Средства от непогоды: ученые предложили рецепты от засухи

Традиционные аграрные регионы в различных странах мира страдают от сильных засух либо стихийных бедствий. К сожалению, с такими бедами аграрии будут сталкиваться все чаще. Пока наука предлагает фермерам несколько путей решения для снижения потерь. Либо на основе полученных данных о погоде на предстоящий аграрный сезон определять оптимальное время сева, подбирать соответствующие сельхозкультуры. Либо селекционерам придется разработать как можно больше сортов, устойчивых к аномальным проявлениям погоды.

На адаптацию нет инвестиций

В конце апреля ООН опубликовала доклад, посвященный адаптации аграрного сектора к изменениям климата. Ученые предупреждают, что если не позаботиться об этом сейчас, то фермеры столкнуться со снижением урожайности, а значит падением доходности бизнеса. И больше всего пострадают небольшие фермы, у которых отсутствуют средства на высокотехнологичные решения. Например, доступ к цифровым платформам для подбора сортов сельхозкультур или сводкам погоды.

Согласно отчету, эксперты оценивают дефицит в размере 106 млрд долларов. Именно такая сумма необходима для малых и средних агропредприятий, чтобы адаптировать свой бизнес к изменениям, вызванным глобальным потеплением.

По мнению глобальной благотворительной организации Oxfam, инвестиции в сельское хозяйство являются эффективным инструментом сокращения бедности, а также улучшают продовольственную безопасность и экономическое развитие.

Но без системы, которая может определить измеримые результаты адаптации, инвесторам будет трудно поддерживать мелких фермеров.

По данным аналитической и консультативной организации Climate Policy Initiative, во всем мире мелкому сельскому хозяйству доступно только 1,7% глобального финансирования в области изменения климата, или около 10 млрд долларов. Более 95% этой суммы поступает из государственных источников и направляется в основном на усилия по сдерживанию изменения климата, а не на адаптацию к нему.

Эксперты предупреждают, что потери от климатических изменений понесут не только развивающиеся страны Африки и Азии. Готовиться к худшему нужно и фермерам европейского континента.

Agroscope, подразделение Федерального управления сельского хозяйства Швейцарии, подсчитало, сколько потребуется воды для полива полей в ближайшие десятилетия производителям сельхозпродукции. Оказалось, что Швейцарии, стране далекой от засушливых пустынь, потребуется настоящая система ирригации. В среднем рост потребности в воде составит 20% в период с 2045 по 2074 год, и 35% с 2070 по 2099 год соответственно. Уже сегодня в засушливых провинциях, Aigle, Changins и Payerne, нехватка воды будет ощущаться все острее и острее.

Однако уже сейчас появились разработчики, предлагающие цифровые инструменты, которые позволяют предсказать погоду. И, исходя из полученных данных, подобрать нужный набор сортов тех или иных сельхозкультур.

Умный расчет

Агростартап ClimateAi предлагает использовать искусственный интеллект для предоставления фермерам точных долгосрочных прогнозов погоды.

«Мы выполняем миссию по защите от изменения климата на посевных площадях размером 0,5 млрд акров по всему миру. Созданная ClimateAi цифровая платформа прогнозирует риск экстремальных погодных условий, которые продлятся более двух недель. Речь идет о наводнениях, засухе или лесном пожаре. С помощью искусственного интеллекта мы рассчитываем последствия неблагоприятных погодных явлений. Агрономический анализ данных позволяет получить полезную информацию, которую могут использовать фермеры», - говорит Химаншу Гупта, основатель и генеральный директор ClimateAi.

Технология ClimateAi недоступна непосредственно фермерам. Гупта объясняет, что фирма продает услуги продовольственным компаниям и поставщикам сырья для сельского хозяйства. Например, ClimateAi в Австралии предоставила платформу для нового инструмента SKIP, который был разработан совместно с Advanta, подразделением UPL, и местным аграрным кооперативом, чтобы предоставить фермерам инструмент, который они могут использовать для определения состава урожая, сроков посадки и других характеристик.

ClimateAi разработала систему по формированию долгосрочных прогнозов на базе AI, которая может предсказывать погоду на три месяца, шесть месяцев и даже на 10 лет вперед.

- Мы внедряем искусственный интеллект для изучения фундаментальной физики климатических взаимодействий и прогнозирования экстремальных климатических рисков. Проблема заключается в том, что история сбора данных метеонаблюдений восходят к 1920–м годам - очень ограниченный срок для глобальных климатических изменений. Мы используем подход, аналогичный индустрии автономного вождения: если недостаточно данных для обучения ваших алгоритмов на дороге, вы обучаете их на симуляторе. Таков подход ClimateAI. У фермеров возникают следующие вопросы: «Когда я должен сажать свои семена? «Когда я должен собирать урожай?» «Какие культуры я должен сажать в течение следующих 10-20 лет на этом поле?» «Когда изменение климата повлияет на мое хозяйство?» Существует много общих разговоров о том, что изменение климата изменит урожайность сельскохозяйственных культур на десятилетия вперед, но ClimateAI понимает, когда и в какой степени это воздействие произойдет», - пояснил Химаншу Гупта.

Отсутствие средств защиты в засуху оставят без урожая

Есть и другой способ противостоять натиску погодных аномалий. Создавать и выращивать сорта, которые могут пережить засуха, сильные заморозки и даже град. И тут многие исследователи возвращаются, что называется, к истокам.

Например, селекционеры пытаются скрестить дикорастущие растения с их «окультуренными» сородичами.

В 1999 году Филипп Саймон, профессор садоводства в Университете Висконсин-Мэдисон, побывал в одной из провинции Турции на Эгейском море. На обочинах дороги он увидел дикую морковь. Она была белой и совершенно несъедобной на вкус и неправильной формы. Тем не менее корнеплоды выживали без полива на жаре по несколько недель. Сортовая морковь в таких экстремальных условиях давно погибла.

Глядя на это Саймон решил провести эксперимент – в закрытых теплицах он решил выращивать вместе дикую и обычную морковь. Насекомые-опылители переносили пыльцу между этими растениями. С помощью перекрестного опыления удалось смешать гены дикой и «сортовой» моркови. Таким образом удалось получить семена растений, которые смогли бы выжить во время продолжительной засухи.

Но оказывается засухоустойчивость или морозостойкость – это решающие, но не единственные факторы успеха возделывания сельхозкультур при быстроменяющемся климате. Оказывается, огромное значение имеет своевременное внесение удобрений и использование средств защиты растений.

В течение пяти лет эстонские ученые проводили эксперимент, целью которого было выяснить, как различные климатические зоны Европы влияют на выращивание озимой ржи. При этом в распоряжении исследователей было два экспериментальных поля – одно в Эстонии, другое – в Великобритании.

Ученые тестировали четыре разных сорта ржи, каждый из которых отличался своими особенностями. Очевидно, что для хорошего роста в Эстонии сорт ржи должен быть зимостойким и устойчивым к заражению снежной плесенью.

Биологи внесли под посевы несколько видов азотсодержащих удобрений: синтетическое, навоз КРС, биогазовый дигестат, используются в органическом сельском хозяйстве. Еще один вид, минеральный азот, используется в обычном сельском хозяйстве.

Тупиц говорит, что минеральный азот легко доступен растениям после того, как он попадает в почву. Однако азот из органических удобрений медленно усваивается растениями в течение всего вегетационного периода. Оказалось, что дозировка азота при выращивании ржи зависит от географического положения, погодных условий, содержания питательных веществ в почве и выращиваемого сорта.

В результате эксперимента выяснилось, что внесение минерального азота и дигестата биогаза дали более заметную прибавку в урожайности, а также высокому содержанию белка в зерне.

Еще одну интересную закономерность выявили ученые университета Иллинойса.

Исследователи проанализировали факторы, приводящие к потере урожая сои, в 26-летнем наборе данных по оценке гербицидов, охватывающем порядка сотни вариаций погодных условий. Неэффективная борьба с сорняками привело к колоссальной потере урожая при очень жаркой погоде - до 40%.

Марти Уильямс, доцент кафедры растениеводства университета Иллинойса, автор исследования в Science of the Total Environment, считает, что добиться полной победы над сорняками с каждым годом становится все труднее и труднее с учетом того, что сорная растительность обретает устойчивость к агрохимикатам.

И, тем не менее, игнорирование сорной растительности, слишком ранний срок посева могут стать роковыми для будущего урожая сои. Аномальная жаркая погода во время раннего вегетативного роста этой зернобобовой культуры также приводит к потере урожая.

- Хотя вегетативный рост сои не так чувствителен, как репродуктивные стадии, стресс от засухи влияет на развитие растений в целом, и при достаточно сильном стрессе может произойти значительное снижение урожайности, - рассказывает Марти Уильямс. – Итоги исследования продемонстрировали, что долгая засуха на ранних стадиях вегетативного роста привела к потере в среднем 958 килограммов с гектара (14,2 бушеля на акр).

Елена Горшкова

При подготовке статьи использованы материалы с сайтов Phys.org,

Farmprogress.com. BauernZeitung, climate.ai, hortidaily.com.