1. ábra * A hőmérséklet havi átlagának alakulása a megfigyelések és a GISS előrejelzése szerint
Bevezetés
A klímaváltozás mint globális környezeti probléma - "feltételezett" hatásai miatt - ma a tudomány és a világpolitika egyik központi kérdésévé vált. A klímaváltozással érdemben csak a múlt század 70-es éveitől kezdtek el foglalkozni, bár az üvegházhatás problémáját már 1863-ban felvetette John Tyndall. A kutatások az elmúlt két-három évtizedben több területen folytak:
* a klímaváltozás jellemzése, klímaszcenáriók kidolgozása,
* a klímaváltozás várható természeti, gazdasági és társadalmi hatásainak feltárása,
* a klímaváltozáshoz való alkalmazkodási stratégiák kidolgozása.
A klímaváltozás hatásterületei között kitüntetett szerepet kapott a mezőgazdaság, az élelmiszertermelés, a világ élelmiszerellátásának biztonsága. Érthető, hiszen az agrártermelés színvonalát, biztonságát jelentős mértékben meghatározza a klíma, az aktuális időjárás, s az élelmiszertermelés közvetlen hatással van a lakosság ellátására, különösen a fejlődő országokban.
A 20. század nyolcvanas éveiben - függetlenül a klímaváltozástól - a világ (és elsősorban a fejlődő világ) élelmiszerellátása, az "éhezés", "alultápláltság" központi világpolitikai kérdéssé vált. Ha figyelembe vesszük, hogy mindezt súlyosbítja az energiaválság (szintén a múlt század nyolcvanas éveinek problémája) és a "globális felmelegedés", akkor jogos, hogy a klímaváltozás kutatásainak vizsgálatában kiemelt szerepet kapott a mezőgazdaság, az élelmiszerellátás, a földhasználat várható alakulása. A 20. század nyolcvanas éveiben a klímaváltozást a globális felmelegedéssel azonosították. Azóta megpróbálták a változási folyamatokat is jellemezni, és egyes klimatológusok arra a megállapításra jutottak, hogy a klímaváltozás nem egy "sima" folyamatként megy végbe, hanem együtt jár az időjárási anomáliák gyakoriságának és intenzitásának a növekedésével. Ezt a feltevést az elmúlt két évtized megfigyelései alátámasztani látszanak. A szélsőséges időjárási szituációk Magyarországon is megfigyelhetőek voltak. A múlt század 80-as éveinek aszályai (ezek közül kiemelkedő volt az 1983-as), az új évezred első három évének forró, száraz nyarai, és a 2004-es csapadékos év mind megerősíteni látszanak a fenti megállapítást. Voltak más szélsőséges időjárási események is, amelyek szintén jelentősen befolyásolták az adott év mezőgazdasági termelését. Ezek közül csak a 2004-es hozott olyan "pozitív" eredményt, aminek a következményeivel még ma is küzd az agrárgazdaság.
Az eddig leírtak természetesen nem igazolják sem a klímaváltozást, sem azt, hogy az időjárás változékonysága növekedni fog. Ezek olyan hipotézisek, amikre oda kell figyelni, meg kell vizsgálni azt, hogy milyen következményeik lehetnek, s ha károsak, akkor hogyan lehet azokat kivédeni, hogyan lehet a változó körülményekhez alkalmazkodni. A jelen dolgozat célja, hogy összefoglalóan áttekintse a feltételezett klímaváltozás hatásait a világ mezőgazdaságát jelentős mértékben meghatározó cereáliatermelésre.
Időjárás - klíma - klímaváltozás
A klímaváltozás egy feltételezett folyamat, amit a vizsgálatokhoz definiálni kell. Egy lehetséges definíciósorozat a következő:
* az időjárás leírja az atmoszféra állapotát egy jól definiált helyen, adott időben;
* a klíma az "átlagos" állapotot jellemzi egy adott (nagyobb kiterjedésű) területen;
* a klímaváltozás a meteorológiai elemek átlagos értékeinek olyan jelentős megváltozását jelenti, amelynek környezeti, gazdasági, társadalmi hatása van. Az átlagos értékek változása hosszabb periódusra vonatkozik.
Az időjárási változékonyság csak statisztikailag jellemezhető. A klímaszcenáriók - bár "napi" adatokat szolgáltatnak - ilyen szempontból nem értékelhetők, mert a jelenlegi változékonyságot vetítik előre.
A klímaváltozást általában a globális felmelegedéssel azonosítják. A cirkulációs modellek, amelyek a változásokat írják le, s eredményeiket "klímaszcenáriókban" testesítik meg, a légköri üvegházhatású gázok koncentrációján alapulnak. Számos modellt dolgoztak ki, figyelembe véve a légkörben és az óceánokban lejátszódó mozgásokat. Ma már a bioszféra is a modellezett elemek közé került. Az eredmények jelentős mértékben eltérnek egymástól, amint azt az 1. táblázat mutatja. Ez nyilván azt is maga után vonja, hogy a klímaváltozás "hatásai" is függenek attól, hogy milyen szcenáriót vesznek alapul.
Az 1. táblázat "globális" értékeket mutat, amelytől jelentősen eltérnek, eltérhetnek a regionális és lokális változások. A globális adatok úgynevezett leskálázása nehéz feladat, és nagy bizonytalanságot hordoz magában. Még nagyobb a bizonytalanság akkor, ha nem "éves" átlagokat tekintünk, hanem az időjárást folyamatában vizsgáljuk. Ez "hosszú távú" időjárás előrejelzést tételezne fel, ami még viszonylag rövid távra sem megoldott.
A klímaváltozás jellemzésével kapcsolatban leírtak után jogos a kérdés: van-e értelme a várható hatásokkal foglalkozni?
A válasz természetesen igen, amit az indokol, hogy mind a cirkulációs modellek, mind a megfigyelések a változást valószínűsítik, még ha eltérő mértékben is. A klímaváltozásnak (ha) lesznek hatásai, azokra fel kell készülni. Alkalmazkodási stratégiát keresni akkor, amikor már bekövetkezett a változás, késő, időveszteséggel jár. Az alternatív adaptációs megoldások kidolgozása nemcsak tudományos, de gyakorlati eredményekhez vezethet, függetlenül a klímaváltozás bekövetkezésétől.
Milyen hatásai lehetnek a klímaváltozásnak a növénytermesztésre?
A klíma-növény kapcsolat vizsgálatánál négy paramétercsoportot szoktak figyelembe venni:
* csapadék
* hőmérséklet
* CO2-koncentráció
* termőhely, földhasználat.
A csapadék mennyisége és eloszlása döntő a növények fejlődése szempontjából, azonban úgy tűnik, hogy még modellszintű meghatározása is bizonytalanabb, mint a hőmérsékleté. A modellszámítások alapján azzal számolnak, hogy az átlagos csapadékmennyiség kismértékben, mintegy 10 %-kal több lesz, mint az elmúlt évtizedek átlaga. Ez természetesen régióról régióra változik, de a feltételezés az, hogy a jelenlegi csapadékátlag ±10 %-os sávjában lesz. Magyarországra (Debrecen és Győr) a HADCM2 szcenárió lett leskálázva. A kapott hőmérsékleti és csapadékértékeket a 2. táblázat szemlélteti.
E számítások alapján az átlagos hőmérséklet 70-75 év alatt 3-3,4 oC-ot emelkedik, míg a csapadék 10-15 %-kal növekszik. Az éven belüli hőmérséklet- és csapadékeloszlás jelentősen megváltozik, a mediterrán jelleg erősödik.
A növényekkel kapcsolatos vizsgálatok alapvetően két paramétercsoportra korlátozódnak:
* hőmérsékletnövekedés,
* a légköri CO2-koncentráció,
és az ezekhez kapcsolódó vagy ezekből levezethető paraméterek, mint például tenyészidőhossz, evapotranszspiráció, vízháztartás stb.
A fontosabb megállapítások a következők: a legtöbb növény növekedése felgyorsul melegebb hőmérsékleten, feltéve, hogy elegendő tápanyag és víz áll rendelkezésre. Egy bizonyos határ után azonban a növekedés csökkenéséhez vagy akár a növények elhalásához is vezethet a magas hőmérséklet. A hőmérséklet növekedése növeli az evapotranszspirációt is, hiszen ahogy a levél hőmérséklete növekszik, nő a páranyomás a levél belsejében, és a páranyomáshiány is (VPD). Ahogy a VPD emelkedik, a gőznyomás a levélből kifelé növekszik, és a növény egyre gyorsabban veszíti el a nedvességet. A VPD a levegő száradásával együtt növekszik. A növekvő párologtatás hozzásegít a talaj gyorsabb kiszáradásához, ami újabb stressz eredője lehet.
A növények egyik legfontosabb "tápláléka" a szén, amit a fotoszintézis során a levegőből a CO2 asszimilációjával vesznek fel. A fotoszintézis sebessége függ a levegő CO2 koncentrációjától - amiről tudjuk, hogy folyamatosan növekszik -, a hőmérséklettől, napsugárzástól, tápanyag- és vízellátottságtól. Az eltérő asszimilációs utat követő növények különbözően reagálnak a hő- és szárazságstresszre, illetve a megnövelt CO2-koncentrációra. Számos kísérlet is kimutatta, hogy pozitív visszacsatolás áll fenn a légköri CO2-koncentráció és a C3-as növények nettó produkciója között. 600 mmol/mol CO2-koncentrációnál a légzési veszteség csökkenése elérte az 50 %-ot, a szervesanyag-beépülés 30 %-kal nőtt. Ehhez járul még az, hogy a növények vízhasznosítási hatékonysága jelentős mértékben javulhat.
Ha a vízkészletek korlátozottak, a legtöbb talajtípuson lehetetlen a fotoszintetikus ráta emelése. A negatív hatások jellege és nagyságrendje még vitatott. Nem zárható ki az, hogy a CO2-trágyázás pozitív hatását teljesen semlegesítik olyan stresszhatások, mint a megnövekedő UV-B sugárzási intenzitás, a szárazságstressz vagy a levegőszennyezés. Ezek a megállapítások többé-kevésbé kísérletileg igazoltak.
A mezőgazdasági vízfelhasználás várhatóan korlátozottabb lesz, mint jelenleg. Ennek alapvető oka az, hogy a magasabb hőmérséklet következtében növekszik a lakossági és ipari felhasználás, ami esetenként korlátozhatja, illetve drágíthatja a mezőgazdasági vízfelhasználást.
A talaj termőképességére is hatással lesznek a klimatikus változások. A magasabb levegőhőmérséklet következtében a termőréteg hőmérséklete is növekszik, ez meggyorsítja a szervesanyag-lebomlást és más folyamatokat, amelyek mind hatással vannak a termőképességre. E folyamatok ellensúlyozására nagyobb mennyiségű műtrágya felhasználására lesz szükség, és ez nem csak költségnövelő tényező, de negatív hatással van a környezetre is (talajvíz, levegő). A fokozott műtrágyafelhasználás következtében a talaj-növény-atmoszféra rendszerben növekedni fog a CO2 és N2O üvegházhatású gázok kibocsátása is.
A növényi kártevők szaporodására, áttelelésére, s így általános elterjedésükre is kedvező hatással lesz a felmelegedés, az ellenük való védekezés szintén költségnövelő tényezőként fog jelentkezni.
A termőhely, földhasználat kontinentális szinten jelentősen változhat a klímaváltozás függvényében. Számítás szerint 1 oC globális hőmérsékletemelkedés 150-250 km-rel tolja el a termesztési zónákat a sarkok felé. Ez például Magyarországra azt jelenti, hogy már 2 oC-os hőmérsékletemelkedés is teljesen megváltoztatja a klimatikus feltételeket, s a mediterrán jellegű klíma jelenlegitől lényegesen eltérő termőföldhasználatot tesz csak lehetővé. Az 1. ábra azt mutatja, hogy a Goddard Institute for Space Studies 2xCO2 szcenáriója szerint hogyan fog alakulni a havi hőmérséklet-eloszlás Helsinkiben.
Az ábráról leolvasható, hogy a GISS szcenárió szerint Helsinkiben a Szombathelyen 1951-80 között mért átlagos hőmérsékleti viszonyok lesznek uralkodók, azaz kedvező éghajlat alakul ki a növénytermesztés szempontjából. A magasabb szélességi övezetben a klimatikus feltételek lehetővé teszik a földhasználat változását, a mezőgazdasági terület növelését. A globális felmelegedés hatására olvadnak a gleccserek és a sarki jégmezők, aminek következtében emelkedik a tengervíz szintje. Ez a XXI. század közepére elérheti a 0,5 métert is az IPCC szerint. Már ekkora vízszintemelkedés is veszélyezteti egyes alacsonyan fekvő területen (Indonézia, Kína, Hollandia stb.) a mezőgazdasági termelés biztonságát.
Az elemzések egyértelműen arra engednek következtetni, hogy
* az agroökológiai zónák eltolódnak a hőmérsékletemelkedés és a vízhasznosítási hatékonyság javulása következtében,
* a növénytermesztés hatékonysága a középső és magas szélességi övezetekben (alapvetően a fejlett országokban) javulni fog - a növekvő fotoszintézis, a hosszabb tenyészidőszak és fagymentes periódus miatt,
* a legtöbb fejlődő országban a termőképesség csökkenni fog (a cereáliák esetében mintegy 10 %-kal), ami jelentős ellátási gondokat jelent az adott térségben,
* a trópusi és szubtrópusi régiókban, Afrika Száhel-övezetében válik legkritikusabbá a helyzet.
A cereáliák hozamainak alakulása
A vázolt általános érvényű megállapítások ismeretében felmerül a kérdés, hogyan tudunk következtetni a fontosabb gazdasági növények hozamára, az egyes régiók, illetve a világ élelmiszertermelési kapacitására, biztonságára. A legáltalánosabban használt eljárás a növényi növekedési modellek alkalmazása (szimulációs modellezés).
A növényi növekedési modellek általánosan használtak ma már a kísérlettervezésben, a termeléstervezésben, a mezőgazdasági területek, régiók termőképességének jellemzésére. A legismertebb az IBSNAT modellcsalád, amelyet a legfontosabb szárazföldi növényekre (őszi búza, kukorica, szója stb.) dolgoztak ki és használnak világszerte, többek között a klímaváltozás várható hatásainak az elemzésére is. Európában legelterjedtebb modellek az AFRCWHEAT és a SIRIUS, illetve ezek adaptált, továbbfejlesztett változatai. Magyarországon az AFRCWHEAT adaptált változatával készültek számítások (Harnos N., 2003.), amelynek az eredményei összefoglalva láthatók a 3. táblázatban.
A számokból megállapítható: ha nem következik be jelentős agrotechnikai és genetikai változás, akkor a termelésátlagok jelentős visszaesésével kell számolni még 500 ppm-es CO2-koncentráció esetén is. Az AFRCWHEAT modell került felhasználásra a CLIVARA projektben is (Downing et al., 2000). A számítások szerint Európa búzatermő potenciálja összességében növekszik, ami részben a nagyobb hozamoknak (Európa északi részén) és a potenciálisan növekvő búzatermő területeknek köszönhető.
A világ cereália-produkciójának a becslésekor különböző modellekkel, ill. klímaszcenáriókkal végzett számítások eltérő eredményekhez vezetnek, de tendenciájukban egyező képet mutatnak. A számításokat különböző feltételezésekkel végezték. Ezeknek összefoglalását mutatja be a 4. táblázat.
A kiinduló értékeket a jelenlegi klimatikus viszonyokra becsült értékek jelentik.
A táblázat első három oszlopában csak a klímahatást vették figyelembe a modellszámításoknál, a másodikban a klíma mellett a CO2 koncentrációt is. Az adaptációs szinteknél az előzőeken túlmenően: 1. szint: fajtaváltás, vetési idő változása; 2. szint: fajváltás, műtrágyahasználat, vetésidőváltás és növekvő öntözött terület.
A 4. táblázatból egyértelműen megállapítható, hogy a cereáliatermelés feltételei összességében romlanak, ami alapvetően a fejlődő országokban bekövetkező változásoknak tudható be. Néhány fontosabb országot tekintve a következő százalékos változások várhatóak a búzahozamokban a CO2 megduplázódása esetén:
Kanada +27% Oroszország +25% Kína +17% Ausztrália +10% Franciaország +8% India +4%
USA -2% Uruguay -23% Egyiptom -28% Brazília -32%
Ezek a számítások adaptációs szint nélkül készültek.
Összefoglalóan megállapítható, hogy jelenlegi ismereteink szerint földrészenként az alábbi változások várhatók a földhasználatban, ill. a mezőgazdasági termelésben (GEO/Global Environmental Outlook/, UNEP):
Afrika: A gabonafélék termésátlagai csökkenni fognak, ezáltal romlik az élelmiszerellátás biztonsága is. A sivatagosodás súlyosbodik Afrika számos térségében, aminek következtében csökken a mezőgazdaságilag hasznosítható terület.
Ázsia: Az északi területeken a kedvezőbb klimatikus feltételek következtében növekedhetnek a hozamok, s a termesztési zónák északra tolódásával a mezőgazdaságilag művelhető területek is növekednek. Ázsia déli részén és a kapcsolódó szigetvilágban az élelmiszerbiztonság csökken a tengerszint-emelkedés, a szárazság és egyéb időjárási anomáliák következtében.
Ausztrália és Új-Zéland: A várható hatások kiegyenlítik egymást. Területenként a kedvezőbb feltételek javítják az élelmiszertermelés hatékonyságát, ugyanakkor egyes területeken romlanak a feltételek.
Európa: Észak-Európában a klímaváltozás pozitív hatással lesz a mezőgazdasági termelésre, ugyanakkor Európa keleti és déli részein a produktivitás csökkenni fog.
Dél-Amerika: A fontosabb növények hozamai a földrész jelentős részén csökkenni fognak.
Észak-Amerika: Európához hasonló megállapítások tehetők. Az északi területeken - Kanadában, az USA északi részein - a termesztési feltételek javulnak, a délin romlanak.
Kulcsszavak: klímaváltozás, klímaszcenáriók, kockázat, szimulációs modellek, alkalmazkodás
Szcenáriótípus Szimulált változás az átlagos globális felszíni hőmérsékletben 20. század 21. század Hadley - 2. verzió, HADCM 2 0,55 ºC 2,6 ºC Canadian Centre 0,7 ºC 4,2 ºC Max Planck Institute (MPI) 0,55 ºC 1,9 ºC Geophysical Fluid Dinamics Laboratory (GFDL) 0,8 ºC 3,2 ºC Hadley - 3. verzió, HADCM 3 0,6 ºC 3,1 ºC Parallel Climate Model 0,5 ºC 2,0 ºC Climate System Model 0,5 ºC 1,5 ºC Megfigyelt 0,4 - 0,8 ºC IPCC (1996a) az 1990 és 2100 közötti időszakra (ellenőrizetlen kénkibocsátás) 0,9 - 3,5 ºC IPCC (1996a) az 1990 és 2100 közötti időszakra (kiegyensúlyozott kénkibocsátás) 0,8 - 4,5 ºC
1. táblázat * Szimulált globális hőmérsékletváltozások a 20. és 21. századra
Hőmérséklet (oC)
I-III. hó IV-VI. hó VII-IX. hó X-XII. hó éves átlag
Debrecen
1951-1991 átlag 0,9 15,2 18,9 5,1 10,
minimum -3,3 13,2 16,7 2,8 8,8
maximum 4,2 16,8 21,2 8,2 11,8
HADCM2 2031-40 4,1 16,3 20,4 7,0 11,9
HADCM2 2066-75 5,6 17,1 21,8 9,1 13,4
Győr
1951-1991 átlag 1,7 14,8 18,7 5,5 10,2
minimum -2,8 12,8 17,3 4,0 9,0
maximum 4,9 16,1 20,2 7,9 11,5
HADCM2 2031-40 4,6 15,9 20,1 7,0 11,9
HADCM2 2066-75 5,7 16,5 21,6 9,2 13,2
2. táblázat * A hőmérséklet alakulása Debrecenben és Győrben, a bázisidőszakban és a HADCM2 modell szerint
1. ábra * A hőmérséklet havi átlagának alakulása a megfigyelések és a GISS
előrejelzése szerint
Tényleges termés Szimulált termés (t/ha) (t/ha) AFRCWHEAT Várható érték Szórás Várható érték Szórás Győr Tényleges időjárás 4,88 0,63 4,9 0,5 HADCM 2 klímaszcenárió CO2-koncentr.: 360 ppm 3,7 0,4 CO2-koncentr.: 500 ppm 4,2 0,5 Debrecen Tényleges időjárás 4,69 0,69 4,8 0,6 HADCM 2 klímaszcenárió CO2-koncentr.: 360 ppm 3,8 0,4 CO2-koncentr.: 500 ppm 4,4 0,5
3. táblázat * A búza szimulált termésátlagai
Klímahatás + a CO2 fenológiai + adaptáció + adaptáció hatása 1. szint 2. szint GISS GFDL UKMO GISS GFDL UKMO GISS GFDL UKMO GISS GFDL UKMO Fejlett -4 -10 -22 +12 +6 -4 +15 +8 +4 +12 +3 +2 országok Fejlődő -16 -13 -17 -11 -8 -12 -12 -8 -13 -7 -6 -7 országok Föld -11 -13 -19 -2 -4 -8 0 -2 -6 +3 0 -3 összesen
4. táblázat * A cereália produkció százalékos változása különböző GCM egyensúlyi szcenáriók esetén, 2060 körül
Irodalom
Downing, Thomas E. at al. (2000): Climate Change Climatic Variability and Agriculture in Europe, An Integrated Assessment, Research Report No. 21., University of Oxford, Environmental Change Unit
Fischer, Günther at al. (2001): Global Agro-ecological Assessment for Agriculture in the 21st Century. IIASA and FAO
Harnos Noémi (2003): A klímaváltozás hatásának szimulációs vizsgálata őszi búza produkciójára. AGRO-21 Füzetek. 31. szám
Harnos Zsolt (2005): A klímaváltozás növénytermelési hatásai, AGRO-21 Füzetek. 38.
Rosenzweig, Cynthia - Hillel, Daniel (1995): Potential Impacts of Climate Change on Agriculture and Food Supply. Consequences. 1, 2.
Rosenzweig, Cynthia et al. (1993): Climate Change and World Food Supply. Research Report No. 3., University of Oxford, Environmental Change Unit