Midwest Amerika akan memberi makan dunia yang memanas. Tapi untuk berapa lama?

0

[ad_1]

Ini adalah pagi yang dingin di bulan Maret di Ames, Iowa, dan ladang jagung yang luas di luar kota terkubur di bawah beberapa inci es dan salju. Tetapi panas dan lembab di dalam ruang tumbuh yang dibangun khusus di kampus Iowa State University.

Cahaya terang menyilaukan menghantam trio kotak, masing-masing berisi hampir 7.000 pound (3.175 kilogram) tanah, tenggelam lima kaki (1,5 meter) ke lantai. Kocok kipas, memastikan sirkulasi udara dan suhu yang seragam di seluruh ruangan, bergema di dinding. Setiap beberapa inci, serangkaian termometer inframerah dan sensor kelembaban melacak iklim mikro yang mengelilingi daun tanaman.

Di dalam kamar pertumbuhan ini, inilah masa depan. Dan Jerry Hatfield, ahli agronomi yang ramah yang mengepalai Laboratorium Nasional Pertanian dan Lingkungan Departemen Pertanian AS, tidak menyukai apa yang dilihatnya.

Tiga tahun lalu, Hatfield menggunakan kamar pertumbuhan untuk mencari tahu bagaimana tanaman lokal akan tampil di bawah suhu yang diperkirakan untuk wilayah tersebut pada tahun 2100, yang diperkirakan akan naik sekitar 4 ° C rata-rata, atau sekitar 7,2 ° F. Dia menyimulasikan musim tanam, mulai 1 April hingga 30 Oktober, untuk tiga jenis jagung yang berbeda yang digunakan oleh petani di daerah tersebut. Dalam satu ruang, Hatfield memulai suhu pada sekitar 50 ° F (10 ° C) untuk meniru kondisi pada awal April, menaikkannya di atas 100 ° F (38 ° C) untuk mensimulasikan hari-hari musim panas (setinggi 114 °) F di kamar dengan kondisi 2100), dan kemudian membawanya kembali ke musim gugur. Di kamar kedua, ia mensimulasikan norma-norma iklim saat ini yang lebih dingin di kawasan itu.

Perbedaan antara tanaman di dua kamar sangat mencolok. Sementara dedaunan tampak sama, dampak ekstra 7,2 ° F itu jauh lebih buruk daripada yang diproyeksikan oleh bahkan literatur ilmiah yang paling pesimistis. Jumlah biji jagung per tanaman anjlok, dalam beberapa kasus sebesar 84%. Beberapa tanaman tidak menghasilkan biji sama sekali.

Di dalam ruang pertumbuhan seperti ini, tanaman akan ditanam dalam kondisi simulasi.

Kathryn Gamble

Itu hanya yang pertama dari serangkaian hasil yang mengkhawatirkan. Pada bulan-bulan berikutnya, Hatfield dan rekan-rekannya mensimulasikan kenaikan suhu dan mengubah pola curah hujan yang diperkirakan menghantam ladang gandum Salina, Kansas, segera setelah 2050. Hasil panen turun sebanyak 30% dengan curah hujan rendah dan sebanyak 70% dengan kombinasi suhu tinggi dan curah hujan rendah diharapkan dalam beberapa dekade mendatang.

Sampai saat ini, relatif mudah bagi petani Amerika untuk mengabaikan perubahan iklim. Lagi pula, di bawah model yang paling optimis, proyeksi hasil panen AS untuk jagung dan kedelai — yang ditanam di 75% lahan subur di Midwest — sebenarnya diperkirakan akan meningkat hingga 2050, berkat cuaca yang lebih hangat yang akan memberi manfaat bagi wilayah utara yang relatif sejuk. iklim. Tetapi setelah itu, jika Hatfield benar, hasil panen akan jatuh dari tebing, menghancurkan para petani dan membuat sebagian besar penduduk dunia kelaparan.

Pada tahun 2050, populasi dunia diperkirakan akan tumbuh menjadi 9,7 miliar. Karena standar hidup dan diet juga meningkat di seluruh dunia, produksi pangan harus meningkat sebesar 50% pada saat perubahan iklim akan membantu membuat Afrika sub-Sahara dan Asia Timur tidak dapat memenuhi kebutuhan mereka sendiri tanpa impor. Akun jagung dan kedelai AS telah mencapai 17% dari total kalori dunia. Organisasi Pangan dan Pertanian PBB memproyeksikan ekspor jagung Amerika harus hampir tiga kali lipat pada tahun 2050 untuk memenuhi kekurangan tersebut, sementara ekspor kedelai AS harus meningkat lebih dari 50%. Semua makanan tambahan ini harus ditanam tanpa menggunakan lebih banyak lahan secara signifikan. Itu berarti semuanya tentang hasil panen — produktivitas tanaman.

Dan itulah yang membuat Hatfield begitu khawatir. Sejumlah literatur ilmiah menunjukkan bahwa perubahan iklim kemungkinan akan memusnahkan hasil kecuali jika kita dapat menemukan cara baru untuk membantu tanaman mengatasi kekeringan, fluktuasi suhu yang besar, dan cuaca ekstrem lainnya yang cenderung menjadi hal biasa di dekade mendatang.

"Jika sesuatu tidak dilakukan, kita akan melihat penurunan besar dalam produksi di area besar sabuk jagung dan Great Plains," kata Hatfield. "Entah kita akan mengubah tanaman yang kita hasilkan atau kita harus memikirkan bagaimana kita memanipulasi tanaman itu secara genetik untuk memiliki toleransi yang lebih tinggi terhadap suhu yang lebih tinggi."

Akhir dari Goldilocks

Tentu saja ada cincin yang biasa untuk prediksi yang mengerikan itu. Para pemimpin dunia pada awal 1970-an begitu khawatir bahwa populasi yang meningkat, meningkatnya polusi, dan kenaikan harga pangan akan menciptakan krisis pangan akut pada awal abad ke-21 sehingga PBB mengadakan konferensi di Roma. "Waktu singkat," kata negara-negara anggota setelah konferensi, pada tahun 1975. "Tindakan mendesak dan berkelanjutan sangat penting."

Namun, pada tahun-tahun berikutnya, tanaman dengan hasil tinggi, penggunaan irigasi yang lebih luas, mekanisasi pertanian, dan pengenalan pupuk dan pestisida sintetis menghasilkan “Revolusi Hijau,” yang secara dramatis meningkatkan produksi pertanian di banyak tempat di seluruh dunia.

Sekarang laju pertumbuhan sudah mulai melambat. Air di beberapa daerah kekurangan air, sehingga membatasi perluasan irigasi lebih lanjut. Dan sulit membayangkan menggunakan lebih banyak pupuk dan pestisida. "Sudah menjadi pertanyaan terbuka apakah kita akan dapat terus menemukan teknologi baru ini dan praktik manajemen yang memungkinkan produktivitas lebih dari memenuhi permintaan," kata Marshall Burke, seorang ekonom Stanford yang berfokus pada perubahan iklim. "Tapi iklim pasti akan membuat itu jauh lebih sulit."

Terlebih lagi, pemanasan global sudah membuat efeknya terasa. Pada tahun 2011, ekonom Universitas Columbia Wolfram Schlenker dan ahli ekologi Stanford David Lobell melihat apa yang terjadi pada hasil panen ketika suhu meningkat antara 1980 dan 2008. Mereka menemukan bahwa produksi jagung global (tidak termasuk AS) turun 3,8% dan produksi gandum turun 5,5% relatif terhadap apa yang seharusnya terjadi. Peningkatan pada siang dan malam yang panas menjelaskan sekitar setengah dari semua variasi dalam hasil jagung. Temperatur yang lebih tinggi membantu hingga titik, antara sekitar 50 ° F dan 84 ° F, tetapi lebih panas dari itu dan menghasilkan anjlok.

Untuk memahami apa yang mungkin terjadi terhadap harga pangan global, Schlenker menyarankan untuk melihat apa yang terjadi pada tahun 2012, terakhir kali Midwest Amerika mengalami musim panas dengan suhu yang sebanding dengan apa yang akan menjadi proyek iklim pada akhir abad ini. . Produksi jagung wilayah ini turun 25% dan kedelai 10%. Itu merupakan penurunan sekitar 4% hingga 5% dalam total produksi kalori global — kondisi di mana kita dapat mengharapkan harga pangan melonjak hingga 30%, katanya.

Tanaman di ruang akan dimonitor secara ketat oleh serangkaian sensor. Para ilmuwan USDA mengukur bagaimana
setiap tanaman melakukannya dalam kondisi yang bervariasi.

Kathryn Gamble

Meskipun beberapa tahun yang buruk seperti itu, bagaimanapun, petani Midwest telah menikmati peningkatan produktivitas selama puluhan tahun, menutupi kekhawatiran tentang masa depan. Ada zona "Goldilocks" untuk suhu, kelembaban, dan curah hujan, dan sebagian besar perubahan telah mendorong bagian tengah Amerika Serikat lebih jauh ke dalamnya, kata Gene Takle, mantan direktur lama program ilmu iklim Iowa State. Perubahan terbesar di Iowa hingga saat ini adalah peningkatan curah hujan di bulan April, Mei, dan Juni — naik hampir 25% selama tiga dekade terakhir. Hujan ekstra ini, yang disebabkan oleh interaksi pola angin dengan air hangat di Teluk Meksiko, telah memaksa petani untuk menghabiskan lebih banyak uang untuk ubin drainase dan sejenisnya untuk beradaptasi, dan itu telah menggeser musim tanam. Tetapi hasil gabungan dari kemajuan teknologi dan iklim yang lebih menguntungkan adalah bahwa hasil panen telah meningkat 28% di seluruh Midwest. "Ada kesepakatan yang cukup bagus bahwa perubahan iklim telah menguntungkan pertanian hingga saat ini," kata Takle.

Tren ini akan berbalik; di mana para ahli tidak setuju pada kapan tepatnya. Takle mengutip satu model yang menunjukkan bahwa tren positif dalam produktivitas akan berbalik pada 2035, membatalkan semua keuntungan yang terlihat sejak 1981. Dan hasil hanya akan terus turun dari sana. "Kami berada di puncak saat ini," katanya.

Pada hari terakhir, dia mendorong selembar kertas di atas meja. Itu penuh dengan grafik berwarna-warni dan poin-poin, merinci dampak perubahan iklim hingga saat ini pada pertanian lokal, dengan positif dinyatakan dalam warna hijau dan negatif dalam warna merah. Di antara titik merah: lebih banyak hama yang bertahan hidup di musim dingin, dan tanah yang tergenang air mengurangi jumlah hari yang bisa dilakukan petani di ladang. (Pada 2013, barat laut Iowa memiliki 700.000 hektar — 283.000 hektar — yang tidak bisa ditanam karena alasan itu.) Tetapi ada banyak hijau juga.

Kemudian dia membalik halaman untuk menunjukkan bagaimana keadaan di tahun 2050. Tidak ada warna hijau di halaman ini — hanya daftar panjang berwarna merah. Hujan musim semi yang intens akan membuat pekerjaan lapangan di awal musim lebih sulit, Takle mengharapkan. Akan ada lebih banyak banjir; hari terhangat akan 7 ° F lebih panas. Setiap tahun akan melihat setidaknya satu periode lima hari ketika panas ekstrem akan menyebabkan penyerbukan jagung dan kedelai gagal dan pertumbuhan vegetatif terhenti.

"Kami memiliki banyak masalah dalam kesulitan," katanya.

Genetika baru

Pekerjaan Hatfield, ahli agronomi USDA, adalah untuk memantau dampak kondisi lingkungan pada petani negara dan mengidentifikasi solusi potensial. Duduk di kantornya pada hari terakhir, dia menandai daftar panjang kekhawatiran. Bug bau coklat muncul di AS pada akhir 1990-an, dan ketika suhu meningkat selama 30 tahun ke depan, jangkauannya akan berkembang hingga Kanada, merusak beragam tanaman. Bayam Palmer, gulma tahan herbisida yang hidup dalam iklim mikro khususnya dan sejauh ini terancam terutama tanaman kedelai dan kapas di Selatan, juga akan menyebar ke utara dan menjadi di mana-mana.

Lalu ada peningkatan salinitas tanah di Dakota Utara dan Selatan, yang dapat menghilangkan banyak lahan dalam rotasi dalam waktu kurang dari satu dekade jika tren saat ini terus berlanjut. Masalahnya adalah bahwa karena perubahan iklim dan insentif finansial yang berubah, petani di Dakota yang secara tradisional menanam gandum, bit, jerami, dan kanola secara bergilir semakin beralih ke jagung dan kedelai. Tetapi tanaman baru tidak cocok untuk mata air awal basah di Dakota, memungkinkan permukaan air naik dan menguap, meninggalkan garam yang merusak tanah.

Kekhawatiran terbesar adalah apa yang akan dilakukan perubahan iklim terhadap hasil panen di keranjang roti Amerika dalam beberapa dekade mendatang. Hatfield menjadi yakin bahwa tidak ada perbaikan kebijakan atau perubahan dalam praktik manajemen saja yang akan cukup untuk mengatasi batas alami tanaman dan cuaca ekstrem yang akan datang. Itulah sebabnya dia memutuskan untuk beralih ke genetika tingkat lanjut.

Dalam beberapa bulan mendatang, Hatfield berencana untuk mengulangi eksperimennya yang mensimulasikan musim tanam di masa depan. Tapi kali ini dia akan memeriksa dengan tepat bagaimana kondisi mempengaruhi gen mana yang dihidupkan dan dimatikan dalam jagung dan gandum. Harapannya adalah mengidentifikasi cara-cara untuk mengontrol sakelar level molekuler ini untuk membantu tanaman menyesuaikan dengan kondisi yang akan mereka hadapi.

Ini adalah hari-hari awal untuk mengerjakan jagung, gandum, dan kedelai. Tetapi pada tanaman lain, pemulia telah mengidentifikasi adaptasi dan memanfaatkannya untuk menyelesaikan tantangan yang ditimbulkan oleh perubahan iklim. Beberapa yang paling sukses telah terlihat di daerah penanaman padi di dunia.

Beras dapat mentolerir tingkat tertentu banjir — sebenarnya dapat menguntungkan, karena banjir dapat membunuh gulma. Selama batang padi sebagian di atas air, tanaman dapat menyerap udara yang mereka butuhkan. Tetapi jika bagian atas tanaman terendam, mereka bisa mati lemas.

Pada 2006, para peneliti mengkloning gen yang disebut Sub1 di strain beras Asia Selatan setempat. Gen menganugerahkan "toleransi submergence" pada beras. Saat tanaman berada di bawah air, gen dihidupkan dan menempatkan tanaman dalam animasi yang ditangguhkan. Gen mati segera setelah bagian atas pucuk padi kembali di atas air. Tidak seperti beberapa sifat yang meningkatkan toleransi stres, the Sub1 gen tampaknya tidak secara signifikan mengurangi hasil panen ketika tidak ada banjir — dan ketika ada, tanaman melanjutkan pertumbuhan dengan kekuatan ekstra sesudahnya, kata Susan McCouch, seorang profesor pemuliaan tanaman dan genetika di Cornell University.

Pada tahun 2009, International Rice Research Institute merekayasa sifat tersebut menjadi delapan varietas padi dan mulai mendistribusikannya kepada petani. Sekarang digunakan oleh 10 juta petani, di sekitar 10 juta hektar lahan.

Kathryn Gamble

Mau makan?

Meskipun tidak ada yang sebanding dengan ketahanan air dalam beras belum ditemukan untuk jagung, perusahaan benih komersial telah membiakkan strain yang tahan kekeringan selama lebih dari satu dekade. Robert Reiter, kepala R&D untuk divisi sains tanaman Bayer, menjelaskan bagaimana perusahaan mencari keturunan yang tangguh. Pertama, itu mendigitalkan informasi urutan DNA dan katalog ciri-ciri yang dikenal untuk beberapa juta garis tanaman. Menggunakan data, itu kemudian melatih algoritma pembelajaran mesin untuk menyaring jutaan strain lainnya untuk sifat yang berguna.

Sebagai contoh, Bayer telah membiakkan sifat-sifat yang diambil dari strain yang tahan panas dan tahan kekeringan di Meksiko menjadi strain dengan hasil tinggi yang disesuaikan dengan pasar AS. Reiter mengatakan bahwa selama kekeringan 2012 di Midwest AS, hasil panen lebih dari dua kali lipat dari pada tahun 1988, terakhir kali kekeringan dengan tingkat keparahan yang sebanding terjadi.

Tetapi pendekatan itu memiliki keterbatasan. "Tumbuhan hanya bisa mentolerir tingkat stres tertentu, dan waktu adalah faktor besar," katanya. "Jika kamu memiliki suhu yang sangat tinggi selama proses pembungaan, kamu akan melihat beberapa dampak pada hasil … Yang bisa kita lakukan hanyalah mencoba meminimalkan dampaknya."

Hatfield berharap dapat mengatasi beberapa keterbatasan ini dengan mensimulasikan kondisi pertumbuhan di masa depan. Simulasi semacam itu, ia berharap, dapat membantu mengidentifikasi jalur genetik yang tidak diketahui yang mungkin digunakan tanaman untuk beradaptasi dengan perubahan cuaca dan kondisi pertumbuhan di masa depan.

Ini adalah teka-teki rumit yang baru kami mulai kerjakan. Dan Hatfield mencatat bahwa sulit untuk memperhitungkan kombinasi faktor-faktor yang kemungkinan akan dihadapi oleh petani Midwestern, termasuk perubahan pola curah hujan, panas ekstrem, perubahan cuaca yang dramatis, sejumlah hama baru, dan mungkin tantangan yang belum kita antisipasi. Tapi dia jelas tentang mengapa dia melakukannya.

"Kamu ingin makan di masa depan?" Katanya. "Itu yang dipertaruhkan. Tapi kita harus mencari tahu, karena kita tidak punya pilihan lain. "

[ad_2]

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here