Ми засмажимо королеву!

Хай як дивно, вплив екстремальних погодних умов і відповідних генетичних ознак на врожайність кукурудзи мало досліджений. Хоча давно й інтенсивно вивчається вразливість урожайності кукурудзи до високих температур і недостатньої кількості опадів. У цих твердженнях немає суперечності: перше завдання куди ширше, а через багато змінних інтерпретація навіть зібраних даних може призвести до заплутаних результатів. Тому варто звернути увагу на цікаву роботу: в травні 2024 р. Frontiers in Agronomy опублікував статтю міжнародної групи науковців (Фейсал Заї та Герберт Хамерс – Тілбурзький університет, Нідерланди; Патрік МакШеррі – Оксфорд, Сполучене Королівство), присвячену проб­лемам кукурудзи на Середньому Заході США. Спойлер: попередні дослідження свідчать, що саме спека, висока температура є основною кліматичною змінною, що впливає на врожайність кукурудзи в обраній кліматичній зоні. Інші чинники, навіть кількість опадів, мають куди менший вплив.

Учені використовували деталізовані дані по штату Айова за 1981–2018 рр. і за допомогою складного математичного апарату намагалися знайти сильні зв’язки між показниками, що зазвичай важко виокремити в заплутаній системі.

Айова була обрана для цього дослідження, позаяк штат є найбільшим виробником кукурудзи в США (17% від загальнонаціонального рівня). Врожайність же кукурудзи на Середньому Заході США надто вразлива до зміни клімату.

Виявилося, що історично на врожайність кукурудзи вельми негативно впливала висока середньомісячна температура впродовж липня-вересня. Це відповідає взаємозв’язку між урожайністю та високими температурами вегетаційного періоду. Підвищення температури на 1°C знижувало врожайність пересічно на 6,3%. Чутливість до середньої температури серпня є дещо нижчою – підвищення температури на 1°C знижувало врожайність пересічно на 4,6%.

З боку добового діапазону температур історична врожайність була найчутливішою до умов червня. Розширення червневого добового діапазону на 1°C зменшувало врожайність пересічно на 4,1%.

Вважається, що негативний вплив розширення добового діапазону на врожайність добре відомий. Однак квітневий добовий діапазон мав протилежний вплив, де розширення діапазону збільшило врожайність на 1,5%.

Середньомісячна кількість опадів упродовж усього вегетаційного періоду очікувано мала позитивний вплив на історичну врожайність. Надто важливими були опади в червні-липні. Проте цікаво, що збільшення їх на 1% від середньої норми сприяло зростанню середньої врожайності лише на 0,04%.

А от аномально низька кількість опадів у червні та липні спричиняє зниження врожайності відповідно на 4,2 та 4%, тоді як аномально низька кількість опадів у серпні мала найбільший вплив, знизивши врожайність пересічно на 8%.

Вчені оцінювали також інший паралельний кліматичним змінам історичний процес – нагромадження генетичних змін у сучасних гібридах кукурудзи. Для цього використовувався такий параметр як GDD (Growing Degree Day system, градусо-дні зростання).

Збільшення GDD на 1% упродовж вегетаційного інтервалу підвищувало історичну врожайність пересічно на 1,7%, тоді як зростання нагромадження GDD на 1% протягом репродуктивного інтервалу збільшувало врожайність на 0,9%.

Сівба на один день раніше підвищувала історичну врожайність на 1,3%, а збільшення тривалості репродуктивного інтервалу на один день підвищило врожайність на 0,6%.

Далі дослідники об’єднали вплив кліматичних і генетичних змінних, щоб підсумувати результати.

Для того щоб спрогнозувати вплив майбутніх змін клімату, вчені використали найновіші моделі прогнозу температури та кількості опадів. Результати свідчать, що лише через майбутні зміни температури та кількості опадів середня врожайність кукурудзи в Айові знижуватиметься на 1,4–1,7% на рік до половини століття (або на 1,2–2,1% на рік до кінця XXI ст.) за сценаріїв середнього/високого рівня викидів парникових газів.

І генетика тут не допоможе. Ідея про те, що селекція відчутно просуває вперед урожайність, вже не працює за умов кліматичних змін. Історично розвиток генетичних змінних відчутно підвищував урожайність куку­рудзи пересічно на 1,8% на рік упродовж 1981–2018 рр. Результати свідчать, що навіть якщо такий темп зберігатиметься, одержане підвищення врожайності буде недостатнім, щоб компенсувати негативний вплив кліматичних змін (середня температура вегетаційного періоду в Айові зросте на 2,4–2,9°C до половини сторіччя і на 3,4–6,3°C до кінця сторіччя).

Звісно, існує думка, що можна просто посунути весь цикл за допомогою більш раннього висівання. На жаль, це не спрацює. В тій самій Айові середня температура весни (березень-квітень) зросте на 1,9–2,3°C до половини століття (та 3–5°C до кінця століття), а це менше, ніж прогнозоване зростання середньої температури вегетаційного періоду. Тобто фермери просто не зможуть сіяти так рано, як вони воліли б, щоб уникнути куди вищих температур у вегетаційний період. Зросте й кількість екстремальних відхилень. Прог­нози свідчать, що до половини ХХІ ст. на Середньому Заході США спостерігатимуться додаткові 5–20 днів із температурою вище +35°C. А розвиток куку­рудзи сповільнюється на 40–50%, коли температура сягає +35°C.

Прогнозований вплив зміни клімату на темп змін (показник за рік) середньорічної врожайності кукурудзи для Айови. Прогнози зроблені на половину та кінець ХХІ ст. для сценаріїв середнього і високого рівня викидів

Часто-густо також недооцінюється вплив клімату на режим, а не на кількість опадів. Кліматичні прогнози свідчать, що до половини століття середньомісячна кількість опадів в Айові збільшиться у весняні місяці й дещо зменшиться влітку. Прог­нози майбутніх опадів вказують на те, що екстремальні опади зростатимуть переважно в зимові та весняні місяці. Це важливо, позаяк екстремальні весняні опади призводять до затримки сівби й зростання тиску потенційних хвороб. Прог­нозується, що й режим опадів у вегетаційний період також стане екстремальнішим.

Звісно, не можна механічно переносити ці дані на умови України, але тенденції очевидні. Прогнозується, що врожайність кукурудзи у світі знижуватиметься пересічно на 7,4% на 1°C підвищення середньої глобальної температури. Очікується, що назагал у США врожайність кукурудзи знизиться пересічно на 8–10% на 1°C за зміни температури до 3°C. І це – не лінійний зв’язок. За потепління на 4°C урожайність кукурудзи в Сполучених Штатах Америки знизиться вже на 46%, а за підвищення температури на 6°C – на 55–60%.

Схоже, на королеву полів чекають дуже погані часи.