Table of Contents

Сельскохозяйственные районы Среднего Запада США и Европы сталкиваются с беспрецедентными проблемами, поскольку повышение температуры меняет фундаментальные условия, которые поддерживали производство сельскохозяйственных культур в течение нескольких поколений. Более высокие температуры и большая изменчивость в критический период выращивания кукурузы и сои могут привести к более низким уровням производства, чем было бы достигнуто в противном случае. Эти плодородные равнины, которые долгое время служили глобальными житницами, теперь сталкиваются со сложной паутиной климатических угроз, которые выходят далеко за рамки простых тенденций потепления, затрагивая все, от состава почвы до наличия воды и жизнеспособности урожая.

Недавние исследования показывают масштабы этой проблемы. Глобальное производство ежегодно снижается на 5,5 × 1014 ккал на 1 °C среднего глобального повышения температуры поверхности (120 ккал на человека в день или 4,4% рекомендуемого потребления на 1 °C). Для Среднего Запада, в частности, места на Среднем Западе, которые действительно хорошо подходят для современного производства кукурузы и сои, просто забиваются в условиях высокого потепления в будущем, что поднимает фундаментальные вопросы о будущем американского кукурузного пояса. В Европе ситуация столь же ужасна, с изменением климата может снизить урожай кукурузы и пшеницы к 2050 году до 49% в южной Европе, угрожая продовольственной безопасности по всему континенту.

Понимание температурного кризиса в сельскохозяйственных регионах

Повышение температуры на Среднем Западе и в Европе не является однородным или простым. По прогнозам, на Среднем Западе температура в теплое время года будет расти больше, чем в любом другом регионе Соединенных Штатов. Это непропорциональное потепление создает уникальные проблемы для сельскохозяйственных систем, которые развивались в различных климатических условиях. Последствия выходят за рамки среднего повышения температуры, чтобы включать более частые и сильные экстремальные температуры, которые могут опустошать сельскохозяйственные культуры во время критических фаз роста.

Мера экстремальной жары, известная как «дни градуса», - фиксирующая как количество, так и продолжительность температур, превышающих пороговые значения для конкретной культуры (84 ° F для кукурузы и 86 ° F для сои), - может объяснить год к году изменчивость урожайности. Когда эти пороги превышены, культуры испытывают физиологический стресс, который не может быть отменен, даже если условия позже улучшатся. Модель 2009 года точно предсказала примерно 25% потери урожайности во время тепловой волны 2012 года по кукурузному поясу.

В Европе проблемы с температурой варьируются в зависимости от региона, но в равной степени касаются и Южной Европы, которая сталкивается с хроническими засухами, экстремальными волнами жары и нехваткой воды. Между тем, в Северной Европе можно ожидать более нестабильных зим и насыщенных почв, повышения температуры. Западная Европа сталкивается с повышенным риском наводнений, задержкой урожаев и посадки из-за сильных осадков. Центральная и Восточная Европа сталкиваются с неустойчивой смесью засухи, теплового стресса, долгосрочных тенденций засушливости и риска внезапных наводнений.

Парадокс растущего сезона

Одним из наиболее парадоксальных аспектов изменения климата в этих регионах является парадокс вегетационного периода. В то время как более высокие температуры продлевают период без заморозков, это очевидное преимущество имеет значительные недостатки. Вегетационный сезон Великих озер удлинился на 16 дней с 1951 по 2017 год, в первую очередь из-за более раннего возникновения последнего весеннего мороза в последние десятилетия. Сезон без заморозков, по прогнозам, увеличится на 10 дней к началу века, на 20 дней к середине века и до месяца к концу века по сравнению с периодом 1976-2005 годов (на основе сценария с высокими выбросами).

Однако этот продолжительный сезон создает новые уязвимости. Частота весенних заморозков, которые происходят после начальных фаз развития урожая, увеличилась в течение того же периода времени. Это, вероятно, связано с теплыми пятнами, которые происходят ранее в этом году, что в прошлом, стимулируя более раннее развитие урожая. Это привело к увеличению риска производственных потерь со временем. Особенно пострадали плодовые культуры, с разрушительными событиями замораживания, повреждающими производство яблок, винограда и вишни на Среднем Западе и Северо-востоке.

Пороги температуры и уязвимость урожая

Различные культуры реагируют на температурный стресс различными способами, и понимание этих порогов имеет решающее значение для прогнозирования будущих результатов сельского хозяйства. Для пшеницы повышение температуры на 1 ° C приведет к потере урожайности на 6,1%, когда повышение температуры будет ниже 2,38 ° C; однако, когда оно превысит 2,38 ° C, потеря урожая возрастет до 8,2% на 1 ° C. Это демонстрирует, что климатические воздействия не являются линейными - они ускоряются по мере того, как температуры пересекают критические пороги.

Для кукурузы ситуация особенно тревожна на Среднем Западе. Небольшие долгосрочные средние повышения температуры сократят продолжительность репродуктивного развития, что приведет к снижению урожайности, даже если компенсировать увеличением стимуляции CO2, которое, вероятно, произойдет в более теплом климате. Это означает, что даже потенциальные выгоды от увеличения содержания углекислого газа в атмосфере не могут компенсировать ущерб, причиненный тепловым стрессом во время критических репродуктивных фаз.

Соевые бобы демонстрируют более сложную картину реагирования. Для соевых бобов урожаи имеют два из трех шансов на увеличение в начале ближайшего будущего из-за повышенной стимуляции углекислым газом. Урожайность, вероятно, снизится к концу века из-за повышенного теплового стресса от увеличения количества дней с температурой выше 95 и 100°F. Эта временная вариация в воздействиях усложняет долгосрочное планирование и стратегии адаптации.

Комплексное воздействие на системы производства сельскохозяйственных культур

Воздействие повышения температуры на производство сельскохозяйственных культур выходит далеко за рамки простого теплового стресса. Большинство регионов, где выращивают зерновые культуры, испытали как быстрое потепление, так и высыхание в атмосфере, что оказывает значительное негативное воздействие на урожайность трех из пяти культур. Такое сочетание теплового и влагоустойчивого воздействия создает сложные эффекты, которые более разрушительны, чем любой из факторов.

Тепловой стресс на критических этапах роста

Тепловой стресс влияет на рост урожая. Когда экстремальная температура возникает во время цветения (называемое антезисом), это может привести к стерилизации (без образования зерна) и потерям урожайности. Эта уязвимость репродуктивной фазы представляет собой одну из самых значительных угроз продуктивности урожая. Во время цветения даже кратковременное воздействие экстремальных температур может вызвать постоянный ущерб, который снижает урожайность независимо от последующих условий выращивания.

Тепловой стресс представляет собой важную угрозу для сельскохозяйственного производства и глобальной продовольственной безопасности. Посевы особенно уязвимы к эпизодам высокой температуры в период их воспроизводства. Сроки тепловых волн относительно стадий развития сельскохозяйственных культур могут определять, приносит ли сезон обильные урожаи или разрушительные потери. Эта временная чувствительность делает изменчивость климата особенно сложной задачей для фермеров, которые должны принимать решения о посадке за месяцы до того, как узнают, какие погодные условия будут преобладать во время критических окон роста.

Региональные изменения температурного воздействия

Последствия повышения температуры значительно различаются в разных регионах Среднего Запада и Европы. Воздействие этих факторов, вероятно, будет наиболее серьезным в более южных регионах полевых культур, таких как Миссури или южный Иллинойс. Эти южные районы уже испытывают температуры ближе к пределам толерантности к урожаю, а это означает, что даже скромное дополнительное потепление может вытолкнуть условия за пределы жизнеспособных порогов.

И наоборот, сельское хозяйство северного Висконсина, например, вероятно, выиграет от изменения климата в будущем, из-за его более северного местоположения. Однако уже наблюдалось снижение урожайности в южных регионах из-за увеличения числа летних дней, превышающих 860F (300C). Этот градиент север-юг в воздействии климата создает победителей и проигравших в том же сельскохозяйственном регионе, что усложняет политические меры реагирования и планирование адаптации.

В Европе 2018 год стал ярким примером региональных изменений. В 2018 году Северная, Центральная и Восточная Европа столкнулись с необычными одновременно экстремальными температурными и сухими условиями с марта по август, тогда как несколько районов Юго-Западной Европы подверглись воздействию более высоких осадков. Южная Европа испытала положительные аномалии для большинства видов сельскохозяйственных культур. Более высокие урожаи в Южной Европе компенсировали массовые потери производства в Восточной и Северной Европе. Эта пространственная неоднородность в климатических воздействиях означает, что европейская продовольственная безопасность зависит от сложных торговых сетей и способности перемещать продовольствие из избытка в регионы с дефицитом.

Последние экстремальные события и их последствия

Последние годы стали отрезвляющими примерами того, как экстремальная жара влияет на сельскохозяйственное производство. Урожаи Южной Европы сталкиваются с коллапсом, поскольку рекордная жара в июле 2025 года достигает 46 °C, нарушая сельское хозяйство в Испании, Италии, Греции и Турции. Эти экстремальные явления становятся все более частыми и серьезными, проверяя пределы устойчивости сельского хозяйства.

В последние десятилетия в Европе произошло несколько экстремальных засух и жары, в частности в 2003, 2007, 2018, 2019, 2022, 2023 и 2024 годах. Эти климатические потрясения - от катастрофической засухи в Румынии и южной Испании до сильных наводнений в Греции и Центральной Европе - указывают на то, что ни одна сельскохозяйственная система в Европе не остается изолированной от климатического давления. Увеличение частоты таких событий означает, что то, что когда-то считалось редкими бедствиями, становится регулярными явлениями, которые фермеры должны планировать.

За последнее десятилетие экстремальные климатические явления привели к тому, что потери урожая на 30% превысили прогнозируемые тенденции. Это говорит о том, что климатические модели могут недооценивать сельскохозяйственные последствия экстремальных погодных условий или что частота и интенсивность экстремальных явлений увеличиваются быстрее, чем ожидалось.

Здоровье и деградация почв при повышении температуры

Повышение температуры влияет не только непосредственно на урожай, но и на почвенные системы, которые поддерживают сельскохозяйственное производство. Здоровье почвы представляет собой основу устойчивого сельского хозяйства, а изменение климата угрожает подорвать этот критический ресурс несколькими способами. Взаимодействие между температурой, влагой и биологией почвы создает каскадные эффекты, которые могут сохраняться годами или даже десятилетиями.

Ускоренная эрозия почвы и потеря органической материи

Более высокие температуры ускоряют разложение органического вещества в почве, снижая содержание углерода и общую фертильность. Этот процесс происходит быстрее в более теплых условиях, а это означает, что почвы на Среднем Западе и в Европе теряют органическое вещество быстрее, чем могут его пополнить естественными процессами. Потеря почвенного органического вещества снижает водоудерживающую способность, удержание питательных веществ и способность почвы поддерживать полезные микробные сообщества.

При сценариях изменения климата также увеличиваются темпы эрозии. Более интенсивные осадки, которые становятся все более распространенными во многих регионах, смывают верхний слой почвы ускоренными темпами. Между тем периоды засухи оставляют поверхности почвы открытыми и уязвимыми для ветровой эрозии. Эта комбинация водной и ветровой эрозии удаляет наиболее плодородные слои верхнего слоя почвы, оставляя после себя деградированные недра, которые менее продуктивны и более трудны в управлении.

Наибольший ущерб наносят климатические опасности там, где системы сельского хозяйства наиболее чувствительны — из-за высокой водной зависимости, деградированных почв, подверженного воздействию скота, монокультур и сильной зависимости от внешних факторов. Это подчеркивает, как деградация почв взаимодействует с другими климатическими уязвимостями для создания сложных рисков для сельскохозяйственных систем.

Динамика влажности почвы и взаимодействия температуры

Взаимосвязь между влажностью почвы и температурой создает петли обратной связи, которые могут усиливать воздействие климата. Более теплые температуры также увеличивают испарение в посевах. Там, где влажность почвы обильна, это не проблема, но в небольших, но существующих засушливых районах водный стресс становится серьезным. По мере высыхания почв они нагреваются быстрее, создавая еще более стрессовые условия для сельскохозяйственных культур.

Дефицит влажности почвы также влияет на биологическую активность почвы. Полезные микроорганизмы, которые циклируют питательные вещества и поддерживают здоровье растений, становятся менее активными или отмирают в условиях засухи. Это снижает способность почвы обеспечивать питательные вещества для сельскохозяйственных культур, даже когда применяются удобрения. Восстановление почвенных биологических сообществ после засухи может занять месяцы или годы, а это означает, что воздействие одного сухого сезона может сохраняться долго после того, как осадки вернутся к норме.

Долгосрочные тенденции качества почвы

Совокупное воздействие повышения температуры на качество почвы представляет собой медленно движущийся кризис, который может в конечном итоге оказаться более последовательным, чем отдельные экстремальные погодные явления. Почвы, на развитие которых ушло столетия или тысячелетия, могут значительно ухудшиться в течение десятилетий в неблагоприятных климатических условиях. Эта деградация снижает производительную способность сельскохозяйственных земель и увеличивает затраты, необходимые для поддержания урожайности.

В Европе сельское хозяйство в южной Европе функционирует в условиях хронической засухи, теплового стресса, эрозии почв и нехватки воды, что делает устойчивость к изменению климата условием экономического выживания, а не факультативным переходом.Сочетание этих факторов создает нисходящую спираль, в которой деградированные почвы менее способны противостоять климатическому стрессу, что приводит к дальнейшей деградации.

Водные ресурсы и проблемы ирригации

Наличие воды является одним из наиболее серьезных факторов, сдерживающих сельскохозяйственное производство в условиях изменения климата. Повышение температуры повышает спрос на воду, одновременно снижая ее доступность во многих регионах, создавая двойное давление на сельскохозяйственные водные ресурсы. Эта проблема затрагивает как дождевое, так и орошаемое сельское хозяйство, хотя и по-разному.

Увеличение эвапотраспирации и спроса на воду

По мере повышения температуры, культурам требуется больше воды для поддержания нормальных физиологических функций. Эвапотранспирация — комбинированная потеря воды в результате испарения из почвы и транспирации из растений — увеличивается экспоненциально с температурой. Это означает, что даже если осадки остаются постоянными, культуры испытывают больший стресс воды в более теплых условиях.

Прогнозируется, что тепловые волны станут более распространенными с изменением климата, что серьезно повлияет на урожайность. Инвестиции в ирригацию уменьшат чувствительность к волнам тепла, но они будут сопряжены со значительными затратами. Экономическое бремя расширения ирригационной инфраструктуры может быть непомерно высоким для многих фермеров, особенно в регионах, где водные ресурсы уже ограничены.

В США кукуруза и соя выращиваются преимущественно на Среднем Западе, где распространенной практикой является сухопутное (неорошаемое) сельское хозяйство. В отличие от культур, выращиваемых в теплицах или в условиях сильного орошения, они непосредственно подвержены колебаниям температуры и осадков. Эта зависимость от осадков делает сельское хозяйство Среднего Запада особенно уязвимым к изменениям в характере осадков и повышенному спросу на испарение.

Истощение подземных вод и дефицит поверхностных вод

В регионах, где уже практикуется ирригация, повышение температуры ускоряет истощение ресурсов подземных вод. Водоносные горизонты, на заполнение которых ушло тысячи лет, сокращаются неустойчивыми темпами, поскольку фермеры перекачивают больше воды для компенсации возросших потерь испарения и сокращения осадков. Это истощение подземных вод представляет собой долгосрочную угрозу для устойчивости сельского хозяйства, которая может быть необратимой в масштабах времени человека.

Реки и водохранилища, которые поставляют ирригационную воду, испытывают сокращение потоков во многих регионах из-за уменьшения снежного покрова, более раннего таяния снега и увеличения испарения. Конкуренция за воду среди сельскохозяйственных, городских и экологических целей усиливается, создавая конфликты, которые могут ограничить доступность сельскохозяйственной воды даже при наличии физических поставок.

Улучшение орошения может снизить потери урожая пшеницы, но засухи уже привели к сбоям в ирригации в южной и восточной Европе. Это демонстрирует, что ирригация не является панацеей - она может помочь защитить от изменчивости климата, но только при наличии достаточных запасов воды.

Изменение структуры осадков

Помимо изменений в общем количестве осадков, сроки и интенсивность осадков меняются таким образом, что это бросает вызов управлению водными ресурсами в сельском хозяйстве. Больше осадков выпадает в интенсивных событиях, разделенных более длительными сухими периодами. Эта картина менее благоприятна для сельского хозяйства, чем то же количество осадков, выпадающих в более частых, умеренных событиях.

Интенсивные осадки могут вызвать наводнения и стоки, а это означает, что вода теряется в сельскохозяйственных системах, а не проникает в почву, где ее могут использовать сельскохозяйственные культуры. Более длительные сухие периоды между событиями дождя подчеркивают урожайность и истощают влагу почвы. Эта комбинация наводнений и засухи, иногда происходящих в один и тот же сезон, создает проблемы управления, которые трудно решить с помощью обычных сельскохозяйственных методов.

В Европе в центральноевропейских регионах регистрируются температуры 35°C, а в северной Франции, регионе Бенилюкса и западной Германии наблюдаются одни из самых сухих весенних условий с 1991 года.Эти сухие условия во время критических весенних посадок и ранних периодов роста могут привести к неурожаям, даже если выпадение осадков в более поздний сезон является адекватным.

Экономические последствия и последствия продовольственной безопасности

Сельскохозяйственные последствия повышения температуры приводят к значительным экономическим последствиям и проблемам продовольственной безопасности. Эти последствия распространяются через цепочки поставок, влияют на цены на сырьевые товары и в конечном итоге влияют на доступность и доступность продуктов питания для потребителей во всем мире.

Прямые экономические потери для производителей сельскохозяйственной продукции

Сельскохозяйственный сектор Европейского союза сталкивается со средними ежегодными потерями в 28 миллиардов евро в 27 странах из-за экстремальных погодных явлений, что составляет примерно 6% от общего объема производства сельскохозяйственных культур и животноводства. Прогнозы климата предполагают, что эти потери могут увеличиться до двух третей к 2050 году из-за растущих рисков засухи и наводнений. Эти цифры представляют собой прямые потери для фермеров, но не отражают полного экономического воздействия на сельские общины и сельскохозяйственные цепочки поставок.

Экстремальные погодные явления нанесли ущерб, достигающий почти 487 миллиардов евро экономикам ЕС с 1980 года. Хотя не все эти потери являются сельскохозяйственными, сельскохозяйственный сектор несет непропорционально большую долю экономического ущерба, связанного с климатом. Отдельные экстремальные события могут быть разрушительными - например, зерновые культуры зарегистрировали падение производства на 23 миллиона тонн по сравнению с предыдущим годом. Финансовые затраты только для Франции оценивались в 4 миллиарда евро, включая 1,5 миллиарда евро в секторе говядины во время жары 2003 года.

Прогнозируемые потери для сельского хозяйства США особенно велики. Места на Среднем Западе, которые действительно хорошо подходят для современного производства кукурузы и сои, просто забиты в условиях высокого потепления в будущем. Потери урожайности могут составить в среднем 41% в самых богатых регионах и 28% в регионах с самым низким доходом к 2100 году.

Волатильность рынка и влияние цен

Изменение урожайности, обусловленное изменением климата, создает нестабильность на сельскохозяйственных товарных рынках. Стабильность урожайности (межгодовое изменение урожайности) имеет решающее значение для глобальной продовольственной безопасности и международного товарного рынка. Когда урожайность резко колеблется из года в год, рынкам становится трудно эффективно функционировать, что приводит к скачкам цен, которые могут спровоцировать продовольственные кризисы.

Длительные жаркие и сухие условия повлияли на европейское производство пшеницы в этом году, влияя на мировые цены на пшеницу. Цены на мукомольную пшеницу во Франции выросли до трехлетних максимумов в начале августа после волны тепла 2018 года. Эти повышения цен влияют на доступность продуктов питания, особенно для потребителей с низким доходом, которые тратят большую долю своих доходов на продукты питания.

Поскольку Соединенные Штаты производят примерно треть мирового производства кукурузы и сои, даже небольшие внутренние дефициты пульсируют на глобальных рынках. Эта глобальная взаимосвязанность означает, что воздействие климата на Среднем Западе может повлиять на цены на продовольствие и доступность во всем мире, особенно в странах, которые зависят от импортного зерна.

Продовольственная безопасность и последствия для питания

Исследователи оценивают, что глобальные урожаи калорий из основных культур в будущем с высоким уровнем выбросов будут на 24% ниже в 2100 году, чем они были бы без изменения климата. Каждый дополнительный градус Цельсия глобального потепления в среднем будет снижать способность мира производить пищу на 120 калорий на человека в день или 4,4% от текущего ежедневного потребления. Это сокращение доступности калорий может подтолкнуть миллионы людей к нехватке продовольствия, особенно в регионах, которые уже борются с недоеданием.

Воздействие выходит за рамки простой доступности калорий, чтобы повлиять на качество питания. Тепловой стресс может снизить содержание белка и питательную ценность культур, а это означает, что даже при наличии достаточного количества калорий они могут не обеспечивать адекватное питание. Этот скрытый голод, когда люди потребляют достаточно калорий, но не имеют необходимых питательных веществ, представляет собой растущую проблему в мире потепления.

В случае сценария +2°C загрязнение кукурузы в южной Европе и пшеницы в северо-западной Европе из-за сильной жары значительно возрастет, будь то в полевых условиях или во время хранения. Это загрязнение микотоксином снижает безопасность пищевых продуктов и может привести к принудительному уничтожению загрязненных культур, что еще больше снизит доступность продуктов питания.

Региональные победители и проигравшие

Изменение климата создает географическое перераспределение сельскохозяйственной производительности, при этом некоторые регионы выигрывают, в то время как другие несут серьезные потери. Сельское хозяйство США и другие хлебные корзины являются одними из самых пострадавших в прогнозах исследования, в то время как регионы в Канаде, Китае и России могут извлечь выгоду. Этот сдвиг в производственном потенциале имеет геополитические последствия, потенциально изменяя глобальную динамику силы и торговые отношения.

В условиях высокого сценария выбросов урожайность пшеницы в южной Европе может снизиться до 49% к 2050 году, поскольку дефицит воды ограничивает преимущества атмосферного CO2. И наоборот, по оценкам JRC, увеличение на 5-16% в Северной Европе из-за более высоких осадков, большего количества CO2 и более короткого цикла роста. Этот разрыв между севером и югом в Европе создает проблемы для поддержания самодостаточности сельского хозяйства и может потребовать значительных корректировок сельскохозяйственной политики и торговых соглашений.

Вторичные климатические последствия для сельского хозяйства

Помимо прямого воздействия температуры и водного стресса, повышение температуры вызывает каскад вторичных воздействий, которые еще больше угрожают продуктивности сельского хозяйства. Эти косвенные последствия часто получают меньше внимания, чем первичные климатические воздействия, но могут быть одинаково важными для урожайности сельскохозяйственных культур и рентабельности ферм.

Давление вредителей и болезней

По мере повышения температуры и изменения характера осадков продвижение инвазивных видов, вероятно, ускорится и будет представлять собой серьезную опасность для сельского хозяйства Среднего Запада. Ученые ожидают, что более теплые зимы приведут к большему количеству насекомых-вредителей, а также к миграции на север вредителей и патогенов. Теплые зимы позволяют выживать большему количеству насекомых-вредителей, что приводит к увеличению популяций в следующем вегетическом сезоне. Кроме того, вредители, которые ранее были ограничены южными регионами, расширяют свои ареалы на север, подвергая культуры новым угрозам.

Давление болезней на урожай может расти, потенциально ограничивая урожайность и брить фермерские доходы. Грибковые заболевания, бактериальные инфекции и вирусные патогены реагируют на температуру и условия влажности. По мере изменения климатических моделей географическое распределение и тяжесть болезней растений меняются таким образом, что бросают вызов существующим стратегиям управления.

Сектор животноводства сталкивается с аналогичными проблемами. Производители животноводства могут столкнуться с более серьезными проблемами, связанными с болезнями, в дополнение к другим проблемам, связанным с климатом. Для животноводства тепловые волны в сочетании с влажными условиями влияют на репродуктивные и молочные производственные мощности и могут привести к избыточной смертности. Тепловой стресс в животноводстве снижает эффективность кормов, производство молока и репродуктивный успех, а также повышает восприимчивость к болезням.

Нарушение опыления

Экстремальные температуры влияют на активность пчел и естественные процессы опыления. Многие культуры зависят от опыления насекомых для производства фруктов и семян. Когда в периоды цветения происходит экстремальная жара, активность опылителей резко снижается. Пчелы и другие опылители сокращают кормление в жаркую погоду, а экстремальные температуры могут убить опылителей прямо.

На опылители влияют экстремальные климатические условия. Экстремальная жара может превышать пороги видовой толерантности, с последующим сокращением популяций и потенциальным истреблением. Потеря популяций опылителей представляет собой долгосрочную угрозу для продуктивности сельского хозяйства, которая выходит за рамки отдельных экстремальных погодных явлений. Как только популяции опылителей уменьшатся, они могут не восстановиться быстро, создавая постоянный дефицит в услугах опыления.

Влияние производительности труда

Повышение температуры влияет не только на урожай, но и на людей, которые работают в сельском хозяйстве. JRC прогнозирует снижение производительности труда в Европе на 1,6% к 2080 году из-за теплового стресса, особенно в южных и восточных регионах (до 5,4% в Греции). Экстремальная жара делает работу на открытом воздухе опасной и снижает эффективность сельскохозяйственных рабочих, что приводит к задержкам в критических операциях, таких как посадка, прополка и сбор урожая.

Эта проблема производительности труда особенно остро стоит в пиковые сельскохозяйственные сезоны, когда чувствительные ко времени операции должны быть завершены в узких окнах. Ограничения, связанные с работой, связанной с теплом, могут заставить фермеров откладывать операции до более прохладных частей дня или вообще отказаться от определенных методов, потенциально снижая урожайность и качество урожая.

Стресс инфраструктуры и оборудования

Сельскохозяйственная инфраструктура и оборудование сталкиваются с повышенным стрессом при более высоких температурах. Ирригационные системы, хранилища и сельскохозяйственная техника работают менее эффективно и требуют большего обслуживания в условиях экстремальной жары. Складские помещения для зерна и других культур должны работать усерднее, чтобы поддерживать соответствующие температуры, увеличивая затраты на энергию и риск порчи.

Транспортная инфраструктура также страдает от теплового стресса. Дороги, железные дороги и водные пути, используемые для перемещения сельскохозяйственной продукции, могут быть нарушены экстремальными температурами, наводнениями или засухами. Эти нарушения могут помешать посевы достичь рынков, что приводит к порче и экономическим потерям даже тогда, когда производство является адекватным.

Комплексные стратегии адаптации к устойчивости к изменению климата

Решение проблем, связанных с повышением температуры, требует многогранного подхода, сочетающего технологические инновации, изменения в управлении и поддержку политики. Корректировки адаптации компенсируют около одной трети потерь, связанных с климатом, в 2100 году, если выбросы продолжат расти, но остальные остаются. Любой уровень потепления, даже если учитывать адаптацию, приводит к глобальным потерям производства в сельском хозяйстве. Эта отрезвляющая реальность подчеркивает, что, хотя адаптация имеет важное значение, она не может полностью компенсировать последствия несмягченного изменения климата.

Селекционное разведение и генетическое улучшение

Разработка сортов сельскохозяйственных культур, которые могут выдерживать более высокие температуры и водный стресс, представляет собой одну из наиболее перспективных стратегий адаптации. Существует значительная неопределенность в отношении этих результатов, поскольку технология семян может быстро улучшиться, что приведет к появлению новых более засухоустойчивых сортов кукурузы и сои. Селекционеры растений работают над выявлением и включением генов для устойчивости к жаре, засухоустойчивости и повышения эффективности использования воды в коммерческих сортах сельскохозяйственных культур.

Традиционные подходы к селекции дополняются современными биотехнологическими инструментами, которые могут ускорить развитие устойчивых к климату сортов. ЕС продвигает новые геномные методы для повышения толерантности к культурам. Эти методы позволяют селекционерам вносить точные генетические модификации, которые повышают стрессоустойчивость без длительного процесса обычного разведения.

Однако только генетическое улучшение не может решить все климатические проблемы. МГЭИК предупреждает, что технология более эффективна для теплового стресса и засухи, чем наводнения, и слишком сильно полагается на «техносаление», сокращая спектр доступных решений для адаптации. Сбалансированный подход, сочетающий генетическое улучшение с другими стратегиями адаптации, имеет важное значение для построения действительно устойчивых сельскохозяйственных систем.

Ирригационная инфраструктура и управление водными ресурсами

Расширение и совершенствование ирригационных систем может помочь буферизировать сельскохозяйственные культуры от жары и засухи. Возможно увеличение капитальных инвестиций в ирригацию. Современные технологии ирригации, такие как капельное орошение и точные спринклеры, могут обеспечить более эффективную доставку воды, чем традиционное ирригация от наводнений, сокращение отходов воды и улучшение доступности воды для сельскохозяйственных культур.

Отрицательная стабильность урожайности в ответ на жару и засуху может быть смягчена ирригацией, но отрицательная реакция на избыточное влажное будет усилена. Это подчеркивает, что ирригация не является универсальным решением - она помогает при засухе, но может усугубить проблемы во влажные периоды, если дренаж неадекватен.

Стратегии управления водными ресурсами выходят за рамки орошения и включают в себя методы, которые улучшают удержание почвенных вод. Покрытие посевов, сокращение обработки почвы и добавления органических веществ все повышают способность почвы захватывать и хранить воду, делая ее доступной для сельскохозяйственных культур в засушливые периоды. Самый сильный рычаг на уровне фермы - это снижение зависимости от дорогостоящих затрат и операций, снижение урожайности или цены безубыточности, а также улучшение удержания почвенных вод с помощью методов, которые восстанавливают функцию почвы.

Сохранение почв и регенеративные практики

Защита и улучшение здоровья почвы представляет собой основополагающую стратегию адаптации, которая обеспечивает многочисленные преимущества. Снижение использования дизельного топлива на ~50%, производственные затраты на ~40% и снижает потребности в рабочей силе примерно до ~25-30% ниже обычных уровней (в зависимости от конкретного случая). Помимо этих экономических преимуществ, сокращение обработки почвы улучшает структуру почвы, увеличивает органическое вещество и усиливает проникновение и удержание воды.

Сельскохозяйственная практика сохранения, которая минимизирует нарушения почвы, поддерживает почвенный покров и диверсифицирует севооборот, может повысить устойчивость почвы к климатическому стрессу. Эта практика улучшает способность почвы противостоять засухе и чрезмерным осадкам, а также улавливает углерод и сокращает выбросы парниковых газов в сельском хозяйстве.

Устойчивые методы ведения сельского хозяйства предлагают варианты экологической адаптации. В EUCRA подчеркивается важность диверсификации сельскохозяйственных культур и видов скота для получения совместных выгод в плане устойчивости. Диверсификация распределяет риск по нескольким культурам и предприятиям, снижая уязвимость доходов фермерских хозяйств к воздействию климата на любой отдельный товар.

Диверсификация и ротация культур

Переход от монокультурных систем к более разнообразным образцам земледелия может повысить устойчивость к изменчивости климата. Различные культуры имеют разную чувствительность к жаре, засухе и другим климатическим стрессам. Выращивание нескольких культур может снизить риск того, что одно экстремальное событие опустошит все их производство.

Вращение культур дает дополнительные преимущества, помимо распространения риска. Вращающиеся культуры могут нарушать циклы вредителей и болезней, улучшать здоровье почвы и уменьшать потребность во внешних вводимых материалах, таких как удобрения и пестициды. Эти преимущества становятся все более ценными, поскольку изменение климата усиливает давление вредителей и угрожает качеству почвы.

В некоторых случаях фермерам, возможно, придется перейти на совершенно другие культуры, которые лучше подходят для изменения климатических условий. Фермеры по всей Европе в настоящее время адаптируются к изменению климата, в частности с точки зрения изменения сроков выращивания и выбора других видов сельскохозяйственных культур и сортов. Такая гибкость для корректировки выбора культур на основе меняющихся климатических условий имеет важное значение для долгосрочной устойчивости сельского хозяйства.

Точная поддержка сельского хозяйства и принятия решений

"Умное сельское хозяйство" может повысить эффективность реагирования фермеров на климатические воздействия, используя точные сельскохозяйственные технологии для адаптации ресурсов и управления. Точные сельскохозяйственные инструменты позволяют фермерам контролировать условия выращивания в режиме реального времени и соответствующим образом корректировать методы управления. Датчики влажности почвы, метеорологические станции и спутниковые снимки могут предоставить подробную информацию о полевых условиях, что позволяет более оперативно и эффективно управлять.

Системы поддержки принятия решений, которые интегрируют прогнозы погоды, модели сельскохозяйственных культур и рекомендации по управлению, могут помочь фермерам принимать более обоснованные решения о сроках посадки, расписании орошения и сроках сбора урожая. Эти инструменты особенно ценны для управления изменчивостью климата и экстремальными явлениями, позволяя фермерам предвидеть проблемы и принимать превентивные меры.

В моем идеальном мире у вас есть министерства сельского хозяйства, которые используют спутниковые данные для изучения условий выращивания и информирования об их политике. Мы продвигаем идею о том, как они могут использовать спутниковую информацию. Расширение доступа к этим технологиям и обеспечение того, чтобы фермеры имели подготовку для их эффективного использования, имеет решающее значение для широкого распространения.

Корректировка времени посадки и управления

По мере смены вегетационного периода и изменения температурных режимов фермеры должны корректировать сроки посадки, оплодотворения и других операций по управлению. Ранние источники могут позволить более раннюю посадку в некоторых регионах, в то время как повышенный тепловой стресс в традиционные вегетационного периода может потребовать перехода на более ранние или более поздние даты посадки, чтобы избежать самых жарких периодов на критических этапах развития сельскохозяйственных культур.

Для пшеницы и риса выбор ГАЭЗ различных типов культур и дат посева в ответ на сезонный климат А1В вызвал снижение воздействия теплового стресса в некоторых регионах, что предполагает, что адаптивные меры, учитывающие эти варианты управления, могут частично смягчить тепловой стресс на местном уровне. Это демонстрирует, что относительно простые корректировки сроков посадки могут обеспечить значительные преимущества в некоторых контекстах.

Однако корректировки сроков должны учитывать несколько факторов. Более ранняя посадка может подвергнуть посевы поздним весенним заморозкам, в то время как более поздняя посадка может привести к созреванию культур в периоды сильной жары или ранних осенних заморозков. Поиск оптимальных окон для посадки требует тщательного рассмотрения местных климатических моделей и требований к культурам.

Политика и институциональная поддержка адаптации сельского хозяйства

Хотя усилия по адаптации отдельных фермеров являются существенными, они недостаточны для решения масштабных климатических проблем, стоящих перед сельским хозяйством. Для обеспечения и ускорения адаптации в сельскохозяйственном секторе необходимы эффективные политические рамки и институциональная поддержка.

Программы управления рисками и страхования

В настоящее время только 20-30% потерь фермерских хозяйств, вызванных изменением климата, покрываются страховыми системами. Расширение охвата сельскохозяйственным страхованием может помочь фермерам управлять климатическими рисками и поддерживать финансовую стабильность в условиях растущей изменчивости погоды. Однако по мере усиления воздействия на климат традиционные модели страхования могут стать неустойчивыми без государственной поддержки или фундаментальной реструктуризации.

В настоящее время засуха (54%), сильные дожди (21%), морозы (16%) и град (9%) вместе составляют 80% потерь сельского хозяйства в ЕС. Понимание относительной важности различных климатических опасностей может помочь разработать страховые продукты и программы управления рисками, которые устраняют наиболее значительные угрозы для производительности сельского хозяйства.

Помимо страхования, правительства могут поддерживать управление рисками посредством программ помощи в случае стихийных бедствий, хотя они должны быть разработаны для поощрения адаптации, а не просто компенсации потерь. Программы, которые вознаграждают фермеров за внедрение устойчивых к изменению климата практик, могут создавать стимулы для активной адаптации, а не для реагирования на стихийные бедствия.

Инвестиции в исследования и разработки

Результаты подчеркивают важность инноваций, направленных на смягчение прогнозируемого ущерба, вызванного изменением климата. Устойчивые инвестиции в сельскохозяйственные исследования имеют важное значение для развития технологий, практики и знаний, необходимых для адаптации к изменению климата. Это включает как государственные исследовательские институты, так и инновации частного сектора.

С помощью более высоких температур и изменения моделей осадков изменение климата снижает урожайность сельскохозяйственных культур. Фермеры адаптируются, например, путем изменения сортов сельскохозяйственных культур, которые они сажают, но сами по себе этого может быть недостаточно, чтобы избежать ущерба, вызванного потеплением климата. Для устранения последствий изменения климата требуются более быстрые инновации в сельскохозяйственных технологиях. Ускорение темпов инноваций требует не только увеличения финансирования, но и лучшей координации между исследователями, службами распространения и фермерами, чтобы гарантировать, что новые технологии практичны и доступны.

Расширение услуг и передача знаний

Разработка устойчивых к изменению климата технологий и методов имеет важное значение только в том случае, если фермеры знают о них и могут эффективно их применять. Сельскохозяйственные службы распространения знаний играют важнейшую роль в передаче знаний от научно-исследовательских учреждений фермерам и оказании технической помощи в деле внедрения новых методов.

Многие фермеры по-прежнему не имеют доступа даже к основным сельскохозяйственным ресурсам, таким, как более качественные удобрения и точные данные о погоде. Устранение этих фундаментальных пробелов в услугах по поддержке сельского хозяйства имеет важное значение для обеспечения адаптации, особенно в менее развитых сельскохозяйственных регионах.

Программы расширения должны быть направлены не только на внедрение новых технологий, но и на укрепление потенциала фермеров в области оценки климатических рисков, принятия обоснованных решений и адаптации их практики к меняющимся условиям. Это включает в себя обучение грамотности в вопросах климата, оценку рисков и адаптивные подходы к управлению.

Инфраструктурные инвестиции

Климатически устойчивое сельское хозяйство требует поддержки инфраструктуры, включая ирригационные системы, дренажные сети, хранилища и транспортные системы.Многие из этих систем инфраструктуры были разработаны для исторических климатических условий и могут быть неадекватными для будущих климатических сценариев.

Государственные инвестиции в сельскохозяйственную инфраструктуру могут обеспечить выгоды, которые выходят за рамки отдельных ферм, для поддержки целых сельскохозяйственных регионов. Например, региональные системы хранения и распределения воды могут помочь в борьбе с засухой, в то время как улучшенные дренажные системы могут снизить риски наводнений. Эти инвестиции требуют координации между несколькими заинтересованными сторонами и часто включают длительные сроки планирования и строительства, что делает первоочередные действия необходимыми.

Международное сотрудничество и торговля

Воздействие климата на сельское хозяйство носит глобальный характер, что требует международного сотрудничества в целях обеспечения продовольственной безопасности. Группа работает с Программой развития Организации Объединенных Наций в целях распространения новых идей о климатических рисках среди правительств во всем мире и разработки системы выявления общин, наиболее подверженных риску снижения урожайности, и тех районов, где целевая поддержка может быть наиболее эффективной. Этот тип международного сотрудничества может помочь направить ресурсы туда, где они наиболее необходимы, и облегчить обмен знаниями между регионами.

Торговая политика также играет роль в управлении климатическими рисками для продовольственной безопасности. Когда воздействие климата сокращает производство в одном регионе, торговля может помочь переместить продовольствие из районов с профицитом в районы с дефицитом. Однако торговые ограничения и запреты на экспорт в периоды дефицита могут усугубить проблемы продовольственной безопасности, подчеркнув необходимость международных соглашений, которые поддерживают открытую торговлю сельскохозяйственной продукцией даже в периоды нехватки производства, связанного с климатом.

Путь вперед: интеграция смягчения и адаптации

Хотя адаптационные стратегии имеют важное значение для управления климатическими воздействиями, которые уже происходят или неизбежны из-за прошлых выбросов, они не могут заменить усилия по сокращению выбросов парниковых газов и ограничению будущего потепления. Мы фокусируемся на том, как сделать так, чтобы это не было на самом деле тем, как выглядит наше будущее, даже если мы не можем объединить наши действия на стороне выбросов. Однако наиболее эффективный подход сочетает агрессивное сокращение выбросов с надежными адаптационными усилиями.

Роль сельского хозяйства в смягчении последствий изменения климата

Сельское хозяйство является одновременно и жертвой изменения климата, и его участником, что составляет значительную долю глобальных выбросов парниковых газов. Однако сельскохозяйственные системы также имеют значительный потенциал для улавливания углерода и сокращения выбросов за счет совершенствования практики. Подходы к регенеративному сельскому хозяйству, которые способствуют накоплению углерода в почве, сокращению использования удобрений и улучшению управления животноводством, могут способствовать смягчению последствий изменения климата, а также повышению устойчивости.

Интеграция мер по смягчению последствий изменения климата в стратегии адаптации сельского хозяйства создает синергию, которая отвечает обеим целям. Например, сокращение систем обработки почвы, улучшающих здоровье почв и удержание воды, также секвестрирует углерод. Покровные культуры, которые защищают почву и улучшают плодородие, также улавливают атмосферный углекислый газ. Эти сопутствующие выгоды делают климатически оптимизированное сельское хозяйство привлекательным подходом для удовлетворения потребностей как в адаптации, так и в смягчении последствий.

Срочность действий

Острые, хотя и, вероятно, медленные изменения в производстве сельскохозяйственных культур представляют собой значительный риск, особенно если предположить, что спрос на эти культуры продолжает расти в результате роста населения во всем мире и важности Среднего Запада как основного фактора, способствующего прокормке мира. Сочетание растущего спроса и сокращения производственных мощностей создает сужающееся окно для эффективных действий.

Для осуществления многих мер по адаптации требуются годы или десятилетия. Для полного внедрения требуется время на выращивание новых сортов сельскохозяйственных культур, строительство ирригационной инфраструктуры и преобразование состояния почв. Это означает, что решения, принятые сегодня, определят результаты сельского хозяйства на десятилетия вперед. Задержка усилий по адаптации увеличивает риск быть неподготовленными из-за ускорения воздействия климата.

Эти идеи могут помочь направлять усилия по адаптации и совершенствованию моделей. Усилия по прогнозированию и адаптации к будущему климату могут извлечь выгоду из исторического опыта. Изучение прошлых воздействий на климат и опыта адаптации может способствовать разработке более эффективных стратегий на будущее, но только в том случае, если эти знания систематически собираются, анализируются и применяются.

Создание устойчивых продовольственных систем

В конечном счете, решение климатических проблем, стоящих перед сельским хозяйством, требует мышления за пределами отдельных ферм или культур, чтобы рассмотреть целые продовольственные системы. Устойчивые продовольственные системы разнообразны, гибки и способны поддерживать продовольственную безопасность даже тогда, когда отдельные компоненты терпят неудачу. Это требует избыточности производственных мощностей, разнообразных цепочек поставок, стратегических резервов и сетей социальной защиты, которые защищают уязвимые группы населения от скачков цен на продовольствие и нехватки.

Устойчивость строится за счет снижения зависимости от дорогостоящих затрат и операций и снижения цены или урожайности, необходимых для предотвращения потерь. Это экономическое измерение устойчивости так же важно, как и биофизические аспекты - фермы, которые являются финансово уязвимыми, менее способны инвестировать в адаптацию и более вероятно потерпят неудачу, когда происходят климатические потрясения.

Экономические выгоды, связанные с устойчивостью к изменению климата, варьируются в зависимости от регионов и условий ведения сельского хозяйства, что требует различных стратегий и приоритетов. Не существует единого универсального решения для адаптации к изменению климата в сельском хозяйстве. Эффективные стратегии должны быть адаптированы к местным условиям, системам растениеводства и социально-экономическим условиям. Это требует гибких политических рамок, которые могут учитывать различные подходы при сохранении общей согласованности целей адаптации к изменению климата.

Вывод: Навигация по неопределенному сельскохозяйственному будущему

Плодородные равнины Среднего Запада и Европы сталкиваются с будущим, принципиально отличным от прошлого, которое сформировало современные сельскохозяйственные системы. Повышение температуры уже влияет на урожайность сельскохозяйственных культур, здоровье почвы и доступность воды, и, по прогнозам, в ближайшие десятилетия будет усиливаться. Сельское хозяйство и скотоводство на Среднем Западе сопряжены со значительными рисками в лучшие времена, не говоря уже об изменении климата. Более того, последствия изменения климата не будут однородными по всему региону, поскольку пространственные изменения и разнообразие продуктов являются важными факторами.

Проблемы являются существенными и многогранными, затрагивая все аспекты сельскохозяйственного производства, от биологии почвы до рыночной экономики. Экстремальные климатические условия по-прежнему существенно снижают стабильность урожайности сельскохозяйственных культур. Эта нестабильность угрожает не только рентабельности фермерских хозяйств, но и глобальной продовольственной безопасности, поскольку эти регионы играют огромную роль в обеспечении населения мира продовольствием.

Однако ситуация не безнадежна. Фермеры, исследователи и политики разрабатывают и внедряют стратегии адаптации, которые могут уменьшить воздействие на климат и построить более устойчивые сельскохозяйственные системы. От жаростойких сортов сельскохозяйственных культур до улучшенных систем орошения и методов сохранения почв доступен и расширяется набор вариантов адаптации. Ключом является реализация этих стратегий в достаточном масштабе и скорости, чтобы идти в ногу с ускоряющимся изменением климата.

Для успеха потребуется постоянная приверженность всех заинтересованных сторон. Фермерам необходим доступ к климатически устойчивым технологиям, финансовым ресурсам для инвестирования в адаптацию и знаниям для эффективного внедрения новых методов. Исследователи должны продолжать разработку инновационных решений, обеспечивая при этом их практическую и доступную реализацию. Политики должны создавать благоприятные рамки, которые позволяют и стимулируют адаптацию, одновременно устраняя коренные причины изменения климата посредством сокращения выбросов.

Сельскохозяйственное будущее Среднего Запада и Европы, а следовательно, и глобальная продовольственная безопасность, зависит от действий, предпринимаемых сегодня. Хотя проблемы и являются сложными, сочетание человеческой изобретательности, технологических инноваций и скоординированных действий дает основания для осторожного оптимизма. Плодородные равнины, которые кормили поколения, могут продолжать это делать, но только если мы признаем неотложность проблемы климата и отреагируем серьезностью и масштабом, которые она требует.

Ключевые стратегии адаптации для климатически устойчивого сельского хозяйства

  • Диверсификация культур: Выращивание нескольких видов и сортов сельскохозяйственных культур для распространения климатического риска и снижения уязвимости к любому одному экстремальному событию или вспышке вредителей
  • Усовершенствованные ирригационные системы: Инвестирование в современные эффективные технологии орошения, такие как капельное орошение и прецизионные спринклеры для оптимизации использования воды и буфера против засухи
  • Методы сохранения почвы: Реализация уменьшенной обработки почвы, покровного земледелия и добавления органических веществ для улучшения здоровья почвы, удержания воды и устойчивости как к засухе, так и к чрезмерным осадкам
  • Климатоустойчивая инфраструктура: Модернизация складских помещений, транспортных сетей и систем управления водными ресурсами для выдерживания экстремальных погодных условий и поддержания производительности сельского хозяйства
  • Теплостойкие сорта сельскохозяйственных культур: Разработка и развертывание сортов сельскохозяйственных культур с улучшенной толерантностью к высоким температурам, засухе и другим климатическим стрессам посредством как традиционного разведения, так и современной биотехнологии
  • Технологии точного земледелия: Использование датчиков, спутниковых изображений и систем поддержки принятия решений для мониторинга условий выращивания и оптимизации методов управления в режиме реального времени
  • Скорректированные графики посадки: Изменение сроков посадки и сбора урожая, чтобы избежать экстремальной жары на критических этапах развития сельскохозяйственных культур и воспользоваться сменой вегетационного периода
  • Интегрированное управление вредителями: Адаптация стратегий борьбы с вредителями и болезнями для решения проблем изменения давления вредителей и моделей заболеваний в условиях потепления
  • Практика сохранения воды: Реализация методов, которые улавливают и сохраняют осадки, уменьшают испарение и повышают общую эффективность использования воды в сельскохозяйственных ландшафтах
  • Управление рисками и страхование: Расширение доступа к страхованию урожая и другим инструментам управления рисками, чтобы помочь фермерам поддерживать финансовую стабильность, несмотря на растущую изменчивость климата

Для получения дополнительной информации о воздействии изменения климата на сельское хозяйство посетите Центр по климату USDA или Европейское агентство по окружающей среде . Дополнительные ресурсы по стратегиям адаптации к сельскому хозяйству можно найти на портале ФАО по изменению климата , веб-сайте НАСА по изменению климата и Межправительственной группе экспертов по изменению климата .