Opwarming remt de stijging van de voedselproductie

Positieve verwachtingen slechts heel beperkt bewaarheid

Tot zo’n 10 jaar geleden domineerde nog de gedachte dat de productie van de belangrijke akkerbouwgewassen een extra stimulans zou kunnen krijgen door de stijging van de CO2-concentratie. CO2 is immers een basisstof voor de fotosynthese. In de nieuwe eeuw is duidelijk geworden dat die verwachte productiestijging door CO2-bemesting flink tegenvalt. In natuurvaria van oktober 2006 is dat al eens aan de orde geweest.

Wat betreft de opwarming lijkt het er op dat alleen de teelten in de koude en de gematigde klimaten (boven 45 à 50º noorderbreedte) kunnen profi­teren van de hogere temperatuur en/of het langere groeiseizoen. In ons land is het groeiseizoen voor veel gewassen de afgelopen twee decen­nia ca. 3 weken langer geworden. Met name een gewas als suikerbieten heeft daarvan geprofiteerd.

Suikerbieten blijven namelijk door­groeien zolang de dagtemperatuur hoog genoeg is (tenminste 10º). Eind jaren 80, begin jaren 90 lag de opbrengst rond 50 ton of iets er boven. Alleen 1990 (warm en zeer zonnig voorjaar, warme oktober) sprong er zeer positief uit met 69 ton. Vanaf de 90-er jaren is er een trendmatige toename naar ruim 70 ton de laatste jaren. Let ook op 1998. In de extreem natte herfst van destijds groeide de biet niet door en er waren tevens veel oogstproblemen.

De naastliggende grafiek betref de periode 1995 - 2009.

Heel anders wordt de situatie als we kijken naar de vier belangrijkste wereldvoedselgewassen, te weten tarwe, rijst (voor directe menselijke consumptie) en maïs en soja (voor een groot deel als veevoer). Bij elk van die gewassen gaat het om de rijpe zaden. Dan geeft een langer groeiseizoen geen voordelen. Wanneer de zaden rijp zijn, moeten ze ook geoogst worden. Laat men het gewas langer op het veld staan, dan betekent dat kwaliteitsverlies en/of een lagere opbrengst.

Effect van een hogere temperatuur

Nu voor die vier genoemde gewassen het effect van CO2-bemesting blijkt tegen te vallen en een langer groei­seizoen ook niets oplevert, blijft over het effect van een hogere tempera­tuur en/of een afwijkende hoeveelheid neerslag.
Merkwaardig genoeg was er tot nu toe maar weinig systematisch onder­zoek gedaan naar die effecten. Wel is de invloed van een aantal incidentele afwijkende situaties onderzocht, zoals de gevolgen voor de graanopbrengst in Midden-Europa in het zeer droge groeiseizoen van 2003 en in Rusland en de Oekraïne in 2010, toen men daar geteisterd werd door extreme hitte en droogte. In beide gevallen waren de opbrengsten tientallen procenten lager. Hoewel er rekening mee moet worden gehouden dat dit soort extreme situaties in de toekomst vaker zullen voorkomen, blijven het uitzonderlijke jaren die nog niet zoveel zeggen over de opbrengsten in de normale jaren.
Om ook meer te weten te komen over die meer ‘normale’ jaren is er onlangs een wereldwijd onderzoek gedaan naar de klimaatinvloed op de vier belangrijkste voedingsgewassen. Ook de uitkomsten daarvan stemmen bepaald niet optimistisch, zeker niet met het oog op de te verwachten verdere opwarming in de toekomst.
Het onderzoek beslaat een periode van bijna 50 jaar, nl. van 1960 t/m 2008 en omvat alle gebieden op aarde waar de genoemde vier voedingsgewassen in aanzienlijke hoeveelheden worden verbouwd. Van al die gebieden werden voor ieder jaar de gemiddelde temperatuur en de totale neerslaghoeveelheid in het groeiseizoen in kaart gebracht, alsook de opbrengst van het gewas. Voorts werd de tijdsperiode in twee delen gesplitst: de periode 1960-80 en 1980-2008.

Kijkend naar de klimaatfactoren uit beide perioden, dan zijn er direct al duidelijke verschillen te zien: voor de periode 1960-1980 zijn er in grote lijnen geen trendmatige veranderin­gen wat betreft de gemiddelde temperatuur en de totale hoeveelheid neerslag in het groeiseizoen (let wel: er wordt niet gekeken naar tempera­tuur en neerslag over het gehele jaar, maar over de periode tussen zaaien en oogsten). Voor de periode 1980-2008 ligt dat heel anders. Daar was in de meeste belangrijke productie­gebieden sprake van een trendmatige stijging van de temperatuur. Zie hiervoor figuur 1. De temperatuur­stijging is in deze figuur niet uitgedrukt in ºC, maar in de historische standaarddeviatie s. Op die manier vergelijkt men dus de trendmatige temperatuurstijging voor de periode 1980-2008 met de natuurlijke jaar-op-jaar-variatie.
Toch was er één gebied waar die opwarming in het groeiseizoen niet optrad: de USA.
In tegenstelling tot de temperatuur blijkt er wat betreft de neerslag geen uniforme trend aanwezig. Zie figuur 2.

Figuur 2. Trendmatige verandering van de gemiddelde temperatuur gedurende het groeiseizoen over de periode 1980-2008 in de belangrijkste productiegebieden van tarwe, maïs, rijst en soja. In meer dan de helft van de productiegebieden is de temperatuur in die bijna 30 jaar meer gestegen dan de natuurlijke standaarddeviatie σ. In de VS daartegen is de temperatuur in het groeiseizoen niet gestegen. Alleen de gebieden die belangrijk zijn voor de teelt van één of meer van de vier gewassen is ingekleurd, de rest is wit gelaten.

Figuur 3. Idem als in figuur 2, maar nu voor de totale hoeveelheid neerslag in het groeiseizoen.

Er zijn zowel gebieden met een (geringe) toename alsook met een (geringe) afname.

Omdat dit pas een eerste oriënterend onderzoek is, is er nog niet gediffe­rentieerd naar de verdeling van de neerslag over de groeiperiode. Uiteraard kan die verdeling wel belangrijk zijn. In ons land werd dat in 2006 maar al te duidelijk. Toen kregen de gewassen eerst te maken met langdurige droogte en verschroei­ende temperaturen (juni en vooral juli), waarna in augustus extreem nat weer volgde. Terwijl de totale hoe­veelheid neerslag over het hele groeiseizoen (iets) boven normaal uitkwam, was er t/m juli wel degelijk sprake van groeiremming door droogte. In augustus ontstonden juist problemen door de vele neerslag. Onder andere bij het oogstrijpe graan trad (kwaliteits)verlies op, terwijl de aardappelen veel doorwas vertoonden.

Terug naar de klimaatfactor die sinds 1980 sterk is veranderd: de gemiddelde temperatuur tijdens het groei­seizoen. Om na te gaan wat de invloed is geweest van die tempera­tuurstijging op de opbrengst van de vier belangrijke gewassen, is er een regressieanalyse toegepast op de jaarlijkse oogstgegevens uit het verleden. Voor elk van de teeltge­bieden werd per gewas bekeken hoe de opbrengst afhangt van de klimato­logische factoren enerzijds en de trendmatige technologische verbete­ringen anderzijds. Daarbij werd ook telkens rekening gehouden met streekeigenschappen als grondsoort e.d.

Op basis van de uitkomsten van de regressieanalyse was vervolgens te berekenen in hoeverre de trendmatige temperatuurstijging de opbrengsten heeft beïnvloed. Of, om het anders te zeggen: in hoeverre zouden de opbrengsten hoger of lager zijn geweest wanneer die opwarming er niet was geweest?

Verminderde opbrengsten tarwe en maïs

Voor de meeste gebieden blijkt dat een hogere temperatuur in het groeiseizoen een negatieve invloed heeft op de opbrengst, uitgezonderd de teeltgebieden op hogere breedten. Dit, omdat de meeste teeltgebieden een gemiddelde temperatuur hebben die al iets boven het assimilatieopti­mum ligt. Anders ligt dat voor soja en rijst. Bij die twee gewassen blijkt de invloed van de temperatuur- en neerslagverandering kleiner (soja) of gering (rijst); in sommige gevallen omdat de temperatuur niet is gestegen (soja in Argentinië) of omdat de neerslag is toegenomen (rijst in delen van ZO-Azië). Verder speelt mee dat de optimumtemperatuur voor rijst ook hoger ligt. Daardoor was een temperatuurverhoging voor meer noordelijk gelegen rijstgebieden juist gunstig.

In figuur 4 enige uitleg over wat het assimilatieoptimum inhoudt en in figuur 5 de opbrengstverandering door de trendmatige temperatuurver­hoging over de periode 1980-2008.

Figuur 4.

Voorbeeld van een assimilatie/ temperatuur curve. Weergegeven zijn, voor temperaturen tussen 5 en 30º, de bruto fotosynthese van een bepaald gewas (groen), de ademhaling van de plant (grijs; dit is een proces waarbij de plant de opgebouwde suikers weer ‘verbrand’), en de netto-assimilatie (rood; het verschil tussen de groene en de grijze lijn). De rode curve heeft een maximum (in dit geval bij ca. 17º). Dat is het assimilatieoptimum. Bij die temperatuur groeit de plant optimaal, daarboven gaat het gewas minder hard groeien. Elk gewas heeft z’n eigen karakteristieke curve en de daarbij behorende optimum­temperatuur.

Figuur 5.

Gevolgen van de verandering van de gemiddelde temperatuur en totale hoeveelheid neerslag in het groeiseizoen over de periode 1980-2008. Voor elk van de vier gewassen is de situatie in de belangrijkste productielanden weergegeven.

Bij de maïsproductie heeft het verande­rend klimaat vooral in China en Brazilië een negatieve invloed gehad. Dit was veel sterker te wijten aan de temperatuurstij­ging (rode stip), dan aan de neerslag­verandering (blauwe stip). Bij tarwe is Rusland de grote verliezer met een teruggang van bijna 15%. Ook dit komt vrijwel geheel door de hogere tempera­tuur. Ook twee kleinere productielanden voor tarwe, Mexico en Turkije (niet getoond) hebben sterk te lijden gehad van de opwarming.

Bij soja en rijst is het beeld gematigder, met gemiddeld een kleine min voor soja en nauwelijks effect voor de rijstproductie.

Zonder trendmatige verandering in temperatuur en neerslag zou de wereldproductie van tarwe 5,5% hoger zijn geweest, van maïs 3,8%. Jaarlijks scheelt dat per wereldburger zo’n 4 kg maïs en 5 kg tarwe (8 à 10 broden).

Nogmaals: dit zijn ‘papieren’ cijfers: tussen 1980 en 2008 is de wereldpro­ductie van die twee gewassen wel degelijk gestegen, maar die stijging zou dus groter zijn geweest (5,5%, resp. 3,8%) wanneer het klimaat niet veranderd zou zijn.

De ‘papieren’ cijfers worden ondersteund door een aantal recente publicaties waarin voor de laatste paar decennia de opbrengst per land is geanalyseerd. Zo blijkt bijvoorbeeld uit een onderzoek naar de tarweop­brengst in Frankrijk, dat deze sinds 1990 stagneert, ondanks verbeterde rassen en nieuwe technieken. Iets dergelijks is geconstateerd in India.

Verbeterde technieken

Aan het begin van dit artikel is gesteld dat in de komende decennia de pro­ductie van de vier genoemde gewas­sen aanzienlijk omhoog zal moeten, deels vanwege de groei van de we­reldbevolking, deels door de hogere productie van dierlijke producten. Algemeen wordt aangenomen dat er vooral in ontwikkelingslanden moge­lijkheden zijn voor een aanzienlijke productieverhoging. Dit, door meer aandacht voor de landbouw, verbe­terde tech­nieken en een betere toepassing van kennis omtrent de bodem, de omge­vingsfactoren e.d. Dat betreft lang­lopende processen die al aan de gang zijn. Daarnaast levert ook het bemestend effect van de hogere CO2-concentratie en de verminderde ver­damping van de plant (zie Weerspie­gel van april en juni) een kleine bijdrage (meeropbrengst) van ca. 3% voor tarwe, rijst en soja, 0% voor maïs over de periode 1980-2008).
Om te zien in hoeverre de verande­ringen in het klimaat die (technolo­gische) verbeteringen tegenwerken, hebben de onderzoekers de gevolgen van de klimaatveranderingen op de opbrengst gedeeld door de trend van alle andere factoren samen. Dan ontstaat het volgende beeld:

Figuur 6.

De opbrengstverandering door de klimaatinvloed over de periode 1980-2008, weergegeven als fractie van de opbrengst­verandering door alle andere factoren samen. Een uitkomst van bijvoorbeeld -0,2 houdt dan in dat, wanneer men een periode van 10 jaar bekijkt, men van de opbrengstverhoging door technologische vernieuwing e.d., weer twee jaar moet inleveren door de klimaatverandering. Hoe donkerder rood, hoe sterker het veranderende klimaat de opbrengstverhoging heeft belemmerd, hoe donkerder blauw, hoe meer het klimaat de opbrengstverhoging positief beïnvloedde.

Vooral voor tarwe zijn er veel donker­rode gebieden. Bij dit gewas ligt de optimale assimilatietempera­tuur vrij laag. In de meeste landen is het in het groeiseizoen eigenlijk al (iets) te warm. Een verdergaande opwarming werkt dan negatief uit op de op­brengst. Vooral voor Brazilië, Mexico en een aantal landen in het Midden-Oosten worden de effecten van de technologische input sterk geremd door de oplopende temperatuur. Aan de andere kant heeft een koeler land als Canada juist geprofiteerd van de temperatuurstijging. In Europa is ook de uitwerking van de neerslagtrend te zien. Een land als Italië komt er rood uit door hogere temperatuur en toegeno­men droogte, terwijl voor de Balkan en de Oekraïne de toegenomen neerslag gunstig was.

Kijken we naar de andere gewassen, dan blijkt dat de opwarming, wat Europa betreft, juist gunstig uitwerkte voor de verbouw van rijst in o.a. Frankrijk (de Camargue is een gebied met rijstteelt) en Spanje. Hetzelfde geldt voor enkele Balkanlanden.

Visie op de toekomst

Gezien de te verwachten verdere temperatuurstijging, kan figuur 6 ook een indicatie zijn om een beleidslijn voor de toekomst te ontwikkelen: het kan lonen om niet alleen in te zetten op technologische vernieuwing, maar om ook te zoeken naar wegen die de impact van de klimaatverandering tegengaan. Bij tarwe kan men dan bijvoorbeeld denken aan uitbreiding van het teeltgebied naar koelere streken, ontwikkeling van rassen die beter zijn aangepast aan een hogere temperatuur, e.d. Genoeg werk voor agronomen en boeren dus.

Bron

David B. Lobell e.a., Science Express, 5 mei 2011, Climate trends and global crop production since 1980.