気候変動は、さまざまな形で農業に影響を与えています。研究者は、衛星データとコンピューター モデリングを使用して、これらの影響を監視し、軽減しています。クレジット:NASA/Earth Observatory/USDA/Jesse Kirsch
地球は熱くなっています。記録的な熱波、激しい干ばつ、降雨パターンの変化、平均気温の上昇が見られるようになるにつれて、人間が引き起こした地球規模の気候変動の影響がますます明白になっています。そして、これらの環境変化は作物生産のあらゆる部分に影響を与えます。
NASA は、パートナー機関や組織とともに、今日起こっているこれらすべての環境変化を監視しています。さらに、NASA は高度なコンピューター モデルを使用して、衛星データを取り込み、地球の気候が将来の継続的な温室効果ガス排出にどのように反応するかをシミュレートします。研究者は、さまざまな将来のシナリオについてこれを行い、結果として得られる気候予測を使用して、気候変動が世界の農業にどのように影響するかを確認します。
世界中で、農業慣行は、地形、土壌の種類、作物の種類、年間降雨量、および伝統の機能として発展してきました。 NASA の Terra 衛星に搭載された Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer (ASTER) センサーからの 6 つの画像のこのモンタージュは、世界のさまざまな地域におけるフィールドの形状とサイズの違いを示しています。クレジット:NASA の地球観測所
「将来の気候変動を見ると、私たちが経験する現在の暑い年と同じではありません」と、ニューヨーク市にある NASA のゴダード宇宙研究所 (GISS) の気候影響グループの共同ディレクターであるアレックス ルアンは述べています。彼は、農業モデルの相互比較と改善プロジェクト (AgMIP) の気候チームを調整し、率いています。このプロジェクトは、気候科学、作物モデリング、経済モデリングを結び付けて、収穫量と食料安全保障の将来の可能性を検討する国際プロジェクトです。
「場所を見つけて、最近経験した暑い年を見ると、熱波が全体的な温度を上昇させた可能性が高いでしょう」とルアンは言いました. 「気候変動は違います。気候変動は毎日、少しずつ増えています。これらの熱波が [将来] 来るとき、それらはほんの少しだけ激しくまたは極端になり、[植物に] 別の生理学的影響を与えます。」
植物に対するこれらの生理学的変化は複雑である可能性があり、地域および地方レベルで見られる作物の種類や気候への影響に結びついています.
肥料としての二酸化炭素
二酸化炭素は、地球全体の気温上昇の主な原因となっている温室効果ガスです。化石燃料の燃焼から放出され、大気中に何百年も留まる可能性があります。つまり、200 年以上前に産業革命が始まって以来蓄積された量に毎年二酸化炭素が追加されていることを意味します。
米国農務省は、温度、湿度、大気中の二酸化炭素を制御する温室や畑を含む、制御された環境チャンバーで作物の成長率に関する実験を行っています。クレジット:USDA
二酸化炭素は、光合成中に植物によって大気から除去されます (ただし、人間が放出するすべてのものを除去するのに十分な量ではありません)。植物の成長を高めます。作物が受ける利益の量は、その種類によって異なります。たとえば、小麦、大麦、米は、とうもろこしよりも二酸化炭素濃度が高いことから恩恵を受けます。空気中の二酸化炭素が多いほど、植物はガスを吸収する効率が高くなり、その結果、プロセス中に失われる水分が少なくなり、植物の成長に適しています.十分な水とその他の栄養素があれば、収穫量は大幅に増加します。
しかし、こうした収量の増加には、しばしば栄養面での欠点が伴います。 「作物は CO2 が多い環境下でより速く大きく成長します 」と GISS の AgMIP の下でグローバル グリッド作物モデル相互比較プロジェクトのコーディネーターである Jonas Jägermeyr 氏は述べています。 「しかし、タンパク質と微量栄養素の含有量は比例して低くなります。」
作物への気候の影響を考えるとき、量と質は複雑な問題の 1 つです。もう 1 つは、二酸化炭素レベルが高くなると、いくつかの利点がもたらされる一方で、熱も発生するということです。
ヒートアップ
気候変動による地域的な気温の上昇は、特に熱帯地方で、あらゆる種類の作物に熱ストレスをもたらす可能性があります。 Jägermeyr 氏によると、多くの作物は華氏 90 度から 95 度 (摂氏 32 度から 35 度) を超える温度でストレスを感じ始めますが、これは作物の種類や水の利用可能性によって異なります。熱ストレスの最も目に見える兆候は、水分の喪失による萎縮であり、植物に永久的な損傷を与える可能性があります.
ロビンソン図法のこの色分けされた地図は、地球表面温度異常の変化の進行を示しています。通常の気温は、1951 年から 1980 年までの 30 年間の基準期間の平均です。平年より高い気温は赤色、平年より低い気温は青色で表示されます。最後のフレームは、2016 年から 2020 年までの 5 年間の地球の気温異常を表しています。摂氏でスケールします。クレジット:NASA の Scientific Visualization Studio
地域によって、特に熱波のような極端な現象の際に、将来の気候で異なる熱強度が発生します。 「作物が栽培される場所のパターンが影響のパターンを決定します」と Jägermeyr 氏は言います。 「熱帯地方で成長すればするほど、打撃を受けます。すでにかなり暖かいため、さらに温暖化が進むと、高緯度よりも深刻になります。」
2019年のモデル研究では、将来の世界の小麦生産をシミュレートし、世界の気温は産業革命前の気温より摂氏1.5度および摂氏2.0度高いと予測されました。二酸化炭素の施肥効果を考慮すると、冬まきまたは春まき小麦の収量は、米国やヨーロッパなどの温暖な地域では約 5% 増加し、ヨーロッパなどの温暖な地域では約 2 ～ 3% 減少することがわかりました。中央アメリカとアフリカの一部として。さらに、世界の小麦の 14% を生産するインドを含む暑い地域では、小麦の収量が低い年がより頻繁に見られました。
気温も作物のライフサイクルに影響を与えます。ルアン氏によると、生育期の毎日の気温がわずかに上昇すると、植物のライフサイクルが加速します。 「そのため、植物はより急速に成熟し、シーズンの終わりに穀物を下ろすと、葉を構築し、日光を集め、穀物に必要なエネルギーを作るのに十分な時間を費やしていません。 」その結果、穀物の数が減り、収穫量が少なくなります。
水を見せて
パズルの最後の主要ピースは水です。気候変動は降雨と降雪のパターンに影響を与えており、干ばつと降雨がより極端になっています。
「一部の地域では、追加の降雨が見られるため、メリットがあります」と Jägermeyr 氏は述べています。 「一部の地域では、追加の降雨量が多すぎて、過剰な降雨による悪影響が見られます。そして、多くの地域が実際に干ばつに見舞われるでしょう。」たとえば、モンスーンは東南アジアにより多くの雨をもたらし、米国西部、オーストラリア、アフリカ、中央アメリカでは干ばつがより激しくなる可能性があります。
灌漑に利用できる水の量は、すでに気候変動の影響を受けています。飲料水と灌漑用水の主要な水源であるヒマラヤ山脈とカリフォルニア州のシエラネバダ山脈では、山の積雪が縮小しています。
地下水位は、持続的な干ばつや大雨などの気候の変化にも敏感です。 2018 年の調査では、地下水が農業に使用されている場合、地下水位は一般に、抽出された水と変化に対する感度の両方から低下していることが示されました。さらに、植物は土壌中の水にアクセスします。これは、より暑い地域やより暑い未来では蒸発しやすく、植物が使用できる水が少なくなります.
水へのアクセスは作物の健康に直接的な影響を与えます。NASA の研究者やパートナーが温暖化の進む未来を管理するために構築しているツールへの重要なインプットの 1 つは衛星観測です。
適応
「私たちが気候変動を気にかけているのは、摂氏温度や ppm のせいではない2 、しかし、それらはすべてのセクターと私たちの生活に影響を与えるからです」とRuane氏は述べ、大規模な農業セクターと経済だけでなく、コミュニティが気候変動に対応するにつれて起こる日常の変化についても言及しました.
AgMIP 内の研究チームは、気候変動の環境要因が作物に与える直接的な影響に注目するだけでなく、最悪の結果を緩和するのに役立つ適応、管理慣行、および経済的インセンティブの可能性にも注目しています。
Ruane 氏によると、適応戦略には 3 つのタイプがあります。新しいトラクター、改善された灌漑システム、現在天水地域での新しい灌漑インフラなど、長期的な投資。新しい作物品種の育種や人口の食生活の大規模な変化への対応などの変革的な行動。
「[モデルの] 仮想フィールドでさまざまなオプションをテストできます」と Ruane 氏は言います。 「私たちはまた、人々がここ米国で私たちが行っているタイプの食事と、地中海式の食事や東アジアの食事を採用した場合、経済モデルで計算された価格がどのように変化するかについて質問することもできます.」たとえば、人口が多かれ少なかれ肉を食べるか、より多くの小麦ベースの食品からより多くの米ベースの食品を食べるようになるか、またはその逆になるとどうなりますか?モデルは、これらの大きな変化の他の二次的影響、特に予期しないものを調査することもできます。
Ruane 氏は、「農家や消費者に何が起こるかを本当に知りたい場合は、状況の経済学を取り入れる必要があります」と付け加えています。将来、気候変動が食料システムに影響を与えると、その影響は人々の反応によって形作られ、経済や家庭に波及します。
