9. Augšanas sezonas izmaiņas un tās ietekme uz mežsaimniecību un lauksaimniecību

Klasiski dabas novērojumi ir izmantoti lauksaimniecībā un mežsaimniecībā, tāpēc bioklimatiskos pētījumus, kas ir īpaši svarīgi šajās nozarēs, un modelētās prognozes var izmantot nākotnes risku, iespēju un adaptācijas piemēru analīzei.

Tomēr dabas novērojumu nozīme ir daudz plašāka – tie palīdz izskaidrot komplekso ekoloģisko dinamiku (ietekmējošos faktorus un ekoloģiskās sekas), kā arī tiek izmantoti globālajos klimata mainības un bioģeoķīmisko ciklu (CO₂ aprite, barības vielu aprites cikli, hidroloģiskie cikli) pētījumos (ekosistēmu produktivitāte, sugu un populāciju savstarpējā dinamika).

Klimata mainības ietekmi nevar vērtēt ne kā sliktu, ne kā labu, jo tā nes gan ieguvumus, gan zaudējumus. Lauksaimniecības un mežsaimniecības gadījumā uz pārmaiņām jāskatās kompleksi, kritiski izvērtējot ietekmējošos faktorus, jo pēdējos 100 gados ir būtiski mainījušās mežu izmantošanas un lauku apstrādes tehnoloģijas, valsts politika, zemes lietojuma izmaiņas u.c.

Augšanas sezonas pagarināšanās būtiskākās sekas gan lauksaimiecībā, gan mežsaimniecībā ir CO₂ koncentrācijas palielināšanās gaisā, kas rada izmaiņas primārajā produktivitātē. Globālā primārā produkcija (netto) laika periodā no 1982.–1999. gadam, balstoties uz satelītdatu analīzi, ir pieaugusi par 6%. Lielāks pieaugums bijis tropu ekosistēmās, bet Eirāzijā – pat par 12% 1981.–1999. gada periodā.

Lauksaimniecība ir viena no visjutīgākajām tautsaimniecības nozarēm attiecībā uz klimata mainību, jo uzreiz reaģē uz laika apstākļu un vides apstākļu maiņu, taču ir visgrūtāk prognozējama. Tāpēc nākotnes prognozes lauksaimniecībai tiek izdarītas ļoti piesardzīgi, jo lauksaimniecību kā nozari ietekmē sarežģīts ietekmējošo faktoru kopums.

Daudzas no kultūraugu sugām uz klimata mainību reaģē diametrāli pretēji: kādai no sugām CO₂ un gaisa temperatūras pieaugums kļūst par pozitīvu faktoru agrākai,  ātrākai un produktīvākai augšanai, kādai citai tā ir iznīcinoša kombinācija.
Pētījumi liecina, ka sugas, kuras apputeksnē kukaiņi, zied agrāk nekā vēja apputeksnētie augi.

Klimata mainība savvaļas augus ietekmē vairāk nekā kultūraugus, piemēram, Vācijā veiktajā pētījumā secināts, ka laika periodā no 1951. līdz 2004. gadam savvaļas augu attīstības fāzes iestājušās 4,4 līdz pat 7,1 dienas agrāk desmitgadē. Kultūraugiem attīstības fāzes iestāšanās laiks nav tik izteikts (2,1 diena desmitgadē).

Latvijā veikto agrometeoroloģisko staciju datu analīze apstiprina, ka lielākajai daļai pētījumā analizēto kultūraugu (graudaugi, kartupeļi, jāņogas un ābeles) fenoloģiskās fāzes iestājas agrāk, tomēr izmaiņas nav tik būtiskas kā savvaļas augiem.

9.9. att. Fenoloģisko fāžu izmaiņas ābelēm

Ābeles Malus domestica vidēji pēc agrometeoroloģisko staciju datiem pumpurojas no 6. līdz 18. aprīlim (atkarībā no šķirnes). Ilggadīgie novērojumu dati liecina, ka tendence ir neitrāla (pumpurošanās sākums būtiski nemainās) vai ir negatīva (Dobele, Dagda), savukārt lapu plaukšanas un ziedēšanas tendence ir negatīva vairumā vietu (izņemot Dagdu). Kopumā ābeļu ziedēšana iestājas 1 līdz 3 dienas agrāk desmitgadē. Lielākoties pavasara fāžu agrākie laiki konstatēti 20. gs. 90. gados, bet vēlākās – 70. un 80. gados. Vidēji no pumpurošanās līdz ābolu nogatavošanās fāzei paiet 138 dienas „Baltajam dzidrajam” un vidēji  160 dienas „Antonovkai” un „Rudens svītrainajam”. Faktiski āboli nogatavojas agrāk.

Lapu dzeltēšana novērota no 6. līdz 14. oktobrim. Lapu dzeltēšanas tendence Dobelē un Priekuļos ir neitrāla (fāze nav mainījusies), Dagdā – pozitīva, savukārt Stendē – negatīva. Augšanas ilgums āboliem vidēji ir 150 dienas, ar tendenci pagarināties, kas īpaši izteikts ir „Antonovkas” šķirnei.

Klimata mainības ietekme uz lauksaimniecību nākotnē izpaudīsies atšķirīgi dažādos pasaules reģionos. Pasaules mērogā graudaugu (kvieši, kukurūza, mieži) raža temperatūras paaugstināšanās dēļ ir samazinājusies. Dienvideiropas valstīs ražas apjomi ir sākuši samazināties, bet Ziemeļeiropā atsevišķu graudaugu raža ir pat palielinājusies.
Latvijas gadījumā vislielākās grūtības lauksaimniekiem sagādās prognozētie sausuma periodi un intensīvie nokrišņi.

Visbiežāk kā pozitīvas klimata mainības sekas lauksaimniecībā tiek minēta augšanas sezonas pagarināšanās, fotosintēzes intensitātes paaugstināšanās, jaunu kultūraugu augšanas iespējas un produktivitātes pieaugums Ziemeļeiropā.

Tomēr klimata mainība nesīs sev līdz daudz risku: atsevišķos reģionos būs nepietiekams ūdens daudzums, samazināsies augsnes mitrums, notiks kultūraugu postījumi, palielināsies pesticīdu lietojums, var pat samazināties augkopības iespējas.
Papildus siltums un mitrums radīs labvēlīgu vidi sēņu, dažādu patogēno mikroorganismu attīstībai, kas nelabvēlīgi ietekmēs augu attīstību un pastarpināti arī cilvēku veselību, jo lauksaimniekiem būs jāizmanto vairāk augu aizsardzības līdzekļu.

Būtisks risks lauksaimniekiem ir vēlās pavasara salnas. Lai arī bezsala periods kopumā pagarinās, lielākoties tas notiek uz rudens salnu vēlākas iestāšanās rēķina. Eiropā 1992.–2008. gada periodā bezsala perioda beigu laiks ir + 8,2 dienas desmitgadē, bet sākums – agrāks par 3,2 dienām desmitgadē ). Pēdējās pavasara salnas beidzas agrāk, bet arī augu attīstība pavasarī sākas agrāk, līdz ar to pastāv būtisks augu postījumu risks, kā tas notika 2003. gadā Eiropā.

Nepastāvīgo, netipisko un grūti prognozējamo laika apstākļu rezultātā, lauksaimnieki nevarēs prognozēt ikgadējās kultūraugu ražas. Tas ir liels risks lauksaimniecības nozares attīstības plānošanai.

No vienas puses, pagarinoties augšanas sezonai, palielinās kultūraugu produktivitāte, jo ilgāks augu attīstības cikls ļauj maksimāli izmantot pieejamo Saules siltuma daudzumu, ūdens un barības vielas, kas palielinās kultūraugu ražu. No otras puses, negatīvā ietekme ir tāda, ka gaisa temperatūras un mitruma režīma ietekmē var samazināties laiks starp augu attīstības cikliem, piemēram, laiks starp stiebrošanos un vārpošanos graudaugiem, kas var samazināt iegūstamo ražu.

Eiropas Vides aģentūra, kā arī Eiropas Komisijas pētniecības centri regulāri veic nākotnes prognozes lauksaimniecībai svarīgo sugu izmaiņām attīstības fāzēm.

9.10. att. Prognozētās izmaiņas (dienās) ziemas kviešu attīstības fāzēm: ziedēšanas sākumam (A) un gatavības fāzei (B) periodam 2031.–2050. gads, pastāvot klimata scenārijam A1B.

Attēls adaptēts no EEA, 2012. Oriģinālais attēls http://www.eea.europa.eu/data-and-maps/figures/projected-change-in-dates-of

Tiek prognozēts, ka ziemas kviešu ziedēšanas laiks Eiropā var mainīties līdz pat mēnesim (ziedēšana iestāsies agrāk), tomēr lielākajā daļā teritorijas izmaiņas tiek prognozētas jeb modelētas 2 nedēļas agrāk attiecībā pret 1975.-1994. gada periodu. Kā redzams 9.10. attēlā, ziedēšanas lielākas izmaiņas tiek prognozētas piekrastes teritorijās. Ziemas kviešu nogatavošanās fāzes iestāšanās laiks mainīsies vairāk nekā ziedēšanas laiks, t.i., tiek prognozēts, ka ziemas kvieši gatavību sasniegs 20–25 dienas agrāk salīdzinājumā ar 1975.–1994. gada periodu.

Pētījumā arī minēts, ka vasaras kviešu sēšanas laiks, ziedēšanas un gatavības iestāšanās laiks kļūs agrāks par 1–3 nedēļām atkarībā no reģiona. Ziemeļeiropas teritorijā lielākās izmaiņas tiek prognozētas kukurūzai, mazākas – ziemas kviešiem.  Taču, kā norāda arī pētījuma autori, modelētie rezultāti atšķiras atkarībā no lietotā modeļa, reģiona. Tas nozīmē, ka prognozēt lauksaimniecības kultūru izmaiņas ir sarežģīti.

Eiropas dienvidu daļā lielākoties tiek prognozēts ražas apjoma samazinājums, pretstatā Eiropas Z teritorijai, kur prognozēts, ka 2080. gadā labības ražu palielinājums būs pat līdz 30%. Attiecībā uz Latviju modeļa dati rāda nelielu graudaugu ražas pieaugumu – līdz 10%.

9.11. att. Graudaugu ražas izmaiņas Eiropā: references periods no 1961. līdz 1990. gadam kreisajā pusē; modelētās izmaiņas (tālā nākotne) – labajā pusē (EEA, 2009)

Oriģinālais attēls: http://www.eea.europa.eu/data-and-maps/figures/projected-crop-yield-changes-between-the-2080s-and-the-reference-period-1961-1990-by-two-different-models

Gaisa temperatūras un CO₂ līmeņa paaugstināšanās būtiski mainīs gan kultūraugu sastāvu, gan to kvalitāti, kā arī ietekmēs lopkopības nozari.

Prognozētie karstuma viļņi vasarās apdraudēs ne tikai cilvēku dzīvi, bet arī ietekmēs lopkopības nozares produktivitāti. Tāpat karstums ietekmē piena izslaukumu, mājlopu reproduktīvās funkcijas, kā arī organisma spēju pretoties slimībām. Lopkopību nākotnē īpaši ietekmēs zālāju daudzums un kvalitāte. Netipiski augstās gaisa temperatūras vasarā, kas tiek prognozētas Eiropas (arī Latvijas) teritorijai, galvenokārt sausuma dēļ negatīvi ietekmēs zālāju augšanu.. Sausums samazina augu dabisko spēju pretoties gan pret kaitēkļiem, gan samazina augšanas spēju. Tas nozīmē, ka zālāju vērtība pazemināsies un būs jāiegulda papildu līdzekļi mājlopu uztura nodrošināšanai.

Lai aizsargātu sausuma novājinātos augus no kaitēkļiem, būtiski būs jāpalielina augu aizsardzības pasākumi, kas savukārt paaugstinās kopējās izmaksas.

Dabas ritmu pētījumos nākotnes prognozes tiek izteiktas, veicot bioklimatisko modelēšanu, izstrādājot gan globāla mēroga modeļus, gan arī vietēja mēroga modeļus, kuri ietver ietekmējošos faktorus (vietas reljefs, hidroloģiskais tīkls, dominējošie vēji, jūras ietekme).

Latvijas teritorijai, arī abām kaimiņvalstīm, ir izstrādāts parastās ievas Padus racemosa fenoloģisko fāžu iestāšanās laika prognozes modelis un zemeņu ziedēšanas un ražas prognozes nākotnē.

2014. gadā tika veikts mēģinājums prognozēt savvaļas augu fenoloģiskās fāzes Baltijas jūras valstīs. Pētījums balstījās uz brīvprātīgo novērotāju datiem, kā arī tika veikti lauka maršruta pētījumi, fotografējot parastās ievas Padus racemosa fāzes ik pa 30 km. Datu analīzē tika izmantoti vairāk nekā 200 punktu novērojumi. Fotogrāfijas tika apstrādātas, aprakstot ievas attīstības fāzes.

9.12. att. Ievu attīstības fāzes, kas izteiktas BBCH kodos (BCCH kodi adaptēti no ķiršu (stone fruit) un upeņu (curants) kodiem pēc Meiera, 1997, papildināts 2001. gadā): katrs skaitļu kods raksturo fāzes posmu, piemēram, BBCH55 ir redzami ziedpumpuri. Katra fāze tika izteikta procentos starp esošo un nākamo fāzi. Piemēram, attēla centrā redzamā ieva ir sasniegusi 50% no fāzes BBCH55.

Modelis balstās uz agrometeoroloģijā daudz izmantoto pieeju par grādu dienām. Grādu dienu augšanas modelis ir vienkāršākais no fenoloģisko modeļu veidiem. Tajā tiek pieņemts, ka augu attīstība notiek, ja gaisa temperatūra pārsniedz noteiktu bāzes vērtību, un jo ir siltāks, jo augi attīstās ātrāk. Temperatūru, kas pārsniedz bāzes temperatūru, sauc par aktīvo temperatūru. Tiek pieņemts, ka noteiktu attīstības fāžu sasniegšanai ir nepieciešama noteikta aktīvo temperatūru summa. Aktīvo temperatūru summa tiek iegūta, saskaitot kopā katras dienas vidējās temperatūras, °C, kas pārsniedz bāzes temperatūru.

Izmantojot ilgtermiņa fenoloģiskos un meteoroloģiskos novērojumus, ir iespējams aprēķināt katrai augu sugai raksturīgo bāzes temperatūru un grādu dienu summu, kas ir nepieciešama noteiktu attīstības stadiju sasniegšanai.

9.13. att. Parastās ievas Padus racemosa attīstības fāzes 2014. gada 30. aprīlī: modeļa rezultāti (Kalvans, et al., 2015).
Krāsu skala iezīmē ievas attīstības progresu jeb fāzes: BBCH00 – snaudoši pumpuri;
BBCH10 – lapu plaukšanas sākuma fāze; BBCH 5X – dažādas lapu attīstības fāzes; BBCH 60-69 – ziedēšanas fāzes.

Modeļa rezultāti rāda, ka Lietuvas dienvidu teritorijās tiek prognozēta fāze BBCH69, kas ir ziedēšanas beigu fāze, kamēr Igaunijas ziemeļaustrumos, Peipusa ezera tuvumā tikai pumpurošanās fāze.

Fenoloģiskais modelis kā izejas datus izmanto laikapstākļu prognozi, kas iegūta no reģionālajiem atmosfēras pētījumu modeļiem.

9.14. att. Modeļa un reālo lauka novērojumu salīdzinājums Baltijas valstīs 2014. gada pavasarī parastās ievai Padus racemosa lapu plaukšanas fāzei.

Ar krāsu skalu parādīta fāzes sasniegšanas iespējamība: ja krāsas skala ir 1, t.i., sarkana – tiek prognozēts, ka atbilstošajā teritorijā ir vērojams ievas lapu plaukšanas sākums. Grafikā uz x ass – modelētie novērojumi jeb prognozētā ievas attīstības fāze; uz y ass –reālās uz lauka novērotās ievas attīstības fāzes.

2014. gada aprēķinu gadījumā modeļa dati atpalika no reāli dabā novērotās attīstības, kas, iespējams, ir saistīts ar neparasti silto 2013./2014. gada ziemu.

Latvijas Universitātes Vides un tehnoloģisko procesu matemātiskās modelēšanas laboratorijas (VTPMML) pētījumi apliecina, ka pastāv iespējas aprēķināt augu attīstību, izmantojot modeļus un veicot šo modeļu uzlabojumus.

VTPMML pētījumā tika modelēts arī dārza zemeņu ziedēšanas un ražas laiks trīs periodiem: pagātnei (1951.–1980. gads), tagadnei un tuvākai nākotnei (2001.–2030. gads), kā arī tālākai nākotnei (2070.–2099. gads) Baltijas valstīs.

Mūsdienās zemeņu ziedēšana vidēji iestājas no maija vidus līdz jūnijam (20.–24. gada nedēļā). Visagrāk zemeņu ziedēšana iestājas Lietuvas dienvidos un pakāpeniski virzās uz ziemeļiem ar ātrumu 200–300 km/nedēļā.

Pētījuma dati liecina, ka 1951.–1980. gadā zemeņu ziedēšana iestājusies nedēļu vai pat 2 nedēļas vēlāk salīdzinājumā ar iespējamo periodu līdz 2030.gadam. Savukārt tālākā nākotnē sagaidāms, ka zemenes sāks ziedēt jau aprīļa beigās (18.–22. gada nedēļā).

9.15. att. Zemeņu ziedēšanas un nogatavošanās iestāšanās laika reģionālās atšķirības un prognozētās izmaiņas.

Savukārt pirmā raža varētu būt 2 nedēļas agrāk (22.–26. gada nedēļā) salīdzinājumā ar pašreizējo laiku, kad zemenes nogatavojas jūnijā-jūlijā (24.–29. gada nedēļā).

Modelētās izmaiņas atšķiras atkarībā no pētījuma vietas novietojuma attiecībā pret reljefu (augstienēs vēlāk), bet, jo īpaši, attiecībā pret attālumu no Baltijas jūras vai Rīgas līča.

9.16. att. Zemeņu ziedēšanas un nogatavošanās laika reģionālās izmaiņas un nākotnes prognozes (1965.–2085. gads).

Tiek prognozēts, ka jūras piekrastes teritorijās izmaiņas būs lielākas un, iespējams, ka attiecībā uz zemenēm fāzes, kas mūsdienās iestājas agrāk kontinentālajā daļā, nākotnē pirmās būs vērojamas piekrastē, taču šie rezultāti jāinterpretē piesardzīgi, jo jāņem vērā, ka klimata modeļi varētu būt “pārvērtējuši” Baltijas jūras sasilšanas tendences.

Nākotnes prognozes modeļu veidā, kā arī zināšanas par klimata pārmaiņu radītajām sekām, kā arī laikus veiktie pasākumi ļaus lauksaimniekiem un mežsaimniekiem izmantot klimata pārmaiņas izdevīgākā veidā.