суми. От това тя се опита да предвиди нива другаде по света. Тогава нейният екип се опита да „намери връзката между [известните] концентрации и факторите на околната среда“, казва тя. „Разбрахме, че климатичните фактори са наистина важни.“ Това е така, защото селенът попада в почвата чрез разграждането на органични вещества.

С тази информация Уинкел осъзна, че сега може да предскаже как нивата на почвата на селен ще се променят в затоплящия се свят. Използвайки компютърни модели на климата, тя успя да добави вероятни промени към картата си, които да отразяват затопляща се среда. И сега тя съобщава, „Видяхме, че промяната ще бъде загуба на селен в почвата.“

Разбира се, хората не ядат селен извън почвата. Корените на растенията го добиват от земята и го пренасят в тъканите си. Следващата стъпка към разбирането на този въпрос ще бъде да се проучи как намаляването на селена в почвите влияе върху нивата на този микроелемент в хранителните култури. „Обикновено можем да кажем, че това, което се случва в почвата, се отразява широко на растенията - но не във всички случаи“, казва Уинкел.

Предстоящ поток от въздействия

Друг начин влиянието на изменението на климата върху почвата е чрез замърсяване. Джойс Дж. Чен работи в Държавния университет на Охайо в Колумб. Там тя изучава икономиките на страните с по-ниски доходи и се опитва да намери политики и програми, които могат да им помогнат да просперират. Нейното изследване се фокусира върху това как наводненията могат да замърсят почвите в Бангладеш.

Тази ниско разположена държава на източната граница на Индия е склонна към наводнения. Тъй като морското равнище се повишава, бурите и приливите могат да накарат океанската вода да нахлуе навътре през крайбрежните райони. По-късно, когато ниските валежи карат нивата на реките да падат, повече морска вода се влива във вътрешността от устията на реките. Това също залива тези райони.

Наводненията със солена вода замърсяват запасите от питейна вода. Дори селскостопанските животни могат да се разболеят от пиене на солена вода. А солта може ефективно да отрови земеделските земи. Култури като ориз се развиват слабо в солени почви. Така че реколтите от ориз падат там, където се случва наводняване с морска вода. Много фермерски семейства реагират, когато това се случи, като се преместват в градовете. Опитват се да потърсят работа там, когато вече не могат да отглеждат реколта в своите отравени със сол земи.

Подобна ситуация „създава двойна тежест“ за тези хора, казва Чен. Те не само се нуждаят от ново място за живеене, но и тяхната нация страда от потенциално намаляване на храната, защото по-малко хора са в състояние да стопанисват.

Учене от плевели

Изменението на климата не води само до повишаване на температурите. Той също така носи повишени нива на въглероден диоксид. Това звучи като добра новина за растенията, които абсорбират въглероден диоксид или CO2 от въздуха. Те използват въглерода за изграждане на тъкани. Но не е толкова просто, казва Луис Зиска. Той е растителен физиолог, някой, който изучава биологията на растителните тъкани. Той работи в големия изследователски център на Министерството на земеделието на САЩ в Белтсвил, Мичиган.

„Не всички растения ще реагират по същия начин на тази промяна [в CO2]“, казва той. Много от тях ще дадат култури, които са по-малко питателни, когато се отглеждат в по-високи нива на CO2. Техните нива на протеин, особено, вероятно ще спаднат. Културите също могат да загубят витамини и микроелементи. При експерименти културните растения като пшеница, соя и ориз изглежда не растат по-добре в богата на CO2 среда.

Какво израсна по-добре? Плевели.

„Много от най-лошите плевели в селското стопанство вече реагират на тази промяна“, отбелязва Зиска. Културните растения могат да растат до по-малки размери или да произвеждат по-малки плодове и по-малко семена в бъдеще, когато те трябва да се конкурират с повече плевели. Повече вредители и болести също могат да измъчват растенията в един по-топъл свят.

Едно нещо, допринасящо за проблема, е липсата на генетично разнообразие в съвременните културни растения. Въпреки че има хиляди разновидности на плевели, всеки с различни характеристики, днес повечето храни идват от монокултурно земеделие. Това означава, че фермерите отглеждат само един вид култури. И всички тези култури имат почти еднакви черти, базирани на размножаване, което ограничава конкретните гени, които те са домакини.

Гените за процъфтяване в по-топла или суха среда може да са изчезнали. Животновъдите може да са ги жертвали в полза на сортове, чиито гени дават по-големи плодове, повече семена или по-силни стъбла. Но тези сортове сега може да се нуждаят от постоянна и много удобна среда. Променете климата и тези растения могат да станат болни или слаби.

Например, повечето пържени картофи днес се правят от един сорт картофи. "Това е чудесно, ако климатът е стабилен", казва Зиска, "но не е толкова добър, ако климатът се променя." Ако фермерите вместо това отглеждат няколко различни сорта картофи, някои от тях могат да се адаптират, дори ако много други не.

„Положителната страна на монетата е, че можем да се поучим от плевелите и да използваме това, за да подобрим собствените си сортове основни зърнени култури“, казва Зиска. Зърнените растения са видове като ориз, пшеница и царевица или царевица.

Зиска и колегите му разгледаха „плевелите“ роднини на зърнените зърнени култури, като диви риси. Те не са като плевелите, които растат във вашата градина. Те са древни или диви сортове зърна, които са опитомени от хората. Изследователите са засадили различни сортове в тестови полета. Учените биха могли да променят условията на отглеждане, правейки тези полета по-топли, сухи или влажни. Те могат също така да ги изложат на по-високи от нормалните нива на CO2 - нива, които имитират това, което се очаква да се случи в бъдеще. Изследователите наблюдават как растенията реагират. След това те изучават гените в онези растения, които се представят най-добре.

Някои ориз се превръщат в „варовити“, когато расте при по-топли температури или вдишва повече CO2, установиха те. Клетъчната му структура се променя, придавайки му по-непрозрачен цвят и при приготвянето му става по-твърда и по-малко лепкава. Тези оризови зърна са с по-лошо качество. Те са непривлекателни и не вкусват толкова добре, колкото обикновения ориз, което намалява стойността им. Тествайки различни видове ориз и разглеждайки ДНК на всяко растение, учените могат да открият гените, влияещи върху тебеширността. Сега те могат да избягват сортове ориз, наследили тези гени, когато фермерите търсят такива, които биха могли да дадат по-добри култури в свят, който ще бъде по-топъл и/или ще има по-високи нива на CO2.

„Смятаме, че буквално отговорът се крие в плевелите“, казва Зиска. Дивите роднини на културните растения вече се адаптират към променящия се климат на Земята. Научавайки как се справят, това дава надежда, че учените от растенията могат да се научат от тези гени „да променят текущите линии на реколтата и потенциално да ги направят по-адаптивни към промяната“.

Едно решение може да включва работа с генетиката на съществуващите култури, като ориз, за ​​да се вмъкнат гените на някои плевели, но устойчиви братовчеди. Такива растения са известни като генетично модифицирани организми или ГМО. Друга алтернатива: Учените могат да отглеждат растителни видове заедно, за да създадат нови хибриди, които съчетават най-добрите черти и на двете. Но Зиска се надява, че храната на бъдещето може вече да се крие в очите.

„Нямам нищо против ГМО. Но също така искам хората да осъзнаят, че еволюцията прави това от известно време. И последния път, когато проверих, имаше над 100 000 различни линии ориз “, казва той. „Какво ще кажете първо да ги проверим и да видим какво можем да използваме, което вече е на разположение, преди да продължим да движим гени наоколо?“

Адаптиране на това, което ядем

Може да отнеме 10 или 20 години, за да се развие нов сорт пшеница. Но хората не трябва да чакат толкова дълго, за да променят начина си на отглеждане на храната. „На ниво поле в момента фермерите осъзнават, че нещата се променят и се адаптират“, казва Зиска.

„Те засаждат по-рано. Или използват различен метод за по-бързо засаждане “, казва той. Те могат да използват различно оборудване в своите полета или да опитат различни методи, за да помогнат на растенията да растат.

По начина, по който Зиска го вижда, не можем да спрем изменението на климата през нашия живот. Получи толкова много инерция, всичко, което можем да се надяваме да направим, е да го забавим. И дори това може да отнеме известно време за управление. „Няма да внезапно да изключим количеството СО2 във въздуха“, казва той. „Трябва да се адаптираме и трябва да се адаптираме бързо.“

Добрата новина е, че разглеждането на проблема с доставките на храни може да помогне на повече хора да разберат значението на изменението на климата. В началото на кариерата си Зиска забеляза, че повечето хора не се интересуват, когато говори за това как климатичните промени влияят върху околната среда. Но когато им показа как това може да повлияе на хранителните запаси, те изведнъж седнаха и се заслушаха.

„Премина от 10 процента от грижата за аудиторията до 90 процента от грижата за аудиторията“, казва той. „Когато стане лично, значи ти пука. И не мога да измисля нещо по-лично от храната. "

Споделя това:

Цитати

Вестник: J. Chen. Крайбрежни климатични промени, соленост на почвата и човешка миграция в Бангладеш. Промяна на климата в природата. Кн. 8. 22 октомври 2018 г., стр. 981. doi: 10.1038_s41558-018-0313-8.ris.

Вестник: C. Zhao et al. Повишаването на температурата намалява световните добиви от култури в четири основни оценки. Известия на Националната академия на науките. Кн. 114, 29 август 2017 г., стр. 9326. doi: 10.1073/pnas.1701762114.

Вестник: G. Jones et al. Очаква се рискът от дефицит на селен да се увеличи при бъдещи климатични промени. Известия на Националната академия на науките. Кн. 114, 14 март 2017 г., стр. 2848. doi: 10.1073/pnas.1611576114.