Några av de viktigaste grödorna riskerar betydande skador av stigande temperaturer. För att bättre bedöma hur klimatförändringar orsakade av mänskliga utsläpp av växthusgaser sannolikt kommer att påverka vete, majs och sojabönor, ett internationellt team av forskare genomförde en aldrig tidigare skådad uppsättning datorsimuleringar av skördar i USA. Simuleringarna reproducerade en kraftig minskning av tidigare skördar som orsakats av höga temperaturer, bekräftar därmed att de fångar en huvudmekanism för framtida prognoser. Viktigt, forskarna finner att ökad bevattning kan minska de negativa effekterna av global uppvärmning på grödor – men detta är endast möjligt i regioner där tillräckligt med vatten finns tillgängligt. Så småningom, Att begränsa den globala uppvärmningen behövs för att hålla skördförlusterna i schack.

"Vi vet från observationer att höga temperaturer kan skada grödor, men nu har vi en mycket bättre förståelse för processerna, säger Bernhard Schauberger från Potsdam Institute for Climate Impact Research, huvudförfattare till studien. "Datorsimuleringarna som vi gör är baserade på robust kunskap från fysiken, kemi, biologi; på mycket data och utarbetade algoritmer. Men de kan inte representera hela komplexiteten i växtsystemet; Således, vi kallar dem modeller. I vår studie, de har klarat ett kritiskt test." Forskarna jämför modellresultaten med data från faktiska observationer. Således, de kan bestämma vilka kritiska faktorer som ska inkluderas i sina beräkningar, inklusive temperatur, CO ₂ , bevattning och gödsling.

Utan effektiva utsläppsminskningar, skördeförluster på 20 procent för vete är möjliga år 2100

För varje dag över 30°C, majs- och sojaplantor kan förlora cirka 5 procent av sin skörd. Simuleringarna har visat att modellerna fångar effekterna av små värmeökningar bortom denna tröskel, vilket resulterar i plötsliga och betydande avkastningsförluster. Sådana temperaturer kommer att vara vanligare under oförminskad klimatförändring och kan allvarligt skada jordbrukets produktivitet. Skördeförluster från förhöjda temperaturer på 20 procent för vete, 40 procent för sojabönor och nästan 50 procent för majs, i förhållande till icke förhöjda temperaturer, kan förväntas i slutet av vårt sekel utan effektiva utsläppsminskningar. Dessa förluster tar inte ens hänsyn till extremt höga temperaturer över 36°C, som förväntas sänka avkastningen ytterligare.

Effekterna går långt utanför USA, en av de största exportörerna av grödor; världsmarknadspriserna för grödor kan öka, vilket är en fråga för livsmedelssäkerhet i fattiga länder.

Bevattning kan vara ett sätt att anpassa sig - men bara i regioner där det finns tillräckligt med vatten

"Förlusterna minskade avsevärt när vi ökade bevattningen av fält i simuleringen, så vattenstress till följd av temperaturökning verkar vara en större faktor än själva värmen, säger medförfattaren Joshua Elliott från University of Chicago. När vattentillförseln från jorden till växten minskar, de små öppningarna i löven sluter sig gradvis för att förhindra vattenförlust. Detta utesluter diffusion av CO ₂ in i cellerna, som är ett väsentligt byggmaterial för växterna. Dessutom, grödor svarar på vattenstress genom att öka rottillväxten på bekostnad av biomassa ovan jord och, så småningom, avkastning. "Bevattning kan därför vara ett viktigt sätt att anpassa sig för att dämpa de allvarligaste effekterna av uppvärmningen, " säger Elliott. "Men, detta begränsas av bristen på vattenresurser i vissa regioner."

Förbränning av fossila bränslen ökar mängden CO ₂ i luften. Detta ökar vanligtvis växternas vattenanvändningseffektivitet eftersom de förlorar mindre vatten för varje enhet CO ₂ tas upp från luften. Dock, detta kan inte bekräftas som en garanti för avkastning under höga temperaturer, hävdar forskarna. Den ytterligare CO ₂ gödsling i simuleringarna lindrar inte skördefallet i samband med höga temperaturer över cirka 30°C.

Jämförelsen av olika simuleringar av klimatförändringar och deras effekter är kärnan i ISIMIP-projektet (Inter-Sectoral Impacts Modeling Intercomparison Project) som omfattar cirka 100 modelleringsgrupper över hela världen. Simuleringarna är genererade i samarbete med AgMIP, det internationella Agricultural Model Intercomparison and Improvement Project.