Amerikos vidurio vakarai maitins šylantį pasaulį. Bet kiek laiko?

Kylanti temperatūra sukels pavojų JAV kukurūzų juostai, kuri yra pagrindinis augančios pasaulio populiacijos kalorijų šaltinis.

Autorius

• Adomas Piore'as archyvo puslapis

2019 m. balandžio 24 d

Kambariuose auginamų kukurūzų augalų nuotrauka Kathryn Gamble

Ames mieste, Ajovoje, yra žvarbus kovo rytas, o už miesto besidriekiantys kukurūzų laukai yra palaidoti po porą colių ledo ir sniego. Tačiau pagal užsakymą pastatytose auginimo kamerose Ajovos valstijos universiteto miestelyje karšta ir drėgna.

Akinančiai ryškios šviesos apšviečia tris kvadratus, kurių kiekvienoje yra beveik 7 000 svarų (3 175 kilogramai) žemės, įdubusios penkias pėdas (1,5 metro). Nuolatinis ventiliatorių ūžesys, užtikrinantis oro cirkuliaciją ir vienodą temperatūrą visoje patalpoje, aidi nuo sienų. Kas kelis colius infraraudonųjų spindulių termometrų ir drėgmės jutiklių rinkinys seka mikroklimatą, supantį augalų lapus.

Ši istorija buvo mūsų 2019 m. gegužės mėn. numerio dalis

• Žr. likusią numerio dalį
• Prenumeruoti

Šiose augimo kamerose tai yra ateitis. O Jerry Hatfieldas, malonus agronomas, vadovaujantis JAV Žemės ūkio departamento Nacionalinei žemės ūkio ir aplinkosaugos laboratorijai, nepatinka tai, ką jis mato.

Arba pakeisime auginamus pasėlius, arba turėsime galvoti apie tai, kaip genetiškai manipuliuoti tuo augalu, kad jis būtų atsparesnis aukštesnei temperatūrai.

Prieš trejus metus Hatfieldas naudojosi augimo kameromis, kad išsiaiškintų, kaip vietiniai pasėliai veiks esant regionui 2100 m. prognozuojamai temperatūrai, kuri, kaip tikimasi, vidutiniškai pakils maždaug 4 °C arba maždaug 7,2 °F. Jis imitavo trijų skirtingų kukurūzų atmainų auginimo sezoną nuo balandžio 1 d. iki spalio 30 d., kurį naudoja šio rajono ūkininkai. Vienoje kameroje Hatfieldas pradėjo šildyti maždaug 50 °F (10 °C), kad imituotų sąlygas balandžio pradžioje, padidino ją gerokai virš 100 °F (38 °C), kad imituotų karštas vasaros dienas (iki 114 °C). F kameroje su 2100 sąlygų), o paskui vėl nuleido rudenį. Antroje kameroje jis imitavo dabartines vėsesnio klimato normas regione.

Skirtumai tarp augalų dviejose kamerose buvo ryškūs. Nors lapai atrodė taip pat, tos papildomos 7,2 °F poveikis buvo daug blogesnis, nei prognozuota net pesimistiškiausioje mokslinėje literatūroje. Kukurūzų branduolių skaičius viename augale sumažėjo, kai kuriais atvejais net 84%. Kai kurie augalai iš viso nedavė branduolių.

Tokiose augimo kamerose kaip ši augalai bus auginami imituotomis sąlygomis. Kathryn Gamble

Tai buvo tik pirmasis iš nerimą keliančių rezultatų. Vėlesniais mėnesiais Hatfieldas ir jo kolegos imitavo kylančią temperatūrą ir pasikeitusius kritulių modelius, kurie, kaip tikimasi, 2050 m. pasieks kviečių laukus Salinoje, Kanzaso valstijoje. Derlius sumažėjo net 30 %, kai kritulių buvo mažai, ir net 70 %. ateinančiais dešimtmečiais tikimasi aukštos temperatūros ir mažo kritulių kiekio.

Iki šiol Amerikos ūkininkams buvo gana lengva atsiriboti nuo klimato kaitos. Galų gale, remiantis optimistiškiausiais modeliais, prognozuojamas JAV kukurūzų ir sojų pupelių, kurios auginamos 75 % Vidurio Vakarų ariamos žemės, derlius iš tikrųjų išaugs iki 2050 m. dėl šiltesnių orų, kurie bus naudingi santykinai vėsiems šiauriniams regionams. klimatai. Tačiau po to, jei Hatfieldas bus teisus, derlius kris nuo uolos, sunaikindamas ūkininkus ir palikdamas didžiąją pasaulio dalį alkanas.

Manoma, kad iki 2050 m. pasaulio gyventojų skaičius išaugs iki 9,7 mlrd. Kadangi gyvenimo lygis ir mityba taip pat gerėja visame pasaulyje, maisto gamyba turės padidėti 50 % tuo metu, kai dėl klimato kaitos Afrikos į pietus nuo Sacharos ir Rytų Azija negalės patenkinti savo poreikių be importo. Jau JAV kukurūzai ir sojos sudaro 17% pasaulio kalorijų. JT maisto ir žemės ūkio organizacija prognozuoja, kad iki 2050 m. Amerikos kukurūzų eksportas turi padidėti beveik trigubai, kad būtų patenkintas trūkumas, o JAV sojos eksportas turėtų padidėti daugiau nei 50%. Visas šis papildomas maistas turi būti auginamas nenaudojant žymiai daugiau žemės. Tai reiškia, kad viskas priklausys nuo derliaus – derliaus produktyvumo.

Būtent dėl ​​to Hatfieldas taip nerimauja. Vis daugiau mokslinės literatūros teigia, kad dėl klimato kaitos gali sumažėti derlius, nebent rasime naujų būdų, kaip padėti augalams susidoroti su sausra, dideliais temperatūros svyravimais ir kitais ekstremaliais orais, kurie ateinančiais dešimtmečiais greičiausiai taps įprasti.

Jei kas nors nebus padaryta, matysime didelį gamybos sumažėjimą didelėse kukurūzų juostos ir Didžiosiose lygumose, sako Hatfieldas. Arba pakeisime auginamus pasėlius, arba turėsime galvoti apie tai, kaip genetiškai manipuliuoti tuo augalu, kad jis būtų atsparesnis aukštesnei temperatūrai.

Auksaplaukės pabaiga

Žinoma, siaubingos prognozės yra žinomos. Aštuntojo dešimtmečio pradžioje pasaulio lyderiai buvo taip susirūpinę, kad didėjantis gyventojų skaičius, didėjanti tarša ir sparčiai augančios maisto kainos iki XXI amžiaus aušros sukels ūmią maisto krizę, todėl JT sušaukė konferenciją Romoje. Laiko mažai, pareiškė valstybės narės po konferencijos 1975 m. Skubūs ir tvarūs veiksmai yra gyvybiškai svarbūs.

Tačiau vėlesniais metais didelio derlingumo pasėliai, platesnis drėkinimo naudojimas, žemės ūkio mechanizavimas ir sintetinių trąšų bei pesticidų įvedimas paskatino žaliąją revoliuciją, dramatiškai padidinusią žemės ūkio produkciją daugelyje vietų visame pasaulyje.

Dabar augimo tempas pradėjo lėtėti. Daugelyje vietovių trūksta vandens, o tai riboja tolesnį drėkinimo išplėtimą. Ir sunku įsivaizduoti, kad būtų naudojama dar daugiau trąšų ir pesticidų. Jau dabar atviras klausimas, ar sugebėsime ir toliau kurti šias naujas technologijas ir valdymo praktiką, leidžiančią produktyvumui daugiau nei neatsilikti nuo paklausos, sako Marshall'as Burke'as, Stanfordo ekonomistas, daugiausia dėmesio skiriantis klimato kaitai. Tačiau klimatas tikrai apsunkins tai.

Be to, visuotinis atšilimas jau jaučia savo padarinius. 2011 m. Kolumbijos universiteto ekonomistas Wolframas Schlenkeris ir Stanfordo ekologas Davidas Lobellas pažvelgė į tai, kas atsitiko su pasėlių derliumi pakilus temperatūrai nuo 1980 iki 2008 m. Jie nustatė, kad pasaulinė kukurūzų gamyba (neįskaitant JAV) sumažėjo 3,8 %, o kviečių – 5,5 %. koks būtų kitu atveju. Karštų dienų ir naktų padidėjimas paaiškina maždaug pusę visų kukurūzų derliaus pokyčių. Aukštesnė temperatūra padeda pasiekti tam tikrą tašką, maždaug nuo 50 °F iki 84 °F, tačiau aukštesnė nei ši, o derlius nukrenta.

Kad suprastų, kaip visa tai gali turėti įtakos pasaulinėms maisto kainoms, Schlenkeris siūlo pažvelgti į tai, kas nutiko 2012 m., kai paskutinį kartą Amerikos vidurio vakaruose buvo vasara, kai temperatūra panaši į tai, kurią klimatologai prognozuoja, iki amžiaus pabaigos taps norma. . Kukurūzų gamyba regione sumažėjo 25%, o sojų - 10%. Tai sudaro apie 4–5 % bendros pasaulinės kalorijų gamybos sumažėjimą – tokiomis sąlygomis galime tikėtis, kad maisto kainos padidės net 30“, – sako jis.

Kameroje esantys augalai bus atidžiai stebimi jutiklių rinkiniu. USDA mokslininkai įvertina, kaip kiekvienas augalas veikia įvairiomis sąlygomis. Kathryn Gamble

Tačiau nepaisant kelių tokių blogų metų, Vidurio Vakarų ūkininkai džiaugėsi dešimtmečius trunkančiu produktyvumo augimu, slėpdami rūpesčius dėl ateities. Yra Goldilocks zona, skirta temperatūrai, drėgmei ir kritulių kiekiui, o klimato kaita daugiausia nustūmė JAV vidurį į ją, sako Gene Takle, buvęs ilgametis Ajovos valstijos klimato mokslo programos direktorius. Iki šiol didžiausias pokytis Ajovoje buvo padidėjęs kritulių kiekis balandžio, gegužės ir birželio mėnesiais – per pastaruosius tris dešimtmečius jis išaugo beveik 25%. Šis papildomas lietus, atsiradęs dėl vėjo modelių sąveikos su šiltėjančiais Meksikos įlankos vandenimis, privertė ūkininkus išleisti daugiau pinigų drenažo plytelėms ir panašiems dalykams, kad jie prisitaikytų, ir tai pakeitė sodinimo sezoną. Tačiau bendras technologijų pažangos ir palankesnio klimato rezultatas yra tai, kad derlius Vidurio vakaruose išaugo 28%. Yra gana geras susitarimas, kad klimato kaita iki šiol buvo palanki žemės ūkiui, sako Takle.

Tačiau šios tendencijos pasikeis; kai ekspertai nesutaria, yra tiksliai kada. Takle cituoja vieną modelį, rodantį, kad teigiama produktyvumo tendencija pasisuks iki 2035 m., panaikindama visus nuo 1981 m. pasiektus laimėjimus. Ir nuo tada derlius tik toliau mažės. Šiuo metu esame ant viršūnės, sako jis.

Neseniai jis pastūmė popieriaus lapą ant stalo. Jame buvo daug spalvingų diagramų ir punktų, kuriuose išsamiai aprašomas iki šiol klimato kaitos poveikis vietos žemės ūkiui, teigiami aspektai pažymėti žalia spalva, o neigiami – raudonai. Tarp raudonųjų taškų: daugiau kenkėjų išgyveno žiemą, o užmirkusi dirva sumažino dienų, per kurias ūkininkai galėjo dirbti laukus, skaičių. (2013 m. šiaurės vakarų Ajova turėjo 700 000 akrų – 283 000 hektarų, kurių dėl šios priežasties nebuvo galima apsodinti.) Tačiau buvo ir daug žalumos.

Tada jis atsivertė puslapį, kad parodytų, kaip viskas atrodys 2050 m. Šiame puslapyje nebuvo žalios spalvos – tik ilgas raudonos spalvos sąrašas. Intensyvios pavasario liūtys apsunkins lauko darbus sezono pradžioje, tikisi Takle. Bus daugiau potvynių; šilčiausia diena bus 7 °F karščiau. Kas antri metai bus bent vienas penkių dienų laikotarpis, kai dėl didelio karščio kukurūzų ir sojų pupelių apdulkinimas nutrūks ir vegetatyvinis augimas sustos.

Turime daug problemų nusileidus lydekai, sako jis.

Nauja genetika

USDA agronomo Hatfieldo darbas yra stebėti aplinkos sąlygų poveikį šalies ūkininkams ir nustatyti galimus sprendimus. Neseniai sėdėdamas savo kabinete jis pažymėjo ilgą rūpesčių sąrašą. Ruda marmurinė dvokiančioji blakė pasirodė JAV 1990-ųjų pabaigoje, o per ateinančius 30 metų kylant temperatūrai, jos paplitimas išsiplės iki Kanados, pakenkdamas daugeliui pasėlių. Palmerio burnočiai, herbicidams atspari piktžolė, kuri gyvena tam tikruose mikroklimato sąlygomis ir iki šiol daugiausia kėlė pavojų sojų ir medvilnės pasėliams pietuose, taip pat išplis į šiaurę ir taps visur.

Be to, Šiaurės ir Pietų Dakotoje didėja dirvožemio druskingumas, dėl kurio per mažiau nei dešimtmetį gali būti pašalinta daug žemės plotų, jei dabartinės tendencijos nesikeis. Problema ta, kad dėl besikeičiančio klimato ir besikeičiančių finansinių paskatų Dakotos ūkininkai, tradiciškai auginantys kviečius, cukrinius runkelius, šieną ir rapsus sėjomainoje, vis dažniau pereina prie kukurūzų ir sojų pupelių. Tačiau nauji pasėliai prastai tinka drėgniems ankstyviems Dakotos pavasariams, todėl vandens lygis gali pakilti ir išgaruoti, paliekant druską, kuri kenkia dirvožemiui.

Didžiausią nerimą kelia tai, ką klimato kaita padarys Amerikos duonos krepšelio derliui ateinančiais dešimtmečiais. Hatfieldas įsitikino, kad vien jokios politikos pataisymo ar valdymo praktikos pakeitimo nepakaks, kad įveiktų natūralias augalų ribas ir artėjančius kraštutinumus. Štai kodėl jis nusprendė kreiptis į pažangiąją genetiką.

Ateinančiais mėnesiais Hatfieldas planuoja pakartoti savo eksperimentą, imituodamas būsimus auginimo sezonus. Tačiau šį kartą jis tiksliai išnagrinės, kaip sąlygos veikia kukurūzų ir kviečių genus. Tikimasi nustatyti būdus, kaip valdyti šiuos molekulinio lygio jungiklius, kad augalai prisitaikytų prie sąlygų, su kuriomis jie susidurs.

Tai ankstyvos darbo dienos su kukurūzais, kviečiais ir sojų pupelėmis. Tačiau kitų kultūrų augintojai nustatė prisitaikymus ir panaudojo juos, kad išspręstų klimato kaitos keliamus iššūkius. Kai kurie iš sėkmingiausių buvo pastebėti ryžių auginimo vietose pasaulyje.

Ryžiai gali toleruoti tam tikrą potvynį – iš tikrųjų gali būti naudingi, nes potvynis gali sunaikinti piktžoles. Kol ryžių stiebai iš dalies yra virš vandens, augalai gali sugerti jiems reikalingą orą. Bet jei augalų viršūnės yra apsemtos, jos gali uždusti.

Ar norite valgyti ateityje? Štai kas yra pavojuje. Bet mes turėsime tai išsiaiškinti, nes neturime kitos išeities.

2006 metais mokslininkai klonavo geną, vadinamą Sub1 vietinėje Pietų Azijos ryžių atmainoje. Genas suteikia ryžiams atsparumą panardinimui. Kai augalas yra po vandeniu, genas įjungiamas ir augalas įjungiamas į sustabdytą animaciją. Genas išsijungia, kai tik ryžių ūglio viršūnė vėl pakyla virš vandens. Skirtingai nuo kai kurių savybių, didinančių atsparumą stresui, Sub1 Atrodo, kad genas reikšmingai nesumažina derliaus, kai nėra potvynių, o kai yra, augalas po to vėl pradeda augti itin energingai, sako Kornelio universiteto augalų veisimo ir genetikos profesorė Susan McCouch.

2009 m. Tarptautinis ryžių tyrimų institutas sukūrė aštuonias ryžių rūšis ir pradėjo jas platinti ūkininkams. Dabar juo naudojasi 10 milijonų ūkininkų apie 10 milijonų hektarų žemės.

Kathryn Gamble

Norėti valgyti?

Nors kukurūzams dar nerasta nieko panašaus į ryžių atsparumą vandeniui, komercinės sėklų įmonės jau daugiau nei dešimtmetį augina sausrai atsparias veisles. Robertas Reiteris, „Bayer“ augalininkystės mokslo skyriaus MTTP vadovas, paaiškina, kaip įmonė ieško atsparių veislių. Pirma, ji suskaitmenina DNR sekos informaciją ir kataloguoja žinomus kelių milijonų augalų linijų bruožus. Naudodamas duomenis, jis apmoko mašininio mokymosi algoritmus, kad būtų galima patikrinti milijonus kitų padermių naudingų savybių.

Pavyzdžiui, „Bayer“ išvedė iš karščiui tolerantiškų ir sausrai atsparių padermių Meksikoje bruožus į didelio derlingumo padermes, pritaikytas JAV rinkai. Reiteris sako, kad per 2012 m. sausrą JAV vidurio vakaruose derlius buvo daugiau nei dvigubai didesnis nei 1988 m., kai paskutinį kartą ištiko panašaus sunkumo sausra.

Tačiau požiūris turi savo ribas. Augalai gali toleruoti tik tam tikrą streso lygį, o laikas yra didelis veiksnys, sako jis. Jei žydėjimo metu turite itin aukštą temperatūrą, pamatysite tam tikrą poveikį derliui... Ką galime padaryti, tai tiesiog stengtis sumažinti poveikį.

Hatfieldas tikisi įveikti kai kuriuos iš šių apribojimų imituodamas būsimas augimo sąlygas. Jis tikisi, kad tokie modeliavimai galėtų padėti nustatyti nežinomus genetinius kelius, kuriuos augalai gali panaudoti prisitaikydami prie būsimų oro ir augimo sąlygų pokyčių.

Tai sudėtingas galvosūkis, kurį mes tik pradėjome dirbti. Hatfieldas pažymi, kad sunku atsižvelgti į veiksnių, su kuriais gali susidurti Vidurio Vakarų ūkininkai, derinį, įskaitant besikeičiančius kritulių modelius, didelį karštį, dramatiškus orų svyravimus, daugybę naujų kenkėjų ir galbūt iššūkius, kurių dar net nenumatėme. Tačiau jam aišku, kodėl tai daro.

Ar norite valgyti ateityje? jis sako. Štai kas yra pavojuje. Bet mes turėsime tai išsiaiškinti, nes neturime kitos išeities.

paslėpti