Главная / История обложки / Изменения климатических переменных и их воздействия на сельское хозяйство

Изменения климатических переменных и их воздействия на сельское хозяйство

«Есть веские доказательства того, что тенденции к изменению климатических переменных могут негативно или позитивно воздействовать на урожайность сельскохозяйственных культур, несмотря на технологический прогресс и другие переменные, влияющие на урожайность. Эти изменения могут проявлять существенные отклонения больше в местных/региональных масштабах, чем в глобальных. Таким образом, тенденции и масштабы изменений этих основных климатических переменных должны быть представлены в количественном выражении в местных масштабах, чтобы получить возможность исследовать, разрабатывать и внедрять соответствующие стратегии оценки последствий изменения климата и адаптации к ним, а также лучшие методы ведения сельского хозяйства для повышения его производительности в местном регионе».

Суат Ырмак, доктор наук
Гарольд У. Эберхард, почётный профессор
Факультет инженерии биологических систем
Любезно предоставлено профессором факультета наук о Земле и атмосфере
Любезно предоставлено профессором факультета агрономии и садоводства
Университет Небраски-Линкольна
Эл.почта: sirmak2@unl.edu

Некоторые из основных факторов продуктивности сельского хозяйства и их изменчивость включают: технологии, генетику, климат, свойства почвы, заболевания, стрессы, методы управления эксплуатацией месторождений, а также соответствующие процессы принятия решений, такие как внесения удобрений (срок, тип, количество), почвообработка (срок и тип), отбор гибридов, метод и управление орошением, густота посадки, сроки и глубина посадки, плотность посадки и другие факторы. Среди этих переменных климат является одним из факторов, наиболее существенно влияющих на производительность зерновых культур во многих частях мира.

Существуют веские доказательства того, что климатические переменные меняются, и меняются они в значительных количествах в некоторых регионах. Например, согласно Пятому докладу об оценке Межправительственной группы экспертов по изменению климата (Stocker et al., МГЭИК, 2013), в прошлом столетии в мире произошло повышение температуры на 0.74°C в связи с увеличением концентрации выбросов парниковых газов, а период с 1983 по 2012 год был самым тёплым 30-летним периодом за последние 800 лет в Северном полушарии. Кроме того, в нём сообщаются данные об увеличение объёма осадков, особенно в средних широтах Северного полушария со средней достоверностью с 1901 года, однако с высокой достоверностью после 1951 года. Глобальная средняя температура воздуха на поверхности земли поднялась примерно на 1°C за последние 100 лет (1906-2015), и в соответствии с прогнозами она увеличится даже больше, чем на 1.5-2.0°C до 6.4°C к 2100 году (МГЭИК, 2018). Более того, концентрация уровня CO2 в атмосфере (молярные доли CO2), измеренные в Мауна-Лоа, Гавайи (место, где атмосферное загрязнение по причине выбросов парниковых газов является минимальным), значительно увеличилась с 315.71 частиц на миллион (ppm) до 412 ppm в период с марта 1958 года до декабря 2017 года (рост составил 24%) со скоростью 1.468 ppm в год, начиная с 1958 года.

Скаггс и Ырмак (2012) изучали тенденции в области изменения температуры воздуха по долгосрочным данным пяти сельскохозяйственных районов, начиная от субгумидной восточной до полузасушливой западной части Небраски, с целью определить изменения местной температуры и их потенциальное воздействие на сельскохозяйственную практику. В исследованиях были определены результаты количественной оценки тенденций среднегодовой и среднемесячной максимальной и минимальной температуры воздуха (Tмакс и Tмин), дневной диапазон температуры (DTR), общий показатель дневного роста, экстремальные температуры, даты и продолжительность периода роста, а также распределения температур для пяти главных сельскохозяйственных районов Небраски: Аллайанс (полузасушливый), Сентрал Сити (промежуточная зона между субгумидным и полузасушливым), Калбертсон (полузасушливый), Фримонт (влажный) и Хейстингс (промежуточная зона между субгумидным и полузасушливым). Июль и август были месяцами с наибольшим снижением Тмакс в центральной части Небраски – Калберстоне, Хейстингсе и Сентрал Сити. В Аллайансе, Калберстоне и Фримонте наблюдалось круглогодичное снижение DTR (дневного диапазона температуры). В Сентрал Сити и Хейстингсе произошло снижение DTR в период роста. Увеличение продолжительности периода роста произошло с темпами 14.3, 16.7 и 11.9 за столетие в Аллайансе, Сентрал Сити и Фримонте, соответственно. В Хейстингсе умеренно ранние заморозки прошлой весны (LS) с показателем 6.6 дней за столетие компенсировались более ранними (2.7 дня за столетие) первыми осенними заморозками (FF), вследствие чего период роста увеличился всего на 3.8 дня за столетие. Были незначительные изменения дат LS и FF в Калбертсоне, приблизительно на 2 дня раньше и 1 день позже за столетие, соответственно.

Имеющиеся данные дают веские основания считать, что глобальная средняя температура земной поверхности увеличилась на 0.74°C ± 0.18 °C за период с 1906 по 2005 год, значительную часть которой составляет показатель 0.13°C ± 0.03°C за десятилетие в течение второй половины столетия (Solomon et al., 2007). Как ожидается, глобальная температура земной поверхности продолжит расти на 0.4°C к 2025 году (Solomon et al., 2007). Согласно докладу Solomon et al., 2007 вместе с повышением средней температуры, холодные дни, ночи и морозы стали встречаться реже, а жаркие дни, ночи и аномальная жара стали более частыми. Согласно докладу Irmak et al. (2012) было обнаружено повышение на 3.8°C и 1.9°C в дневной минимальной и средней температуре воздуха, соответственно, в период с 1893 по 2008 год в Сентрал Сити в центральной части Небраски. Также было замечено широкомасштабное повышение дневного температурного диапазона (Karl et al., 1984; Easterling et al., 1997; Bonan, 2001). Ряд исследований установили количественные показатели изменений продолжительности безморозного периода, также известного как климатический период роста. Согласно докладу Kunkel et al. (2004) было обнаружно среднее двухнедельное увеличение безморозного периода в Соединённых Штатах в период с 1895 по 2000 год, при этом в западной части страны наблюдался больший рост температуры, чем в восточной.

В Турции также произошли значительные изменения переменных климата, и эти изменения могут и будут иметь существенные последствия для производительности сельского хозяйства страны. Например, Ырмак в докладе за 2018 год свидетельствует о том, что в Турции в существенной степени увеличилась максимальная, минимальная, и, как следствие, средняя температура воздуха, поступающее коротковолновое излучение, полученное на земной поверхности, а также суммарное излучение, перехваченное на поверхности земли, и дефицит давления пара (атмосферная потребность в испарении). В случае же с относительной влажностью, то она снижается. Все эти переменные являются основными движущими силами поверхностных потерь от испарения (эвапотранспирация), и в связи с тем, что эти переменные увеличиваются, показатели интенсивности эвапотранспирации тоже значительно растут. Рассматривая средние показатели по стране, максимальная температура воздуха в Турции выросла на 1.6°C за последние несколько десятилетий, а минимальная увеличилась на 1.5°C. Однако, при рассмотрении конкретных районов внутри региона, изменения более ясно выраженные. Например, в Чукурова, который является одним из наиболее продуктивных сельскохозяйственных районов, максимальная и минимальная температуры воздуха увеличились больше, чем средние показатели по стране на 2.1°C и 2.2°C на протяжении сезона выращивания сельскохозяйственных культур, соответственно. Также крайне важно отметить, несмотря на то, что в некоторых регионах страны наблюдается тенденция к увеличению объёма осадков, интенсивность роста эвапотранспирации превысила показатели увеличения осадков, что привело к дефициту воды. Например, в регионе Чукурова количество осадков увеличилось на 42 мм за последние несколько десятилетий на ежегодной основе (с 1 января по 31 декабря), однако показатели эвапотранспирации выросли ещё больше, на 133 мм за тот же период времени. Эвапотранспирация возросла на 91 мм больше, чем объём осадков за последние несколько десятилетий. Также сроки выпадения осадков на протяжении урожайного периода имеют важнейшее значение для удовлетворения потребностей в водоотведении для нужд земледелия. Желательно, чтобы на протяжении вегетационного периода осадки распределялись равномерно с низкой интенсивностью, чтобы получить максимальное проникновение осадков в грунтовый профиль и корневую зону для усвоения сельскохозяйственными культурами. Однако, если рассматривать интенсивность и распределение осадков, то выпадение осадков становится интенсивнее с более крупным и неравномерным распределением, которое сокращает проникновение и увеличивает поверхностные воды и эрозию, что является менее благоприятным для удовлетворения потребностей в водоотведении для нужд земледелия во время урожайного периода. Таким образом, изменения всех климатических переменных свидетельствуют о том, что климатические условия в Турции становятся более сухими, и если необходимые меры предосторожности не будут немедленно разработаны и внедрены, данная ситуация сможет негативно отразиться на производительности сельского хозяйства и водных ресурсах в стране.

Есть веские основания утверждать, что тенденции изменений климатических переменных могут негативно или позитивно воздействовать на тенденции урожайности сельскохозяйственных культур, несмотря на технологический процесс и другие переменные, которые влияют на урожайность. В исследовании, проведённом на основании климатических данных за период с 1895 по 1998 год, Ху и Буяновский в 2003 году обнаружили, что осадки за сезон и температурные изменения объясняют различия урожая кукурузы в центральной части Миссури. В работах Ferris et al. (1998) было отмечено понижение показателей урожайности яровой пшеницы, когда растения подвергались влиянию экстремальных максимальных температур в период цветения. Согласно докладу Hu et al. (2005) было установлено, что появление озимой пшеницы в более ранние даты было связано с тёплыми минимальными весенними температурами воздуха. В докладе Matsui et al. (2001) было отмечено, что выбор сорта имел решающее значение для минимизации воздействия экстремального теплового стресса для японского риса во время цветения зерновых культур. Наряду с другими климатическими переменными, увеличение минимальной температуры воздуха имеет специфические и серьёзные последствия для урожайности и объёмов производства. Ежедневная Тмин обычно наблюдается в ночное время. Скаггс и Ырмак в 2012 году предположили, что повышение Тмин, которое обычно отмечается ночью, может иметь серьёзные последствия для урожайности большинства сельскохозяйственных культур. Повышение температуры воздуха в ночное время может привести к усиленной респирации растений, что является физиологическим процессом, противоположным транспирации. Транспирация главным образом воздействует благодаря солнечному свету, температуре воздуха и водообеспеченности почвы/растений в дневное время, и приводит к производству и накоплению растениями сухого вещества. Поскольку Тмин является основным фактором респирации в ночное время, повышение Тмин может ускорить респирацию и увеличить потребление сухого вещества растениями в ночное время, что в результате приведёт к сокращению урожайности. В литературе можно найти множество других данных и информации, связанных с негативным влиянием вышеуказанных изменений климатических переменных на урожайность сельскохозяйственных культур.

ПРЕДЛОЖЕНИЯ И ЗАМЕЧАНИЯ:
Поскольку сельское хозяйство является весьма чувствительным к изменениям погоды и климата, практика управления рациональным использованием сельскохозяйственных ресурсов и политические решения требуют детальной информации о тенденциях изменения температуры, осадков и других переменных, таких как концентрация углекислого газа и облачность в соответственных пространственных и временных масштабах (Skaggs and Irmak, 2012). Более того, эти изменения могут проявлять более существенные отклонения в местных/региональных масштабах, чем в глобальных. Таким образом, тенденции и масштабы изменений этих основных климатических переменных должны быть оценены количественно в местных масштабах, чтобы получить возможность исследовать, разрабатывать и внедрять лучшие методы ведения сельского хозяйства, а также соответствующие стратегии, как для предотвращения изменения климата, так и адаптации к нему, с целью повышения продуктивности сельского хозяйства в местном регионе. Соответствующая политика и процесс принятия решений должны также взаимодействовать с развитием этих стратегий, с тем, чтобы научные исследования и разработки, а также процессы выработки политики и принятия решений могли быть установлены одновременно.

• Несмотря на то, что проводится так много дискуссий и анализов по теме глобального изменения климата, чрезвычайно важно, чтобы анализы проводились на местном/региональном уровне. Таким образом, будет возможно задокументировать локальные изменения, а в ответ на изменения климатических переменных смогут быть разработаны лучшие локальные методы управления сельскохозяйственными и водными ресурсами. Хоть существующие повышения температуры воздуха и концентрации CO2 и могут показаться незначительными для человечества, последствия этих незначительных повышений для физиологических функций растений и, в свою очередь, их воздействие на методы ведения и производительность сельского хозяйства могут стать существенными.

• Независимо от того являются ли они «искусственными» или «природными», климатические переменные меняются, и тем самым оказывают значительное воздействие на наши агроэкосистемы. Эту информацию необходимо распространять с помощью качественных научных и научно-исследовательских данных.

• Потенциальные изменения климатических переменных должны быть количественно оценены и изучены для всех основных сельскохозяйственных регионов с детальным рассмотрением.

• Использование воды сельскохозяйственными культурами (эвапотранспирация), их реакция на воду и другие факторы окружающей среды должны быть оценены количественно хотя бы для большинства, если не для всех систем земледелия.

• Климатические переменные должны измеряться качественными метеорологическими станциями/оборудованием с точным разрешением.

• В случае изменения параметров и тенденций сельскохозяйственных воздействий в климатических переменных, они должны быть оценены экономически в количественном выражении.

• Влияния климатических переменных на водные ресурсы должны быть оценены количественно с высокой степенью разрешения.

• Необходимо исследовать и продемонстрировать эффективные виды сельскохозяйственной деятельности, которые могут способствовать определению некоторых негативных последствий климатических переменных, а также разработать образовательные программы, которые позволят адаптировать эти стратегии в областях производства.

• Необходимо осуществить внедрение технологий в сельском хозяйстве, а также использование природных и водных ресурсов, чтобы применить климатическое воздействие на сельское хозяйство с точки зрения повышения продуктивности. Это непростая задача, однако выполнимая.

Проверить также

Влияние климатических изменений на производство зерна

Мы сталкиваемся с неслыханными наводнениями, засухами, аномальной жарой, пожарами разрушительной силы и ураганами по всему …