Або як американські фермери, що вирощують кукурудзу, адаптуються до кліматичних змін.
Хоч нині людство за допомогою технологій уже навчилося отримувати високі врожаї різних культур, але кліматичні зміни все наполегливіше вносять свої корективи в розкриття потенціалу їх урожайності. Кукурудза — не виняток. Так, ми в Україні можемо пишатися високими врожаями, зокрема й тогорічними, коли кукурудза побила свій же історичний максимум з урожайності. Проте у світі небезпідставно занепокоєні тим, що далі буде з урожаями. Так, опубліковані дані Міжурядової групи з питань зміни клімату (орган ООН) та Національної кліматичної оцінки уряду США підтверджують, що посухи, перепади температур і зростання активності комах-шкідників усе більше завдаватимуть шкоди сільському господарству у всьому 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. В усякому разі дослідження американських учених, основане на аналізі врожайності кукурудзи в США за останні кілька десятиліть, про які розповідає Inside Science, підтверджує цю думку.
Технологічна система
Об’єктом своїх досліджень науковець 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 дозрівання зерна, від умісту поживних речовин у ґрунті до густини 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 останні роки, але насправді вони відбуваються давно. За повідомленнями NASA, за останні чотири десятиліття середня температура у світі зросла майже на один градус за Фаренгейтом. Це водночас є і добре, і погано для фермерів: з одного боку, вона забезпечує триваліші сезони вегетації, з другого — збільшує ймовірність настання високих температур, які знищують урожай, розширює ареал деяких шкідників і сприяє сильнішим посухам.
Однак не всі регіони Землі зазнають однакових змін. Дослідження, що розпочалися на початку 2000-х років, показали, що в деяких сільськогосподарських регіонах світу спостерігається стриманіша тенденція до потепління, зокрема й улітку. 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 й 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 напряму пов’язано з фізіологією рослин. Відомо, що в процесі транспірації рослини витягують воду з ґрунту й виділяють частину її через продихи листків. Таким чином транспіраційні випари з рослин, що вегетують, охолоджують земну поверхню. Тобто поля (а також ліси) фактично діють, як гігантські кондиціонери на вулиці.
Чим густіші посіви — тим 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, тому ґрунти також містять більше води, яку використовують рослини під час вегетації, більше рослин на акр означає більше випаровування, а відтак і більше охолодження посівів.
Мюллер і його колеги проаналізували дані про температурні показники й посіви кукурудзи середньозахідних штатів і у 2015 році 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 їх 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 фермери просто пасивно отримували вигоду від сприятливих змін клімату чи пристосовувалися, щоб максимально їх використовувати, Батлер і Мюллер разом із гарвардським кліматологом Пітером Хайберсом створили комп’ютерну модель, яка розбиває вегетаційний сезон на три періоди. Під час першого періоду рослини проростають і починають вегетацію, під час другого вони запилюються, під час третього формується зерно. Дослідники використовували дані Міністерства сільського господарства США про строки розвитку та врожайність у штаті й країні, а також дані метеостанцій щодо температурного режиму для кількісної оцінки уразливості кукурудзи протягом кожного періоду вегетації з 1981-го по 2017 рік.
У результаті вони виявили, що весняні температури стали вищими, на що фермери реагували більш ранніми строками сівби кукурудзи — на кілька тижнів. Це призвело до того, що рослини краще витримують період запилення, який є найчутливішим до високих температур — до того як настануть найспекотніші дні. Це дало рослинам більше часу в кінці літа для формування великого зерна. Загалом урожайність кукурудзи на Середньому Заході протягом періоду 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 тривалішого вегетаційного періоду в поєднанні з ефектом кондиціонування, становила 28%. Решта 72% були зумовлені технологічним і селекційним досягненням, збільшенням росту рослин унаслідок підвищення рівня вуглецю й інших чинників.
Батлер і Мюллер також змоделювали, які врожаї кукурудзи могли б отримувати фермери, якби використовували більш ранні терміни сівби протягом першого десятиліття дослідження — з 1981 по 1990 рік. 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, що фермери певною мірою пристосувалися до сприятливих кліматичних змін.
Правильність цих висновків підтверджує й 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, й обладнання, що дає змогу йому швидко сіяти багато акрів між весняними дощами. Як наслідок, культури Гессера дозрівають раніше на тиждень, ніж чотири десятиліття тому, коли він розпочав господарювати, а врожайність кукурудзи збільшилася на 80%.
У свою чергу, 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 та Батлера в експертів питань не меншає. Чи подібні ефекти допомагають іншим культурам й іншим регіонам? У дослідженні 2017 року Мюллер виявив докази літнього охолодження посівів у Канаді, Китаї й 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 мірою, бо небагато культур виграють від загущення, як кукурудза. Крім того, інші фермери не мають достатньо капіталу, щоб дозволити собі дороге обладнання, як американські фермери Середнього Заходу. Як і уряду, готового підтримати ризиковані рішення за допомогою субсидій на страхування врожаю.
Однак чи зможуть фермери й далі платити за такі заходи, коли кліматичні проблеми стануть серйознішими? Так, проаналізувавши у 2014 році врожайність пшениці та кукурудзи за межами США, науковці з’ясували, що вона вже дещо знизилася через потепління. Вплив змін клімату на врожаї рису та сої був більш неоднозначним.
В Америці ситуація також починає непокоїти фермерів. Наприклад, Рей Гессер визнав, що наслідки зміни клімату вже загрожують урожаю. В останні кілька років на його полях дощовитих буревіїв було набагато більше. Він почав сіяти більше покривних культур, щоб допомогти ґрунтам утримувати воду й поживні речовини. Окрім того, він планує вирити ставки, куди б стікала вода після сильних дощів, і використовувати її під час посух. Разом із тим він визнає: якщо клімат зміниться занадто швидко, навіть цих кроків може бути недостатньо.
Ітан Батлер поділяє такі побоювання фермера з Айови щодо майбутнього. Насправді, його дослідження та Мюллера, незважаючи на його, здавалося б, позитивний меседж, свідчить про те, що не варто сильно покладатися на адаптацію фермера до нових реалій. Коли на Середньому Заході у 2012 році трапилася 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 уразливішими до теплового стресу. Іншими словами, той самий механізм, який допомагав кукурудзі в добрі часи, може нашкодити їй у погані. А зі зміною клімату прогнозується, що погані часи настануть швидше.
Людмила Степанчук
журнал The Ukrainian Farmer, листопад 2019 року
Усі авторські права на інформацію розміщену у журналі The Ukrainian Farmer та інтернет–сторінці журналу за адресою https://agrotimes.ua/ належать виключно видавничому дому «АГП Медіа» та авторам публікацій, згідно Закону України “Про авторське право та суміжні права”.
Використання інформації дозволяється тільки після отримання письмової згоди від видавничого дому «АГП Медіа».
The Ukrainian Farmer
