Bijna 25 procent van de ondervoede wereldbevolking leeft in Afrika bezuiden de Sahara, waar meer dan 300 miljoen mensen afhankelijk zijn van maïs, of maïs, als hun belangrijkste voedselbron. Maïs is het meest geoogste landbouwproduct in Afrika en wordt verbouwd door kleine boeren die sterk afhankelijk zijn van regenwater in plaats van irrigatie. Het gewas is daardoor extreem gevoelig voor droogte, en sinds 2015 is de productie dramatisch gedaald als gevolg van recordbrekende droogte in zuidelijk en oostelijk Afrika.

Nu hebben MIT-wetenschappers ontdekt dat klimaatverandering de droogte in delen van het continent waarschijnlijk verder zal verslechteren, de productie van maïs in Afrika bezuiden de Sahara drastisch hervormd naarmate de temperatuur op aarde de komende eeuw stijgt.

In een artikel dat deze week online is gepubliceerd in het tijdschrift Earth's Future, dat melden de onderzoekers, als de gemiddelde temperatuur in de wereld tegen het jaar 2100 met 4 graden Celsius stijgt, een groot deel van zuidelijk Afrika en de Sahel-regio net ten zuiden van de Sahara - regio's die een aanzienlijk deel van de Afrikaanse maïsproductie uitmaken - zullen meer droogte ervaren, wat op zijn beurt naar verwachting de maïsoogstopbrengsten in sommige landen met meer dan 20 procent zal verminderen.

"[Maïs] is een relatief droogtegevoelig gewas in een regio waar de landbouwproductie voornamelijk wordt gevoed door regen, " zegt hoofdauteur Amy Dale, een postdoc bij MIT's Department of Earth, Atmosferische en Planetaire Wetenschappen (EAPS). "Als we onder klimaatverandering veranderingen hebben in temperatuur en neerslag, dit is misschien wel een van de slechtste gebieden ter wereld waar we echt negatieve gevolgen zullen zien voor de gewasproductie en ondervoede bevolkingsgroepen."

De analyse van de onderzoekers laat ook zien dat de impact van klimaatverandering minder zeker is voor de meest droge regio's van Afrika bezuiden de Sahara, inclusief de semi-aride regio's die meer dan 40 procent van de Afrikaanse maïs bezuiden de Sahara produceren.

Kenneth Strzepek, een co-auteur van de paper en onderzoekswetenschapper in MIT's Joint Program on the Science and Policy of Global Change, zegt dat de resultaten van het onderzoek een kaart geven van hoe de landbouwomstandigheden in de volgende eeuw zullen veranderen, en waar de impact van klimaatverandering nog minder duidelijk is. Al deze informatie, hij zegt, is essentieel voor regeringsplanners die de Afrikaanse economie en infrastructuur willen opbouwen.

"Ze staan ​​voor een groot probleem hoe ze een ontwikkelingsbeleid moeten ontwikkelen met het risico van klimaatverandering. Strzepek zegt. "Overheden willen moedig zijn en infrastructuur bouwen in bepaalde regio's, maar kunnen we het ons veroorloven om over 30 jaar [deze structuren] te laten stranden? Het soort resultaten dat uit deze studie komt, is waardevol in hoe [ontwikkeling] vooruit gaat."

Tot de co-auteurs van Strzepek en Dale behoren Charles Fant, een voormalig postdoc; Megan Lickley, een EAPS-afgestudeerde student; en Susan Salomon, de Lee en Geraldine Martin hoogleraar milieustudies in EAPS.

De cijfers uitvoeren

Om de impact van klimaatverandering op de maïsproductie te beoordelen, de onderzoekers kozen voor een multimodelbenadering, werkende combinaties van wereldwijde klimaatmodelvoorspellingen in een open-source gewasmodel dat gewasopbrengsten simuleert over opeenvolgende groeiseizoenen.

Ze pasten het gewasmodel aan om de maïsproductie in Afrika te simuleren, eerst het continent verdelen in een rasterpatroon, waarbij elke rastercel ongeveer 200 vierkante kilometer groot is. Ze pasten het gewasmodel toe om de maïsgroei voor elke rastercel te simuleren, het invoeren van verschillende inputs voor elk lokaal net in het model, zoals eigenschappen van de bodem en het gebied van geoogste gewassen in een bepaalde regio - alle gegevens die ze verkregen uit openbaar beschikbare datasets.

Het team voerde het gewasmodel uit onder 122 toekomstige klimaatscenario's, of projecties van temperatuur en neerslag. Mediane projecties werden berekend voor elk van de vijf klimaatmodel-"ensembles"-sets van simulatieruns die ofwel combinaties van verschillende klimaatmodellen vertegenwoordigen of een enkelvoudig model dat meerdere keren is uitgevoerd.

Het vergelijken van de resultaten voor elk ensembletype werpt licht op de belangrijkste bronnen van onzekerheid in modelvoorspellingen. Deze analyse toonde aan dat de "chaotische" aard van het klimaatsysteem, of zijn extreme gevoeligheid voor de begintoestand van het klimaatsysteem dat in elk model wordt aangenomen, was een grote bron van onzekerheid.

Een onzekere toekomst

Door klimaat- en gewasmodellen te combineren, het team simuleerde maïsopbrengsten in Afrika voor de jaren 2030, 2050, en 2090, onder twee klimaatveranderingsscenario's waarin de wereldwijde gemiddelde jaartemperatuur tegen 2100 met 2 of 4 graden Celsius zou stijgen onder verschillende concentratietrajecten van broeikasgassen. Deze scenario's worden beschreven in het vijfde beoordelingsrapport van het Intergouvernementeel Panel inzake klimaatverandering, als "Representative Concentration Pathway 4.5 en 8.5."

Over het grootste deel van het continent, de onderzoekers ontdekten dat de meeste klimaatmodellen het eens waren over de richting van verandering in de maïsproductie als gevolg van klimaatverandering. In het slechtste geval, waarin de mondiale temperatuur met 4 graden Celsius zal stijgen, deze modellen schatten dat de Sahel en zuidelijk Afrika wijdverbreide opbrengstverliezen zullen ondervinden, waarbij sommige rastercellen verliezen tot 50 procent laten zien. De meest pessimistische simulatieruns voorspellen een vermindering van 30 procent van de maïsproductie in zuidelijk Afrika tegen 2090, met verliezen in Zambia tot 40 procent.

De modellen zijn het ook eens over het effect van klimaatverandering in subregio's van Oost-Afrika, voorspellen dat de Ethiopische hooglanden en de Hoorn van Afrika iets hogere maïsopbrengsten zullen ervaren. De maïsproductie in Centraal-Afrika blijft min of meer gelijk, daar tropische regenwouden regelmatig regen krijgen en over het algemeen bestand zijn tegen klimaatverandering.

Dale en haar collega's zagen dat de klimaatmodellen een veel breder scala aan voorspellingen produceerden - en dus een hogere mate van onzekerheid - in de meest droge gebieden van Afrika. Sommige modellen voorspelden positieve veranderingen in gewasopbrengsten, terwijl anderen meer negatieve effecten schatten in woestijn- en savanneregio's.

"Wat dit inhoudt is, we hebben managementstrategieën nodig die bestand zijn tegen onzekerheid, " zegt Dale. "Veranderingen op boerderijschaal, zoals het wisselen van cultivars, uitbreiding van irrigatie en nutriëntenbeheer, veranderingen in plantdata, en grotere institutionele capaciteit, zoals verzekeringsprogramma's, onderzoeksondersteuning, en verbeteringen in het voedseltransport. We moeten nadenken over veelzijdige benaderingen om ons aan te passen aan klimaatverandering."

Dit verhaal is opnieuw gepubliceerd met dank aan MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), een populaire site met nieuws over MIT-onderzoek, innovatie en onderwijs.