Tilpasning til klimaforandringerne er en dyr affære.
FN’s klimakonvention, ’United Nations Framework Convention on Climate Change’ har estimeret, at der årligt vil være behov for 71 milliarder kroner (USD 14 milliarder) i landbrugs-, skov- og fiskerisektoren for at kunne håndtere klimaforandringerne, når vi når 2030. Og dette tal er potentielt to til tre gange større.
Politiske beslutningstagere inden for landbrugsområdet har hårdt brug for information om klimaforandringernes potentielle betydning for fødevareforsyningen, så de kan gøre os klar til de kommende årtier.
Behovet forstærkes af, at FAO, ’Food and Agriculture Organization of the United Nations’, estimerer, at det vil være nødvendigt for landbrugssektoren at producere 70% mere end nu for at kunne dække behovet for mad i 2050.
Kvantificering af de komplekse sammenhænge imellem afgrøder, klima og jordbund er essentiel i administrationen af landbrugspolitik og beslutningstagningsprocesser.
Det gælder for den enkelte gård til administrationen af hele kontinenter. Med så meget på højkant er vores modeller så klar til udfordringen? Nej, det er de ikke.
Mange af de modeller, der bruges i dag, er svært forældede: de tager ikke højde for den nyeste viden om, hvordan afgrøder reagerer på klimaforandringerne og giver sandsynligvis heller ikke en præcis nok beskrivelse af de nuværende sorter og dyrkningspraksis.
Hertil kommer, at de, der bruger modellerne, ofte ikke afdækker usikkerhederne i modellerne godt nok.
Dette kan skabe mistillid til resultaterne og gøre det svært for beslutningstagerne at reagere på informationen.
Modellører af klima-effekter (især inden for afgrøder) er nødt til at være mere omhyggelige med udviklingen, afprøvningen og brugen af modellerne.
Samtidig bør disse modellører lære af, hvad der er sket inden for klimamodelleringen, så usikkerheden i deres resultater kan beregnes. Og så bør vi fokusere på multimodelteknikker til vurdering af fremtidens afgrødeproduktion.
Behov for nye modeller
Vurdering af klimaforandringernes betydning for den globale afgrødeproduktion og –forsyning er afhængig af procesbaserede modeller.
Det er en type modeller, der også medregner vores forståelse af fysiske og biologiske processer (som for eksempel hvordan bestemte afgrøder reagerer på forhøjede niveauer af kuldioxid, reduceret vandforsyning, varmere vejr eller ændret afgrødehåndtering) til at forudse, hvordan produktionen på gårdniveau vil ændre sig i fremtiden.
På regionalt niveau kan denne information, sammen med estimater af befolkningstal, handel og råvarepriser, hjælpe os til at forudse fremtiden for fødevareforsyningen (som for eksempel hvor meget mad vi kan dyrke i en varmere verden).
Modeller, der bygger på statistiske sammenhænge, er mindre brugbare, fordi de kun kan måle klima- og atmosfæreforhold her og nu, og fordi de ofte ikke tager højde for forholdet mellem afgrødegenotype og miljø- og håndteringsfaktorer, der er essentiele for at kunne lave de rigtige beslutninger omkring tilpasning til klimaændringerne.
Hvis det ikke var for interaktionen mellem afgrøder, jord, vejr og håndteringen af dem, ville simple forsøg i praksis fint kunne indikere, hvilken fremgangsmåde vi bør bruge i fremtiden.
Men den virkelige verden er kompleks, og integrerende værktøjer, som for eksempel procesmodeller, kan hjælpe os til at forstå den bedre.
Siden sidst i 1980’erne har den type modeller givet indsigt i de potentielle konsekvenser, menneskeskabt klimaforandringer har for afgrødeproduktionen.
Modellerne fokuserede oprindeligt på forståelse af den potentielle risiko klimaforandringerne har for produktiviteten (udbytter), men i nyere tid er fokus skiftet over mod at samle viden til tilpasningsstrategier, der kan håndtere disse risici.
Det er en beundringsværdig målsætning, men størstedelen af modellerne, som bruges til dette formål, er blevet lavet for to årtier siden. Selvom de er blevet tilpasset sidenhen, har de hårdt brug for opdatering, så de afspejler den nyeste viden inden for afgrødefysiologi, landbrugsvidenskab og jordbundsvidenskab.
For eksempel har forsøg inden for de sidste to årtier vist, at hvis temperaturer stiger til over 30-36 °C under blomstringsperioderne, vil afgrøder såsom hvede, ris og majs give meget mindre udbytte.
Det tager de fleste procesmodeller ikke højde for, og de overvurderer derfor ofte fremtidens afgrødeudbytte i de regioner, der oplever flere varme dage under vækstperioden.
På samme måde ved vi også, at forhøjede kuldioxidniveauer kan mindske tabet af vand gennem spalteåbninger (stomata) i planternes blade – porerne som planterne transpirerer igennem.
Men alligevel er der mange modeller, der ikke medtager specifikke detaljer om fotosyntesen og som ikke gør regnskab for forholdet mellem brug af vand og produktion. Det betyder, at de måske overvurderer effekten af tørke i fremtiden.
Stor fejlmargen
På grund af dyrkningssystemernes kompleksitet giver modeller ikke et entydigt svar på, hvad fremtiden vil bringe. ‘
En analyse sammenlignede for eksempel fem forskellige modellers prædiktion af udbytte i vinterhvede på New Zealand fra 1991-92: udbyttet var fejlestimeret med op til 20% og modellernes resultater var endnu mere forskellige fra hinanden i deres estimat af andre egenskaber som påvirker udbyttet, f.eks. total biomasse ved modenhed.
Andre undersøgelser i hvede og kartoffel har vist lignende store variationer mellem forskellige modeller.
Allerede i 2002 konkluderede en undersøgelse, at det er nødvendigt at få bestemt årsagerne til de store forskelle modellerne imellem.
Fremskridt har været langsomme og få.
Nye resultater fra sammenligninger mellem simulering af vinterhvede og målinger fra forsøg i Europa viser store forskelle i modellers estimater af udbytte.
Nogle af forskellene forsvinder måske, når modellerne bliver opdateret med den nyeste viden. Men der vil stadig være forskelle tilstede. Der vil være brug for målrettede eksperimenter for at opnå indsigt i de processer i planter og jord, som man endnu ikke ved så meget om.
Det er kun her på det seneste, at det store behov for evaluering og udvikling af afgrøde-klimamodellerne er blevet taget op internationalt gennem bl.a. ’ Agricultural Model Intercomparison and Improvement Project’ (www.agmip.org).
Dette projekt, som blev startet i oktober 2010, sigter mod at kunne levere mere robuste estimater af klimaets indflydelse på udbytter i afgrøder og international handel med afgrøder, inklusiv beregning af det tilhørende usikkerheder.
Det forventes, at dette tiltag vil sætte nye globale standarder for, hvordan modeller kan benyttes til evaluering af miljøeffekter på afgrøder.
Anvendelse af multimodeller (en samling af flere forskellige modeller for det samme problemområde) er også en værdifuld måde at beregne forskellige mulige udfald og til at bestemme vigtigheden i de forskellige fysiske og biologiske processer, der er med i modellerne.
Inden for klimaforskningen har det vist sig, at sammenligning af forskellige modeller og anvendelsen af en række forskellige modeller samtidigt har været med til at udforske usikkerhederne i modellernes forudsigelser.
Simulering af udbytter i afgrøder giver en væsentligt lavere beregningsudfordring end klimamodeller, så der burde ikke stå noget i vejen for at kunne udvikle metoder inden for afgrødekonsekvensanalyse.
Da der tydeligvis ikke er én enkelt rigtig model, er det at bruge multimodelgennemsnit en lovende fremgangsmetode til at opnå overensstemmelse mellem modeller og virkeligheden.
Men selvom denne type beregning lægger op til at være en attraktiv fremgangsmåde, er påpasselighed fortsat påkrævet.
For de gode resulatater med multimodellens kan nemlig bare være resultatet af en heldig udligning af fejl i modellerne – en situation, man ikke kan hvile på under fremtidens forudsætninger, hvor essentielle biologiske sammenhænge så risikere at blive udlignet og dermed ikke kommer med i beregningerne.
Bedre design
For at kunne forbedre situationen må vi starte fra grunden.
Og vores arbejde bør starte allerede i klasselokalerne: der er et akut behov for vidensdeling mellem ældre og yngre generationer, både hvad angår afgrødefysiologi og agronomi samt oplæring i udvikling og brug af modeller.
Når det kommer til forskning, bør vi starte med at evaluere eksisterende modeller for at se, hvor de store mangler er i forståelsen af afgrødevækst og udviklingsprocesser.
De mest åbenlyse mangler på nuværende tidspunkt er, hvordan en række forskellige plantearter og miljøer reagerer på forøgelse af kuldioxidkoncentrationer, og hvordan blad- og kernevækst reagerer på stressfaktorer.
Den anden ting, der bør kigges på, er det store behov for at kunne indsamle data af tilstrækkelig høj kvalitet, så vi kan teste modellerne.
Et yderst opnåeligt mål er at opbygge kvalitets dataindsamlinger for omkring ti områder i verden for hver afgrødetype.
Og som det tredje bør vi udvikle bedre metoder til estimering af regional produktivitet.
Modellerner er udviklet til at kigge på enkelte parceller, men vi bliver nødt til at finde en måde at få dem til at kunne tage højde for variation i landskab og miljømæssige forhold over større områder.
For det fjerde er sammenligning af modeller, selv med forbedrede modeller, fortsat et nødvendigt værktøj til at teste modellernes præcision og følsomhed over for forskellige miljøforhold.
Sidst men ikke mindst bør afgrøde-klimamodellører være meget omhyggelige, når de rapporterer usikkerheder ved modelberegningerne.
Information om resultaternes usikkerhed er afgørende, når der træffes beslutninger ud fra resultaterne. Med de mange fejlkilder på dette område er det bemærkelsesværdigt, hvor mange artikler, der publiceres uden konfidensintervaller. Der bør udvikles formelle protokoller for, hvordan usikkerhed rapporteres i modelforudsigelser for fødevareproduktion lige som de, der bruges inden for klima.
Vi vil opfordre ’the Agricultural Model Intercomparison and Improvement Project’ til at koordinere indsatsen og komme med anbefalinger for, hvordan det formelt skal tage sig ud. Almindelig anvendelse af multimodeller vil også være med til at starte den udvikling.
Der er et påtrængende behov for højere kvalitet, gennemskuelighed og pålidelighed i den modelleringsmetode, der bruges til at estimere klimaforandringers betydning for afgrødeproduktion. Den vej vi anbefaler her kan danne et solidt fundament for at kunne fremskaffe mere robust of brugbar information for alle fra landmænd til politiske beslutningstagere.
Original kronik: ”Crop–climate models need an overhaul” af: Reimund P. Rötter, Timothy R. Carter, Jørgen E. Olesen and John R. Porter. Publiceret i: Nature Climate Change – Advance online publication d. 19 juni 2011. Oversat af: Mette S. Damsgaard
Referencer:
1. Frankhauser, S. et al. WIREs Clim. Change 1, 23–30 (2010).
2. Petherick, A. Nature Clim. Change 1, 20–21 (2011).
3. Porter, J. R. & Gawith, M. Eur. J. Agron. 10, 23–36 (1999).
4. Rötter, R. & van de Geijn, S. Climatic Change 43, 651–681(1999).
5. Ewert, F. et al. Agr. Ecosyst. Environ. 93, 249–266 (2002).
6. Jamieson P. D. et al. Field Crop. Res. 55, 23–44 (1998).
7. Tubiello, F. N. & Ewert, F. Eur. J. Agron. 18, 57–74 (2002).
8. Palosuo, T. et al. Eur. J. Agron. (in the press).
9. Rosenzweig, C. & Wilbanks, T. J. Climatic Change 100, 103–106 (2010).
10. Knutti, R. et al. in Meeting Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change Expert Meeting on Assessing and Combining Multi Model Climate Projections (eds Stocker, T. F. et al.) 1–13 (IPCC Working Group I Technical Support Unit, 2010).
