Schimbările climatice și impactul general asupra agriculturii

Fenomenul actual al schimbărilor climatice globale este atribuit în principal arderii combustibililor fosili (cărbune, petrol, gaze naturale) și modificării utilizării terenurilor, conducând la mineralizarea materiei organice. Aceste activități, determinate de exploatarea umană a resurselor fosile, defrișări și conversia terenurilor pentru agricultură, au dus la o creștere semnificativă a nivelului de dioxid de carbon (CO₂). Această creștere a concentrației de CO₂ contribuie la încălzirea globală prin împiedicarea reflectării luminii solare, ceea ce face ca mai multă căldură să fie reținută în atmosfera Pământului. În plus, molecule precum metanul (CH₄) și oxidul de azot (N₂O) au un impact și mai mare, metanul având un potențial de încălzire globală de douăzeci de ori mai mare decât CO₂ și potențialul oxidului de azot fiind de până la 300 de ori mai mare [1].

Producția agricolă depinde în mare măsură de condițiile climatice, făcând-o extrem de susceptibilă la efectele schimbărilor climatice. În consecință, schimbări semnificative au fost observate în diverse sectoare agricole în ultimul deceniu, determinate de efectele potențiale ale schimbărilor climatice. Cercetările în acest domeniu se concentrează în principal pe înțelegerea implicațiilor fizice ale schimbărilor climatice asupra culturilor, animalelor și consecințelor economice asociate [2]. Agricultura, datorită dimensiunii și sensibilității sale la parametrii meteorologici, este considerată sectorul cel mai vulnerabil în fața schimbărilor climatice, rezultând în impacturi economice substanțiale. Evenimentele climatice, cum ar fi variațiile de temperatură și precipitații, au o influență semnificativă asupra recoltelor. Regiunile tropicale sunt în general mai afectate de schimbările climatice, deoarece culturile din aceste zone sunt deja mai aproape de intervalele lor optime de temperatură, ceea ce le face mai susceptibile la stresul cauzat de temperaturile ridicate [3].

Agricultura și schimbările climatice sunt interconectate în diverse moduri, deoarece schimbările climatice reprezintă o cauză majoră a stresurilor biotice și abiotice care afectează negativ regiunile agricole. Schimbările climatice influențează activitățile agricole prin modificări ale tiparelor anuale de precipitații, temperaturilor medii, apariției valurilor de căldură, schimbărilor în populațiile de buruieni și dăunători, modificărilor în comunitățile microbiene, fluctuațiilor nivelurilor de CO₂ atmosferic, diminuării stratului de ozon și modificărilor nivelurilor mării [4].

Predicțiile privind tendințele globale viitoare pentru emisiile de gaze cu efect de seră din agricultură depind în mare măsură de parametri fizici și economici care influențează puternic emisiile totale. Acești parametri includ costul combustibilului, dezvoltarea economică, evoluția numărului de animale, creșterea productivității, noile tehnologii, disponibilitatea apei, defrișările și atitudinile consumatorilor și dieta acestora [1]. Modelele științifice actuale prevăd schimbări semnificative ale mediului cauzate de creșterea emisiilor de gaze cu efect de seră. Aceste schimbări vor afecta agricultura atât pozitiv, cât și negativ. Creșterea prevăzută a temperaturii globale între 1,4°C și 5,8°C va duce la modificări ale tiparelor de precipitații. Se așteaptă ca evenimentele meteorologice extreme (secete, inundații) să apară mai frecvent. Variațiile sezoniere ale evenimentelor meteorologice pot reprezenta riscuri pentru metodele tradiționale de producție agricolă fie din cauza constrângerilor de apă, fie a surplusului de apă și eroziuni solului. Stabilitatea solului va deveni crucială pentru a stoca apa în profilul acestuia, a rezista evenimentelor meteorologice severe și a minimiza pierderile de sol [1].

În general, eroziunea solului este cauzată de acțiunea apei și vântului pe terenurile arabile, dar și de îngheț și animale. În funcție de caracteristicile topografice, solul poate fi pierdut complet dintr-un câmp sau redepozitat în cadrul acestuia. Fracțiunea grosieră a solului (nisip și pietre) este transportată pe distanțe scurte, în timp ce nămolul, argila și materia organică mai fine pot fi mutate la distanțe considerabile față de locul inițial. Acest lucru face ca solul rămas să devină din ce în ce mai grosier și mai puțin fertil [5]. Regiunile vulnerabile, precum zonele tropicale și subtropicale și regiunile montane înalte, se așteaptă să sufere cel mai mult din cauza schimbărilor climatice [1]. Situația este în general mai gravă în țările mai puțin dezvoltate, unde agroecosistemele sunt deja fragile, investițiile în agricultură sunt limitate și se prevede că schimbările climatice vor avea efectele cele mai devastatoare [6].

Schimbările climatice preconizate vor afecta cel mai probabil dezvoltarea și supraviețuirea patogenilor. Se prevede că schimbările în tiparele climatice sau meteorologice vor duce la creșterea susceptibilității culturilor la diverse presiuni din partea dăunătorilor, bolilor și buruienilor, ceea ce poate reduce nivelurile de producție în general. Mai mult, dăunătorii și bolile sunt mai frecvente în regiunile umede și calde. Alți parametri, cum ar fi umiditatea, viteza vântului, temperatura și precipitațiile, pot influența și ele randamentul culturilor. Relațiile plantă-apă sunt extrem de sensibile la schimbările de temperatură și precipitații. Modificările fiziologice sunt mai susceptibile de a fi afectate de schimbările extreme ale acestor parametri decât de schimbările climatice medii. Răspunsul plantelor la schimbările climatice variază în funcție de specia de plantă și stadiul de dezvoltare. Există praguri specifice pentru diferite culturi. Răspunsurile lor, cum ar fi alungirea rădăcinilor, perturbarea unghiului de creștere al rădăcinilor și reducerea randamentului, variază între diferitele specii de plante [3].

În timpul schimbărilor climatice, tiparele de precipitații se vor modifica, unele zone devenind mai umede, iar altele, inclusiv regiunile agricole importante, devenind mai uscate. Deși aceste tipare sunt greu de prezis, predicțiile modelelor climatice sunt mai incerte pentru precipitații decât pentru temperatură. Cu toate acestea, secetele recente din multe părți ale lumii subliniază rolul crucial al schimbărilor precipitațiilor. Chiar dacă precipitațiile anuale totale rămân neschimbate, agricultura poate fi afectată de schimbările în sezonalitatea sau intensitatea acestora [7].

Odată cu dezvoltarea legislației de mediu și a interesului public sporit pentru protejarea mediului, importanța unei gestionări eficiente a mediului în agricultură este acum larg recunoscută. Deși sectorul agricol răspunde lent la aceste provocări, există o mișcare voluntară în creștere către practici de mediu mai bune în agricultură. Principalele impacturi de mediu asociate cu agricultura sunt legate în principal de pesticide și reziduurile lor, compușii și emisiile de azot, gestionarea animalelor, eroziunea solului și pierderile de nutrienți care contribuie la eutrofizare. Este important de menționat că impacturile asupra mediului nu sunt limitate doar la măsurători chimice sau biochimice. Impacturile vizuale și estetice, cum ar fi aspectul peisajului, precum și considerațiile socio-economice, cum ar fi implicațiile pentru comunitățile rurale, reprezintă provocări mai complexe de cuantificat [5].

Ajungerea la un consens asupra interpretării, definirii și măsurării sustenabilității prezintă provocări semnificative. Cu toate acestea, conștientizarea crescândă a consecințelor de mediu asociate cu sistemele convenționale de agricultură a determinat o schimbare către abordări alternative care abordează explicit externalitățile agriculturii. Aceste alternative se străduiesc să minimizeze efectele negative, cum ar fi impactul pesticidelor asupra faunei sălbatice sau impactul îngrășămintelor asupra resurselor de apă, prin implementarea de schimbări în cadrul sistemului agricol în sine.

Deși agricultura ecologică este adesea prezentată ca principala alternativă la sistemele de producție convenționale, aceasta nu este singura opțiune. În cadrul practicilor sustenabile și alternative, alte abordări, cum ar fi sistemele cu inputuri reduse, biodinamice și regenerative, câștigă recunoaștere. De exemplu, agricultura sustenabilă cu inputuri reduse a primit finanțare și sprijin semnificativ în Statele Unite, concentrându-se pe reducerea utilizării anumitor inputuri agrochimice fără a le elimina complet. Este important de subliniat că multe țări au stabilit standarde distincte, proceduri de certificare și cadre legislative care diferențiază agricultura ecologică de alte abordări de agricultură sustenabilă. Aceste distincții sunt în principal realizate în scopuri de marketing [8].

Impactul agriculturii asupra mediului

În ciuda progreselor constante în tehnologie, societatea noastră rămâne puternic influențată de peisaj, climă, hidrologie, sol și organisme [9]. Interacțiunea și dependența de peisaj sunt factori fundamentali care trebuie luați în considerare atunci când analizăm potențialul dezvoltării durabile, deoarece practicile noastre actuale de gestionare a peisajului sunt departe de a fi durabile. Una dintre cele mai presante probleme cu care ne confruntăm astăzi și cu care ne vom confrunta în deceniile viitoare este problema producției de alimente. De-a lungul miilor de ani, această problemă a fost abordată prin transformarea pădurilor, pășunilor și zonelor umede în teren arabil și intensificarea practicilor agricole.

Agricultura este singura sursă viabilă de hrană pentru oameni. Pe măsură ce populația globală continuă să crească, cerințele asupra aprovizionării noastre alimentare vor crește inevitabil, ducând la o creștere a inputurilor agricole. Cu toate acestea, această creștere a inputurilor este probabil să creeze din punct de vedere agricol provocări de mediu și mai mari decât cele pe care le experimentăm în prezent. Deși agricultura este esențială pentru susținerea vieții umane, modul în care tratăm natura va întâmpina provocări semnificative în anii ce vor urma. Va deveni din ce în ce mai crucial să limităm presiunile rezultate din emisiile de dioxid de carbon, degradarea biodiversității și pierderea apei cauzate de practicile agricole intensive [10].

Extinderea zonelor agricole

Astăzi, extinderea suprafețelor agricole prin cultivare este din ce în ce mai dificilă. În ultimii 50 de ani, producția a crescut în principal prin intensificarea cultivării pe unitate de teren, combinată cu o creștere relativ lentă a bazei de teren [11]. Majoritatea zonelor din climatul temperat sunt deja folosite în scopuri agricole. Defrișarea, în special tăierea pădurilor tropicale pentru producerea de soia sau ulei de palmier, are consecințe majore și incontestabile asupra mediului în ceea ce privește pierderea biodiversității și încălzirea globală.

Degradarea solului

Solul este unitatea de bază a sistemului ecologic și este, în mare măsură, o resursă neregenerabilă. Cu toate acestea, din păcate, degradarea sa este însoțește permanent și constant agricultura, fiind una dintre cele mai grave probleme de mediu. Cele mai mari cauze ale degradării solului sunt monoculturile, extracția de minerale, pășunatul necontrolat, defrișările, lucrările agricole inadecvate, eroziunea hidrică și aplicarea incorectă a produselor agrochimice. Una dintre soluțiile pentru prevenirea degradării solului este împădurirea terenurilor arabile sau tranziția de la terenuri arabile la pajiști, însă într-o situație în care cererea de carne este în creștere [12].

Cererea pentru produse din carne

În ultimii 50 de ani, consumul global de carne per persoană s-a dublat, de la aproximativ 20 kg pe persoană pe an în 1960, la mai mult decât dublu în 2011, estimându-se că va depăși 50 kg pe persoană pe an în 2050 [13]. Această problemă se va agrava în timp pe măsură ce populația și veniturile vor crește. Consumul de carne, ouă și produse lactate va crește probabil, ceea ce va pune presiune pe terenuri pentru a cultiva mai mult porumb, soia și alte culturi necesare pentru hrănirea animalelor. De exemplu, în China, producția și consumul de carne de porc au crescut dramatic. Comparativ cu 1979, consumul de carne de porc a crescut de cinci ori pe cap de locuitor. Această cerere în China a dus la defrișarea pădurilor și conversia acestora în teren arabil și la conversia masivă a pășunilor în teren arabil în Argentina, ceea ce a creat o presiune foarte mare asupra terenurilor și la degradarea acestora, unde astfel de schimbări semnificative și extinse nu pot fi susținute pe termen lung.

Adaptarea la schimbările climatice în producția agricolă

Stabilirea unei definiții precise a adaptării este crucială încă de la început. O definiție potrivită ar putea fi: că adaptarea se referă la acțiuni care atenuează impacturile negative sau îmbunătățesc efectele pozitive ale schimbărilor climatice [14]. Fluctuațiile de temperatură și variațiile în modelele de precipitații sunt factorii principali care indică stresurile mediului, cuprinzând atât rezultate pozitive, cât și negative, cu efecte negative care sunt în mod deosebit îngrijorătoare [4]. Datorită gamei largi de interese în adaptare, au apărut numeroase definiții ale adaptării la climă. Grupul Interguvernamental privind Schimbările Climatice (IPCC) definește adaptarea ca ajustările făcute în sistemele naturale sau umane ca răspuns la stimulii climatici actuali sau anticipați sau la efectele lor, având ca scop minimizarea daunelor sau capitalizarea oportunităților benefice. Adaptarea la climă poate fi, de asemenea, definită ca orice acțiune care îmbunătățește suficient bunăstarea societală pentru a compensa pierderile legate de schimbările climatice. Cu toate acestea, problema cu definițiile largi este că își pierd semnificația când vine vorba de evaluarea impactului emisiilor de gaze cu efect de seră [14].

Chiar și schimbările ușoare ale climei pun provocări semnificative pentru agricultură. Spre deosebire de alte industrii, care pot adesea implementa soluții relativ rapide ca răspuns la schimbările climatice, agricultura funcționează diferit. Ea se bazează pe procese naturale care depind de proporții specifice de nutrienți, temperaturi, precipitații și alte condiții. La nivel mondial agricultura a fost optimizată pe baza condițiilor climatice locale prin decenii de experimentare. Condițiile favorabile pentru creșterea culturilor includ intervale preferate de temperatură medie și precipitații, precum și informații despre momentul precis și valorile extreme [7]. În timp ce diverse schimbări în gestionarea agricolă și unele tehnologii, cum ar fi schimbările în fenologia culturilor și îmbunătățirea toleranței la secetă și căldură, pot îmbunătăți productivitatea culturilor, ele nu reprezintă neapărat adevărate adaptări [14]. Adaptarea la schimbările climatice este necesară, dar nu suficientă. Dacă încălzirea globală continuă în ritmul actual, adaptarea va deveni din ce în ce mai greu de făcut în câteva decenii. O soluție pe termen lung trebuie să implice reducerea rapidă a emisiilor pentru a limita amploarea schimbărilor climatice viitoare [7].

Asigurarea productivității în agricultură este de o importanță maximă. Randamentul culturilor și producția sunt doar două dintre multele metrici de impact posibile, cu rezultate sociale și economice ce trebuie luate în considerare la scară largă. Orice schimbare agricolă care îmbunătățește bogăția generală și reduce vulnerabilitatea la situații extreme poate fi considerată o adaptare la climă [14]. Abordarea crizei climatice în agricultură necesită adaptare prin dezvoltarea culturilor și soiurilor rezistente la căldură și secetă, precum și prin reducerea urgentă a emisiilor de gaze cu efect de seră pentru a minimiza daunele viitoare legate de climă [7]. Acțiunile cu un adevărat impact în agricultură sunt relativ rare, contrar modului în care sunt adesea prezentate sau presupuse [14]. Conform lui Reynolds și Ortiz [6], tehnologiile de gestionare a culturilor sustenabile și economisitoare de resurse oferă beneficii semnificative în contextul schimbărilor climatice.

Aceste abordări includ, de exemplu:

1. Reducerea lucrărilor solului combinată cu reținerea reziduurilor culturilor poate proteja culturile împotriva evenimentelor climatice severe, de exemplu, prin creșterea conținutului de apă din sol.

2. În plus, îmbunătățirea solului pentru creșterea rădăcinilor poate ajuta realizarea potențialului de randament al soiurilor îmbunătățite.

3. Diversificarea sistemelor de cultivare ajută la controlul bolilor transmise prin sol.

Există și beneficii pe termen lung, care, de exemplu, includ următoarele:

4. Reducerea impactului asupra mediului prin precizia aplicării azotului și a apei în cazul irigațiilor și reducerea utilizării motorinei în operațiunile agrotehnologice.

5. Întreținerea solurilor mai puțin predispuse la degradare chiar și în timp ce schimbările climatice cresc necesitatea unei cultivări mai intensive în regiunile încă productive.

Pentru a evalua mai bine impactul schimbărilor climatice și pentru a identifica inovații agricole mai eficiente pentru viitoarele condiții climatice, este necesar un tratament consecvent al adaptării la climă. Este important să recunoaștem că unele dintre cele mai bune inovații agricole din deceniile următoare ar putea să nu aibă beneficii directe de adaptare și totuși ar trebui să li se acorde atenție [14]. În concordanță cu acest lucru, Reynolds și Ortiz [6] sugerează implementarea următoarelor soluții tehnice orientate către culturi pentru a îmbunătăți securitatea alimentară:

• Implementarea practicilor de gestionare a culturilor și terenurilor care maximizează productivitatea durabilă folosind resursele naturale disponibile, în timp ce se realizează întregul potențial genetic al soiurilor.

• Utilizarea strategiilor de gestionare și reproducere a animalelor pentru a reduce emisiile de gaze cu efect de seră.

• Concentrarea eforturilor de încrucișare a culturilor pentru dezvoltarea culturilor adaptate la medii mai dure, prevăzute de modelele de schimbare a climei.

• Evaluarea sistematică a resurselor genetice pentru a le utiliza mai bine în îmbunătățirea soiurilor.

• Investiții în agroecosistemele țintă, luând în considerare factori precum cultivarea, climatul, condițiile biotice și caracteristicile solului, pentru a evalua diferite modele de adaptare genetică în mod sistematic.

• Integrarea tehnicilor de cercetare, cum ar fi senzorizarea la distanță pentru fenotipizarea precisă, rețelele de operații de teren și tehnici moleculare de ultimă oră pentru a stabili legături mai precise între analiza genomului și răspunsurile adaptative ale culturilor.

• Determinarea limitelor teoretice ale eficienței utilizării resurselor în sistemele de cultură (inclusiv nutrienți, apă și lumină) pentru a stabili obiective de cercetare realiste pentru estimarea productivității potențiale în scenarii de schimbare climatică viitoare, luând în considerare răspunsul culturilor și adaptarea potențială la evenimente climatice extreme.

• Monitorizarea și modelarea răspândirii bolilor și dăunătorilor ca răspuns la factorii climatici pentru a minimiza pierderile culturilor și a reduce riscul de epidemii.

• Înființarea de consorții de cercetare de expertiză și de platforme de cercetare pentru a rezolva probleme comune.

În concluzie, reducerea decalajului între randamentele curente și realizabile poate contribui la atenuarea riscului de penurie alimentară [6]. Interesul larg este îndreptat asupra potențialului de adaptare pentru a reduce impacturile negative sau pentru a îmbunătăți efectele pozitive ale schimbărilor climatice. Este esențial să se cuantifice riscurile asociate cu reducerea emisiilor de gaze cu efect de seră pentru a evalua corespunzător costurile și beneficiile. În plus, este necesar să se identifice acțiuni și investiții care pot îmbunătăți perspectivele producției alimentare și care să contribuie la consolidarea securității alimentare [14].

Bibliografie:

1. Niggli, U., Schmid, H., Fliessbach, A. (2008). Organic farming and climate change. International Trade Centre (ITC), Geneva. 38 p.

2. Aydinalp, C., Cresser, M. S. (2008). The effects of global climate change on agriculture. American-Eurasian Journal of Agricultural & Environmental Sciences, 3(5), 672-676.

3. Malhi, G. S., Kaur, M., Kaushik, P. (2021). Impact of Climate Change on Agriculture and Its Mitigation Strategies: A Review. Sustainability, 13(3), 1318. https://doi.org/10.3390/su13031318

4. Raza, A., Razzaq, A., Mehmood, S., Zou, X., Zhang, X., Lv, Y., Xu, J. (2019). Impact of Climate Change on Crops Adaptation and Strategies to Tackle Its Outcome: A Review. Plants, 8(2), 34.

5. Skinner, J. A., Lewis, K. A., Bardon, K. S., Tucker, P., Catt, J. A., Chambers, B. J. (1997). An Overview of the Environmental Impact of Agriculture in the U.K. Journal of Environmental Management, 50(2), 111–128. https://doi.org/10.1006/jema.1996.0103

6. Reynolds, M. P., Ortiz, R. (2010). Adapting crops to climate change: a summary, 1. In Reynolds, M. P. (Ed.). (2010). Climate change and crop production. CABI.

7. Bernard, L., Semmler, W., Ackerman, F., Stanton, E. A. (2015). Climate Impacts on Agriculture. In L. Bernard & W. Semmler (Ed.), The Oxford Handbook of the Macroeconomics of Global Warming. Oxford University Press. https://doi.org/10.1093/oxfordhb/9780199856978.013.0024

8. Stockdale, E. A., Lampkin, N. H., Hovi, M., Keatinge, R., Lennartsson, E. K. M., Macdonald, D. W., Padel, S., Tattersall, F. H., Wolfe, M. S., Watson, C. A. (2001). Agronomic and environmental implications of organic farming systems. In Advances in Agronomy (Issue. 70, s. 261–327). Elsevier.

9. Martini, I. P., Chesworth, W. (Ed.). (2010). Landscapes and societies: Selected cases. Springer.

10. Bouma, J., McBratney, A. (2013). Framing soils as an actor when dealing with wicked environmental problems. Geoderma, 200–201, 130–139.

11. Alston, J. M., Pardey, P. G. (2014). Agriculture in the Global Economy. Journal of Economic Perspectives, 28(1), 121–146. https://doi.org/10.1257/jep.28.1.121

12. Johnson, B., Villumsen, G. (2018). Environmental aspects of natural resource intensive development: The case of agriculture. Innovation and Development, 8(1), 167–188.

13. Alexandratos, N., Bruinsma, J., Alexandratos, N., Bruinsma, J. (2012). World agriculture towards 2030/2050: The 2012 revision. https://doi.org/10.22004/AG.ECON.288998

14. Lobell, D. B. (2014). Climate change adaptation in crop production: Beware of illusions. Global Food Security, 3(2), 72–76. https://doi.org/10.1016/j.gfs.2014.05.002