Зміна клімату ми повинні враховувати пристосованість фермерів INRAE
Зіткнувшись із щорічною мінливістю клімату та частими епізодами спеки та посухи, фермери повинні вибирати більш-менш захисні стратегії, роблячи ставку на майбутній сценарій. Дослідження INRAE щодо кукурудзи як моделі показує, що вони, як правило, вибирають оптимальні стратегії, виходячи зі свого досвіду та знань про навколишнє середовище. Ця пристосованість, ймовірно, пом'якшить втрати врожаю, пов'язані зі зміною клімату до 2050 року.
Опубліковано 07 вересня 2020 р
Посуха: весь захист має свої витрати
Зіткнувшись з водним і тепловим стресом протягом мільйонів років, рослини розвивались і впроваджували різні поступові захисні механізми, серед яких: зменшення транспірації через часткове закриття продихів і, в довгостроковій перспективі, зменшення площі листя, розвиток коренева система, або різні метаболічні пристосування для підтримки обсягу води в клітинах.
Але всі захисні механізми мають вартість: менший ріст і, отже, менша конкурентоспроможність у природному середовищі порівняно з іншими більш ефективними видами. І тому свого роду "вибір" з точки зору виживання чи конкурентоспроможності.
В умовах посухи фермер стикається з такою ж дилемою, яку можна спростити: захист чи виробництво. Він повинен враховувати своє педокліматичне середовище, оскільки стратегія, яку слід прийняти, залежить від типу посухи. Залежно від найбільш вірогідних сценаріїв у своєму регіоні, він може активувати різні механізми, вибравши сорт та практики вирощування:
- У випадку дуже сухого року скорочення циклу вирощування (ранньоцвітучий сорт) дозволить збирати урожай до того, як ґрунт стане занадто сухим, але за рахунок виробництва біомаси
- У посушливі роки та глибокий грунт розвинена коренева система буде корисною для видобутку більше води, але матиме енергетичні витрати на рослину
- У разі пізньої посухи зменшення транспірації (закриття продихів і зменшення площі листя) дозволить зберегти воду на посушливий період, але з меншим виробництвом біомаси (зменшення фотосинтезу)
- У помірно посушливий рік зростання можна підтримувати
Оскільки щорічні коливання в даний час більші за загальну зміну клімату і в основному непередбачувані, вибір завжди несе ризик втрат, якщо сценарій не піде за планом. Отже, як у грі в покер, занадто обережна призводить до виграшу менше, але безрозважність ризикує втратити все ... Однак фермери не залишають цього на волю випадку через свій досвід та добре знання довкілля. Дослідження, опубліковане в 2018 році в PNAS, показує, що вони, як правило, роблять правильний вибір.
Більшість фермерів роблять оптимальний вибір
Дослідження зосереджено на кукурудзі, яка служить зразком завдяки великому генетичному різноманіттю та легкості контролю за її цвітінням. Для цього виду (та інших, таких як соняшник, сорго, але не пшениця), фермер може грати на вегетаційному циклі (1) лише двома важелями: датою сівби та датою цвітіння. Дійсно, посіявши раніше та вибравши сорт, який цвіте пізніше, він може просунути цикл врожаю в сезон і подовжити його тривалість. Це особливо корисно при підвищенні температур, що у всіх сортів спричиняє скорочення цього циклу: результатом є зменшення врожайності, оскільки фотосинтез відбувається протягом коротшого періоду. Вибір сорту пізнього цвітіння - це спосіб компенсувати цей температурний ефект.
Таким чином, дослідники змоделювали оптимальну тривалість вегетаційного циклу між появою та цвітінням для 59 європейських ділянок з гіпотезою, що посів проводиться якомога раніше (з урахуванням ризику заморозків) та шляхом обчислення оптимальної дати цвітіння шляхом екстраполяції з експериментальних результатів. Для цього було випробувано 121 сорт кукурудзи з різними термінами цвітіння на кількох експериментальних ділянках. Оптимальна дата цвітіння варіюється залежно від кожної ділянки: якщо це занадто рано, розвиток скорочується і врожайність менша, якщо занадто пізно, це впливає на заливку зерна, оскільки воно відбувається в занадто жарких або занадто сухих умовах.
Моделювання оптимального часу між появою та цвітінням (= вегетаційний період) для 59 європейських ділянок. Ця тривалість довша для теплих країн, щоб компенсувати скорочення циклу через високі температури.
Порівняння цих теоретичних значень з даними, доступними в європейських базах даних, показує, що фермери використовують на кожній ділянці строки сівби та скоростиглість, близьку до оптимуму, розрахованого моделлю, таким чином максимізуючи свій урожай.
Адаптованість фермерів частково компенсує вплив кліматичних змін
Більшість досліджень прогнозують зниження врожайності, пов’язане з глобальним потеплінням, не беручи до уваги цю пристосованість фермерів. І справді, якби фермери дотримувались нинішніх сортів та практики в 2050 році, можна підрахувати, що урожай кукурудзи впаде в середньому на 2% в Європі. Але якщо вони продовжуватимуть обирати, як це роблять зараз, найкращі терміни та сорти висівання, то врожайність натомість може бути збільшена в середньому на 4,5%.
Вплив глобальних кліматичних змін на урожай кукурудзи в Європі залежно від того, чи враховуємо (праворуч) чи ні (ліворуч) адаптацію фермерів до ранньої сортності та дати сівби.
«Ці результати не призводять до применшення наслідків зміни клімату, а також до важливості переосмислення систем посіву, оскільки інші негативні наслідки, такі як нові хвороби, можуть вплинути на врожайність. Потрібно подбати про збереження або навіть збільшення різноманітності культурних видів, дотримуючись балансу між літніми культурами, такими як кукурудза, сорго або соняшник, та озимими культурами, такими як пшениця чи ріпак.
Це дослідження показує, що існують можливості адаптації до кліматичних змін із використанням сучасного сортового багатства, наприклад, шляхом регулювання термінів сівби та тривалості циклу рослин. Багато інших критеріїв також можна покращити за допомогою генетики майже у всіх видах сільськогосподарських культур. Маючи на увазі, що захист має свої витрати і що механізми, які мають бути застосовані, залежать від сценаріїв посухи ", резюмує Франсуа Тардьє, який керував дослідженням.
- Вегетаційний цикл: період між появою та цвітінням, протягом якого рослина накопичує біомасу за допомогою фотосинтезу.
Довідково:
Борис Батько, Марго Леклер, Себастьян Лакубе, Михайло А. Семенов, Клод Велкер, П’єр Мартр, Франсуа Тардьє. 2018. Врожайність кукурудзи в Європі може зростати, незважаючи на кліматичні зміни, з відповідним використанням генетичної мінливості часу цвітіння. Праці Національної академії наук 115 (42) 10642-10647; DOI: 10.1073/ст. 1720716115
На відміну від теплокровних тварин, які користуються гомеостатичними механізмами, що підтримують постійну температуру і вологість тіла, рослини постійно стикаються з екстремальними подіями:
- У літній день їх клітинна температура може знижуватися від 12 ° C до 35 ° C.
- Їх потовиділення може досягати вдвічі більшої ваги, тоді як у тварини воно становить у середньому від 2 до 4% маси тіла.
Отже, метаболізм рослин різко адаптується безперервно, що призводить до великих коливань експресії генів або концентрації метаболітів, що спостерігаються в той же день.
«Мій досвід показує, що, подібно до європейських фермерів, андські дрібні фермери, наприклад, обґрунтовують та адаптують свій вибір видів, сортів та техніки відповідно до свого середовища та кліматичних умов. Ці варіанти варіюються, наприклад, для північної та південної сторони гір », - зазначає Франсуа Тардьє.