Kan vi afværge den truende fødevarekrise med klimaændringer? Matematisk model afslører kritisk tærskel

Menneskelige aktiviteter forårsager atmosfærisk kuldioxid (CO2) niveauer til at stige, hvilket øger den globale gennemsnitlige overfladetemperatur – og udgør en trussel mod afgrødevækst. ESCALALINGER Bekymringer for klimaforandringer’s indflydelse på globale fødevaresikkerhedsinspirerede forskere fra Banaras Hindu University i Indien for at skabe en måde at undersøge, hvordan disse faktorer påvirker afgrøderne.

I Kaos: Et tværfagligt tidsskrift for ikke -lineær videnskabForskerne deler en matematisk model oprettet for at fange de ikke -lineære forhold mellem CO2temperatur, menneskelig befolkning og vækst af afgrøde. Stigende bevis for kaotisk og kompleks dynamik inden for økologiske systemer førte dem til at bruge både autonome og ikke-autonome modeller for at få en dybere forståelse af sæsonbestemte variationer og potentielle afbødningsstrategier, såsom udvikling af temperaturtolerante afgrøder.

Holdets undersøgelse integrerer nøglebegreber i dynamikken i atmosfærisk co2stigende temperaturer, menneskelig befolkning og afgrødeudbytte.

“Vi har overvejet, hvordan den stigende co2 Niveauer vil oprindeligt øge afgrødevæksten gennem ‘Co2 Befrugtningseffekt, ‘men når temperaturerne overstiger en kritisk tærskel, vil varmestress reducere udbyttet, “sagde AK Misra.

“Et ikke -autonomt system med sæsonbestemte variationer afslører komplekse adfærd som periodiske svingninger og kaos – og fremhæver uforudsigeligheden af ​​afgrødesvar på stigende temperaturer.”

De koncepter, som teamet overvejede, er centrale for at forstå kompleksiteten af ​​klima- og afgrødeinteraktioner, der kan føre til uventede ekstreme resultater. Deres arbejde viser vigtigheden af ​​at styre disse variabler effektivt for at opretholde landbrugsproduktiviteten.

“Vores fund afslører en kritisk tærskel for antropogen co2 Emission, ud over hvilket afgrødeudbyttet begynder at falde markant, “sagde Misra.” Det afhænger af de dyrkede afgrødersorter – forskellige sorter udviser forskellige svar, så resultaterne kan muligvis ikke gælde ensartet på tværs af alle afgrøder. “

Holdets arbejde fremhæver det presserende behov for at tackle CO2 emissioner for at opretholde landbrugsproduktiviteten. Det afslører også en lovende strategi for at afbøde afgrødetab forårsaget af klimaændringer: udvikling af afgrøder med en højere temperaturtolerance.

Ved avl eller ingeniørafgrøder for at modstå forhøjet temperatur, kan landmændene bedre tilpasse sig skiftende miljøforhold for at beskytte afgrøderne. Denne tilpasningsevne er især afgørende i lyset af den globale opvarmning-hvilket gør klimaresistente landbrug en nøglefaktor for at sikre fødevaresikkerhed. En overraskende takeaway fra undersøgelsen er, i hvilket omfang relativt små stigninger i temperaturen kan påvirke afgrøderne.

Dette arbejde har ansøgninger om landbrug i lyset af klimaændringer.

“Ved at identificere kritiske temperaturgrænser får vi indsigt i, hvornår afgrødeudbytter kan begynde at falde, hvilket vil guide beslutningstagere i at gøre mere fordelagtige strategier,” sagde Misra. “Vores fund antyder, at avl eller brug af afgrøder med øget temperaturtolerance bør betragtes som en strategi for at opretholde produktiviteten under forhøjet CO2 niveauer. “

At forstå den kaotiske opførsel af afgrødesystemer hjælper med at forbedre udbytteforudsigelser og informere adaptiv landbrugspraksis til styring af sæsonbestemt og klimatisk variation.

De næste trin for teamet involverer raffinering af deres model til at omfatte flere variabler som insektpopulation, vandtilgængelighed, jordkvalitet og næringsniveauer, som også påvirker afgrøderne under klimaændringer.

“Yderligere eksperimentel validering med data i den virkelige verden vil hjælpe med at kalibrere vores model mere præcist, mens udvikling af regionsspecifikke modeller vil muliggøre lokaliserede forudsigelser og strategier,” sagde Misra.