Il cambiamento climatico e suoi impatti ambientali sulla crescita delle colture

Il cambiamento climatico e suoi impatti ambientali sulla crescita delle colture

 

 

Di Ellen Gray, il
team di notizie di scienze della terra della NASA

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Il cambiamento climatico sta influenzando l’agricoltura in diversi modi. I ricercatori utilizzano dati satellitari e modelli informatici per monitorare e mitigare questi impatti.

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La Terra si sta riscaldando. Gli effetti del cambiamento climatico globale causato dall’uomo stanno diventando sempre più evidenti man mano che assistiamo a ondate di calore da record, siccità intense, cambiamenti nei modelli di precipitazioni e un aumento delle temperature medie. E questi cambiamenti ambientali toccano ogni parte della produzione agricola.

Alt: Pannello di sei immagini satellitari di campi coltivati ​​da tutto il mondo che mostrano i diversi layout dei campi.
In tutto il mondo, le pratiche agricole si sono sviluppate in funzione della topografia, del tipo di suolo, del tipo di coltura, delle precipitazioni annuali e della tradizione. Questo montaggio di sei immagini del sensore Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer (ASTER) sul satellite Terra della NASA mostra differenze nella geometria e nelle dimensioni del campo in diverse parti del mondo. 

La NASA, insieme alle agenzie e alle organizzazioni partner, monitora tutti questi cambiamenti ambientali che stanno avvenendo oggi. Inoltre utilizza modelli informatici avanzati che raccolgono dati satellitari e quindi simulano come il clima della Terra risponderà alle continue emissioni di gas serra in futuro. I ricercatori lo fanno per una serie di scenari futuri e poi usano le proiezioni climatiche risultanti per vedere come il cambiamento climatico influenzerà l’agricoltura globale.

“Quando guardiamo al futuro cambiamento climatico, non è lo stesso degli attuali anni caldi che viviamo”, ha affermato Alex Ruane, co-direttore del Climate Impacts Group presso il Goddard Institute for Space Studies (GISS) della NASA a New York City. Coordina e guida il team climatico per l’Agricultural Model Intercomparison and Improvement Project ( AgMIP ), un progetto internazionale che collega la scienza del clima, la modellazione delle colture e la modellazione economica per guardare al potenziale futuro dei raccolti e della sicurezza alimentare.

“Se dovessimo trovare un luogo e guardare un anno caldo che è stato vissuto di recente, probabilmente sarebbe stata un’ondata di caldo che avrebbe alzato la temperatura generale”, ha detto Ruane. “Il cambiamento climatico è diverso. Il cambiamento climatico è ogni giorno, un po’ di più. Quando queste ondate di calore arrivano [in futuro], sono solo un po’ più intense o estreme, e questo ha un impatto fisiologico diverso [sulle piante]”.

Tali cambiamenti fisiologici sulle piante possono essere complessi e sono legati al tipo di coltura e agli effetti climatici osservati a livello regionale e locale.

Anidride carbonica come fertilizzante

L’anidride carbonica è il principale gas serra responsabile dell’aumento della temperatura globale della Terra. Emesso dalla combustione di combustibili fossili, può rimanere nell’atmosfera per centinaia di anni, il che significa che ogni anno aggiungiamo anidride carbonica alla quantità accumulata dall’inizio della rivoluzione industriale oltre 200 anni fa.

Il Dipartimento dell’Agricoltura degli Stati Uniti conduce esperimenti sul tasso di crescita delle colture in camere ad ambiente controllato, comprese serre e appezzamenti di campo in cui controllano la temperatura, l’umidità e l’anidride carbonica atmosferica. 

L’anidride carbonica viene rimossa dall’atmosfera dalle piante durante la fotosintesi (anche se non in quantità sufficienti per rimuovere tutto ciò che gli esseri umani emettono). Infatti, gli esperimenti in serra e sul campo hanno dimostrato che livelli più elevati di anidride carbonica nell’atmosfera possono fungere da fertilizzante e aumentare la crescita delle piante. La quantità di beneficio che riceve un raccolto dipende dal suo tipo. Grano, orzo e riso, ad esempio, beneficiano maggiormente di concentrazioni di anidride carbonica più elevate rispetto al mais. Più anidride carbonica nell’aria rende la pianta più efficiente nell’assorbimento del gas, e di conseguenza perde meno acqua durante il processo, il che è migliore per la crescita della pianta. Con acqua e altri nutrienti sufficienti, i raccolti possono aumentare in modo significativo.

Tuttavia, quei rendimenti più elevati spesso comportano svantaggi per la nutrizione. “Le colture crescono più velocemente e più grandi con una CO 2 più elevata “, ha affermato Jonas Jägermeyr, coordinatore del progetto Global Gridded Crop Model Intercomparison nell’ambito di AgMIP al GISS. “Ma il contenuto di proteine ​​e micronutrienti è proporzionalmente inferiore”.

La quantità contro la qualità è una complicazione quando si esaminano gli effetti del clima sulle colture. Un altro è che mentre livelli più elevati di anidride carbonica portano alcuni benefici, portano anche il calore.

Alzando il caldo

L’aumento delle temperature regionali dovuto ai cambiamenti climatici, soprattutto ai tropici, può portare a stress termici per tutti i tipi di colture. Molte colture iniziano a sentirsi stressate a temperature superiori a circa 90-95 gradi Fahrenheit (32-35 gradi Celsius), ha affermato Jägermeyr, anche se questo varierà in base al tipo di coltura e dipenderà dalla disponibilità di acqua. Il segno più visibile dello stress da calore è l’appassimento dovuto alla perdita d’acqua e può portare a danni permanenti alla pianta.

Mappa globale piatta che mostra l'aumento delle temperature globali dalla temperatura media 1951-1980.
Questa mappa codificata a colori mostra una progressione di variazioni della temperatura superficiale globale anomalie. Le temperature normali sono la media nel periodo di riferimento di 30 anni 1951-1980. Le temperature superiori al normale sono mostrate in rosso e le temperature inferiori alla norma sono mostrate in blu. Il frame finale rappresenta le anomalie della temperatura globale di 5 anni dal 2016-2020. Scala in gradi Celsius. Credit: Studio di visualizzazione scientifica della NASA

Diverse regioni sperimenteranno diverse intensità di calore nel clima futuro, specialmente durante eventi estremi come le ondate di calore. “Il modello di dove vengono coltivate le colture decide il modello degli impatti”, ha detto Jägermeyr. “Più cresci ai tropici, più sarai colpito. Poiché fa già abbastanza caldo, un ulteriore riscaldamento sarà più grave che alle alte latitudini».

Uno studio modello del 2019 ha simulato la futura produzione globale di grano con temperature globali previste di 1,5 gradi Celsius e 2,0 gradi Celsius al di sopra delle temperature preindustriali. Tenendo conto dell’effetto fertilizzante dell’anidride carbonica, i risultati hanno mostrato che i raccolti di grano per il grano da semina invernale o primaverile sono aumentati di circa il 5% nelle regioni più temperate come gli Stati Uniti e l’Europa, e sono diminuiti di circa il 2-3% nelle regioni più calde come come l’America centrale e parti dell’Africa. Inoltre, nelle regioni calde tra cui l’India, che produce il 14% del grano globale, hanno visto più frequentemente anni con basse rese di grano.

Anche la temperatura influisce sul ciclo di vita delle colture. Un piccolo aumento delle temperature giornaliere durante la stagione di crescita accelera il ciclo di vita della pianta, ha affermato Ruane. “Quindi ciò che accade è che la pianta matura più rapidamente e alla fine della stagione, quando mette giù il grano, non ha passato tanto tempo a costruire foglie, raccogliere la luce solare e produrre quell’energia di cui hai bisogno per il grano. .” Il risultato è un minor numero di cereali e rese dei raccolti inferiori.

L’acqua

L’ultimo pezzo importante del puzzle è l’acqua. Il cambiamento climatico sta influenzando i modelli di piogge e nevicate e provocando più estremi di siccità e precipitazioni.

“Alcune aree vedranno precipitazioni aggiuntive e quindi benefici”, ha affermato Jägermeyr. “Alcune regioni riceveranno troppe precipitazioni aggiuntive e quindi vedranno effetti negativi da piogge in eccesso. E un sacco di regioni vedranno effettivamente la siccità”. Ad esempio, i monsoni possono portare più pioggia nel sud-est asiatico e la siccità può diventare più intensa negli Stati Uniti occidentali, in Australia, in Africa e in America centrale.

La quantità di acqua disponibile per l’irrigazione sta già subendo gli effetti del cambiamento climatico. I manti nevosi montani si stanno riducendo sull’Himalaya e sulla Sierra Nevada della California , che sono le fonti primarie di acqua potabile e di irrigazione.

I livelli delle acque sotterranee sono anche sensibili ai cambiamenti climatici come la siccità persistente e le piogge eccessive. Uno studio del 2018 ha mostrato che dove le acque sotterranee vengono utilizzate per l’agricoltura, i livelli delle acque sotterranee generalmente stanno diminuendo sia per l’acqua estratta che per la sua sensibilità al cambiamento. Inoltre, le piante accedono all’acqua nel suolo, che nelle regioni più calde e in un futuro più caldo è più incline all’evaporazione, lasciandone meno alle piante da usare.

L’accesso all’acqua ha un effetto diretto sulla salute delle colture e le osservazioni satellitari sono uno degli input chiave per gli strumenti che i ricercatori e i partner della NASA stanno costruendo per aiutare a gestire il nostro futuro più caldo.

Adattamento

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“Ci preoccupiamo del cambiamento climatico non a causa dei gradi Celsius o delle parti per milione di CO 2 , ma perché questi a loro volta influenzano tutti i settori e le nostre vite”, ha affermato Ruane, riferendosi non solo al settore e all’economia agricola su larga scala, ma anche cambiamenti quotidiani che avverranno quando le comunità risponderanno ai cambiamenti climatici.

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Oltre a esaminare le conseguenze dirette dei fattori ambientali dei cambiamenti climatici sulle colture, i team di ricerca all’interno di AgMIP stanno anche esaminando il potenziale di adattamenti, pratiche di gestione e incentivi economici che aiuteranno a mitigare i peggiori risultati.

Ci sono tre tipi di strategie di adattamento, ha detto Ruane: cose decise ogni anno, come quando piantare e la rotazione delle colture di un campo; investimenti a lungo termine, come un nuovo trattore, sistemi di irrigazione migliorati o nuove infrastrutture di irrigazione nelle aree attualmente alimentate dalla pioggia; e azioni trasformative, come l’allevamento di nuove varietà di colture o la risposta a cambiamenti su larga scala nella dieta di una popolazione.

“Possiamo testare diverse opzioni nei campi virtuali [del modello]”, ha detto Ruane. “Possiamo anche porre domande su come cambiano i prezzi [calcolati] nei nostri modelli economici se le persone adottano il tipo di dieta che abbiamo qui negli Stati Uniti rispetto alla dieta mediterranea o alla dieta dell’Asia orientale”. Ad esempio, cosa succede quando una popolazione mangia più o meno carne, o passa dal mangiare più cibi a base di grano a mangiare più cibi a base di riso, o viceversa? I modelli possono anche esplorare altri effetti secondari di questi grandi cambiamenti, soprattutto quelli imprevisti.

Ruane aggiunge: “Se vogliamo davvero sapere cosa accadrà agli agricoltori o ai consumatori, dobbiamo portare l’economia della situazione”. Poiché in futuro i cambiamenti climatici avranno un impatto sui sistemi alimentari, gli effetti si diffonderanno attraverso l’economia e nelle famiglie, modellati dal modo in cui le persone reagiscono.