Международная группа исследователей из Китая и США разработали новую модель прогнозов урожайности сои, чтобы определить горячие точки изменения климата и получить информацию поточнее существующей. Почему в этом назрела необходимость, они объяснили в статье, опубликованной в журнале Agriculture 2022 на портале MDPI.
«Соя является пятой по выращиванию культурой в мире. Экстремальные погодные и климатические явления, в том числе связанные с жарой и засухой, могут оказать значительное влияние на стабильность мирового производства сои.
Так, ожидается, что к 2080-м годам экстремальный тепловой стресс снизит мировую урожайность сои на четверть, например, для США падение составит более чем на 0,8 т/га. Кроме того, большинство основных регионов выращивания сои богарные, что повышает неопределенность и риск для производства и поставок сои. Понимание того, как урожайность сои изменится при экстремальных погодных явлениях в будущем и ее неопределенности, становится все более важным не только для производителей, но и для трейдеров. Но как производятся эти прогнозы?
Модель GEPIC была основана на Интегрированной климатической модели экологической политики (EPIC), которая могла моделировать урожайность на основе показателей доступности воды, а также оценивать стоимость эрозии для определения оптимальных стратегий управления в глобальном масштабе. Ее недостаток – склонность переоценивать урожай сои и недооценивать риски от экстремальных погодных явлений.
И поскольку урожай сои чувствителен к экстремальным климатическим условиям, в этом исследовании мы построили гибридные модели, объединив модель GEPIC и показатели экстремального климата с шестью моделями машинного обучения, которые затем сравнили, чтобы представить надежную гибридную модель для прогнозов по сое – ей стала гибридная модель GEPIC+RF имеет наивысшую точность по сравнению с моделью GEPIC и другими пятью моделями GEPIC+ML как в глобальном масштабе, так и в масштабе страны.
В сравнении, прогнозы будущей урожайности сои, основанные на GEPIC, могут иметь завышенную оценку на 13,40–27,23%, в среднем 0,42 т/га, в глобальном масштабе из-за игнорирования экстремальных климатических явлений. При использовании оптимальной модели GEPIC+RF риски неопределенности снижаются на 28,45–41,83% для будущих прогнозов урожайности сои.
Например, для трех 20-летних периодов 2040–2059, 2060–2079 и 2080–2099 годов модель GEPIC прогнозирует более высокую доходность, чем модель GEPIC+RF, для всего земного шара и для пяти основных стран-производителей, значительно завышая урожайность сои по сравнению с базовой (средняя урожайность за 1981–2005 гг.), и имеются небольшие различия в колебаниях средней урожайности между тремя 20-летними периодами.
Модель GEPIC+RF показывает изменения в диапазоне от -10,89% до 4,39% для земного шара по сравнению с базовым уровнем урожайности, в то время как изменения модели GEPIC находятся в диапазоне от 5,53% до 31,75%.
Модель GEPIC прогнозирует, что для основных стран-производителей сои наибольший рост наблюдается в Индии с изменением урожайности на 102,68%, за ней следует Китай с 45,01%, в то время как в США наблюдается тенденция к снижению с -4,13% по сравнению с исходным уровнем.
Напротив, модель GEPIC+RF предполагает, что вариации доходности составляют 74,74%, 17,71%, -24,66%, -12,55% и -14,43% для Индии, Китая, США, Аргентины и Бразилии соответственно.
Будущие модели изменения урожайности сои GEPIC с 2040 по 2099 год показывают увеличение более чем на 0,05 т/га для восточной Бразилии, большинства регионов Китая, Нигерии, северной Индии, а также центральной и северной части США.
С другой стороны, модель GEPIC+RF показывает, что урожайность сои увеличится более чем на 0,05 т/га только в северном и северо-восточном Китае, Нигерии и северной Аргентине и значительное падение в восточной части Бразилии, центральной части США и южном Китае.
Для мировой урожайности сои, а также урожайности в Бразилии и Аргентине основными сдерживающими факторами являются индексы, связанные с низкими температурами, в то время как засуха является сдерживающим фактором в США и Китае, а комбинированная засуха-аномальная жара - в Индии.
Тенденции изменения урожайности сои с 2040 по 2099 год в двух моделях прогнозов
Наши результаты показывают, что экстремальные климатические явления могут привести к большим потерям сои в будущем, чем мы ожидали. Прогностические модели по сое в настоящее время подвержены серьезным неопределенностям и иногда предсказывают прямо противоположные тенденции в будущих прогнозах. Это может быть связано с отсутствием глубокого понимания механизмов воздействия экстремальных погодных явлений на сельскохозяйственные культуры и отсутствием соответствующих вычислительных модулей, либо модули относительно просты и недостаточны для точного вычисления сложных механизмов воздействия стихийных бедствий».
По статье группы авторов (Цин Сунь, Йи Чжан, Сянхун Че, Синин Чен, Цин Ин, Сяохуэй Чжэн, Айся Фэн), опубликованной на портале www.mdpi.com.
Фото из открытых источников.
