تأثیر تغییر اقلیم بر کشاورزی ایران: 2- پیش‌بینی تولید محصولات زراعی و راهکارهای سازگاری

پژوهشهای زراعی ایران

مقاله 1، دوره 14، شماره 1 - شماره پیاپی 41، فروردین 1395، صفحه 1-20   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/gsc.v14i1.51157

نویسندگان

علیرضا کوچکی^* ؛ مهدی نصیری محلاتی

دانشگاه فردوسی مشهد

چکیده

شواهد موجود نشان می‌دهد تغییر جهانی اقلیم بسیاری از متغیرهای اقلیمی کشاورزی ایران را در چند دهه آینده تحت تأثیر قرار خواهد داد. با این حال مطالعات اندکی در مورد پی‌آمدهای آن بر تولید گیاهان زراعی در سطح ملی انجام شده است. در این تحقیق عملکرد گندم، ذرت، نخود و چغندرقند به‌عنوان 4 گونه مهم زراعی در شرایط اقلیمی سال 2050 میلادی با مقادیر فعلی مقایسه و تغییرات آن مورد ارزیابی قرار گرفته است. شرایط اقلیمی سال هدف براساس یک سناریوی استاندارد به‌وسیله مدل گردش عمومی GFDL برآورد شد و نتایج به‌عنوان داده‌های آب و هوایی در مدل سوکروز که قبلاً به‌وسیله داده‌های آزمایشی برای گونه‌های تحت بررسی تعیین اعتبار شده بود مورد استفاده قرار گرفت. نتایج نشان داد که میانگین عملکرد گندم، ذرت، نخود و چغندر در سال هدف در مناطق مختلف کشور به‌ترتیب 6/18، 1/19، 6/6 و 20 درصد کاهش خواهد یافت. این کاهش عمدتاً به دلیل افزایش دما بوده و افزایش غلظت دی اکسید کربن تنها در حدود 6/5 درصد از اثرات منفی دمای بالا را جبران می‌کند. آنالیز رگرسیون بر روی نتایج نشان داد که عملکرد گیاهان تحت بررسی به‌ازای هر C°1 افزایش دما در طی کل دوره رشد بین 9 تا 17 درصد کاهش می‌یابد. البته در مورد گندم و ذرت کاهش عملکرد تا حد زیادی تابع میزان افزایش دما در طی دوره پر شدن دانه خواهد بود. افزایش دما، طول کل دوره رشد و نیز طول دوره پر شدن دانه را در گیاهان دانه‌ای کاهش خواهد داد. نتایج حاکی از این بود که در ذرت و گندم کاهش طول دوره پر شدن دانه و در نخود و چغندر کاهش طول دوره رسیدگی (کاشت تا برداشت) عامل اصلی کاهش عملکرد می‌باشد. با توجه به مقدار ضریب تبیین بین متغیرهای مختلف، به‌طور متوسط در حدود 60 درصد از تغییرات عملکرد 4 محصول تحت بررسی با افزایش دما توصیف می‌شود و به همین دلیل تغییرات مکانی عملکرد این محصولات در مناطق مختلف کشور با الگوی مکانی تغییرات دما در سال 2050 منطبق است. بنابراین راهکارهای سازگاری به شرایط اقلیمی سال هدف باید به‌گونه‌ای طراحی شوند که اثرات سوء دماهای بالا به‌ویژه در مراحل حساس رشد را کاهش دهند. ارزیابی روش‌های سازگاری از طریق شبیه‌سازی نشان داد که تغییر تاریخ کاشت و افزایش مقاومت به گرما روش‌های مؤثری برای سازگاری به شرایط اقلیمی آینده در محصولات تحت بررسی می‌باشد.

کلیدواژه‌ها

تغییرات عملکرد؛ راهکارهای سازگاری؛ طول دوره رشد؛ گرمایش جهانی

مراجع

1. Abraha, M. G., and Savage, M. J. 2006. Potential impacts of climate change on the grain yield of maize for the midlands of KwaZulu-Natal, South Africa. Agriculture Ecosystems and Environment 115: 150-160.

2. Anwar, M. R., O’ Leary, G., McNell, D., Hossain, H., and Nelson, R. 2007. Climate change impact on rainfed wheat in south-eastern Australia. Field Crops Research 104: 139-147.

3. Asseng, S., Jamieson, P. D., Kimball, B., Pinter, P., Sayre, K., Bowden, J. W., and Howden, S. M. 2004. Simulated wheat growth affected by rising temperature, increased water deficit and elevated atmospheric CO2. Field Crops Research 85: 85-102.

4. Bannayan, M., and Crout, N. M. J. 1999. A stochastic modelling approach for real-time forecasting of winter wheat yield. Field Crops Research 62: 85-95.

5. Carson, D. J. 1999. Climate modelling: achievements and prospects. Quartery Journal of Royal Meteorolgical Society 125: 1-28.

6. Chmielewski, F. M., Müller, A., and Bruns, E. 2003. Climate changes and trends in phenology of fruit trees and field crops in Germany, 1961-2000. Agricultural and Forest Meteorology 112: 132-145.

7. Craufurd, P. Q., and Wheeler, T. R. 2009. Climate change and the flowering time of annual crops. Journal of Experimental Botany 60: 2529-2539.

8. Easterling, W. E., 2007. Climate change and the adequacy of food and timber in the 21st century. Proceedings of National Academy of Sciences 104: 19679.

9. Erda, L., Wei, X., Hui, J., Yinlong, X., Yue, L., and Liping, B. 2005. Climate change impacts on crop yield and quality with CO2 fertilization in China. Phpilos. Transaction of Royal Society of Biological Sciences 360: 2149-2154.

10. Ewert, F., Rodriguez, D., Jamieson, P., Semenov, M. A., Mitchell, R. A. C., Goudriaan, J., Porter, J. R., Kimball, B. A., Pinter Jr., P. J., Manderscheid, R., Weigel, H. J., Fangmeier, A., Fereres, E., and Villalobos, F. 2002. Effects of elevated CO2 and drought on wheat: testing crop simulation models for different experimental and climatic conditions. Agriculture Ecosystem and Environment 93: 249-266.

11. Fulco, L., and Senthold, A. 2006. Climate change impacts on wheat production in a Mediterranean environment in Western Australia. Agricultural Systems 90: 159-179.

12. Goudiraan, J., and van Laar, H. H. 1993. Modelling Crop Growth Proccesses. Kluwer Academic Press, The netherlans.

13. Goudriaan, J., 1996. Predicting crop yields under global change. In: Walker, B., Steffen, W. (Eds.), Global Change and Terrestrial Ecosystems. International Geosphere-/Biosphere Programme Book Series. Cambridge University Press, pp. 260-274.

14. Holden, N. M., Brereton, A. J., Fealy, R., and Sweeney, J. 2003. Possible change in Irish climate and its impact on barley and potato yields. Agricultural and Forest Meteorology, 116: 181-196.

15. IPCC, 2007. Climate Change 2007. Cambridge University Press, New York.

16. Jones, P. G., and Thornton, P. K. 2003. The potential impact of climate change on maize production in Africa and Latin America in 2055. Global and Environmental Change 13: 51-59.

17. van Ittersum, M. K., Leffelaar, P. A., van Keulen, H., Kropff, M. J. Bastiaans, L., and Goudriaan, J. 2003. On approaches and applications of the Wageningen crop models. European Journal of Agronomy 18: 201-234.

18. Kenter, C., Hoffmann, C. M., and Marlander, B. 2006. Effects of weather variables on sugar beet yield development (Beta vulgaris L.). European Journal of Agronomy 24: 62-69.

19. Kang, Y., Khan, S., and Ma, X. 2003. Climate change impacts on crop yield, crop water productivity and food security-A review. Agricultural and Forest Meteorology 117: 97-122.

20. Koocheki, A., Nassiri Mahallati, M., and Jafari, L. 2015. Evaluation of climate change effect on agricultural production of Iran: I. Predicting the future agroclimatic conditions. Iranian Journal of Field Crops Research 13 (4): 651-664. (in Persian with English abstract).

21. Koocheki, A., and Nassiri, M. 2008. The effects of climate change and increase in CO2 concentration on wheat yield in Iran and evaluation of adaptation strategies. Iranian Journal of Field Crops Research 7 (3): 1-18. (in Persian with English abstract).

22. Kjellsrom, E. 2005. Recent and future signature of climate change in Europe. Ambio 33: 193-198.

23. Lobel, D., and Asner, C. 2000. Climate and management contributions to recent trends in US agricultural yield. Science 299: 1032.

24. Long, S. P., Ainsworth, E. A., Rogers, A., and Ort, D. R. 2004. Rising atmospheric carbon dioxide: plants face the future. Annual Review of Plant Biology 55: 591-628.

25. Long, S. P., Ainsworth, E.A., Leakey, A. D. B., Nosberger, J., and Ort, D. R., 2006. Food for thought: lower-than-expected crop yield stimulation with rising CO2 concentrations. Science 312: 1918-1921.

26. Luo, Q., Bellotti, W., Williams, M., and Wang, E. 2009. Adaptation to climate change of wheat growing in Analysis of management and breeding strategies. Agriculture, Ecosystems and Environment 129: 261-267.

27. Mall, R. K., Lal, M., Bhatia, V. S., Rathore, L. S., and Singh, R. 2004. Mitigating climate change impact on soybean productivity in India: a simulation study. Agricultural and Forest Meteorology 121: 113-125.

28. Menzel, A., Sparks, T. H., Estrella, N., Koch, E., Aasa, A., Ahas, R., Alm-Kubler, K., Bissolli, P., Braslavska, O. G., Briede, A., Chmielewski, F. M., Crepinsek, Z., Curnel, Y., Dahl, A., Defila, C., Donnelly, A., Filella, Y., Jatczak, K., Mage, F., Mestre, A., Nordli, O., Penuelas, J., Pirinen, P., Remisova, V., Scheifinger, H., Striz, M., Susnik, A., Van Vliet, A. J. H., Wielgolaski, F. E., Zach, S., and Zust, A. N. A. 2006. European phenological response to climate change matches the warming pattern. Global Change Biology 12: 1969-1976.

29. Ministry of Jehad e Agriculture. 2011. Year book of Agricultural Statistics (Vol. 1) Field Crops year 2009-2100. Offici of Statistics and Information Technology. (in Persian).

30. Ortiz, R., Sayre, K. D., Govaerts, B., Gupta, R., Subbarao, G. V., Ban, T., Hodson, D., Dixon, J. M., Ortiz-Monasterio, J. I., and Reynolds, M. 2008. Climate change: Can wheat beat the heat? Agriculture Ecosystems and Environment 126: 46-58.

31. Özdogan, M. 2011. Modeling the impacts of climate change on wheat yields in Northwestern Turkey. Agriculture, Ecosystems and Environment 141: 1-12.

32. Peng, S. B., Huang, J. L., Sheehy, J. E., Laza, R. C., Visperas, R. M., Zhong, X. H., Centeno, G. S., Khush, G. S., and Cassman, K.G. 2004. Rice yields decline with higher night temperature from global warming. Proceedings of National Academy of Sciences 101: 9971-9975.

33. Pidgeon, J. D., Werker, A. R., Jaggard, K. W., Richter, G. M., Lister, D. H., and Jones, P. D. 2001. Climatic impact on the productivity of sugar beet in Europe, 1961-1995. Agricultural and Forest Meteorology 109: 27-38.

34. Remy, M., Stefan, B., Andreas, B., and Hans, J. W. 2003. Effect of CO2 enrichment on growth and daily radiation use efficiency of wheat in relation to temperature and growth stage. European Journal of Agronomy 19: 411-425.

35. Reyenga, P. J., Howden, S. M., Meinke, H., and Mckeon, G. M. 1999. Modelling global change impacts on wheat cropping in south-east Queensland, Australia. Environmental Modeling and Softwares 14: 297-306.

36. Rosenzweig, C., and Tubiello, F. N. 1997. Impacts of future climate change on Mediterranean agriculture: current methodologies and future directions. Climate Change 1: 219-232.

37. Sadras, V. O., and Monzon, J. P. 2006. Modelled wheat phenology captures rising temperature trends: Shortened time to flow‌ering and maturity in Australia and Argentina. Field Crops Research 99: 136-146.

38. Sowinski, P., Rudzinska-Langwald, A., Adamczyk, J., Kubica, I., and Fronk, J. 2005. Recovery of maize seedling growth, development and photosynthetic efficiency after initial growth at low temperature. Journal of Plant Physiology 162: 67-80.

39. Tao, F., Yokozawa, M., and Zhang, Z. 2009. Modelling the impact of weather and climate variability on crop productivity over a large area: Anew process-based model development, optimization, and uncertainties analysis. Agricultural and Forest Meteorology 149: 1266-1278.

40. Tubiello, F. N., Donatelli, M., Rosenzweig, C., and Stockle, C. O. 2000. Effects of climate change and elevated CO2 on cropping systems: model predictions at two Itallian locations. European Journal of Agronomy 13: 179-189.

41. Tubiello, F. N., and Ewert, F. 2002. Simulating the effects of elevated CO2 on crops: Approaches and applications for climate change. European Journal of Agronomy, 18: 57-74.

42. Tubiello, F. N., Soussana, J. F., and Howden, S. M. 2007. Climate change and food security special feature: Crop and pasture response to climate change. Proceedings of National Academy of Sciences 104: 19686-19690.

43. Van Laar, H. H., Goudriaan, J., and Van Keulen, H. 1997. SUCROS97: Simulation of crop growth for potential and water-limited production situations. C.T. de Wit Graduate School for Production Ecology and Resource Conservation, Wageningen, The Netherlands, pp. 52.

44. Wolf, J. 2002. Comparison of two potato simulation models under climate change. I. Model calibration and sensitivity analyses. Climate Research 21: 173-186.

45. Xiao, G., Zhang, Q., Yao, Y., Zhao, G., Wanga, R., Bai, H., and Zhang, F. 2008. Impact of recent climatic change on the yield of winter wheat at low and high altitudes in semi-arid northwestern China. Agriculture, Ecosystems and Environment 127: 37-42.

46. Xiong, W., Matthews, R., Holman, I., Lin, E., and Xu, Y. 2007. Modelling China’s potential maize production at regional scale under climate change. Climatic Change 85 (3-4): 433-451.

47. Yang, L., Huang, J., Yang, H., Zhu, J., Liu, H., Dong, G., Liu, G., Han, Y., and Wang, Y. L. 2006. The impact of free-air CO2 enrichment (FACE) and N supply on yield formation of rice crops with large panicle. Field Crops Research 98: 141-150.

48. You, L., Rosegrant, M. W., Wood, S., and Sun, D. 2009. Impact of growing season temperature on wheat productivity in China. Agricultural and Forest Meteorology 149: 1009-1014.