За матеріалами статті на тему «Чи вплинуть зміни клімату на вирощування цукрових буряків у ХХІ столітті?» («Will climate change affect sugar beet establishment of the 21st century?») Національного інституту сільськогосподарських досліджень INRA та Технічного інституту цукрових буряків Франції (ІТБ), лютий 2019 р.

Моделювання появи сходів цукрових буряків проводилися за період 2020-2100 років, з урахуванням п’яти термінів посіву (середина лютого, 1 березня, середина березня, 1 квітня та середина квітня). Вміст води та температура ґрунту на глибині до 10 см відтворювалися за допомогою моделі STICS із використанням найбільш песимістичного сценарію Міжурядової групи експертів зі зміни клімату. Також було враховано ймовірність проведення більш ранньої посівної, виходячи з кількості опадів протягом лютого та березня. Аналізуючи терміни посіву за період із 2020 до 2100 року, було виявлено значне підвищення температури насіннєвої лунки на 2°C після 2060 року, в той час як опади до та після посівної, порівняно з минулими роками, не зміняться. У 2081-2100 роках швидкість проростання збільшиться, тоді як час досягнення максимального проростання зменшиться приблизно на один тиждень, порівняно з іншими періодами, через більший середній рівень температури насіннєвої лунки. Кількість непророслого насіння зменшиться, особливо для більш ранніх термінів посіву, але частота непроростання внаслідок водного стресу збільшиться після 2060 року для всіх термінів посіву, включаючи середину лютого. Передчасне цвітіння залишиться ризиком для цукрових буряків, посіяних до середини березня, хоча цей ризик помітно зменшиться після 2060 року. Зміни умов насіннєвої лунки будуть значними після 2060 року з точки зору температурного режиму. Однак можливість доступу до поля буде головним обмежуючим фактором для більш ранньої посівної, оскільки в умовах майбутніх кліматичних змін кількість опадів не зміниться, порівняно з минулими роками. Коли доступ до поля не обмежено, передбачення дати посіву, порівняно з поточним термінами (тобто середина березня), зменшує ризики для посіву цукрових буряків та передчасного цвітіння. Використання сценаріїв майбутніх кліматичних змін, у поєднанні з моделюванням процесу розвитку рослин, дозволяє точно визначити майбутні умови посівної та надати корисну інформацію для ефективного планування систем землеробства.

Проростання насіння та поява сходів є критичними етапами розвитку рослини, які впливають на успіх чи невдачу вирощування будь-якої сільськогосподарської культури. На ранні етапи розвитку культури впливають декілька біотичних та абіотичних факторів, які можуть зменшувити проростання насіння та швидкість появи сходів. Щодо абіотичних стресів, багато факторів, включаючи вміст води в насіннєвій лунці, температуру, частоту та кількість опадів, мають значний вплив на посів культури. Результати проведених досліджень доводять те, що зміна клімату призведе до збільшення середньої температури та більшої нестабільності опадів у багатьох регіонах земної кулі, включаючи Європу. Окрім того, було детально досліджено вплив безперервних кліматичних змін на урожайність. Наприклад, зміни клімату з 1980 по 2008 рік призвели до зменшення світового виробництва кукурудзи на 3,8%, а пшениці — на 5,5%. Нещодавній мета-аналіз, заснований на 1700 опублікованих модельних дослідженнях щодо впливу кліматичних змін на врожайність та пристосування вирощування сільськогосподарських культур до них, показав, що без адаптації відбудуться втрати у виробництві пшениці, рису та кукурудзи в помірних та тропічних широтах через збільшення середньої температури на 2°C.

У той час як більшість проведених досліджень визначали вплив кліматичних змін на врожайність, не вистачає більш детальної інформації щодо потенційного впливу цих змін на проведення посівної кампанії при тому, що це — вирішальний етап у виробництві цукрових буряків. Як результат, це перешкоджає важливим гравцям мобілізувати стратегії адаптації, які можуть послабити наслідки зміни клімату. Досить невеликі налаштування (наприклад, виведення нових сортів, перегляд термінів та густоти посіву, зміна обробітку ґрунту або боротьби зі шкідниками), на відміну від більш значущих змін (наприклад, зміна сівозміни, початок вирощування у зрошувальній системі або перехід від весняної до осінньої посівної), можуть забезпечити успішне та ефективне проведення посівної кампанії із позитивним впливом на урожайність. Дійсно, зменшення або збільшення температури ґрунту, вмісту води чи кількості опадів можуть викликати згубний вплив на посів буряків. Наприклад, якщо після посівної відсутні опади, процес поглинання вологи насінням погіршується, в результаті чого насіння не може прорости. На противагу цьому, сильні зливи після посівної викликають утворення кірки на ґрунті, що перешкоджає появі сходів. Весняні культури більш чутливі до умов насіннєвої лунки, ніж озимі. Ризики для посівної таких культур значно вищі, оскільки більшість з них не в змозі компенсувати меншу густоту рослин шляхом кущування або розгалуження відростків під час розвитку.

Цукрові буряки (Beta vulgaris L.) — типовий приклад весняних культур, чутливих до умов насіннєвої лунки під час посівної. На півночі Європи зазвичай ці умови несприятливі: низька температура, сильні опади, що супроводжуються посушливими періодами, які призводять до утворення твердої кірки на поверхні суглинистих ґрунтів. Тому виробники цукрових буряків повинні оптимізувати терміни посіву та підготовку насіннєвої лунки, щоб забезпечити успішну посівну кампанію. Крім того, цукровий буряк має ризик передчасного цвітіння, якщо після ранньої посівної температура падає, це негативно впливає на врожайність буряків та контроль самосівів. Дослідження стратегій адаптації до кліматичних змін за допомогою процесно-орієнтованих моделей дозволяють оцінити рівень якості врожаю та адаптувати існуючі системи вирощування сільськогосподарських культур. У той час як численні моделювання процесів розвитку рослин були розроблені та використовувані для полегшення прийняття рішень під час виробництва сільськогосподарських культур, дуже мало моделей зосереджуються на етапі проведення посівної.

Метою даного модельного дослідження було визначити, чи зміняться умови посівної в наступні десятиліття (2020-2100 рр.) в умовах майбутніх кліматичних змін та чи матимуть вони вплив на проростання та появу сходів, а також на коефіцієнт передчасного цвітіння цукрових буряків. Всього було проведено 405 моделювань появи сходів цукрових буряків з урахуванням п’яти термінів посіву. Вміст води та температура ґрунту на глибині до 10 см відтворювалися за допомогою моделі STICS із використанням найбільш песимістичного сценарію Міжурядової групи експертів зі зміни клімату. Потім отримані дані використовували як вхідні змінні для простого моделювання появи сходів цукрових буряків. Крім того, було визначено можливість виходу в поле, порівнюючи історичні рекордні показники з урахуванням майбутніх кліматичних умов.