Table of Contents

Изменение климата глубоко меняет сельскохозяйственные ландшафты во всем мире, изменяя фундаментальные условия, в которых производится продовольствие. Повышение глобальных температур, изменение моделей осадков и все более частые экстремальные погодные явления приводят к сложным изменениям в жизнеспособности сельскохозяйственных культур, производительности и сельскохозяйственной практике. Эти географические эффекты широко варьируются в зависимости от регионального климата, типов почв и социально-экономических условий, создавая разнообразную мозаику проблем и возможностей для фермеров, сельских общин и политиков. Понимание этой региональной динамики имеет решающее значение для разработки эффективных стратегий адаптации для обеспечения устойчивой глобальной продовольственной безопасности перед лицом изменения климата.

Повышение температуры и их влияние на рост урожая

С доиндустриальной эпохи средние глобальные температуры увеличились примерно на 1,1 °C, при этом прогнозы оценивают дальнейшее повышение на 1,5 °C до 2,0 °C к середине века, если выбросы парниковых газов продолжатся без изменений. Это потепление неравномерно распределено, что приводит к различным воздействиям в разных сельскохозяйственных зонах. Изменения влияют на физиологию сельскохозяйственных культур, вегетационные периоды и общую производительность систем сельского хозяйства, часто сложными и взаимосвязанными способами.

Сокращение сезонов роста и тепловой стресс в тропических и субтропических зонах

Тропические и субтропические регионы, где температура уже близка к верхним порогам для многих основных культур, таких как кукуруза, рис и пшеница, сталкиваются с растущим тепловым стрессом. Повышенные температуры ускоряют развитие растений, вызывая сокращение периода наполнения зерна - критической фазы, когда растение накапливает крахмал и питательные вещества в семенах или фруктах. Этот сокращенный период обычно приводит к снижению урожайности. Научные исследования показывают, что повышение температуры на 1 ° C может снизить глобальные урожаи пшеницы на 4-6% и урожай кукурузы на 7-8% в этих климатах.

Фермеры в таких районах, как Африка к югу от Сахары и Южная Азия, сталкиваются с сокращением сроков выращивания и адаптируются к ним, изменяя сроки посадки, принимая ранние или жаростойкие сорта сельскохозяйственных культур и экспериментируя с методами взаимопересекания, однако эти адаптации часто требуют доступа к улучшенным сортам семян и агрономическим знаниям, которые остаются ограниченными для многих мелких фермеров, что усугубляет уязвимость.

Расширенные сезоны роста в высокогорных и умеренных регионах

И наоборот, регионы на более высоких широтах, включая Канаду, Северную Европу и часть России, испытывают более длительные периоды без заморозков, которые эффективно удлиняют вегетационный период. Это расширение предлагает возможности для выращивания культур, ранее не подходящих для этих более холодных зон, таких как весенняя пшеница, рапс и некоторые фрукты, такие как вишня и яблоки. Например, канадские прерии видели сдвиги в подходящих зонах урожая на север и на более высокие высоты.

Однако эти достижения сопряжены с новыми проблемами. Более теплые условия способствуют увеличению давления вредителей и болезней, в то время как изменчивость погоды, включая неожиданные заморозки или холодные заморозки в конце сезона, может угрожать молодым растениям. Кроме того, инфраструктура, такая как хранилища и транспортные сети, может потребовать модернизации для поддержки новых моделей выращивания. Передача знаний и услуги по распространению знаний будут иметь решающее значение для обеспечения того, чтобы фермеры могли воспользоваться этими возможностями, не неся чрезмерных рисков.

Физиологические эффекты теплового стресса на посевы

Экстремальные тепловые явления — часто короткие, но интенсивные — могут нанести значительный физиологический ущерб культурам. Многие основные растения испытывают резкое снижение жизнеспособности пыльцы при температуре более 35 ° C, что приводит к плохому опылению и снижению набора фруктов или зерновых. Например, во время жары 2012 года на Среднем Западе США урожай кукурузы упал примерно на 25% из-за вызванной жарой репродуктивной недостаточности.

Более того, высокие температуры повышают скорость дыхания растений, которые потребляют энергию, которая в противном случае поддерживала бы наполнение зерна и накопление биомассы. Длительный или повторяющийся тепловой стресс может повредить клеточные структуры и ослабить защиту растений, делая их более восприимчивыми к болезням и вредителям. Понимание этих физиологических реакций жизненно важно для разведения жароустойчивых сортов и оптимизации графиков посадки, чтобы избежать тепловых пиков.

Изменение структуры осадков и доступность воды

Изменение климата нарушает установленные режимы осадков, что приводит к увеличению засушливости в некоторых регионах и усилению осадков в других. Эти изменения напрямую влияют на уровень влажности почвы, ирригационные поставки и жизнеспособность сельского хозяйства, на которое приходится примерно 80% мировых пахотных земель. Таким образом, наличие воды является критическим фактором, формирующим устойчивость сельского хозяйства в условиях изменения климата.

Увеличение частоты и тяжести засухи

Регионы, уже уязвимые к дефициту воды, такие как Средиземноморский бассейн, юго-западные Соединенные Штаты, австралийский бассейн Мюррей-Дарлинг и Сахель в Африке, испытывают более частые и сильные засухи. Во время засух дефицит влажности почвы на критических этапах роста урожая может снизить урожайность на 50% и более. Например, засуха в Северной Европе в 2018 году привела к значительным потерям в производстве кормов и зерна, что повлияло на доступность кормов для скота и цены на продовольствие.

Продовольственная и сельскохозяйственная организация (ФАО) определяет засуху как главную причину серьезной нехватки продовольствия в развивающихся странах, проблемы, которая усиливается изменением климата. Фермеры в этих регионах часто сталкиваются с двойной проблемой: они сталкиваются с сокращением количества осадков и деградацией почв, что снижает способность удерживать воду.

Наводнение, заболачивание и эрозия почвы

Увеличение влагоудерживающей способности более теплого воздуха приводит к более интенсивным событиям осадков, способствуя наводнениям и заболачиванию воды во многих сельскохозяйственных регионах. Например, весенние осадки на Среднем Западе США увеличились на 30-40% за последние десятилетия, что привело к задержке посадки, эрозии почвы и стоку питательных веществ. Наводнение может потопить сельскохозяйственные культуры, утопить корневые системы и транспортировать патогены растений, вызывая потери урожая и ухудшение качества.

В Южной Азии муссон стал более неустойчивым, с периодами экстремальных осадков, вызывающих внезапные наводнения, за которыми следует засуха. Эта непредсказуемость подрывает традиционные календари посадки и увеличивает риск полного неурожая. Аналогичным образом, в некоторых частях Африки и Латинской Америки наводнения усугубляют эрозию почвы, устраняя плодородные верхние слои почвы и снижая продуктивность земель с течением времени.

Проблемы ирригации и истощение подземных вод

Поскольку поверхностные воды становятся все более ненадежными, фермеры все чаще обращаются к грунтовым водам для орошения. Однако многие ключевые сельскохозяйственные регионы, такие как индийский Пенджаб, Северо-Китайская равнина и Центральная долина Калифорнии, испытывают быстрое истощение водоносного горизонта из-за чрезмерного извлечения. Изменение климата ухудшает эту тенденцию, уменьшая естественную подпитку грунтовых вод за счет измененных осадков и увеличения испарения.

Кроме того, прибрежные сельскохозяйственные районы сталкиваются с угрозами, связанными с повышением уровня моря и вторжением соленой воды, которые загрязняют пресноводные водоносные горизонты и ограничивают ирригационный потенциал. Например, в низменных районах дельты в Бангладеш и Вьетнаме наблюдается засоление почвы и подземных вод, сокращение урожайности риса и средств к существованию. Для решения этих проблем срочно необходимы устойчивые методы и политика в области управления водными ресурсами.

Экстремальные погодные явления и прямой ущерб сельскохозяйственным системам

Частота и интенсивность экстремальных погодных явлений, таких как штормы, ураганы, град, волны тепла и лесные пожары, заметно возросли в последние десятилетия. Эти события могут нанести немедленный и катастрофический ущерб культурам, животноводству и сельскохозяйственной инфраструктуре, восстановление которых часто занимает годы.

Штормы и ураганы

Тропические циклоны и ураганы наносят серьезный ущерб сельскохозяйственным ландшафтам, особенно в уязвимых регионах, таких как Карибский бассейн и Юго-Восточная Азия. Эти штормы могут сравнять с землей целые банановые плантации, опустошить какао- и кофейные фермы и наводнить рисовые поля, что приведет к долгосрочным потерям производства. Например, ураган Мария в 2017 году уничтожил до 80% урожая кофе в Пуэрто-Рико.

Даже в умеренных регионах сильные грозы с градом могут лишать листьев, ломать стебли и синяки, что приводит к общей потере урожая. В Великих равнинах США ежегодно случаются сотни градов, при этом застрахованные потери часто превышают 1 млрд долларов. Эти убытки не только снижают немедленную урожайность, но и увеличивают затраты на пересадку и борьбу с вредителями.

Тепловые волны и лесные пожары

Длительные тепловые волны накладывают серьезный стресс на сельскохозяйственные культуры и домашний скот и повышают риск лесных пожаров, которые могут опустошить сельскохозяйственные угодья. Австралийские лесные пожары 2019–2020 годов уничтожили обширные площади сельскохозяйственных угодий и убили тысячи скота, серьезно повлияв на сельскую экономику. Аналогичным образом, сезоны лесных пожаров в Калифорнии усилились по частоте и серьезности, повредив виноградники, сады и пастбища.

Помимо прямого пожарного ущерба, дым от лесных пожаров может уменьшить проникновение солнечного света, что отрицательно сказывается на фотосинтезе на больших площадях. Это явление может снизить урожайность даже на полях, непосредственно не сжигаемых, усугубляя экономические последствия.

Вспышки болезней и вредителей

Более теплые температуры и измененные режимы осадков создают более благоприятные условия для многих сельскохозяйственных вредителей и болезней. Насекомые часто завершают больше жизненных циклов в год в более теплом климате, что приводит к демографическим взрывам. Кроме того, многие вредители расширяют свои географические диапазоны в сторону полюса и на более высокие высоты.

Осенний армейский червь, первоначально обитавший в Северной и Южной Америке, быстро распространился по Африке, Азии и Средиземноморью, вызывая широко распространенный ущерб от кукурузы. Аналогичным образом, грибковые заболевания, такие как ржавчина пшеницы и ржавчина листьев кофе, процветают при повышенной влажности и изменчивости температуры. В Шестом оценочном докладе МГЭИК отмечается, что рост давления вредителей и патогенов является основной угрозой для будущего производства продуктов питания, усугубляя проблемы, связанные с изменением климата.

Географические различия: региональные последствия в фокусе

Воздействие изменения климата на сельскохозяйственные ландшафты зависит от местоположения, на него влияют местный климат, почвенные условия, топография и социально-экономические факторы. Понимание этих географических изменений имеет важное значение для разработки индивидуальных мер адаптации.

Тропические регионы

Тропическое сельское хозяйство сталкивается с некоторыми из самых серьезных и непосредственных последствий. Высокие базовые температуры, усиление штормов и изменение моделей осадков угрожают основным культурам, таким как маниока, ямс и рис. В Юго-Восточной Азии повышение уровня моря и повышение солености ухудшают прибрежные рисовые поля, что приводит к снижению урожайности и продовольственной безопасности.

В Центральной Америке производство кофе перемещается на более высокие высоты, поскольку районы с низким уровнем подъема становятся слишком жаркими и подверженными болезням. Этот сдвиг часто вызывает обезлесение и конфликты землепользования, поскольку фермеры очищают новые лесные районы для выращивания. Мелкие фермеры в тропических регионах особенно уязвимы из-за ограниченного доступа к технологиям, кредитам и страхованию, что подчеркивает необходимость целенаправленной поддержки и наращивания потенциала.

Засушливые и полузасушливые зоны

Засушливые и полузасушливые зоны, включая Сахель в Африке, на Ближнем Востоке и в центральной Австралии, испытывают на себе ухудшение засух и прогрессирующее опустынивание. Неустойчивое земледелие и практика выпаса скота усугубляют деградацию почв и сокращают растительный покров, что, в свою очередь, ускоряет деградацию земель.

Нехватка воды является основным препятствием, заставляющим многих фермеров отказаться от традиционного сельского хозяйства, основанного на дождевых кормах, или полагаться на все более дорогостоящие системы орошения. Эти регионы сталкиваются с порочным циклом снижения производительности, бедности и миграционного давления. Инициативы по восстановлению земель, устойчивое управление выпасом скота и засухоустойчивые культуры являются критическими компонентами адаптации здесь.

Умеренные зоны

Умеренные регионы, такие как Кукурузный пояс США, Западная Европа и части Китая, испытывают сложную смесь положительных и отрицательных эффектов. Более длительные вегетационные периоды и увеличение концентрации углекислого газа могут повысить урожайность некоторых культур. Однако эти преимущества часто компенсируются более частыми волнами тепла, сильными осадками, наводнениями и вспышками вредителей.

Волна тепла 2021 года на северо-западе Тихого океана вызвала обширный ущерб от солнечных ожогов в садах, что снизило качество фруктов и их товарность. Аналогичным образом, европейская засуха 2022 года сократила производство кукурузы и сои, подчеркнув уязвимость систем умеренного земледелия к изменчивости климата. Адаптация за счет улучшенных сортов сельскохозяйственных культур, точного земледелия и диверсификации культур имеет важное значение для поддержания производительности.

Высокогорные и высокогорные регионы

Потепление в высокоширотных регионах, таких как Скандинавия, Канада, Россия и Тибетское плато, открывает новые границы для сельского хозяйства, однако расширение ограничено тонкими, бедными питательными веществами почвами, короткими вегетационными периодами и проблемами, такими как оттепель вечной мерзлоты, которая может дестабилизировать сельскохозяйственные угодья и инфраструктуру.

Горные районы, такие как Анды и Гималаи, сталкиваются с отступающими ледниками, которые снижают доступность воды в сухой сезон для орошения и животноводства. Изменения в сроках таяния снега также влияют на водные ресурсы вниз по течению. Хотя новые районы могут стать пригодными для выращивания сельскохозяйственных культур, долгосрочная устойчивость требует тщательного планирования землепользования, чтобы избежать экологической деградации и потери биоразнообразия.

Стратегии адаптации для фермеров и политиков

Несмотря на существенные проблемы, связанные с изменением климата, широкий набор стратегий адаптации может повысить устойчивость сельского хозяйства. Эти стратегии должны быть конкретными с учетом контекста, включая местные экологические и социально-экономические условия.

Выбор урожая и разнообразия

Развитие и внедрение сортов сельскохозяйственных культур, которые переносят жару, засуху и наводнения, имеет основополагающее значение для адаптации. Достижения в технологиях селекции растений, включая селекции с помощью маркеров и редактирование генов, ускоряют развитие таких сортов. Например, устойчивые к наводнениям сорта риса (Sub1) широко распространены в Бангладеш и Индии, что значительно снижает потери урожая во время муссонных наводнений.

Диверсификация портфелей сельскохозяйственных культур, включая бобовые, корнеплоды и другие виды с дополнительными климатическими требованиями, помогает распространять риск и улучшает здоровье почвы за счет фиксации азота и органических веществ. Поддержка доступа фермеров к качественным семенам, услугам по распространению и рыночным связям имеет решающее значение для успешного внедрения.

Инновационное управление водными ресурсами

Повышение эффективности использования воды имеет решающее значение, особенно в регионах с дефицитом воды. Такие методы, как капельное и спринклерное орошение, уменьшают потери воды, в то время как методы сбора дождевой воды и сохранения влаги в почве, такие как мульчирование и минимальная обработка почвы, помогают удерживать влагу почвы во время сухих периодов.

В районах, подверженных наводнениям, улучшение дренажной инфраструктуры и посадки на поднятых слоях могут смягчить ущерб от заболачивания. Методы подпитки водоносных горизонтов и комплексное управление водосборными бассейнами могут повысить подпитку подземных вод, поддерживая устойчивость орошения. Директивным органам следует содействовать справедливому распределению воды и стимулировать водосберегающие методы.

Агроэкологические и устойчивые методы ведения сельского хозяйства

Агроэкологические подходы, включая сохранение сельского хозяйства, агролесоводство, покрытие посевов и комплексное управление вредителями, повышают экосистемные услуги и повышают устойчивость системы. Эти методы улучшают здоровье почвы, увеличивают удержание воды и поддерживают биоразнообразие, делая сельскохозяйственные системы более способными противостоять климатическим потрясениям.

Например, включение деревьев в пахотные земли обеспечивает тень, которая снижает тепловую нагрузку на сельскохозяйственные культуры и домашний скот, предотвращает эрозию почвы и генерирует дополнительный доход от фруктов или древесины. Покровные культуры защищают почву от эрозии, фиксируют азот и подавляют сорняки, уменьшая потребность в синтетических входах.

Климатически-умная политика и институциональная поддержка

Эффективная адаптация требует поддержки рамок политики. Правительства и учреждения должны инвестировать в сельскохозяйственные исследования, услуги по распространению знаний и системы раннего предупреждения о климате. Схемы страхования могут помочь фермерам управлять климатическими рисками, в то время как политика, способствующая устойчивому землепользованию и сокращению пищевых отходов, способствует устойчивости.

Ресурсы НАСА по адаптации к изменению климата подчеркивают важность интеграции климатических данных в процесс принятия решений в сельском хозяйстве на местном, региональном и национальном уровнях. Многостороннее сотрудничество, включая фермерские организации, НПО и частный сектор, способствует разработке и осуществлению эффективных стратегий адаптации.

Адаптация на уровне сообщества и обмен знаниями

Местные знания и коллективные действия имеют жизненно важное значение для успешной адаптации. Подходы, основанные на сообществах, позволяют фермерам обмениваться опытом, разрабатывать соответствующие местным условиям решения и создавать социальный капитал. Программы исследований и распространения, основанные на участии, которые включают традиционные знания наряду с научными достижениями, повышают темпы внедрения и устойчивость.

Примерами являются общинные семенные банки, фермерские полевые школы и комитеты по совместному управлению водными ресурсами. Эти инициативы повышают устойчивость путем развития социальных сетей и создания адаптивного потенциала, особенно среди уязвимых групп населения.

В заключение следует отметить, что изменение климата коренным образом меняет географические условия и производительность сельскохозяйственных ландшафтов во всем мире. Хотя проблемы являются значительными, активная адаптация, которая объединяет технологические инновации, устойчивое управление, политическую поддержку и участие общин, может помочь обеспечить продовольственную безопасность и средства к существованию в сельских районах в условиях потепления.