Zmiany klimatu lokalnego pod wpływem działalności rolniczej na Wielkich Równinach

Nowe sposoby upraw zatrzymują węgiel w glebie, zwiększając opady oraz zyski.

W ciągu minionego stulecia klimat na Ziemi szybko się ocieplił pod wpływem gwałtownego zwiększenia stężenia gazów cieplarnianych zatrzymujących ciepło słoneczne w atmosferze, uniemożliwiając odbijanie go w przestrzeń kosmiczną. Jednak około 30 lat temu w jednym z regionów Ameryki Północnej rozpoczęto zwalczanie tej tendencji. Ograniczenie stosowania w rolnictwie praktyki ugoru letniego polegającej na pozostawianiu pól pszenicy ugorem na jeden rok między zbiorami upraw pokrywało się w czasie z obniżeniem temperatury na wiosnę i w lecie w porównaniu z większą częścią reszty planety oraz zwiększeniem opadów w północnej części Wielkich Równin.

Okazuje się, że obsadzanie pól płytko zakorzenionymi roślinami uprawnymi, takimi jak kukurydza i miłka abisyńska, między zbiorami pszenicy, zamiast pozostawiania pól ugorem, ma bardzo wiele korzyści. Do bezpośrednich korzyści należą lepsze wyniki ekonomiczne rolników związane ze zwiększonym zbiorem upraw, a także poprawa jakości gleby dzięki utrzymaniu ustabilizowanej i bogatej w składniki odżywcze jej warstwy wierzchniej, która w innym przypadku uległaby erozji pod wpływem wiatru — jak w Dust Bowl. Jednak korzyści pośrednie tym bardziej studzą (tu zamierzone) obawy sceptyków Zwiększona pokrywa tworzona przez uprawy raczej pochłania, a nie uwalnia dwutlenek węgla (będący gazem cieplarnianym). Powoduje to ochłodzenie klimatu w rejonie późną wiosną oraz zwiększenie poziomu wilgotności atmosfery.

Więcej wilgoci prowadzi do zwiększenia ilości opadów w krytycznych miesiącach sezonu wzrostowego. Krótko mówiąc, rolnicy zmienili sposób zagospodarowania ziemi w celu zwiększenia przychodu, co spowodowało zmianę lokalnego klimatu przeciwdziałającą tendencji do jego ocieplania wynikającej z działalności człowieka.

Zgodnie z tradycyjnym przekonaniem, które nadal dominuje w niektórych regionach, pozostawianie pól ugorem co drugi sezon wzrostowy pozwala utrzymać nawodnienie gleby i zawarty w niej azot konieczne do wzrostu roślin, a także przerwać cykle szkodników żerujących na roślinach uprawnych. Dodatkowo drenowanie gruntów lub przewracanie gleby ma w okresach ugoru kontrolować wzrost chwastów i umożliwić glebie „oddychanie”. Zgodnie z wiedzą potoczną sprawa wyglądała mniej więcej tak: intensywna uprawa roślin oraz żniwa wyczerpują Ziemię i gleba musi odpoczywać. A ze względu na brak roślin, którymi szkodniki mogłyby się pożywiać, mniej z nich przetrwa, aby zaatakować uprawy w kolejnym roku. 

Wówczas, około pięćdziesiąt lat temu, badania zaczęły wykazywać negatywne skutki letniego ugoru. Wiemy, że letni ugór nie przyczynia się do utrzymania wilgotności gleby w większości miejsc, ponieważ woda zwyczajnie odparowuje z nagiej gleby do atmosfery. Ponadto ugór pozbawia glebę węgla i składników odżywczych oraz zwiększa stężenie soli w glebie.. Summa summarum, w dłuższej perspektywie grunt staje się mniej produktywny. 

Aby ograniczyć do minimum ingerencję w glebę w trakcie sadzenia, większość rolników na Wielkich Równinach wykorzystuje obecnie techniki rotacji upraw w połączeniu z praktyką nazywaną siewem bezpośrednim. Naprzemienne uprawianie różnych roślin na tych samych gruntach pozwala nie tylko zachować integralność strukturalną gleby, ale także zatrzymać w glebie składniki odżywcze oraz wilgoć, hamując jednocześnie rozwój chwastów, grzybów chorobotwórczych, i robactwa żerującego na plonach.

Początki takiego przejścia z tradycyjnego ugoru na bardziej zrównoważone techniki były trudne ze względu na opóźnienie technologiczne i opór społeczny wynikający z wartości kulturowej, jaką dla społeczności rolniczych miała uprawa pól. Jednak wskutek oddziaływania wielu czynników w końcu doszło do ogromnych zmian w sposobach zagospodarowania gruntów rolnych na Wielkich Równinach: zwiększyła się liczba badań naukowych, powstały zachęty ekonomiczne pozwalające zwiększyć zyski z upraw, nastąpił postęp technologiczny, zaczęto organizować wydarzenia skierowane do społeczności lokalnych, nawiązała się komunikacja między rolnikami oraz współpraca między rolnikami a naukowcami. Od 1970 roku powierzchnia gruntów ugorowanych w regionie malała stopniowo  od 77 milionów do 20 milionów akrów, przy czym większość tego spadku przypada okres od 1985 do początku 2000 roku.

Kontrola klimatu

Zainteresowanie naukowców wpływem zagospodarowania gruntów rolnych na klimat lokalny sięgało jednak znacznie dalej. Specjaliści zajmujący się naukowo środowiskiem, Tobias Gerken i Paul Stoy wraz z doktorantem Gabrielem Bromley’em, związani z Montana State University, opublikowali ostatnio artykuł w czasopiśmie Journal of Hydrometeorology, w którym powiązali oni wzrost letniego obsadzenia ze zwiększonym prawdopodobieństwem wystąpienia określonego rodzaju opadów nazywanych opadami konwekcyjnymi, które powstają, gdy energia cieplna unosi wilgoć w kierunku zimnej części atmosfery.

Ważne jest to, że nie wszystkie krople deszczu powstają w ten sam sposób. Opady frontalne, nazywane również cyklonicznymi, występują na styku zimnej i ciepłej masy powietrza, gdy gęste, zimne powietrze wślizguje się pod ciepłe powietrze, wypychając je do góry. Opady ortograficzne powstają, gdy zagregowane, ciepłe, wilgotne powietrze zderza się z górą i zostaje wypchnięte ponad jej krawędzie. Zarówno w przypadku opadów ortograficznych, jak i frontalnych, powietrze ulega schłodzeniu w miarę zwiększania wysokości, a para wodna ulega skropleniu do postaci ciekłego deszczu.

Opady konwekcyjne powstają, gdy występuje energia w ilości wystarczającej do uniesienia pary wodnej z ziemi do części atmosfery na tyle zimnej, aby para została w niej skroplona do postaci chmur. Na Wielkich Równinach większa warstwa pokrywowa upraw późną wiosną i wczesnym latem powoduje zwiększenie poziomu wilgotności atmosferycznej, ponieważ w celu schłodzenia i pozyskania dwutlenku węgla na potrzeby fotosyntezy rośliny muszą przejść proces ewotranspiracji polegający na odprowadzaniu cząsteczek wody. Zbiorowa ewotranspiracja roślin pokrywających setki mil pól uprawnych na Równinach zwiększa prawdopodobieństwo występowania opadów konwekcyjnych.

Naukowcy specjalizujący się w rolnictwie często odwiedzają gospodarstwa i przedstawiają prezentacje w lokalnych urzędach rolnych, aby pomóc rolnikom dostrzec szersze zmiany, na jakie mają wpływ. Rolnicy dbają o swoją ziemię bardziej niż o siebie. 

„Chcą wiedzieć, co i dlaczego dzieje się na ich terenie” powiedział Stoy. 

Współpraca rolników i naukowców prowadzi do coraz lepszego zrozumienia wieloaspektowego, korzystnego wpływu praktyk rolniczych na wydajność, utrzymanie właściwego stanu gleby oraz klimat lokalny. Zatrzymanie węgla w glebie zapewnia wzrost zdrowszych upraw i zapobiega uwalnianiu dwutlenku węgla do atmosfery, w której stanowiłby on czynnik sprzyjający globalnemu ociepleniu. Zwiększony wzrost oznacza chłodniejsze i bardziej wilgotne sezony wzrostowe w rejonie, gdzie woda ma kluczowe znaczenie, co z kolei przekłada się na większe korzyści dla rolników mających większe zbiory.

Niektóre rejony, takie jak środkowy obszar Wielkich Równin, nadal w dużej mierze opierają swoje praktyki na ugorze. Klimat w tym rejonie jest tak suchy, że alternatywne techniki rolnicze, takie jak sekwencyjne sadzenie upraw, nie są obecnie możliwe. Jest to powód do obaw, ponieważ, jak powiedział Stoy, „ugór zmniejsza prawdopodobieństwo występowania opadów konwekcyjnych, a takie burze deszczowe, zwłaszcza na początku sezonu wzrostowego, pomagają rolnikom”.

Oczekiwania w zakresie zagospodarowania

Zmiana sposobu zagospodarowania gruntów na poziomie regionalnym odpowiada jedynie za część kontroli klimatu lokalnego. W miarę postępujących globalnych zmian klimatycznych dopływy zimnego i wilgotnego powietrza arktycznego oraz ciepłego i wilgotnego powietrza znad Zatoki Meksykańskiej również mogą ulec zmianie. Ponadto w wymiarze globalnym wzrasta częstotliwość skrajnych zjawisk klimatycznych, takich jak susze i powodzie, nawet w północnej części Wielkich Równin. 

„Wielkie susze mogą przynosić ogromne zniszczenia” powiedział Gerken. Obecnie zespół badawczy pracuje nad ulepszeniem prognozowania wystąpienia gwałtownych susz, takich jak susza, która nawiedziła rejon w 2017 roku), aby „pomóc rolnikom lepiej zarządzać ryzykiem”.

W obliczu tak gwałtownej zmiany jedno jest pewne: jeśli ekonomia, polityka i sieci społeczne będą nadal wpływać na region, a klimat globalny będzie się dalej zmieniał, strategie lepszego zarządzania gruntami oraz dostosowywania klimatu będą się stawały coraz bardziej istotne, abyśmy mogli zadbać o własną przyszłość. Kluczową rolę odgrywa w tym współpraca między naukowcami a zainteresowanymi stronami, jak ma to miejsce w północnej części Wielkich Równin.

https://massivesci.com/articles/farms-climate-change-crop-rotation-rain-fallow/