211service.com
Amerikas Vidējie Rietumi pabaros sasilstošo pasauli. Bet cik ilgi?
Temperatūras paaugstināšanās apdraudēs ASV kukurūzas joslu, kas ir galvenais kaloriju avots pieaugošajam pasaules iedzīvotāju skaitam.
2019. gada 24. aprīlis
Telpās audzētu kukurūzas augu fotogrāfija Ketrīna Gembla
Ir rūgti auksts marta rīts Eimsā, Aiovas štatā, un plašie kukurūzas lauki ārpus pilsētas ir aprakti zem pāris collu ledus un sniega. Taču Aiovas štata universitātes pilsētiņā pēc pasūtījuma būvētajās audzēšanas kamerās ir karsts un mitrs.
Apžilbinoši spilgtas gaismas sita uz trīs laukumiem, no kuriem katrs satur gandrīz 7000 mārciņu (3175 kilogramus) augsnes, kas iegremdētas grīdā piecas pēdas (1,5 metrus). No sienām atbalsojas vienmērīga ventilatoru griešanās, nodrošinot gaisa cirkulāciju un vienmērīgu temperatūru visā telpā. Ik pēc dažām collām infrasarkano termometru un mitruma sensoru komplekts izseko mikroklimatu ap augu lapām.
Šis stāsts bija daļa no mūsu 2019. gada maija numura
- Skatiet pārējo izdevuma daļu
- Abonēt
Šajās augšanas kamerās tā ir nākotne. Un Džerijam Hetfīldam, laipnam agronomam, kurš vada ASV Lauksaimniecības departamenta Nacionālo lauksaimniecības un vides laboratoriju, nepatīk tas, ko viņš redz.
Vai nu mēs mainīsim ražas, ko ražojam, vai arī mums būs jādomā par to, kā mēs ģenētiski manipulējam ar šo augu, lai tas izturētu augstāku temperatūru.
Pirms trim gadiem Hetfīlds izmantoja augšanas kameras, lai noskaidrotu, kā vietējās kultūras darbosies 2100. gadā reģionā prognozētajās temperatūrās, kas vidēji pieaugs par aptuveni 4 °C jeb aptuveni 7,2 °F. Viņš simulēja augšanas sezonu no 1. aprīļa līdz 30. oktobrim trim dažādiem kukurūzas celmiem, ko izmantoja apgabala lauksaimnieki. Vienā kamerā Hetfīlds sāka temperatūru tikai aptuveni 50 °F (10 °C), lai imitētu apstākļus aprīļa sākumā, paaugstināja to krietni virs 100 °F (38 °C), lai imitētu karstās vasaras dienas (līdz pat 114 °C). F kamerā ar 2100 nosacījumiem), un pēc tam to atkal nolaida uz rudeni. Otrajā kamerā viņš simulēja reģiona pašreizējās, vēsākas klimata normas.
Atšķirības starp augiem abās kamerās bija krasas. Lai gan lapas izskatījās vienādi, šīs papildu 7,2 ° F ietekme bija daudz sliktāka, nekā prognozēts pat pesimistiskākajā zinātniskajā literatūrā. Kukurūzas graudu skaits uz vienu augu samazinājās, dažos gadījumos par 84%. Daži augi vispār neradīja kodolus.
Tādos augšanas kameros kā šī augi tiks audzēti simulētos apstākļos. Ketrīna Gembla
Tas bija tikai pirmais satraucošu rezultātu virknē. Nākamajos mēnešos Hetfīlds un viņa kolēģi simulēja temperatūras paaugstināšanos un mainīgās nokrišņu tendences, kas, visticamāk, skars kviešu laukus Salinā Kanzasas štatā jau 2050. gadā. Raža samazinājās pat par 30% ar zemu nokrišņu daudzumu un pat par 70%. nākamajās desmitgadēs gaidāma augsta temperatūra un zems nokrišņu daudzums.
Līdz šim amerikāņu lauksaimniekiem ir bijis salīdzinoši viegli novērst klimata pārmaiņas. Galu galā saskaņā ar visoptimistiskākajiem modeļiem paredzams, ka ASV prognozētā kukurūzas un sojas raža, kuras audzē 75% aramzemes Vidusrietumos, faktiski palielināsies līdz 2050. gadam, pateicoties siltākam laikam, kas nāks par labu salīdzinoši vēsajiem ziemeļiem. climes. Bet pēc tam, ja Hetfīldam būs taisnība, raža nokritīs no klints, izpostot lauksaimniekus un atstājot lielu daļu pasaules izsalkušāku.
Paredzams, ka līdz 2050. gadam pasaules iedzīvotāju skaits pieaugs līdz 9,7 miljardiem. Tā kā dzīves līmenis un uzturs arī uzlabojas visā pasaulē, pārtikas ražošanai būs jāpalielina par 50% laikā, kad klimata pārmaiņas palīdzēs gan Subsahāras Āfrikai, gan Austrumāzijai nespēs apmierināt savas vajadzības bez importa. Jau ASV kukurūza un sojas pupiņas veido 17% no pasaules kaloriju daudzuma. ANO Pārtikas un lauksaimniecības organizācija prognozē, ka līdz 2050. gadam Amerikas kukurūzas eksportam ir gandrīz trīskāršojies, lai segtu deficītu, savukārt ASV sojas eksportam būtu jāpalielinās par vairāk nekā 50%. Visa šī papildu barība ir jāaudzē, neizmantojot ievērojami vairāk zemes. Tas nozīmē, ka viss būs atkarīgs no ražas — ražas produktivitātes.
Un tas ir tas, kas Hetfīldu ir tik noraizējies. Arvien vairāk zinātniskās literatūras liecina, ka klimata pārmaiņas, visticamāk, samazinās ražu, ja vien mēs nevarēsim atrast jaunus veidus, kā palīdzēt augiem tikt galā ar sausumu, milzīgajām temperatūras svārstībām un citiem ārkārtējiem laikapstākļiem, kas turpmākajās desmitgadēs, visticamāk, kļūs par ierastu parādību.
Ja kaut kas netiks izdarīts, mēs redzēsim ievērojamus ražošanas kritumus lielās kukurūzas joslas un Lielo līdzenumu teritorijās, saka Hetfīlds. Vai nu mēs mainīsim ražas, ko ražojam, vai arī mums būs jādomā par to, kā mēs ģenētiski manipulējam ar šo augu, lai tas izturētu augstāku temperatūru.
Goldilocks beigas
Protams, briesmīgajām prognozēm ir pazīstams gredzens. Pasaules līderi 70. gadu sākumā bija tik noraizējušies, ka pieaugošais iedzīvotāju skaits, pieaugošais piesārņojums un strauji augošās pārtikas cenas līdz 21. gadsimta rītausmai radīs akūtu pārtikas krīzi, ka ANO sasauca konferenci Romā. Laika ir maz, dalībvalstis paziņoja pēc konferences 1975. gadā. Steidzama un ilgstoša rīcība ir ļoti svarīga.
Tomēr nākamajos gados augsti ražīgas kultūras, plašāka apūdeņošanas izmantošana, lauksaimniecības mehanizācija un sintētiskā mēslojuma un pesticīdu ieviešana izraisīja zaļo revolūciju, dramatiski palielinot lauksaimniecisko ražošanu daudzās vietās visā pasaulē.
Tagad izaugsmes temps ir sācis palēnināties. Daudzos apgabalos trūkst ūdens, kas ierobežo turpmāku apūdeņošanas paplašināšanos. Un ir grūti iedomāties, ka izmantotu vēl vairāk mēslošanas līdzekļu un pesticīdu. Tas jau ir atklāts jautājums, vai mēs spēsim turpināt izgudrot šīs jaunās tehnoloģijas un pārvaldības praksi, kas ļauj produktivitātei vairāk nekā sekot pieprasījumam, saka Māršals Bērks, Stenfordas ekonomists, kurš koncentrējas uz klimata pārmaiņām. Taču klimats to noteikti padarīs daudz grūtāku.
Turklāt globālās sasilšanas sekas jau ir jūtamas. 2011. gadā Kolumbijas Universitātes ekonomists Volframs Šlenkers un Stenfordas ekologs Deivids Lobels aplūkoja to, kas notika ar ražu, temperatūrai paaugstinoties laikā no 1980. līdz 2008. gadam. Viņi atklāja, ka kukurūzas ražošana pasaulē (izņemot ASV) samazinājās par 3,8 % un kviešu ražošana samazinājās par 5,5 % salīdzinājumā ar iepriekšējo gadu. kāds tas būtu citādi. Karsto dienu un nakšu pieaugums izskaidro apmēram pusi no visām kukurūzas ražas izmaiņām. Augstāka temperatūra palīdz līdz noteiktam punktam, aptuveni no 50 °F līdz 84 °F, bet karstāka par to un rada strauju kritumu.
Lai saprastu, kā tas viss varētu ietekmēt pārtikas cenas pasaulē, Šlenkers iesaka paskatīties uz to, kas notika 2012. gadā, kad pēdējo reizi Amerikas Vidusrietumos bija vasara ar temperatūru, kas salīdzināma ar klimatologu prognozēm, kas līdz gadsimta beigām kļūs par normu. . Kukurūzas ražošana reģionā samazinājās par 25%, bet sojas pupiņas - par 10%. Tas veido aptuveni 4% līdz 5% samazinājumu kopējā globālajā kaloriju ražošanā — apstākļos, saskaņā ar kuriem mēs varam sagaidīt, ka pārtikas cenas pieaugs pat par 30%, viņš saka.
Kamerā esošie augi tiks rūpīgi uzraudzīti ar sensoru komplektu. USDA zinātnieki mēra, kā katrs augs darbojas dažādos apstākļos. Ketrīna Gembla
Tomēr, neskatoties uz dažiem tik sliktiem gadiem, Vidusrietumu lauksaimnieki ir baudījuši gadu desmitiem ilgu ražīguma pieaugumu, maskējot bažas par nākotni. Temperatūrai, mitrumam un nokrišņiem ir Goldilocks zona, un klimata pārmaiņas lielākoties ir iespiedušas Amerikas Savienoto Valstu vidieni tajā, saka Džīns Takls, bijušais ilggadējais Aiovas štata klimata zinātnes programmas direktors. Līdz šim lielākās izmaiņas Aiovas štatā ir palielināts nokrišņu daudzums aprīlī, maijā un jūnijā — pēdējo trīs gadu desmitu laikā tas ir pieaudzis par gandrīz 25%. Šis papildu lietus, ko izraisīja vēja mijiedarbība ar sasilšanas ūdeņiem Meksikas līcī, ir licis lauksaimniekiem tērēt vairāk naudas drenāžas flīzēm un tamlīdzīgām lietām, lai pielāgotos, un tas ir mainījis stādīšanas sezonu. Taču tehnoloģiskā progresa un labvēlīgāka klimata kopējais rezultāts ir tāds, ka raža ir pieaugusi par 28% Vidējos Rietumos. Pastāv diezgan laba vienošanās, ka klimata pārmaiņas līdz šim ir bijušas labvēlīgas lauksaimniecībai, saka Takle.
Tomēr šīs tendences mainīsies; Ja eksperti nav vienisprātis, ir precīzi, kad. Takle citē vienu modeli, kas parāda, ka pozitīvā tendence produktivitātē mainīsies līdz 2035. gadam, atceļot visus kopš 1981. gada gūtos ieguvumus. Un raža tikai turpinās kristies. Mēs šobrīd esam uz augšu, viņš saka.
Kādu dienu viņš pastūma papīra lapu pāri galdam. Tas bija pilns ar krāsainām diagrammām un aizzīmju punktiem, detalizēti aprakstot līdzšinējo klimata pārmaiņu ietekmi uz vietējo lauksaimniecību, pozitīvās puses iezīmējot zaļā krāsā, bet negatīvās - sarkanā krāsā. Starp sarkanajiem punktiem: vairāk kaitēkļu pārdzīvoja ziemu, un ūdeņainā augsne samazināja dienu skaitu, kurās lauksaimnieki varēja strādāt laukus. (2013. gadā Aiovas ziemeļrietumos bija 700 000 akru — 283 000 hektāru, ko šī iemesla dēļ nevarēja stādīt.) Taču arī zaļumu bija daudz.
Pēc tam viņš pāršķīra lapu, lai parādītu, kā viss izskatīsies 2050. gadā. Šajā lapā nebija zaļas krāsas — tikai garš sarkano toņu saraksts. Intensīvas pavasara lietus apgrūtinās lauku darbus sezonas sākumā, sagaida Takle. Būs vairāk plūdu; siltākā diena būs par 7 °F karstāka. Katru otro gadu būs vismaz viens piecu dienu periods, kad ārkārtējs karstums izraisīs kukurūzas un sojas apputeksnēšanas neveiksmi un veģetatīvās augšanas apstāšanos.
Mums ir daudz problēmu, nokāpjot pa līdaku, viņš saka.
Jauna ģenētika
USDA agronoma Hetfīlda uzdevums ir uzraudzīt vides apstākļu ietekmi uz valsts lauksaimniekiem un noteikt iespējamos risinājumus. Nesen sēdēdams savā birojā, viņš atzīmēja garu rūpju sarakstu. Brūnā marmora smirdošais kukaiņš parādījās ASV 1990. gadu beigās, un, temperatūrai paaugstinoties nākamo 30 gadu laikā, tā izplatība paplašināsies līdz pat Kanādai, kaitējot daudzām kultūrām. Palmera amarants, herbicīdiem izturīga nezāle, kas dzīvo īpašos mikroklimatos un līdz šim ir apdraudējusi galvenokārt sojas un kokvilnas kultūras dienvidos, tāpat izplatīsies uz ziemeļiem un kļūs visuresoša.
Pēc tam Ziemeļdakotā un Dienviddakotā palielinās augsnes sāļums, kas mazāk nekā desmit gadu laikā varētu izņemt no rotācijas ievērojamus zemes gabalus, ja pašreizējās tendences turpināsies. Problēma ir tāda, ka, pateicoties mainīgajam klimatam un mainīgajiem finansiālajiem stimuliem, Dakotas lauksaimnieki, kuri tradicionāli audzē kviešus, cukurbietes, sienu un rapsi, arvien vairāk pāriet uz kukurūzu un sojas pupiņām. Taču jaunās kultūras ir slikti piemērotas Dakotas slapjiem agrajiem avotiem, ļaujot ūdens līmenim pacelties un iztvaikot, atstājot sāli, kas bojā augsni.
Vislielākās bažas rada tas, ko klimata pārmaiņas ietekmēs Amerikas maizes grozā turpmākajās desmitgadēs. Hetfīlds ir kļuvis pārliecināts, ka ar politikas labojumiem vai izmaiņām apsaimniekošanas praksē vien nepietiks, lai pārvarētu augu dabiskās robežas un gaidāmos laikapstākļus. Tieši tāpēc viņš ir nolēmis pievērsties progresīvai ģenētikai.
Nākamajos mēnešos Hetfīlds plāno atkārtot savu eksperimentu, simulējot turpmākās augšanas sezonas. Bet šoreiz viņš precīzi pārbaudīs, kā apstākļi ietekmē to, kuri gēni tiek ieslēgti un izslēgti kukurūzā un kviešos. Cerība ir noteikt veidus, kā kontrolēt šos molekulārā līmeņa slēdžus, lai palīdzētu augiem pielāgoties apstākļiem, ar kuriem tie saskarsies.
Ir sākums darbam ar kukurūzu, kviešiem un sojas pupiņām. Bet citās kultūrās selekcionāri ir identificējuši pielāgojumus un izmantojuši tos, lai atrisinātu klimata pārmaiņu radītās problēmas. Daži no veiksmīgākajiem ir novēroti pasaules rīsu audzēšanas apgabalos.
Rīsi var paciest zināmu plūdu pakāpi — tie faktiski var gūt labumu, jo plūdi var iznīcināt nezāles. Kamēr rīsu kāti daļēji atrodas virs ūdens, augi var absorbēt tiem nepieciešamo gaisu. Bet, ja augu galotnes ir iegremdētas, tās var nosmakt.
Vai vēlaties ēst nākotnē? Tas ir uz spēles. Bet mums tas būs jāizdomā, jo mums nav citas izvēles.
2006. gadā pētnieki klonēja gēnu, ko sauc Sub1 vietējā Dienvidāzijas rīsu celmā. Gēns piešķir rīsiem toleranci pret iegremdēšanu. Kad augs atrodas zem ūdens, gēns tiek ieslēgts un ievieto augu apturētā animācijā. Gēns izslēdzas, tiklīdz rīsu dzinuma augšdaļa atkal ir virs ūdens. Atšķirībā no dažām pazīmēm, kas palielina stresa toleranci, Sub1 Šķiet, ka gēns būtiski nesamazina ražu, ja nav plūdu, un, kad tādi ir, augs pēc tam atsāk augt ar īpašu sparu, saka Kornela universitātes augu selekcijas un ģenētikas profesore Sjūzena Makkuša.
2009. gadā Starptautiskais rīsu pētniecības institūts izveidoja šo īpašību astoņās rīsu šķirnēs un sāka tās izplatīt lauksaimniekiem. Tagad to izmanto 10 miljoni lauksaimnieku aptuveni 10 miljonu hektāru platībā.
Ketrīna Gembla
Grib ēst?
Lai gan kukurūzai vēl nav atrasts nekas salīdzināms ar rīsu ūdensizturību, komerciālie sēklu uzņēmumi jau vairāk nekā desmit gadus ir audzējuši sausumam izturīgus celmus. Roberts Reiters, Bayer augkopības zinātnes nodaļas pētniecības un attīstības vadītājs, skaidro, kā uzņēmums meklē izturīgas šķirnes. Pirmkārt, tā digitalizē DNS sekvences informāciju un kataloģizē zināmās pazīmes vairākiem miljoniem augu līniju. Izmantojot datus, tas pēc tam apmāca mašīnmācīšanās algoritmus, lai pārbaudītu miljoniem citu celmu noderīgas īpašības.
Piemēram, Bayer ir izaudzējis īpašības, kas iegūtas no karstumizturīgiem un sausuma izturīgiem celmiem Meksikā, lai iegūtu augstas ražības celmus, kas pielāgoti ASV tirgum. Reiters saka, ka 2012. gada sausuma laikā ASV Vidējos Rietumos raža bija vairāk nekā divas reizes lielāka nekā 1988. gadā, pēdējo reizi piemeklējot līdzīga smaguma sausumu.
Bet pieejai ir savas robežas. Viņš saka, ka augi var izturēt tikai noteiktu stresa līmeni, un laiks ir liels faktors. Ja jums ziedēšanas laikā ir ārkārtīgi augsta temperatūra, jūs redzēsiet zināmu ietekmi uz ražu… Mēs varam tikai mēģināt samazināt ietekmi.
Hetfīlds cer pārvarēt dažus no šiem ierobežojumiem, simulējot turpmākos augšanas apstākļus. Viņš cer, ka šādas simulācijas varētu palīdzēt identificēt nezināmus ģenētiskos ceļus, ko augi varētu izmantot, lai pielāgotos turpmākajām laikapstākļu un augšanas apstākļu izmaiņām.
Tā ir sarežģīta mīkla, pie kuras mēs esam tikai sākuši strādāt. Un Hetfīlds atzīmē, ka ir grūti ņemt vērā faktoru kombināciju, ar ko varētu saskarties Vidusrietumu lauksaimnieki, tostarp mainīgas nokrišņu tendences, ārkārtējs karstums, dramatiskas laika apstākļu svārstības, vesela virkne jaunu kaitēkļu un, iespējams, izaicinājumi, kurus mēs vēl neesam pat paredzējuši. Bet viņam ir skaidrs, kāpēc viņš to dara.
Vai vēlaties ēst nākotnē? viņš saka. Tas ir uz spēles. Bet mums tas būs jāizdomā, jo mums nav citas izvēles.