Адаптация сельскохозяйственных культур к будущим климатическим условиям

Исследователи из Texas A&M AgriLife использовали моделирование на основе искусственного интеллекта, чтобы определить, какие признаки потребуются сортам хлопчатника для успешного выращивания в условиях меняющегося климата. Вторая цель проекта — помочь продлить срок службы водоносного горизонта Огаллала.

Исследовательская группа под руководством Сринивасулу Але, доктора философии, провела оценку влияния изменения климата на урожайность хлопка и использование оросительной воды. Результаты опубликованы в журнале Field Crops Research.

Моделирование сортов хлопчатника

Команда создала виртуальные сорта хлопчатника с повышенной устойчивостью к засухе и жаре, более высоким потенциалом урожайности и более длительным периодом созревания. Эти виртуальные сорта сравнивались с эталонным сортом для оценки влияния изменения климата.

Модели роста сельскохозяйственных культур описывали рост, развитие и урожайность как функцию погодных условий, свойств почвы и методов управления. Моделирование проводилось для орошаемых и богарных условий в трёх точках региона Хай-Плейнс (Бушленд, Халфуэй, Ламеса) в рамках 18 будущих климатических сценариев.

Были оценены шесть виртуальных сортов относительно эталонного:

• Два засухоустойчивых сорта с изменёнными физическими свойствами корней и почвенной гидравликой.
• Два жароустойчивых сорта с увеличенным диапазоном оптимальных температур для образования коробочек и распределения веществ в них.
• Один сорт с высоким потенциалом урожайности (более крупные листья и большее распределение веществ на рост семян).
• Один сорт с более длительным периодом созревания (более раннее цветение и длительная репродуктивная фаза).

Результаты моделирования

Симуляции позволили сделать следующие прогнозы:

• Урожайность орошаемого хлопка в условиях прогнозируемого изменения климата может увеличиться из-за эффекта удобрения CO₂, если температура в течение вегетационного периода останется ниже оптимальных пределов.
• Сезонное использование оросительной воды, согласно большинству климатических моделей, увеличится (в зависимости от прогнозов осадков).
• В богарных условиях положительные эффекты от удобрения CO₂ подавлялись температурным и водным стрессом.

Выводы для селекции:

• Сорт с высоким потенциалом урожайности (крупные листья, повышенное распределение веществ в семена) оказался предпочтительным для орошаемого производства хлопка.
• Сорт с длительным периодом созревания (раннее цветение, длительная репродуктивная фаза) подошёл для богарного производства хлопка.
• Жароустойчивые сорта стали бы безопасным выбором, особенно для более тёплого южного региона Хай-Плейнс.

Планирование на будущее

Результаты исследования полезны для:

• Селекционеров — они могут использовать эти ориентиры для разработки новых сортов, адаптированных к будущим климатическим сценариям.
• Производителей — информация помогает планировать ресурсы с учётом изменения климата (например, корректировать сроки посева, чтобы критические фазы развития растений не совпадали с периодами самых высоких температур).

«В симуляциях есть неопределённости, но эти идеи дадут как селекционерам, так и производителям некоторые ориентиры — представление о том, каким будет сельское хозяйство в будущем и что мы можем сделать для адаптации к нему», — отметил Сринивасулу Але.