Προβλέψεις επίδρασης της κλιματικής αλλαγής στις αροτραίες καλλιέργειες στην Ελλάδα

Abstract

The aim of the present study was the estimation of climate change impacts on three major arable crops (cotton, wheat, maize) in Greece. The research was carried out using the AquaCrop crop simulation model over the periods 1961-1990 (base period), 2021-2050 and 2071-2100, which combines a number of climatic parameters with plant physiological and morphological traits, soil characteristics and farm management practices, especially irrigation in the case of cotton and maize. Initially, the AquaCrop model was calibrated and tested concerning the reliability of the simulation of the mentioned crops using real experimental data from the area of Karditsa for cotton, from the Agricultural University of Athens for maize and from Yliki area for wheat.To study the climate change effects, three basic greenhouse gases emission scenarios were adopted, A1B, A2, B2, and their impact on crop yields was investigated in seven areas in Greece representing the main agricultural productive zones of the country (Alexandroupolis, Mikra, Karditsa, Arta, Agrinio, Pyrgos, Yliki). Moreover, The research was conducted under the assumption that the present irrigation and fertilization practices will be implemented. This means that no nutritional stress was taken into account in the simulation and, furthermore, cotton and maize crops were considered as fully irrigated, while wheat was simulated under rainfed conditions. In several cases the high number of the climate models used, (e.g., eight of them for the A1B scenario), resulted in some confusing outcomes regarding the predicted yields. However, the application of modern methods of statistical analysis, such as the stepwise discriminant function analysis, contributed to a separation of the most reliable models and, hence, to a better understanding of the effect of climate change on crop productivity. The information concerning the predicted yields in the seven study areas were projected on digital maps using the Geographic Information Systems (GIS) in order to assist the explanation of the results in the country’s agroclimatic zones. The results indicated that, depending on the crop species and the area, the impact of climatic variability may have a positive or negative sign, in comparison with the present yields. There was a differentiation among the crop species, mainly focused between cotton and wheat against maize. This finding can be explained by the fact that the first two crops utilize the C3 photosynthetic pathway, while maize is the C4 pathway. The complex interactions between the increasing levels of CO2, the increasing temperature, and the reduction of rainfall were responsible for the smaller changes in yields observed for maize. Cotton is expected to be more favored in the future, especially in the western side of the Pindos mountain range, while wheat, though simulated under rainfed conditions, adapted positively in the rising CO2 concentration levels exhibiting increased yields in several areas.

Η έρευνα της επίδρασης της κλιματικής αλλαγής στις αποδόσεις τριών αροτραίων καλλιεργειών (βαμβάκι, σιτάρι και αραβόσιτος) ήταν το αντικείμενο της συγκεκριμένης μελέτης. Η έρευνα πραγματοποιήθηκε με τη χρήση του προτύπου ανάπτυξης των φυτών AquaCrop και επεκτάθηκε σε τρεις χρονικές περιόδους 1961-1990 (περίοδος αναφοράς), 2021-2050 και 2071-2100, συνδυάζοντας μεταβαλλόμενες κλιματικές παραμέτρους, με περιγραφικές παραμέτρους φυσιολογίας και μορφολογίας των φυτών, εδαφολογικά χαρακτηριστικά και καλλιεργητικές μεθόδους με βασικότερη την άρδευση για βαμβάκι και αραβόσιτο. Αρχικά, το πρότυπο AquaCropπαραμετροποιήθηκε και ελέγχθηκε ως προς την αξιοπιστία της προσομοίωσης των προαναφερόμενων καλλιεργειώνμε βάση πραγματικά πειραματικά δεδομένα από την περιοχή της Καρδίτσας για το βαμβάκι, από τον πειραματικό αγρό του εργαστηρίου Γεωργίας στο Γεωπονικό Πανεπιστήμιο για τον αραβόσιτο και από την περιοχή της Υλίκης για το σιτάρι.Για την μελέτη της κλιματικής αλλαγής ελήφθησαν υπόψη τρία βασικά σενάρια εκπομπής ρύπων του θερμοκηπίου Α1Β, Α2, Β2 και διερευνήθηκε η επίδρασή τους στις αποδόσεις των προαναφερόμενων καλλιεργειών σε επτά σημεία σε όλη την Ελλάδα, τα οποία αντιπροσωπεύουν τις σημαντικότερες παραγωγικές περιοχές της χώρας (Αλεξανδρούπολη, Μίκρα, Καρδίτσα, Άρτα, Αγρίνιο, Πύργος, Υλίκη). Επιπλέον,η έρευνα διεξήχθη με την παραδοχή ότι τηρήθηκαν οι υφιστάμενοι καλλιεργητικοί χειρισμοί άρδευσης και λίπανσης,που σημαίνει ότι στην περίπτωση του βαμβακιού και του αραβοσίτου η προσομοίωση έγινε σε καθεστώς πλήρους άρδευσης και επαρκούς λίπανσης. Στην περίπτωση του σιταριού η προσομοίωση έγινε χωρίς άρδευση σε καθεστώς επαρκούς λίπανσης. Σε αρκετές περιπτώσεις ο μεγάλος αριθμός των κλιματικών μοντέλων που χρησιμοποιήθηκαν, ιδιαίτερα για το σενάριο Α1Β όπου ήταν οκτώ, είχε ως αποτέλεσμα οι αποδόσεις που προέκυπταν να δίνουν συγκεχυμένα συμπεράσματα. Ωστόσο η εφαρμογή νεώτερων μεθόδων στατιστικών αναλύσεων, όπως η σταδιακή διακρίνουσα ανάλυση, βοήθησε ώστε να εντοπισθούν τα πιο αξιόπιστα κλιματικά μοντέλα και να ερμηνευθεί με κατανοητό τρόπο η επίδραση της κλιματικής αλλαγής στις καλλιέργειες. Οι σχετικές με την μεταβολή των αποδόσεων πληροφορίες για τις επτά προς μελέτη περιοχές καταχωρήθηκαν σε ψηφιακούς χάρτες με τη χρήση Γεωγραφικών Πληροφοριακών Συστημάτων διευκολύνοντας την ερμηνεία των αποτελεσμάτων σε σχέση με τον χώρο. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι, αναλόγως με την καλλιέργεια και την περιοχή, η επίδραση της μεταβολής του κλίματος μπορεί να έχει είτε θετικό είτε αρνητικό πρόσημο. Φάνηκε ότι υπήρξε διαφοροποίηση μεταξύ των καλλιεργειών και κυρίως μεταξύ του βαμβακιού και σιταριού σε σχέση με τον αραβόσιτο. Η διαφοροποίηση αυτή έγκειται στο γεγονός ότι τα δύο πρώτα είναι φυτά C3 ενώ το τελευταίο είναι C4. Οι πολύπλοκες αλληλεπιδράσεις μεταξύ ανόδου του CO2, ανόδου της θερμοκρασίας και μείωσης των βροχοπτώσεων έδειξαν ότι ο αραβόσιτος αναμένεται να έχει μικρότερο εύρος 10 μεταβολών στις αποδόσεις. Η καλλιέργεια βαμβακιού φαίνεται να ευνοείται μελλοντικά περισσότερο στις περιοχές δυτικά της οροσειράς Πίνδου, ενώ το σιτάρι, αν και μη αρδευόμενο, έχει την καλύτερη προσαρμογή στην αύξηση του CO2 παρουσιάζοντας αυξήσεις αποδόσεων σε αρκετές περιοχές.