När klimattrenderna blir varmare och torrare, global livsmedelsförsörjning beror i allt högre grad på grödornas förmåga att motstå torka. Men fokuserar forskare och producenter på rätt mätvärde när de mäter grödrelevant torka? Inte exakt, enligt ny forskning från University of Illinois forskare, som uppmanar forskarsamhället att omdefiniera termen.

"Växter måste balansera vattentillgång och efterfrågan. Båda är extremt kritiska, men folk förbiser efterfrågesidan av ekvationen, särskilt i det amerikanska majsbältet, säger Kaiyu Guan, huvudforskare på två nya studier, Blue Waters professor vid Institutionen för naturresurser och miljövetenskaper och National Center for Supercomputing Applications i Illinois.

Kravet som Guan hänvisar till är atmosfärisk torrhet, uttrycks ofta som ångtrycksunderskott (VPD). Ju torrare luften är, ju mer fukt sugs ut ur porerna, eller stomata, i växtblad. Växter måste öppna stomata för att få i sig koldioxid som föda, men om de känner att atmosfären är för torr, de kommer att stänga porerna för att undvika uttorkning. Att hålla stomata stängda för länge leder till minskad fotosyntes, planttillväxt, och spannmålsutbyte.

Kickaren? Växter stänger av stomata på grund av torrhet i atmosfären även när det finns tillräckligt med fukt i jorden.

"Om du bara tänker på nederbörd och markfuktighet, så tänker de flesta om torka, som mest beskriver utbudssidan. Naturligtvis om du har låg jordfuktighet, växter kommer att stressas av hur mycket vatten de får. Men utbudet är ofta ganska tillräckligt, speciellt här i US Corn Belt, " säger Guan. "Men, efterfrågesidan från atmosfären kan också allvarligt stressa växter. Vi måste ägna mer uppmärksamhet åt den torkasignalen."

Guans två senaste studier använde flera tekniska tillvägagångssätt, inklusive fältmätningar, olika källor för satellitdata, hydrologiska modellsimuleringar, och statlig skördestatistik. Den första studien, publiceras i Jordbruks- och skogsmeteorologi , använde data från sju platser över majsbältet för att dra slutsatsen att VPD står för nästan 90 % av förändringarna i grödans stomatala konduktans, en proxy för torkastress, och cirka 85 % av förändringarna i bruttoprimärproduktiviteten, ett mått på produktivitet.

"Som jämförelse, jordfuktighet står vanligtvis för 6-13 % av dessa åtgärder för majs och sojabönor, och upp till 35 % när man beaktar fördröjningseffekter, " säger Hyungsuk Kimm, doktorand i Guans grupp och studiens huvudförfattare.

I den andra studien, publiceras i Journal of Hydrology , Guans team fokuserade på spannmålsavkastning. Utbytet beror på många faktorer relaterade till vattnets kretslopp, men forskarna fann att VPD förklarar den största andelen variationer i skörden och ger också den tidigaste varningen för avkastningsförlust när man jämför med andra vattencykelmått och traditionella torkaindex.

"Detta ledde till att vi byggde ett nytt torkaindex som integrerar VPD, markfuktighet, och mätningar av evapotranspiration, som kan stå för mer än 70 % av avkastningsvariationen. Vårt index överträffar alla befintliga torkaindex, " säger Wang Zhou, postdoktor i Guans grupp och studiens huvudförfattare.

Guan tillägger, "I dessa två studier, vi försökte förstå efterfrågesidan av torka ur två stora vinklar, den ena använder virvelkovariansdata som mäter användningen av vatten och kol i landskapet mycket noggrant – guldstandarden – och den andra använder satellitdata och modellsimulerade hydrologiska variabler korrelerade med regional avkastning, " säger Guan. "I båda, Vi visar att VPD är viktigare än markfuktighet för att förklara reaktionen på grödans torka i mellanvästern i USA."

Att justera torkakonceptet för grödor kommer att vara avgörande för global livsmedelssäkerhet under ett föränderligt klimat.

"När vi tittar på klimatförändringsscenarier, mängden nederbörd förändras inte mycket för majsbältet, men vi vet säkert att temperaturen och VPD kommer att öka här. Det betyder att inte mycket kommer att förändras på utbudssidan, men efterfrågestressen kommer att öka betydligt. Och den typen av stress är så kopplad till skörden i slutet av säsongen, säger Guan.

Hans grupp arbetar med uppföljningsstudier som utvärderar bevattningens roll för att öka utbudet och minska efterfrågan, men för nu, Guan säger att avel för förbättrad vattenanvändningseffektivitet kan vara en viktig del av lösningen.