Влияние недавнего изменения климата на кукурузу, рис и пшеницу на юго-востоке США

Научные отчеты, том 12, Номер статьи: 16928 (2022) Цитировать эту статью

5727 Доступов

4 цитаты

14 Альтметрика

Подробности о метриках

Изменение климата и его влияние на продуктивность сельского хозяйства различаются в зависимости от культуры и региона. Юго-восток США (ЮВ-США) агроэкологически диверсифицирован, экономически зависит от сельского хозяйства и по большей части упускается из виду исследователями агроклимата. Целью этого исследования было вычислить влияние климатических переменных; максимальная дневная температура (Tmax), минимальная дневная температура (Tmin) и количество осадков на урожай основных зерновых культур, т.е. кукурузы (Zea mays L.), риса (Oryza sativa L.) и пшеницы (Triticum aestivum L.) в ЮВ-США. Модель с фиксированным эффектом (подход панельных данных) использовалась путем применения производственной функции к панельным данным с 1980 по 2020 год из 11 штатов Юго-Восточной Азии и США. Наблюдалась асимметричная картина потепления: ночное потепление было на 105,90%, 106,30% и 32,14% выше, чем дневное потепление в периоды вегетации кукурузы, риса и пшеницы соответственно. Кроме того, отмечен сдвиг количества осадков в пределах от 19,2 до 37,2 мм в разные вегетационные периоды. Дожди значительно снизили урожайность пшеницы, но не повлияли на урожайность кукурузы и риса. Tmax и Tmin не оказали существенного влияния на урожайность пшеницы. Повышение Tmax на 1 °C значительно снизило урожайность кукурузы (- 34%) и риса (- 8,30%), что было компенсировано увеличением Tmin на 1 °C, увеличивающим урожайность кукурузы (47%) и риса (22,40%). Таким образом, общее изменение температуры на 1 °C в юго-восточной части США значительно повысило урожайность кукурузы на 13%, урожайность риса на 14,10% и не повлияло на урожайность пшеницы.

Изменение климата характеризуется существенными долгосрочными изменениями метеорологических параметров, таких как температура и количество осадков1,2,3. Изменение климата является неизбежным явлением, и его последствия ощущаются по всей Вселенной4. Это вызывает тревогу, учитывая, что изменения метеорологических параметров влияют на урожайность сельскохозяйственных культур5. Это тем более тревожно, если принять во внимание, что для обеспечения продовольственной безопасности 9,8 миллиардов человек к 2050 году необходимо увеличить производство зерновых на 70–100%. другая культура7. Вмешательство человека посредством использования ископаемых, вырубки лесов и изменения растительного покрова приводит к увеличению производства парниковых газов, что является основной причиной глобального повышения температуры8,9. Более того, на протяжении XXI века продолжительность и интенсивность засух стали суровыми, что привело к пятикратному сокращению запасов воды в сельском хозяйстве6. Ожидается, что к 2050 году глобальная средняя температура не ослабнет и повысится на 1,50 °C до 2050 года10. К концу XXI века в некоторых местах это повышение может составить целых 3–5 °C9. Более того, ожидается, что темпы глобального изменения климата в следующие 20–70 лет будут более быстрыми и интенсивными, чем в предыдущие 10 000 лет11,12.

Изменение климата приводит к усилению ночного и дневного потепления, а также к нерегулярному режиму выпадения осадков13. Изменения этих факторов влияют на производство зерновых напрямую, вызывая абиотические стрессы14, и косвенно через биотические стрессы, такие как давление насекомых и сорняков, снижение сообщества полезных почвенных микроорганизмов и т. д.15. Повышение температуры снижает урожайность за счет сокращения периода налива зерна16. Экстремальные температуры на стадии цветения также снижают количество, толщину и качество зерновых культур17,18. Своевременные осадки могут смягчить повышение температуры, однако резкие колебания количества осадков могут привести к значительным потерям урожая13.

Серьезность воздействия климата на урожайность зависит от культуры, географического положения и величины, а также направления сдвига климатических переменных19,20. Воздействие изменения климата во всем мире неравномерно, особенно в странах с обширными территориями21,22. Научное сообщество в некоторой степени согласно с тем, что нынешние тенденции будут вредны для тропических и субтропических районов Африки, Ближнего Востока, Южной и Юго-Восточной Азии23,24,25,26 и выгодны для России, Ирландии27, Канады28,29 и Финляндии30. ,31 в контексте урожайности зерновых. Точно так же ученые имеют разные мнения о влиянии изменения климата на производство зерновых в США: Адамс и др.32, Нокс и др.33, Вулф и др.34 и Петерсен35 пришли к выводу, что это полезно, а Шленкер и др.23, NDRC24 , You et al.25, Raza et al.36 и Su et al.20, быть вредными.