Rekord tørke og varme har nogle landmænd bekymret for, hvor og hvornår afgrøder kan dyrkes i fremtiden, selv i Californien, hvor en hidtil uset mikroklimadiversitet skaber ideelle vækstbetingelser for mange af de mest populære varer i amerikanske dagligvarebutikker. En tredjedel af de grøntsager og to tredjedele af frugter og nødder, som amerikanerne indtager, dyrkes nu på mere end 76.000 gårde i hele staten, men om 20 år kan visse regioner i Californien simpelthen blive for varme og tørre til fortsat produktion.
Ny forskning fra Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) viser, at i årene 2045-2049 vil fremtidige temperaturer have mere indflydelse på, hvornår kølige sæsonafgrøder, såsom broccoli og salat, kan dyrkes end på hvor, mens påvirkningen for varmårsafgrøder (cantaloupe, tomater, gulerødder) vil være større for, hvor de kan dyrkes i forhold til hvornår. Forskerne beskriver parring af computermodellering med information om historiske og ideelle dyrkningstemperaturer for fem vigtige californiske afgrøder i deres papir, "Projekterede temperaturstigninger kan kræve skift i vækstsæsonen for kølige sæsonafgrøder og dyrkningsstederne for varmesæsonafgrøder," som udkom i tidsskriftet Science of the Total Environment tidligere på måneden.
"For at sikre fødevaresikkerhed for Californien og resten af landet er det vigtigt at forudsige, hvordan fremtidig opvarmning vil påvirke det californiske landbrug," sagde avisens hovedforfatter Alison Marklein."Vi har brug for pålidelig information om, hvordan fremtidige klimaforhold vil påvirke vores afgrøder, for at landbrugssystemet kan udvikle et passende svar til at sikre fødevaresikkerhed. For eksempel er en stor udfordring, når man overvejer at flytte afgrøder, at avlerne har specialiseret viden om deres jord og afgrøder. Hvis afgrøder ikke længere kan dyrkes på deres nuværende lokaliteter, så skal landmanden enten flytte til et nyt område eller dyrke en anden afgrøde, hvilket udgør en praktisk og økonomisk byrde for landmanden."
Marklein, som nu er videnskabsmand ved UC Riverside, havde tidligere ledet projektet, mens han gennemførte et postdoc-stipendium ved Berkeley Lab og samarbejdede med Peter Nico, en studiemedforfatter og stabsforsker i Berkeley Labs Earth and Environmental Sciences Area. Forskere fra det amerikanske landbrugsministerium og UC Davis bidrog også. Forskningen er finansieret af University of Californias Global Food Initiative og repræsenterer et væsentligt forskningsfokus for Berkeley Lab: bæredygtigt landbrug. En anden aktuel Berkeley Lab-undersøgelse anvender maskinlæring til at udvikle mikrobielle ændringer, der kan genopbygge jord, der er udtømt for næringsstoffer som kulstof og fosfor.
Vanner sig til ekstreme klimaer
I gennemførelsen af undersøgelsen udvalgte forskerne først fem årlige afgrøder, der produceres mere i Californien end nogen anden stat - salat, broccoli, gulerødder, tomater og cantaloupe. Disse næringstætte afgrøder bidrog med 64 % af statens kontante værdi af grøntsags- og melonafgrøder i 2016 og er afgørende for fødevaresikkerheden, som det fremgår af deres placering blandt de bedste grøntsager og frugter doneret til fire undersøgte californiske fødevarebanker.
Teamet indhentede derefter 15 års lufttemperaturdata begyndende i 1990 fra steder i hele staten, såvel som information om afgrødetemperaturtærskler - eller maksimum og minimum lufttemperaturer, ud over hvilke afgrødesvigt forekommer - og vækststeder for hver af de fem afgrøder, der går syv år tilbage. De overvejede også en afgrødes optimale vækstsæsonlængde: for eksempel kræver broccoli fire på hinanden følgende måneder med minimum 39 grader Fahrenheit og maksimum 95 grader.
Forskerne satte sig for at sammenligne, hvordan hver afgrøde ville klare sig på tværs af Californien under forskellige mulige klimascenarier, en varm-tør og en anden kølig-våd, og så på, hvordan højere temperaturer kan påvirke afgrøderne på deres historiske vækststeder. Dernæst identificerede de muligheder for at udvide enhver afgrøde til et mere ideelt vækststed baseret på den afgrødes temperaturtærskel, idet de kiggede på alle områder, hvor afgrøden ikke er blevet dyrket, selv hvor jord ikke tidligere har været brugt til landbrug.
Til sidst beregnede holdet, hvor meget af den jord, der historisk blev brugt til at dyrke hver af de fem afgrøder, der kan opretholdes under fremtidige opvarmningsscenarier (varmt-tørt, køligt-vådt); hvor meget af det anvendte land ville være uholdbart på grund af temperaturstigning; og hvor meget jord, der ikke tidligere blev brugt til landbrug, potentielt kunne understøtte hver af de fem afgrøder i forhold til historisk landbrugsjord, hvor disse afgrøder endnu ikke er blevet dyrket.
Tomater kan få nogle voksesmerter
"Vi fandt forskelle i, hvordan varmere temperaturer vil påvirke afgrøderne i den kolde sæson i forhold til de varme sæsoners afgrøder," sagde Marklein. "For kølige sæsonafgrøder som broccoli og salat kan det være muligt at forlænge deres vækstsæsoner. Men det kan blive for varmt at dyrke varmsæsonstomater, hvor de historisk har været opdrættet om sommeren, og kan kræve at flytte dem til mildere klimaer varm nok til at dyrke tomater under de nye klimascenarier."
Teamet fandt ud af, at både den kølige sæsons afgrøder, broccoli og salat, i øjeblikket dyrkes tættere på deres lavere temperaturtærskler i løbet af efteråret og foråret. Klimamodellerne forudsiger en stigning i vintertemperaturerne over minimumstemperaturtærsklen for begge afgrøder, hvilket tyder på, at disse afgrøder i midten af århundredet også kunne dyrkes ind i vinteren, selv i områder, hvor de ikke historisk har været dyrket.
De varmere temperaturer i efteråret og foråret tyder på, at tomater kan drage fordel af et skift i vækstsæsonen. Men det kan vise sig at være sværere, end det ser ud til.
"Ser man på det varme-tørre fremtidige klimascenarie, selvom temperaturerne i efteråret og foråret sandsynligvis vil stige ligesom sommertemperaturerne, er et skift i vækstsæsonen ikke en holdbar løsning, fordi sommertemperaturerne sandsynligvis vil overstige de kritiske temperaturer for tomater," sagde Marklein. "Tomater har brug for fire på hinanden følgende måneder til deres vækstsæson, så hullet i midten, der er udfyldt af sommeren, gør dette umuligt."
Muligheder kunne dukke op over alt
Selvom det er rigtigt, at nogle af de undersøgte afgrøder, især tomater, vil miste områder, hvor de traditionelt er blevet dyrket på grund af fremtidig opvarmning, kan der være nogle måder at afbøde disse potentielle udfordringer. For eksempel, fordi deres analyse fokuserede på lufttemperatur frem for afgrødetemperatur, kan kunstvanding i praksis være i stand til at reducere nogle negative varmeeffekter.
I alt sagde Marklein, at denne undersøgelse giver landbrugsplanlæggere en masse at tænke over."Dette er virkelig et første skridt i planlægningen af fremtidige klimascenarier. Dette arbejde kan bruges til at hjælpe med at prioritere ressourcer som afgrødejord og vand for at maksimere landbrugets produktivitet og fødevaresikkerhed," sagde hun. "Det er afgørende at planlægge forud for fremtidige opvarmningsscenarier, især i områder som Californien, der brødføder nationen."
