0 просмотров

Изменение климата и снабжение продовольствием

Изменения мирового климата приведут к серьезным изменениям в производстве продуктов питания.[2] В некоторых местах повысится температура и увеличится количество осадков; в других количество осадков уменьшится. Кроме того, прибрежные затопления сократят количество земли, доступной для сельского хозяйства.[3]

В целом продовольственные культуры чувствительны к изменению климата. Такое изменение, влияющее на температуру и уровень влажности почвы, также определяет жизнеспособность как полезных организмов, так и вредителей.

Из-за огромной неопределенности, связанной с глобальным изменением климата, оценки сокращения пахотных земель сильно различаются — от 10 до 50 процентов.[4] Но ясно одно: глобальное потепление, вероятно, изменит производство риса, пшеницы, кукурузы, соевых бобов и картофеля — основных продуктов питания для миллиардов людей и основных продовольственных культур как в Северной Америке, так и в Африке.

Хотя изменение климата будет иметь глобальные последствия для сельского хозяйства, региональные различия будут значительными. Африка и Северная Америка иллюстрируют возможные региональные различия. Эти различия подчеркивают сложность предложения общих стратегий адаптации новых сельскохозяйственных технологий для борьбы с изменением климата.

К 2030 году, согласно одному сценарию, концентрация углекислого газа в атмосфере удвоится по сравнению с доиндустриальной концентрацией, другие парниковые газы существенно увеличатся, а температура в Северной Америке и Африке повысится примерно на 2 градуса по Цельсию.

Статья в тему:  Как севооборот останавливает глобальное потепление

Если эти изменения произойдут, прогнозируемое среднее количество осадков в центральной части Северной Америки будет на 10 процентов ниже, чем сейчас; в восточной и северной Африке она может быть на 10 процентов выше.[5] В то время как большее количество осадков обещает повысить производительность сельского хозяйства в Африке, более высокие температуры могут свести на нет это преимущество за счет снижения влажности почвы. [6] В результате засушливые сельскохозяйственные регионы могут по-прежнему страдать от нехватки воды, даже если количество осадков увеличится.

Сельскохозяйственное производство будет зависеть от серьезности и темпов изменения климата. Если изменения будут постепенными, у политических и социальных институтов будет время для адаптации. Медленные изменения также могут способствовать адаптации естественной биоты. Однако даже незначительное изменение (например, одна десятая градуса за десятилетие) может привести к значительным изменениям частоты экстремальных климатических явлений, включая периоды сильной жары, наводнения и засухи.

Быстрое изменение климата может поставить под угрозу сельское хозяйство, лесное хозяйство и биоразнообразие во всем мире.[7] Эту проблему усугубляет тот факт, что некоторые африканские общества не в состоянии самостоятельно адаптироваться к этим изменениям.

Культуры и температура

Многие непроверенные предположения лежат в основе попыток спрогнозировать потенциальное влияние глобального потепления на урожай. В дополнение к масштабам и темпам изменений важное значение имеет стадия роста, на которой культура подвергается воздействию засухи или жары. Когда культура цветет или плодоносит, она чрезвычайно чувствительна к изменениям температуры и влажности; на других стадиях цикла роста растения более устойчивы.

Статья в тему:  Почему больше не говорят о глобальном потеплении

Более того, температура и сезонные осадки меняются от года к году и от региона к региону, независимо от долгосрочных климатических тенденций. Изменения температуры и количества осадков, вызванные изменением климата, вероятно, будут взаимодействовать с атмосферными газами, удобрениями, насекомыми, патогенами растений, сорняками и органическим веществом почвы, вызывая непредвиденные реакции.

Несмотря на эти неопределенности, повышение средней глобальной температуры чуть более чем на полградуса по Цельсию продлит вегетационный период без заморозков в кукурузном поясе на две недели.8] Однако, если температура продолжит повышаться выше определенного порога, продуктивный летний вегетационный период сельскохозяйственных культур может стать короче, что снизит урожайность.[9]

Такие культуры, как рис, картофель, кукуруза, пшеница и соя, имеют оптимальные температуры микроклимата и оптимальный вегетационный период (см. табл. 1). Признание этих оптимальных уровней позволит фермерам изменять состав сельскохозяйственных культур в зависимости от меняющихся температур в их регионе. Однако переход к другим культурам не гарантирует, что фермер будет производить одинаковое количество продуктов питания или получать одинаковую прибыль.

Осадки являются основным ограничивающим фактором роста и производства сельскохозяйственных культур во всем мире.10] Достаточное количество влаги имеет решающее значение для растений, особенно во время прорастания и развития плодов. Многие страны построили ирригационные системы для откачки воды из рек, озер и водоносных горизонтов. В Соединенных Штатах сельское хозяйство потребляет 85 процентов «перекачиваемой» воды в стране; тем не менее, только 12 процентов пахотных земель США орошаются.11]

Статья в тему:  Почему использование света вызывает глобальное потепление

Посевы испаряют огромное количество воды. Например, в течение вегетационного периода высокоурожайная кукуруза испаряет около 4,2 миллиона литров воды на гектар.[12] В Калифорнии для производства одного килограмма кукурузы требуется 1400 литров воды; на килограмм риса требуется 4700 литров; и килограмм хлопка, 17000 литров.[13]

Большое количество орошаемой воды требует большого количества ископаемого топлива. Например, для орошения одного гектара кукурузы путем забора воды с глубины всего 30 метров требуется более чем в два раза больше энергии, чем если бы такое же количество кукурузы выращивалось в неорошаемых условиях. Из-за высокого энергопотребления орошение обходится дорого.14] Например, затраты на орошение риса в Луизиане колеблются от 68 до 239 долларов за гектар, в зависимости от размеров колодца и источника энергии.[15]

Ультрафиолетовая радиация

Выброс хлорфторуглеродов сильно истощил защитный озоновый слой атмосферы. Как правило, каждый 1-процентный спад озонового слоя вызывает 2-процентное увеличение количества ультрафиолетового излучения, достигающего Земли. В недавнем исследовании две трети из 300 исследованных видов и сортов оказались восприимчивыми к повреждению ультрафиолетовым излучением. Это исследование предполагает, что истощение озонового слоя на 25 процентов может снизить урожайность сои на 20 процентов.[16]

В отличие от сои, некоторые культуры могут быть более устойчивыми к ультрафиолетовому излучению. Однако такие культуры также могут быть более восприимчивы к болезням. Например, хотя пшеница, по-видимому, устойчива к ультрафиолетовому излучению, уровень заражения «Red Hard» увеличился с 9 до 20 процентов, когда экспериментальное ультрафиолетовое излучение было увеличено с 8 до 16 процентов по сравнению с окружающими уровнями.17] Уровень заболеваемости риса также увеличивается, когда рис подвергается более высокому ультрафиолетовому излучению, чем обычно.18]

Статья в тему:  Что вызывает повторное потепление ледников

Углекислый газ

Углекислый газ является важным соединением в фотосинтезе; это также повышает эффективность использования воды растениями.Следовательно, повышение уровня углекислого газа в атмосфере должно улучшить темпы роста и использование воды многими сельскохозяйственными культурами.19]

Согласно лабораторным исследованиям, удвоение доиндустриального уровня углекислого газа (в качестве изолированного фактора) должно значительно повысить урожайность сельскохозяйственных культур. Однако в полевых условиях такое увеличение содержания углекислого газа может незначительно увеличить урожайность, потому что другие атмосферные газы, окружающие растение, уменьшают усиление фотосинтеза углекислого газа. На самом деле, исследования показывают, что урожайность на ферме может составлять лишь от одной четверти до одной трети уровня, достигнутого в лаборатории.

В то время как некоторые растения выигрывают от высокого уровня углекислого газа, другие этого не делают. Например, повышенный уровень углекислого газа принесет больше пользы соевым бобам, чем кукурузе.20] В целом, 16 из 20 самых важных продовольственных культур в мире выиграют от повышения уровня углекислого газа.[21]

Высокий уровень углекислого газа также может компенсировать другие недостатки окружающей среды.[22] Например, растения, выращенные в условиях высокого содержания углекислого газа, могут переносить меньшее количество воды и при этом процветать. Для таких культур, как пшеница, высокие уровни углекислого газа также могут компенсировать ограниченное количество почвенного азота. Однако высокие уровни углекислого газа не компенсируют снижение доступности фосфора или калия.

Статья в тему:  Как коровьи какашки и газы влияют на глобальное потепление

Несмотря на некоторые преимущества, положительное влияние увеличения содержания углекислого газа на сою и пшеницу может быть компенсировано связанным с этим увеличением стресса от влаги, вызванным малым количеством осадков и высокими температурами. Кроме того, прогнозируется, что увеличение облачности из-за более высоких глобальных температур ограничит фотосинтез и приведет к снижению урожайности.[23]

Атака вредителей

Если глобальное потепление повысит температуру на 2 градуса по Цельсию в Соединенных Штатах и ​​чуть меньше в Африке, насекомые будут размножаться и процветать. В течение вегетационного периода некоторые насекомые производят 500 потомков на самку каждые две недели.Повышение температуры продлит период размножения и повысит репродуктивную способность. Это, в свою очередь, повысит общее количество насекомых, атакующих урожай, и, как следствие, увеличит потери урожая. Кроме того, некоторые насекомые, такие как юго-западный кукурузный мотылек, смогут расширить свой ареал на север в результате тенденции к потеплению.24]

В соответствии с прогнозируемой тенденцией к потеплению в Соединенных Штатах фермеры могут ожидать увеличения потерь от насекомых на 25-100%, в зависимости от урожая.[25] Поскольку потери урожая от насекомых в Африке уже высоки, предполагаемое воздействие на различные культуры варьируется от минус 30 процентов для сои до плюс 7 процентов для риса. Теплые и влажные условия Западной Африки идеально подходят для насекомых и болезней сельскохозяйственных культур.

Ожидается, что в более теплых, но более сухих условиях для Северной Америки потери урожая из-за болезней растений сократятся на 30 процентов. Однако в более влажных условиях, прогнозируемых для Африки, потери некоторых культур от болезней увеличатся более чем на 100 процентов.

Статья в тему:  Как глобальное потепление влияет на сушу

Сорняки, которые лучше приспособлены к засушливым условиям, чем сельскохозяйственные культуры, обеспечат повышенную конкуренцию за влагу, питательные вещества и свет. Гербицидные средства борьбы менее эффективны в жарких и сухих условиях, но механическое возделывание более эффективно.26] Еще одна проблема гербицидов, применяемых в засушливых условиях, заключается в том, что они накапливаются в почве, что может привести к серьезным экологическим проблемам.

В целом потери урожая в США из-за сорняков, по прогнозам, вырастут с 5 до 50 процентов для отдельных культур. Аналогичным образом ожидается, что теплые и влажные условия для Африки увеличат потери урожая из-за вредителей.[27]

Кроме того, ожидается, что повышенное содержание углекислого газа в атмосфере изменит питательный состав сельскохозяйственных культур, что повлияет на серьезность поражения насекомых и болезнетворных организмов.28]

Хотя это воздействие не было определено количественно, исследования показывают, что некоторые гусеницы едят больше, но имеют более высокую смертность на растениях, выращенных в условиях высокого уровня углекислого газа. Можно ожидать, что патогены растений будут реагировать аналогичным образом, потому что патогены с большей силой реагируют на улучшение питания растения. Таким образом, прогнозируется, что увеличение потерь урожая от насекомых и болезней из-за изменений в питании сельскохозяйственных культур будет минимальным.

Хотя прогнозируемые климатические условия в Африке отличаются от климатических условий в Северной Америке, ожидается, что потери урожая от вредителей увеличатся из-за отсутствия эффективных технологий борьбы с вредителями. Нет никаких оснований полагать, что такие технологии будут широко использоваться в ближайшем будущем.

Статья в тему:  Как глобальное потепление повлияет на пустыни?

Сельскохозяйственные технологии

Несколько технологий могут помочь фермерам уменьшить ожидаемые неблагоприятные последствия глобального потепления. Кроме того, урожайность некоторых культур может увеличиться, особенно в Африке. К полезным технологиям относятся:

Сохранение. Высокий уровень эрозии почвы отражает настоятельную необходимость остановить потерю почвы, которая так же угрожает устойчивым уровням производства продовольствия, как и прогнозируемые изменения климата. Северная Америка и Африка теряют от 16 до 30 тонн почвы на гектар каждый год, и значительное количество азота и других жизненно важных питательных веществ вымывается или уносится с этой почвой.29]

Кроме того, оптимальное органическое вещество почвы, глубина верхнего слоя почвы, водоудерживающая способность и почвенная биота уменьшаются по мере эрозии почвы. Благоприятное воздействие осадков также снижается из-за увеличения стока воды и снижения водоудерживающей способности почвы.30] Взятые вместе или по отдельности, эти факторы ограничивают продуктивность почвы и, как следствие, могут снизить урожайность от 15 до 30 процентов.[31]

При соблюдении разумных методов сохранения почвы и воды скорость эрозии может быть снижена примерно до одной тонны на гектар в год, что примерно соответствует скорости преобразования почвы в нормальных сельскохозяйственных условиях.32] Внедрение такой практики увеличило бы урожайность от 2 до 15 процентов в Северной Америке и от 5 до 15 процентов в Африке (см. Таблицу 2).

Улучшение сортов сельскохозяйственных культур. Некоторые сорта сельскохозяйственных культур обладают большей устойчивостью к влаге, чем доминирующие в настоящее время культуры, и их можно было бы протестировать в качестве заменителей широко используемых сортов. Например, переход с яровой на озимую пшеницу в Канаде был предложен как практический способ справиться с повышенным дефицитом влаги.33]

Статья в тему:  Почему Обама верит в глобальное потепление

Если такая культура, как кукуруза, больше не может выращиваться в регионе из-за малого количества осадков, ее можно заменить такими культурами, как сорго, просо, маниока, сладкий картофель или пшеница, которые имеют более низкую потребность во влаге.34] Однако урожайность в килограммах продуктов питания, произведенных на гектар, будет ниже, потому что замещающие культуры обычно производят меньше продуктов, пригодных для сбора урожая, чем кукуруза. Они также могут быть менее питательными.

Ожидается, что селекция растений повысит урожайность примерно на 1 процент в течение следующих пятидесяти лет. Биотехнологию также можно использовать для выведения новых сортов сельскохозяйственных культур, требующих несколько меньшего количества воды, но добиться успеха будет трудно, поскольку засухоустойчивость является мультигенным признаком, а для основного фотосинтеза требуется огромное количество воды.

В Северной Америке исследования прогнозируют увеличение урожайности сельскохозяйственных культур на 1 процент из-за ожидаемого вклада биотехнологии в течение следующих 20 лет.35] Однако для Африки увеличения не прогнозируется, поскольку в ближайшее время там не ожидается применения крупных достижений в области биотехнологии.

Севообороты. Возвращение к севообороту существенно уменьшит эрозию почвы и сток воды, а также улучшит борьбу с насекомыми, болезнями и сорняками. Это разумные сельскохозяйственные методы, которые следует широко использовать в сельском хозяйстве.

Улучшенная защита от вредителей. Поскольку насекомые, болезни и сорняки уничтожают около 35 процентов потенциального урожая сельскохозяйственных культур во всем мире, использование соответствующих технологий для снижения потерь от вредителей может повысить урожайность.В дополнение к разумному применению пестицидов более широкое использование нехимических средств борьбы с вредителями помогло бы свести к минимуму потери урожая.36] Нехимический контроль включает севооборот, биологический контроль, изменение сроков посадки и внесения удобрений и орошения, а также управление почвой и обработку почвы. Эти технологии могут помочь свести к минимуму прогнозируемые потери вредителей и, таким образом, помочь сохранить урожайность сельскохозяйственных культур.

Статья в тему:  Как химия влияет на глобальное потепление

Орошение. Орошение может заменить уменьшение количества осадков, но только при наличии обильных водных и энергетических ресурсов. Чрезмерный забор подземных вод является серьезной проблемой на западе США, севере Китая, а также в некоторых частях Индии и Мексики.37] Засоление и заболачивание почвы являются другими серьезными проблемами, связанными с орошением.

Все эти факторы, вероятно, ограничивают использование ирригации даже в условиях нехватки воды для сельского хозяйства. Мировая чистая орошаемая площадь на душу населения сокращается с 1978 года.

Другие технологии. Увеличение содержания органического вещества в почве, эффективное использование отходов животноводства, увеличение разнообразия сельскохозяйственных культур, посадка гребней и разработка ветрозащитных полос могут уменьшить негативное воздействие изменения климата на сельское хозяйство.

Изменения урожайности сельскохозяйственных культур

Ожидается, что в Северной Америке прогнозируемые изменения температуры, влажности почвы, углекислого газа и вредителей, связанные с глобальным потеплением, сократят производство продовольственных культур на целых 27 процентов.[38] Усовершенствованные сельскохозяйственные технологии могут компенсировать эту потерю.

Однако отдельные культуры по-разному реагируют на изменение климата, что затрудняет обобщение. Необходим анализ по культурам и регионам. Тем не менее, влажность жизненно важна для выращивания всех сельскохозяйственных культур, и меньшее количество влаги, несомненно, будет основным ограничивающим фактором в Северной Америке. Кроме того, тепловой стресс может быть проблемой для таких культур, как кукуруза и картофель.

Особенно в восточной и центральной Африке картина иная из-за прогнозируемого увеличения количества осадков.Увеличение урожайности от 10 до 30 процентов возможно, если количество осадков увеличится и будут приняты улучшенные сельскохозяйственные технологии.[39] Однако даже этого прогнозируемого увеличения будет недостаточно для обеспечения продовольствием растущего населения Африки.[40] Кроме того, обеспечение адекватных запасов продовольствия в некоторых африканских странах будет очень трудным из-за корыстной экономической политики и неэффективных программ продовольственной помощи и борьбы с бедностью. [41]

Статья в тему:  Глобальное потепление является результатом антропогенного вмешательства, а это означает:

Прогнозируется, что изменения температуры, влажности, углекислого газа, насекомых-вредителей, болезней растений и сорняков, связанные с глобальным потеплением, сократят производство продуктов питания в Северной Америке. Степень изменения урожайности будет зависеть от каждой культуры и ее конкретных экологических требований. Однако более совершенные сельскохозяйственные технологии могут частично компенсировать снижение урожайности.

В Африке обнадеживает прогнозируемое увеличение количества осадков, связанное с глобальным потеплением, особенно с учетом того, что Африка уже страдает от острой нехватки осадков. Таким образом, 10-процентное увеличение количества осадков поможет повысить урожайность, но не решит продовольственных проблем Африки. Нехватка воды сохранится, и ожидается, что серьезные потери урожая от вредителей продолжатся.

Необходимы дополнительные исследования потенциального воздействия изменения климата, в том числе исследования вызванной температурой деградации почвы, воды и биологических ресурсов и их потенциального воздействия на растениеводство.

Фермерам в Северной Америке и Африке также необходимо внедрить рациональные методы управления экологическими ресурсами, особенно сохранение почвы и воды. Эти методы принесут пользу сельскому хозяйству, окружающей среде, фермерам и обществу, позволяя сельскому хозяйству оставаться продуктивным и компенсируя некоторые негативные последствия глобального потепления.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
0
Оставьте комментарий! Напишите, что думаете по поводу статьи.x
Adblock
detector