Multiscale afgrødemodelleringsindsats påkrævet for at vurdere tilpasning af klimaændringer

Afgrødemodellering er afgørende for at forstå, hvordan man sikrer fødevareforsyningen, efterhånden som planeten tilpasser sig klimaændringer. Mange nuværende afgrødemodeller fokuserer på at simulere afgrødevækst og udbytte i markskalaen, men mangler genetiske og fysiologiske data, hvilket kan hæmme nøjagtig produktion og miljøkonsekvensvurdering i større skala.

I et nyt papir offentliggjort i tidsskriftet Naturplanter , forskere identificerer en række multiskala og multidisciplinære komponenter - fra afgrødegenetik til globale faktorer - som er afgørende for at finde miljømæssigt bæredygtige løsninger til fødevaresikkerhed.

Mange afgrødemodeller fokuserer på at forstå, hvordan planteegenskaber såsom bladstørrelse spiller ind på afgrødeudbyttet på markskalaen, sagde forskerne. "Modellering i denne skala er kritisk, men vi vil gerne inkorporere information fra gen-til-celle og regional-til-global skala data i vores modelleringsramme, " sagde Bin Peng, en postdoc-forsker ved University of Illinois i Urbana-Champaign og medforfatter.

Undersøgelsen identificerer komponenter, der kunne hjælpe med at generere en mere informativ modelleringsramme. "Multiskalamodellering er nøglen til at forbinde design af klimatilpasningsstrategier for afgrøde- og markforvaltning med en storstilet vurdering af tilpasningspåvirkning på afgrødeproduktion, miljø, klima og økonomi, "Sagde Peng.

Undersøgelsen efterlyser en bedre repræsentation af afgrøders fysiologiske reaktioner på klima- og miljøstressorer - såsom tørke, ekstrem nedbør og ozonskader. "Mange fysiologiske processer ville være vigtige for at simulere afgrødevæksten under stressede forhold nøjagtigt, " sagde Peng. Eksempler inkluderer vand, der bevæger sig fra jord til plante til atmosfære drevet af baldakinens energibalance, han sagde.

"Vi bør også inkludere en bedre repræsentation af afgrødeforvaltning, " sagde Peng. "Det ville være ekstremt vigtigt for at vurdere både afgrødeproduktion og miljømæssig bæredygtighed, såvel som deres afvejninger."

Forskerne sagde, at der er muligheder for at lukke en række datahuller, såvel. "Integration af fjernføler data, f.eks. arbejdet udført i vores laboratorium, vil være yderst værdifuld for at reducere datahuller og usikkerheder, " sagde professor i naturressourcer og miljøvidenskab og projektforsker Kaiyu Guan. "En af fordelene ved fjernmåling er dens enorme rumlige dækning - vi kan bruge fjernmåling til at begrænse afgrødemodeller over alle marker på planeten."

Forfatterne foreslår også en model-data-integrationsvej fremad. "At lave den rigtige simulering af afgrødens reaktioner på klimaændringsfaktorer er kritisk vigtigt, " sagde Guan. "Den mest udfordrende del er, om afgrødemodeller kan fange disse nye relationer, som kan udledes af empiriske observationer."

"Ingen enkelt videnskabsmand eller forskningslaboratorium kan producere disse modeller på egen hånd, " sagde studiets medforfatter og plantebiologiprofessor Amy Marshall-Colón. "Denne type indsats vil kræve tålmodighed og samarbejde på tværs af mange discipliner."