Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Thay đổi khí hậu và sản xuất khoai tây trong các hệ sinh thái nông nghiệp khác nhau ở Nam Phi 1. Tác động đến hiệu suất sử dụng đất và nước
Tóm tắt
Việc khám phá tác động của thay đổi khí hậu lên năng suất khoai tây tiềm năng đã được thực hiện bằng cách thu nhỏ các dự báo từ sáu mô hình khí hậu ghép khác nhau đến độ phân giải không gian cao trên khu vực Nam Phi. Các mô phỏng về nhiệt độ tối đa và tối thiểu hàng ngày, lượng mưa, tốc độ gió và bức xạ mặt trời đã được sử dụng làm đầu vào để vận hành mô hình tăng trưởng cây trồng LINTUL-Khoai tây. Các pixel đại diện cho các khu vực trồng khoai tây đã được lựa chọn cho bốn hệ sinh thái nông nghiệp toàn cầu: cây vụ đông ẩm và khô, cây vụ hè ẩm và khô. Độ biến thiên liên năm của lượng mưa giả lập lớn hơn nhiều so với nhiệt độ. Bốc hơi và bức xạ tham chiếu dự kiến sẽ không giảm nhiều trong suốt 90 năm tới, trong khi nhiệt độ được dự đoán sẽ tăng đáng kể khoảng 1,9 °C. Từ tài liệu có sẵn, người ta đã phát hiện rằng hiệu suất sử dụng bức xạ của khoai tây tăng lên với nồng độ CO2 cao hơn gần 0,002 g MJ−1 ppm−1. Tỷ lệ này được sử dụng để tính toán tác động của CO2 lên năng suất giữa năm 1960 và 2050, khi nồng độ CO2 tăng từ 315 lên 550 ppm. Trong khoảng này, lượng bốc hơi của cây khoai tây đã giảm khoảng 13% theo tài liệu. Sự gia tăng năng suất giả lập mạnh nhất trong vụ mùa đông kiểu Địa Trung Hải (+37%) và yếu nhất trong vụ mùa hè Địa Trung Hải (+12%) và điều kiện mùa đông ấm áp gần xích đạo (+14%). Hiệu suất sử dụng nước cũng tăng nhiều nhất trong mùa đông mát mẻ ẩm ướt kiểu Địa Trung Hải (+45%) và ít hơn trong vụ mùa đông gần xích đạo (+14%). Từ các mô phỏng, có thể kết luận rằng đối với tất cả bốn hệ sinh thái nông nghiệp, những tác động tiêu cực có thể xảy ra do nhiệt độ gia tăng và giảm khả năng cung cấp nước cho khoai tây được bù đắp nhiều hơn bởi tác động tích cực của mức CO2 tăng lên đối với hiệu suất sử dụng nước và năng suất cây trồng.
Từ khóa
#thay đổi khí hậu #sản xuất khoai tây #năng suất #hệ sinh thái nông nghiệp #hiệu suất sử dụng nước #CO2Tài liệu tham khảo
Allen RG, Smith M, Pruitt WO, Pereira LS (1996) Modifications to the FAO crop coefficient approach. Proc. Int. Conf. Evapotranspiration Irrigation Scheduling, San Antonio, Texas, USA, pp 124–132
Archer ERM, Conrad J, Munch Z, Opperman D, Tadross MA, Venter J (2009) Climate change and commercial agribusiness in the semi-arid northern Sandveld, South Africa. J Integr Environ Sci 6:139–155
De Temmerman L, Hacour A, Guns M (2002) Changing climate and potential impacts on potato yield and quality ‘CHIP’: introduction, aims and methodology. Eur J Agron 17:233–242
Eamus D (1991) The interaction of rising CO2 and temperatures with water use efficiency. Plant Cell Environ 14:843–852
Elsgaard L, Børgesen CD, Olesen JE, Siebert S, Ewert F, Peltonen-Sainio P, Rötter RP, Skjelvåg AO (2012) Shifts in comparative advantages for maize, oat, and wheat cropping under climate change in Europe. Food Addit Contam Part A 29:1514–1526. doi:10.1080/19440049.2012.700953
Engelbrecht FA, McGregor JL, Engelbrecht CJ (2009) Dynamics of the conformal cubic atmospheric model projected climate-change signal over southern Africa. Int J Climatol 29:1013–1033
Engelbrecht FA, Landman WA, Engelbrecht CJ, Landman S, Roux B, Bopape MM, McGregor JL, Thatcher M (2011) Multi-scale climate modelling over southern Africa using a variable-resolution global model. Water SA 37:647–658
Engelbrecht CJ, Engelbrecht FA, Dyson LL (2013) High-resolution model-projected changes in mid-tropospheric closed-lows and extreme rainfall events over southern Africa. Int J Climatol 33:173–187
Fleisher DH, Timlin DJ, Reddy VR (2008) Elevated CO2 and water stress effects on potato canopy gas exchange, water use, and productivity. Agric For Meteorol 148:1109–1122
Franke AC, Steyn JM, Ranger KS, Haverkort AJ (2011) Developing environmental principles, criteria, indicators and norms for potato production through field surveys and modelling. Agric Syst 104:297–306
Franke AC, Haverkort AJ, Steyn JM (2013) Climate change and potato production in contrasting South African agro-ecosystems 2. Assessing risks and opportunities of adaptation strategies. Potato Res 56. doi:10.1007/s11540-013-9229-x
Haverkort AJ, Verhagen A (2008) Climate change and the repercussions for the potato supply chain. Potato Res 51:223–237
Hijmans RJ (2003) The effect of climate change on global potato production. Am J Potato Res 80:271–279
Jaggard KW, Qi A, Ober AA (2010) Possible changes to crop yield by 2050. Phil Trans R Soc Bot 365:2835–2851
Kooman PL, Haverkort AJ (1994) Modelling development and growth of the potato crop influenced by temperature and daylength: LINTUL-POTATO. In: Haverkort AJ, MacKerron DKL (eds) Ecology and modeling of potato crops under conditions limiting growth. Kluwer Academic Publishers, Dordrecht, pp 41–60
Magliulo V, Bindi M, Rana G (2003) Water use of irrigated potato (Solanum tuberosum L.) grown under free air carbon dioxide enrichment in central Italy. Agric Ecosyst Environ 97:65–80
Miglietta F, Magiulo V, Bindi M, Cerio L, Vaccari FP, Loduca V (1998) Free Air CO2 Enrichment of potato (Solanum tuberosum L.): development, growth and yield. Global Chang Biol 4:163–172
Nakicenovic N, Swart R (2000) Special report on emission scenarios. A special report of Working Group III of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Cambridge University Press, Cambridge
Nakicenovic N, Alcamo J, Davis G, de Vries B, Fenhann J, Gaffin S, Gregory K, Griibler A, Yong Jung T, Kram T, La Rovere EL, Michaelis L, Mori S, Morita T, Pepper W, Pitcher H, Price L, Riahi K, Roehrl A, Rogner HH, Sankovski A, Schlesinger M, Shukla P, Smith S, Swart R, van Rooijen S, Victor N, Dadi Z (2000) Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) Special Report on Emissions Scenarios. Cambridge University Press, Cambridge, pp 85–89, http://www.ipcc.ch/pdf/special-reports/emissions_scenarios.pdf
NASA (2013) http://climate.nasa.gov/uncertainties (accessed January 2013)
Pospisilova J, Catsky J (1999) Development of water stress under increased atmospheric CO2 concentrations. Biol Plant 42:1–24
Potatoes South Africa (2011) SA Potato industry—hectares and crop size. http://www.potatoes.co.za/industry-information/national-annual-information.aspx (accessed Jan 2013)
Ritchie JT (1972) Model for predicting evaporation from a row crop with incomplete cover. Water Resour Res 8:1204–1213
Rosenthal DM, Slattery RA, Miller RE, Grennan AK, CavagnaroTR FCM, Gleadow RM, Ort DR (2012) Cassava about-FACE: greater than expected yield stimulation of cassava (Manihot esculenta) by future CO2 levels. Global Chang Biol 18:2661–2675
Rosenzweig C, Hillel D (1998) Climate change and the global harvest: potential impacts of the greenhouse effect on agriculture. Oxford University Press, New York, 862 pp
Schapendonk AHCM, Pot CS, Goudriaan J (1995) Simulated effects of elevated carbon dioxide concentration and temperature on the productivity of potato. Interaction with cultivar differences for earliness. In: Haverkort AJ, MacKerron DKL (eds) Ecology and modelling of potato crops under conditions limiting growth. Kluwer, Dordrecht, pp 101–117
Schapendonk AHCM, van Oijen M, Dijkstra M, Pot SC, Jordi WJRM, Stoopen GM (2000) Effects of elevated CO2 concentration on photosynthetic acclimation and productivity of two potato cultivars grown in open-top chambers. Aust J Plant Physiol 7:1119–1130
Smith M, Allen RG, Pereira LS (1996) Revised FAO methodology for crop water requirements. Proc. Int. Conf. Evapotranspiration and Irrigation Scheduling, San Antonio, Texas, USA, pp. 133–140
Spitters CJT (1990) Crop growth models: their usefulness and limitations. Acta Horticult 267:349–368
Spitters CJT, Schapendonk AHCM (1990) Evaluation of breeding strategies for drought tolerance in potato by means of crop growth simulation. Plant Soil 123:193–203
Supit I, Van Diepen CA, De Wit AJW, Wolf J, Kabat P, Baruth B, Ludwig F (2012) Assessing climate change effects on European crop yields using the crop growth monitoring system and a weather generator. Agric For Meteorol 164:96–111
Taljaard JJ (1986) Change of rainfall distribution and circulation patterns over Southern Africa in summer. Int J Climatol 6:579–592
Van der Waals JE, Franke AC, Haverkort AJ, Krüger K, Steyn JM (2013) Climate change and potato production in contrasting South African agro-ecosystems 3. Effects on relative development rates of selected pests and pathogens. Potato Res 56. doi:10.1007/s11540-013-9231-3
Vorne V, Ojanperä K, De Temmerman L, Bindi M, Högy P, Jones MB, Lawson T, Persson K (2002) Effects of elevated carbon dioxide and ozone on potato tuber quality in the European multiple-site experiment ‘CHIP-project’. Eur J Agron 17:369–381
Wolf J, Van Oijen M (2003) Model simulation of effects of changes in climate and atmospheric CO2 and O3 on tuber yield potential of potato (cv. Bintje) in the European Union. Agric Ecosyst Environ 94:141–157
Yin X, Struik PC (2008) Applying modelling experiences from the past to shape crop systems biology: the need to converge crop physiology and functional genomics. New Phytol 179:629–642