Хоча людство за допомогою технологій уже навчилося отримувати високі врожаї різних культур. Але кліматичні зміни дедалі наполегливіше вносять свої корективи в розкриття потенціалу їхньої врожайності. Кукурудза – не виняток. У світі небезпідставно стурбовані тим, що далі буде з урожаями.
Так, опубліковані дані Міжурядової групи з питань зміни клімату (орган ООН) і Національної кліматичної оцінки уряду США підтверджують. Посухи, перепади температур і зростання активності комах-шкідників дедалі більше завдаватимуть шкоди сільському господарству в усьому світі.
Утім, є фахівці, які сподіваються, що людство зможе витримати кліматичні зміни, адаптувавшись до них, а фермери подолати наслідки кліматичних загроз, регулюючи спосіб вирощування сільськогосподарських культур.
У всякому разі, дослідження американських учених, що ґрунтується на аналізі врожайності кукурудзи в США за останні кілька десятиліть, про які розповідає Inside Science, підтверджує цю думку.
Технологічна система
Об’єктом своїх досліджень учений Натан Мюллер із Каліфорнійського університету та його колеги обрали кукурудзу – найпопулярнішу культуру в США. Вони вивчили температурні тенденції на Середньому Заході, проаналізували, як фермери коригували свої методи сівби кукурудзи залежно від погодних умов і в результаті довели, що за ці десятиліття американські фермери виростили більше кукурудзи.
Натан Мюллер порівнює кукурудзяне поле з дуже налаштованою технологічною системою. Адже в сучасне американське кукурудзяне поле було вкладено мільярди доларів на проведення досліджень, що дало змогу людям контролювати весь процес – від проростання насіння до достигання зерна, від вмісту поживних речовин у ґрунті до густоти рослин і кута розташування листка щодо сонця.
Можливо, жодна інша культура не отримала стільки користі від цієї технологічної інтервенції, як кукурудза. Не дивно, що деякі експерти вважають, що серед усіх культур кукурудза може бути радше винятком, а не правилом, прикладом адаптації до нових кліматичних умов.
Про зміни клімату наполегливо говорять останніми роками, але насправді вони проходять давно. За повідомленнями NASA, за останні чотири десятиліття середня температура у світі зросла майже на один градус за Фаренгейтом.
Це одночасно і добре, і погано для фермерів: з одного боку, вона забезпечує триваліші сезони вегетації, з іншого – збільшує вірогідність настання високих температур, що знищують врожай, розширює ареал деяких шкідників і сприяє сильнішим посухам.
Однак не всі регіони Землі зазнають однакових змін. Розпочаті на початку 2000-х років дослідження засвідчили, що в деяких сільськогосподарських регіонах світу спостерігається більш стримана тенденція до потепління, зокрема і влітку.
Так, літній денний максимум у значній частині кукурудзяного поясу в США, а це широкий масив сільської місцевості на Середньому Заході, що перетинає посередині штати Огайо, Індіана та Іллінойс, охоплюючи частини 12 штатів, насправді трохи просів.
Ефект кондиціонування
Кілька років тому Натан Мюллер працював у Гарвардському університеті зі своїм колегою Ітаном Батлером. Вони вирішили дослідити, яким чином, за їхнім висловлюванням, особливо приємна погода впливає на врожайність рослин. З’ясувалося, що це безпосередньо пов’язано з фізіологією рослин.
Відомо, що в процесі транспірації рослини витягують воду з ґрунту і виділяють частину її через продихи листя. Таким чином транспіраційні випаровування з вегетуючих рослин охолоджують земну поверхню. Тобто поля (а також ліси) фактично діють як гігантські кондиціонери на вулиці.
Що густіші посіви – то більша площа випаровування. А ми знаємо, що селекціонери створили чимало гібридів кукурудзи, які витримують загущені посіви. В умовах американського середнього заходу, де, за даними метеорологів, весни стали вологішими, тож ґрунти також містять більше води, яку використовують рослини під час вегетації, більше рослин на акр означає більшу випаровуваність, а відтак і більшу охолоджуваність посівів.
Мюллер і його колеги проаналізували дані про температурні показники і посіви кукурудзи середньозахідних штатів і 2015 року повідомили, що з найпродуктивніших кукурудзяних полів випаровувалася достатня кількість води, яка за останні кілька десятиліть буквально змінила клімат у регіоні.
Ефект випаровування пом'якшив стрес від високих температур у найспекотніші літні дні, які найчастіше негативно впливають на стан рослини або навіть призводять до їхньої загибелі.
До речі, через цю сприятливу погоду, на яку впливають самі рослини, середньозахідні американські фермери доволі скептично ставляться до антропогенних змін клімату, що сприяють глобальному потеплінню, бо температури на Середньому Заході не зросли.
Щоб зрозуміти, чи просто фермери пасивно отримували вигоду від сприятливих змін клімату, чи пристосовувалися, щоб максимально їх використати, Батлер і Мюллер разом із гарвардським кліматологом Пітером Гайберсом створили комп’ютерну модель, яка розбиває вегетаційний сезон на три періоди.
Періоди
У перший період рослини проростають і починають вегетацію, під час другого вони запилюються, під час третього формується зерно. Дослідники використовували дані Міністерства сільського господарства США щодо термінів розвитку та врожайності в штаті та країні, а також дані метеостанцій щодо температурного режиму для кількісної оцінки вразливості кукурудзи впродовж кожного періоду вегетації з 1981 по 2017 рік.
У результаті вони виявили, що весняні температури стали вищими, на що фермери реагували більш ранніми термінами сівби кукурудзи – на кілька тижнів. Це призвело до того, що рослини краще витримують період запилення, який є найчутливішим до високих температур – перш ніж настануть найспекотніші дні.
Це дало рослинам більше часу наприкінці літа для формування великого зерна. Загалом урожайність кукурудзи на Середньому Заході за період дослідження зросла майже вдвічі – з 2,7 до 4,9 т/акр.
Використовуючи свою модель за різними сценаріями, дослідники визначили, що частка приросту врожаю, який можна було б віднести до більш тривалого вегетаційного періоду в поєднанні з ефектом кондиціонування, становила 28%. Решта 72% були зумовлені технологічним і селекційним досягненням, збільшенням росту рослин унаслідок підвищення рівня вуглецю та інших чинників.
Батлер і Мюллер також змоделювали, які врожаї кукурудзи могли б отримувати фермери, якби використовували більш ранні строки сівби протягом першого десятиліття дослідження з 1981 до 1990 року. Дослідники виявили, що в тих кліматичних умовах фермери могли б генерувати додаткові 40 фунтів кукурудзи на акр. На їхню думку, результати досліджень, викладених у матеріалах Національної академії наук, свідчать про те, що фермери певною мірою пристосувалися до сприятливих кліматичних змін.
Висновки
Правильність цих висновків підтверджує і фермерська практика. Так, фермер Рей Гессер, який обробляє 5000 акрів кукурудзи та сої на південному заході штату Айова, заявив, що дослідження відповідає його досвіду.
Він придбав насіння гібридів і сортів, які можуть витримувати холодний, вологий ґрунт. Водночас обладнання, що дає йому змогу швидко сіяти багато акрів між весняними дощами. Як наслідок, культури Гессера дозрівають раніше за тиждень , ніж чотири десятиліття тому, коли він почав господарювати, а врожайність кукурудзи збільшилася на 80%.
Своєю чергою селекційні компанії також зіграли свою роль у збільшенні врожайності, схрещуючи високопродуктивні американські різновиди кукурудзи з більш термостійкими мексиканськими. У поєднанні з передовими геномними методами, така практика може підтримувати врожайність навіть за подальшого погіршення клімату, вважають в одній американській транснаціональній компанії.
Бути готовим до поганих часів
Утім, після опублікування досліджень Мюллера і Батлера в експертів не стає менше запитань. Чи допомагають подібні ефекти іншим культурам та іншим регіонам? У дослідженні 2017 року Мюллер знайшов докази літнього охолодження посівів у Канаді, Китаї та Аргентині. Чи скористаються фермери цих країн тривалішими вегетаційними періодами? Це перевірити буде важче, адже мало хто, крім США, публікує таку дрібну сільськогосподарську статистику. Про Китай, один із найважливіших у світі сільськогосподарських регіонів, навіть не йдеться.
Водночас є сумніви, що багато інших фермерів отримують вигоду від зміни клімату. Такою ж самою мірою, тому що небагато культур виграють від загущення, як кукурудза. Крім того, інші фермери не мають достатнього капіталу, щоб дозволити собі дороге обладнання, як американські фермери Середнього Заходу. Як і уряд, готовий підтримати ризиковані рішення за допомогою субсидій на страхування врожаю.
Однак чи зможуть фермери й надалі платити за такі заходи, коли кліматичні проблеми стануть серйознішими? Так, проаналізувавши 2014 року врожайність пшениці та кукурудзи за межами США, науковці з’ясували, що вона дещо знизилася через потепління. Вплив змін клімату на врожаї рису та сої був більш неоднозначним.
Клімат
В Америці ситуація теж починає турбувати фермерів. Приміром, Рей Гессер визнав, що наслідки зміни клімату вже загрожують урожаю. В останні кілька років на його полях дощових бур було набагато більше. Він почав сіяти більше покривних культур, щоб допомогти ґрунтам утримувати воду та поживні речовини. Крім того, він планує вирити ставки, куди б стікала вода після сильних дощів, і використовувати її під час посух. Водночас він визнає, що якщо клімат зміниться надто швидко, навіть цих кроків може бути недостатньо.
Ітан Батлер поділяє такі побоювання фермера з Айови щодо майбутнього. Насправді, його дослідження та Мюллера, попри його, здавалося б, позитивний наратив. А саме свідчить про те, що не варто сильно покладатися на адаптацію фермера до нових реалій. Коли на Середньому Заході 2012 року сталася посуха – перша в регіоні велика посуха з 1988 року, врожайність кукурудзи впала на 26%.
Батлер припускає, що коли в ґрунті води не було для випарного охолодження, загущені посіви виявилися ще більш вразливими до теплового стресу. Іншими словами, той самий механізм, який допомагав кукурудзі в гарний час, може нашкодити їй у поганих умовах. А зі зміною клімату прогнозується, що погані часи настануть швидше.