Door recorddroogte en hitte maken sommige boeren zich zorgen over waar en wanneer gewassen in de toekomst kunnen worden verbouwd, zelfs in Californië, waar een ongekende microklimaatdiversiteit ideale groeiomstandigheden creëert voor veel van de meest populaire artikelen in Amerikaanse supermarkten. Een derde van de groenten en tweederde van het fruit en de noten die door Amerikanen worden geconsumeerd, wordt nu verbouwd op meer dan 76, 000 boerderijen in de hele staat, maar over 20 jaar kunnen bepaalde Californische regio's gewoon te heet en droog worden om door te gaan met produceren.

Nieuw onderzoek van het Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) toont aan dat tegen de jaren 2045-2049 toekomstige temperaturen meer effect zullen hebben op wanneer gewassen in het koele seizoen, zoals broccoli en sla, kan worden gekweekt dan waar, terwijl voor gewassen in het warme seizoen (meloen, tomaten, wortelen) zal de impact groter zijn voor waar ze kunnen worden geteeld dan wanneer. De wetenschappers beschrijven het combineren van computermodellering met informatie over historische en ideale groeitemperaturen voor vijf belangrijke Californische gewassen in hun paper, "Voor de verwachte temperatuurstijgingen kunnen verschuivingen in het groeiseizoen van gewassen in het koude seizoen en de teeltlocaties van gewassen in het warme seizoen nodig zijn, " die in het tijdschrift verscheen Wetenschap van de totale omgeving eerder deze maand.

"Om de voedselzekerheid voor Californië en de rest van het land te waarborgen, het is belangrijk om te voorspellen hoe de toekomstige opwarming de landbouw in Californië zal beïnvloeden, ", zegt hoofdauteur Alison Marklein van het artikel. "We hebben betrouwbare informatie nodig over hoe toekomstige klimaatomstandigheden onze gewassen zullen beïnvloeden, zodat het landbouwsysteem een ​​adequaat antwoord kan ontwikkelen om voedselzekerheid te garanderen. Bijvoorbeeld, een grote uitdaging bij het overwegen van het verplaatsen van gewassen is dat telers gespecialiseerde kennis hebben van hun land en gewassen. Als gewassen op hun huidige locatie niet meer kunnen worden verbouwd, dan moet de boer ofwel naar een nieuw gebied verhuizen of een ander gewas verbouwen, wat een praktische en economische last vormt voor de boer."

Nu een wetenschapper aan UC Riverside, Marklein had eerder het project geleid tijdens het afronden van een postdoctorale fellowship bij Berkeley Lab en in samenwerking met Peter Nico, een studie co-auteur en stafwetenschapper in Berkeley Lab's Earth and Environmental Sciences Area. Wetenschappers van het Amerikaanse ministerie van landbouw en UC Davis hebben ook bijgedragen. Gefinancierd door het Global Food Initiative van de University of California, het onderzoek vormt een belangrijke onderzoeksfocus voor Berkeley Lab:duurzame landbouw. Een ander actueel Berkeley Lab-onderzoek past machinaal leren toe om microbiële wijzigingen te ontwikkelen die bodems kunnen aanvullen die zijn uitgeput van voedingsstoffen zoals koolstof en fosfor.

Gewend worden aan klimaatextremen

Bij het uitvoeren van de studie, de onderzoekers selecteerden eerst vijf eenjarige gewassen die in Californië meer worden geproduceerd dan in welke andere staat dan ook:sla, broccoli, wortels, tomaten, en meloen. Deze voedselrijke gewassen droegen in 2016 64% bij aan de contante waarde van groente- en meloengewassen van de staat en zijn essentieel voor de voedselzekerheid. zoals blijkt uit hun plaats in de top van groenten en fruit geschonken aan vier bestudeerde Californische voedselbanken.

Het team verzamelde vervolgens 15 jaar luchttemperatuurgegevens vanaf 1990 van locaties in de staat, evenals informatie over drempelwaarden voor gewastemperatuur - of maximale en minimale luchttemperaturen waarboven mislukte oogsten optreden - en groeilocaties voor elk van de vijf gewassen die zeven jaar teruggaan. Ze hielden ook rekening met de optimale groeiseizoenlengte van een gewas:broccoli vereist vier opeenvolgende maanden van minimaal 39 graden Fahrenheit en maximaal 95 graden.

Om te vergelijken hoe elk gewas het in Californië zou doen onder verschillende mogelijke klimaatscenario's, een heet-droog en een ander koel-nat, de onderzoekers keken naar de invloed van hogere temperaturen op de gewassen op hun historische teeltlocaties. Volgende, ze identificeerden mogelijkheden om elk gewas uit te breiden naar een meer ideale groeilocatie op basis van de temperatuurdrempel van dat gewas, kijkend naar alle gebieden waar dat gewas niet is verbouwd, zelfs waar land niet eerder voor landbouw was gebruikt.

Eindelijk, het team berekende hoeveel van het land dat historisch werd gebruikt voor het verbouwen van elk van de vijf gewassen kan worden behouden in toekomstige opwarmingsscenario's (heet-droog, koel-nat); hoeveel van het gebruikte land zou onhoudbaar zijn als gevolg van temperatuurstijging; en hoeveel land dat voorheen niet voor landbouw werd gebruikt, mogelijk elk van de vijf gewassen zou kunnen ondersteunen in vergelijking met historische landbouwgrond waar deze gewassen nog niet zijn verbouwd.

Tomaten kunnen wat groeipijnen krijgen

"We hebben verschillen gevonden in de manier waarop warmere temperaturen de gewassen in het koude seizoen zullen beïnvloeden ten opzichte van de gewassen in het warme seizoen, "Zei Marklein. "Voor gewassen in het koele seizoen, zoals broccoli en sla, het kan mogelijk zijn om hun groeiseizoenen te verlengen. Maar het kan te warm worden om tomaten van het warme seizoen te telen waar ze historisch in de zomer werden gekweekt, en kan het nodig zijn ze te verplaatsen naar mildere klimaten die warm genoeg zijn om tomaten te telen onder de nieuwe klimaatscenario's."

Het team ontdekte dat zowel gewassen in het koele seizoen, broccoli en sla, worden momenteel in de herfst en de lente dichter bij hun lagere temperatuurdrempels gekweekt. De klimaatmodellen voorspellen een stijging van de wintertemperaturen boven de minimumtemperatuurdrempel voor beide gewassen, wat suggereert dat tegen het midden van de eeuw deze gewassen ook in de winter zouden kunnen worden verbouwd, zelfs in gebieden waar ze historisch gezien niet zijn verbouwd.

De warmere temperaturen in de herfst en lente suggereren dat tomaten baat kunnen hebben bij een verschuiving in het groeiseizoen. Maar dat kan moeilijker blijken dan het lijkt.

"Kijkend naar het heet-droog toekomstig klimaatscenario, hoewel de temperaturen in de herfst en de lente waarschijnlijk zullen stijgen, evenals de zomertemperaturen, een verschuiving in het groeiseizoen is geen haalbare oplossing omdat de zomertemperaturen waarschijnlijk de kritische temperaturen voor tomaten zullen overschrijden, "Zei Marklein. "Tomaten hebben vier opeenvolgende maanden nodig voor hun groeiseizoen, dus het gat in het midden dat door de zomer wordt opgevuld, maakt dit onhaalbaar."

Kansen kunnen overal opduiken

Hoewel het waar is dat sommige van de onderzochte gewassen, tomaten vooral zullen gebieden verliezen waar ze traditioneel werden gekweekt als gevolg van toekomstige opwarming, er zouden enkele manieren kunnen zijn om deze potentiële uitdagingen te verminderen. Bijvoorbeeld, omdat hun analyse gericht was op de luchttemperatuur in plaats van op de gewastemperatuur, in de praktijk kan irrigatie mogelijk enkele negatieve warmte-effecten verminderen.

In totaal, Marklein zei dat deze studie landbouwplanners veel stof geeft om over na te denken. "Dit is echt een eerste stap in de planning voor toekomstige klimaatscenario's. Dit werk kan worden gebruikt om prioriteiten te stellen voor hulpbronnen zoals akkerland en water om de landbouwproductiviteit en voedselzekerheid te maximaliseren, "zei ze. "Het is van cruciaal belang om vooruit te plannen voor toekomstige opwarmingsscenario's, vooral in gebieden zoals Californië die de natie voeden."