perjantai 2. huhtikuuta 2021

Hiilidioksidipitoisuus ennätyskorkea, maatalouden tuottavuus heikentynyt ja maaekosysteemien hiilinielu vaarassa

Kuva: Pixabay.


Vaikka globaali talous pyörii covid-19-pandemian vuoksi vajaateholla, maaliskuussa 2021 Mauna Loalla mitattu ilmakehän hiilidioksidipitoisuus oli keskimäärin 417,6 ppm, suurempi kuin mittaushistorian yhtenäkään aiempana kuukautena. Edellinen ennätys oli 417,3 ppm toukokuussa 2020. Tämän vuoden toukokuussa lukema voi olla jo lähes 420 ppm, koska vuotuisen vaihtelun vuoksi se on toukokuussa yleensä noin 2 ppm korkeampi kuin maaliskuussa. Kun mittaukset alkoivat 1950-luvun lopulla, lukemat olivat alle 320 ppm.

Kasveille fotosynteesin kannalta ihanteellinen hiilidioksidipitoisuus on selvästi nykyistä korkeampi, ja maapallon kasvipeitteinen pinta-ala on kasvanut viime vuosikymmeninä. Cornellin yliopiston johtaman ja eilen Nature Climate Change -lehdessä julkaistun tutkimuksen mukaan ihmiskunnan aiheuttama ilmastonmuutos on kuitenkin pienentänyt maatalouden kokonaistuottavuutta noin 20 prosentilla vuodesta 1961 nykypäivään.

Tuottavuus määritellään tuotannon määrän ja tuotannossa käytettyjen tuotantopanosten määrän suhteeksi. Tuottavuus kasvaa, kun samalla tuotantopanosten määrällä (esimerkiksi viljelysmaa, työ, lannoitteet) saadaan aikaan yhä suurempi määrä tuotantoa tai samaan tuotantomäärään päästään käyttämällä yhä vähemmän tuotantopanoksia. Vastaavasti tuottavuus heikkenee, jos samaan satomäärään tarvitaan aiempaa suuremmat panokset.

Maatalouden kokonaistuottavuus on siis globaalisti pienentynyt noin 20 prosentilla 1960-luvulta nykypäivään verrattuna tilanteeseen ilman ilmastonmuutosta. Tämä vastaa seitsemän viime vuoden tuottavuuden kasvun menettämistä kokonaan, siis aivan kuin kaikki maatalouden kehitys olisi pysähtynyt vuonna 2013. Vaikutus on vieläkin suurempi (noin 26-34 prosentin pienentyminen) lämpimillä alueilla, esimerkiksi Afrikassa, Latinalaisessa Amerikassa ja Karibialla. Ilmastonmuutos ei siis ole kaukana tulevaisuudessa häämöttävä ongelma, vaan sen vaikutukset ovat näkyneet maapallolla jo pitkään.


Ihmiskunnan aiheuttaman ilmastonmuutoksen kumulatiiviset vaikutukset alueelliseen maatalouden tuottavuuteen vuosina 1961-2020.


Cornellin yliopiston tutkimuksen mukaan maataloudesta on tullut globaalisti yhä herkempi ilmaston muuttumiselle. FAO:n mukaan ravinnontuotantoa pitäisi kuitenkin saada lisättyä 2000-luvun alun tasosta 70 prosenttia vuoteen 2050 mennessä, jolloin maapallon väkiluku voi olla jo yli 9 miljardia, 70 prosenttia väestöstä on kaupunkilaisia ja ihmiset ovat aiempaa rikkaampia. Lisäksi tulee vielä biopolttoaineisiin tarvittava pelloilla kasvatettu materiaali.


Lämpötilan vaikutus globaaliin C3-fotosynteesiin (vihreä viiva), C4-fotosynteesiin (keltainen viiva) ja ekosysteemin kokonaishengitykseen (hiilidioksidin vapauttamiseen). C3-fotosynteesin maksimi on +18 asteessa ja C4-fotosynteesin maksimi +28 asteessa. Varjostetut värialueet kuvaavat 90 prosentin luottamusväliä. Credit: Katharyn A. Duffy, Christopher R. Schwalm, Vickery L. Arcus, George W. Koch, Liyin L. Liang, Louis A. Schipper. How close are we to the temperature tipping point of the terrestrial biosphere? Science Advaces 13 JAN 2021: EAAY1052. License: CC BY-NC 4.0.


Nykyään maaekosysteemit imevät noin 30 prosenttia ihmiskunnan hiilidioksidipäästöistä (2,6 ± 0,8 petagrammaa hiiltä vuodessa). Tärkein maaekosysteemien hiilinielun vuotuiseen vaihteluun vaikuttava tekijä on lämpötila. Tammikuussa julkaistun tutkimuksen mukaan kasvien hengitys lisäähtyy jatkuvasti lämpötilan kohotessa, kun taas fotosynteesi heikkenee lämpötilan ylitettyä optimin. Tutkimus perustuu FLUXNET-aineistoon. Vuosina 1991-2015 ilmakehän hiilidioksidipitoisuus nousi noin 40 ppm, mutta FLUXNET-havaintopisteissä fotosynteesi ei kuitenkaan lisääntynyt havaittavasti.


Globaali fotosynteesin (vihreä katkoviiva), hengityksen (punainen katkoviiva) ja maaekosysteemien hiilinielun (sininen viiva) muutos verrattuna nykyiseen ilmastoon. Fotosynteesissä ovat mukana sekä C3-fotosynteesi että C4-fotosynteesi painotettuna C3/C4-fotosynteesien globaalilla osuudella. Harmaalla varjostettu alue esittää vuosina 1991-2015 mitattuja vuosien keskilämpötiloja. Katkonainen harmaa pystyviiva osoittaa nykyistä vuosien keskilämpötilaa FLUXNET-tutkimuspisteissä. Credit: Katharyn A. Duffy, Christopher R. Schwalm, Vickery L. Arcus, George W. Koch, Liyin L. Liang, Louis A. Schipper. How close are we to the temperature tipping point of the terrestrial biosphere? Science Advances 13 JAN 2021: EAAY1052. License: CC BY-NC 4.0.

Suurin osa maapallon kasveista on C3-kasveja, joilla fotosynteesin optimi on jo +18 asteessa. C4-kasveilla se on +28 asteessa. Sen sijaan hiilidioksidia tuottavalla hengityksellä ei FLUXNET-aineistosta löydy lainkaan ylärajaa, jossa sen kasvu loppuisi tai edes hidastuisi. Kokeellisten tutkimusten mukaan kasvien hengityksen maksimi näyttäisi olevan vasta +60 asteessa ja maahengityksen maksimi +70 asteessa.


A. Niiden kuukausien lukumäärä, jolloin lämpötila ylittää fotosynteesin optimilämpötilan nykyisessä ilmastossa (1950-2010). B. Niiden kuukausien määrä, jolloin lämpötila ylittää fotosynteesin optimilämpötilan vuosina 2040-2060 RCP8.5-ilmastoskenaarion mukaisilla lämpötiloilla. RCP8.5-skenaario kuvaa tilannetta, jossa kasvihuonekaasupäästöt jatkuvat nykyisen suuruisina. C. Sellaisten maaekosysteemien osuus, joissa fotosynteesin optimilämpötila ylittyy eri RCP-ilmastoskenaarioiden mukaan. D. Nykyinen bruttoperustuotanto (fotosynteesi keskimäärin vuosina 2003-2013, sininen viiva) eri leveyspiireillä, vuosien 2040-2060 bruttoperustuotanto (punainen viiva) ja vuosien 2070-2090 bruttoperustuotanto (oranssi käyrä) RCP8.5-ilmastoskenaarion mukaisilla lämpötiloilla. Vuosina 2040-2060 bruttoperustuotanto on pienentynyt 44 prosenttia ja vuosina 2070-2090 puolestaan 49 prosenttia. Credit: Katharyn A. Duffy, Christopher R. Schwalm, Vickery L. Arcus, George W. Koch, Liyin L. Liang, Louis A. Schipper. How close are we to the temperature tipping point of the terrestrial biosphere? Science Advances 13 JAN 2021: EAAY1052. License: CC BY-NC 4.0.  


Nykyisissä ilmasto-oloissa kasvillisuus toimii yleensä tehokkaana hiilinieluna. Pieni lämpeneminen jopa hieman parantaa hiilinielua edelleen, koska globaalisti nykyinen keskilämpötila jää hieman fotosynteesin optimilämpötilan alapuolelle. Hyvin nopeasti lämpötila kuitenkin kohoaa jo niin paljon, että fotosynteesi alkaa heikentyä. Tämä voi tapahtua jo seuraavien 20-30 vuoden aikana. 

Nykyisinkin lämpimimmän vuosineljänneksen (kolmen kuukauden jakson) keskilämpötila ylittää fotosynteesin optimilämpötilan. Fotosynteesin optimilämpötilan yläpuolella hiilidioksidia tuottava hengitys kuitenkin jatkaa kiihtymistään eksponentiaalisesti. Tällöin hiilinielu heikkenee ja ilmastonmuutos kiihtyy. Näin käy erityisen herkästi Amazonin ja Kaakkois-Aasian sademetsäalueilla. Jos ilmaston lämpenemistä ei hillitä, tämän vuosisadan lopulla maaekosysteemien hiilinielu putoaa puoleen nykyisestä.

Biomit eli suuerkosysteemit muuttuvat aikojen kuluessa ja lämpimään ilmastoon sopeutuneet biomit laajenevat kohti napa-alueita. Ensin kuitenkin vanhat biomit heikkenevät ja tuhoutuvat, jolloin niistä voi vapautua lisää hiilidioksidia. Laajenevat biomit saattavat tarvita myös ihmisten apua, ja lopulta laajenevien biomien menestyminen riippuu siitä, onko maaperässä saatavilla riittävästi ravinteita. Siksi ilmastonmuutoksen hillinnässä ei kannata luottaa liikaa kasvillisuuden kykyyn sitoa hiilidioksidia, vaikka kasvilajit ja kasvillisuusvyöhykkeet osittain sopeutuvatkin ilmastonmuutokseen.

Jos maapallon keskilämpötilan nousu saadaan rajoitettua RCP8.5-skenaarion mukaisen lämpenemisen sijaan RCP2.6-skenaarion mukaiseen lämpenemiseen, maapallon biomien perustuotanto saattaa säilyä lähes nykyisellä tasolla, jolloin maaekosysteemien hiilinielu pienenisi vain 10-30 prosenttia. RCP2.6 on skenaario, jossa pysytään kansainvälisesti tavoitellun alle kahden asteen lämpenemisen rajoissa. Kyseisen skenaarion toteutuminen vaatii nopeita, kaikkia valtioita koskevia toimenpiteitä, joissa päästöjä vähennetään nopeasti.

Lähteet

Ortiz-Bobea, A., Ault, T.R., Carrillo, C.M. et al. Anthropogenic climate change has slowed global agricultural productivity growth. Nat. Clim. Chang. 11, 306–312 (2021). 

Ortiz-Bobea, A., Ault, T.R., Carrillo, C.M. et al. Anthropogenic climate change has slowed global agricultural productivity growth. Nat. Clim. Chang. 11, 306–312 (2021). Supplementary information.

Milman, Oliver: Rapid global heating is hurting farm productivity, study finds. The Guardian 1.4.2021.

Cornell University. "Climate change cut global farming productivity 21% since 1960s." ScienceDaily. ScienceDaily, 1 April 2021.

Katharyn A. Duffy, Christopher R. Schwalm, Vickery L. Arcus, George W. Koch, Liyin L. Liang, Louis A. Schipper. How close are we to the temperature tipping point of the terrestrial biosphere? Science Advaces 13 JAN 2021: EAAY1052. 

Lue myös nämä

Science-lehti eilen: Aiempaa nälkäisemmät hyönteiset ja kasvavat hyönteispopulaatiot vaikuttavat maanviljelyyn negatiivisesti ilmaston lämmetessä

Ilmastonmuutoksen haitalliset vaikutukset maailman maatalouteen olisivat kalliimmat kuin ilmastonmuutosta hillitsevän bioenergiatuotannon aiheuttama hintojen nousu

6 kommenttia:

Vesa Tanskanen kirjoitti...

Ei vain itse asia, vaan miten se kerrotaan. Ilmastohuolen ylläpitäjä pitää kovin tämän Cornellin yliopiston johtaman maatalouden tutkimuskolleegion tavasta kertoa asioista. Kuinka herättää huolestuneisuutta, vaikka asiat etenee mallikkaasti. Tässä on pulmaan eräs malliratkaisuun.

Tehdäänpä kivikova, "... a robust econometric model ...", sellainen, johon voi sitten laittaa valikoituja arvoja. Kun taiten valikoidaan, niin voidaan saada tulokseksi vaikkapa, että kuten tämä tutkijakolleegium, päätti mallillaan osoittaa, että ilmastomuutos olisi hiukan hidastanut muutoin niin voimakasta ja kiihkeää maataouden tuotannon kasvua. Tutkimuksen todistusvoima olisi yhtä hyvä, jos olisi verrattu osuvalla korrelaatiolla jäätelönsyönnin kasvua ao. aikana ja uutiset kertoisivat: Jäätelönsyönti aiheutta tuotannon kasvuvauhdin hidastumista.

Eivät ihan rohjenneet todistella, että ilmastomuutos supistaisi maataloustuotantoa, mutta tämä puute siis poistetaan sopivasti huolestuneisuutta lisäävin puhein. Vaikka siis tuotanto kasvaa edelleen voimakkaasti ja väestönkasvua suuresti nopeammin.

Jatkuu...

Vesa Tanskanen kirjoitti...

Ja tuottavuus ei ole yksiselitteinen tieteellinen käsite, kuten liian moni tuntuu uskovan. Taloustiede on lähes yhtälailla sekavaa ja ennustuskyvytöntä kuin ilmastotiedekin. Onhan mukana toki suppeampi asiaryhmiä, jotka on selkeämpiä ja oikeastikin ennustavia. Mutta monien tieteiden tietämättömyys tulee esiin esim nykypäivä Corona-vaikutusten arvioinnissa. Siinä taloustieteilijät ovat tosi hukassa. Todennäköisyyslaskenta on eksaktia tiedettä, sen käyttö talous- ja ilmastieteissä ei tee niistä falsiviotavia eksakteja tieteitä. No, menneisyyden lukujen tallennuksen osalta toki toivottavasti edes, mutta ei edes menneisyyden muutosvoimien analysoinnissa.

Ja kun tuon jälkimmäisen kasvuvauhdin pienen hidastumisen pukee sopivasti ilmaisuihin, vaikkapa ikäänkuin 7 vuoden ajan sato olisi menetetty jne. Enpä usko koko malliin ja siten sen ruotiminen on itse asiassa turhaa tieteelliseltä kannalta, mutta toimii hyvin manipulatiivisen tieteen uutisoinnin mallina. Siksi siitä joitain huomioita:

Lause "...kokonaistuottavuus on siis globaalisti pienentynyt noin 20 prosentilla 1960-luvulta nykypäivään. " merkitsee kuitenkin kaikkineen, että:

* Maataloustuotanto on kasvanut huimasti ja kasvaa edelleen.
* Tuotanto ja tuottavuuskin on kasvanut edelleen, mutta siis hiukan hitaammin kuin kiihkeimpinä vuosina -60 ja -70-luvuilla. Tuottavuuden kasvuvauhti olisi siis hieman hidastunut. Ovatko kasvun vastustajat onnellisia kehityssuunnasta vai siltikin huolissaan?
* Ja sekavan huoli-uutisointityylin ansiosta kansa hämääntyy ja saattaa luulla, että itse tuotanto olisi laskenut ja laskemassa.Tässä mm. hämätään tuottavuus-käsitteen ja sen muutoksen sotkemisella itse tuotantoon.

Maatalouden tuottavuuden kasvun hidastumiselle on myös löydettävissä ihan oikeita syitäkin. Ilmastonmuutosta ei tarvitse sotkea tähän. Ei sen enempää kuin väittää, että ao. aikana kasvanut jäätelönsyönti aiheutti tuottavuuden kasvuvauhdissa laskua. Syinä esim:

* Viljelijöiden palkkatasot on kasvaneet reippaasti, erityisesti köyhimmillä alueilla ja kehittyvissä talouksissa. Vaikuttaa tuottavuuslaskelmassa suuresti.
* Maatalouden laajentaminen uusille maa-alueille ei kannata entiseen tapaan, kun maat on heikompia ja kauempana talouskeskustoista.
* Tarvitaan enemmän panoksia mm vesihuoltoon kaikkialla. Ja nykyisinhän jopa autiomaissa viljellään suurimittaisesti.
* Yhä suurempia osia viljelymaista on jo osin lannoitettu. Silloin lisälannoituksella saadaan lisähyötyä vähemmän kuin ennen, jolloin vaikutus oli voimakas.
* Markkinat kyllästyvät eli tulevat täyteen yhä useamman tuotteen osalta ja hinnat laskevat. On siis jatkuva kilpa uusien houkuttelevien tuotteiden kehittämiseksi. Ja kuten tiedämme erilaiset muotituotteet vaihtelee kiivaasti. Jatkuu...

Vesa Tanskanen kirjoitti...

Olisi ollut vielä suurempi saavutus, kun olisi kytketty kokonaistaloudellisen tuotannon tuottavuuden kehityksren/kasvun hidastuma ilmastomuutokseen. Alla linkki mielenkiintoiseen artikkeliin tuottavuuden kasvun yleisestä hidastumisesta. Sen lukeminen on hyvin opettavaista ja tuottavaa. Tosin siinä ei syyksi otaksuta ilmastonmuutosta.

https://suomenkuvalehti.fi/jutut/kotimaa/talous/kanava-tyon-tuottavuus-ei-kasva-koska-konttorin-puolella-tarvitaan-yha-enemman-vakea-juristeista-ja-somettajiin/?shared=1158320-d1b0203c-500&utm_source=emaileri&utm_medium=email&utm_campaign=Kirjailija%20kutsui%20presidenttia%20idiootiksi*%20pojat%20repivat%20vaalijulisteen%20-%20nyt%20heita%20uhkaa%20Puolassa%20jopa%20vankeus&utm_term=Kanava*%20Tyon%20tuottavuus%20ei%20kasva*%20koska%20konttorin%20puolella%20tarvitaan%20yha%20enemman%20vakea%20juristeista%20ja%20somettajiin*%20*Lue%20lisaa*&utm_content=u-3869741-65164965-2175159-6

Jari Kolehmainen kirjoitti...

Kiitos kommenteistasi. Sekoitat kuitenkin nyt asioita, kun kirjoitat näin: "Viljelijöiden palkkatasot on kasvaneet reippaasti, erityisesti köyhimmillä alueilla ja kehittyvissä talouksissa. Vaikuttaa tuottavuuslaskelmassa suuresti."

Tässä ei ole katsottu taloudellista tuottavuutta vaan sitä, millaisilla panoksilla satoa saadaan. Vaikka ilmakehän hiilidioksidipitoisuus on kasvanut, fotosynteesi ei ole tehostunut. Ilmastonmuutos on aiheuttanut haitallisia vaikutuksia, joiden vuoksi satomäärän kasvattamiseen joudutaan panostamaan entistä enemmän.

Jari Kolehmainen kirjoitti...

Jos välttämättä haluat taloustieteellisiä vertauksia, tilannetta voisi verrata tähän kuvitelmaan: Minulta vaaditaan yhä useampien kurssien opettamista, jolloin joudun tekemään tuntimääräisesti yhä enemmän työtä, mutta ylituntipalkkiotani pienennetään aikaisemmasta. Saan kyllä tuotettua aiempaa enemmän tuotoksia (= pidetyt kurssit) ja saan aiempaa enemmän palkkaa, mutta tuntipalkkani on aiempaa pienempi. Lopulta menetän vuosien kuluessa suuret määrät rahaa, jos tilannetta verrataan siihen, kuinka paljon minulle aiemmin maksettiin samasta työmäärästä.

Samalla tavalla ilmastonmuutos vaikuttaa maataloustuotantoon. Satoa olisi mahdollista tuottaa enemmän ilman ilmastonmuutoksen haitallisia vaikutuksia. Erityisen paljon tämä koskettaa muutenkin huonossa asemassa olevia kehittyviä maita, jotka itse ovat kaikkein vähiten syyllisiä ilmastonmuutokseen. Afrikassa tuottavuus on jo heikentynyt 34 prosenttia.

Jatkossa fotosynteesi ja samalla satomäärä heikkenevät entisestään, kun fotosynteesin optimilämpötila ylitetään yhä useammin. Tuottavuuden heikentymisellä ja ilmastonmuutoksella on siis selkeä yhteys jo pelkän lämpötilan kautta. Lisäksi tulevat ilmastonmuutoksen muut vaikutukset, esimerkiksi kuivuuskaudet, toisaalla tai toisina aikoina rankkasateet, muut sään ääri-ilmiöt, lisääntyvät hyönteistuhot jne.

Jari Kolehmainen kirjoitti...

Joissakin tutkimuksissa on rohjettu todistella ilmastonmuutoksen negatiivisia vaikutuksia hehtaarikohtaisiin satomääriinkin. Kun katsotaan todellisia hehtaarikohtaisia satomääriä (eikä tuottavuutta), tuotanto on vähentynyt tietyillä alueilla ja tietyillä viljelykasvilajeilla. Toisilla taas on tapahtunut kasvua, mutta globaalisti kokonaisvaikutus on ollut tärkeimmillä ravintokasveilla negatiivinen. Tätä on tarkasteltu esimerkiksi tutkimuksessa ”Ray DK, West PC, Clark M, Gerber JS, Prishchepov AV, Chatterjee S (2019) Climate change has likely already affected global food production. PLoS ONE 14(5): e0217148. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0217148”:

"We constructed linear regression relationships using weather and reported crop data to assess the potential impact of observed climate change on the yields of the top ten global crops–barley, cassava, maize, oil palm, rapeseed, rice, sorghum, soybean, sugarcane and wheat at ~20,000 political units. We find that the impact of global climate change on yields of different crops from climate trends ranged from -13.4% (oil palm) to 3.5% (soybean). Our results show that impacts are mostly negative in Europe, Southern Africa and Australia but generally positive in Latin America. Impacts in Asia and Northern and Central America are mixed. This has likely led to ~1% average reduction (-3.5 X 10^13 kcal/year) in consumable food calories in these ten crops. In nearly half of food insecure countries, estimated caloric availability decreased. Our results suggest that climate change has already affected global food production. - - Averaged globally, yields changed between -2551 (oil palm) to +982 (sugarcane) kg/ha/year. The percentage change in recent yield over all harvested croplands ranged from -13.4% (oil palm) to +3.5% (soybean). Among the top three global cereals, recent yields have decreased for rice (-0.3% or ~-1.6 million tons (MT) annually) and wheat (-0.9% or ~-5.0 MT annually) and increased negligibly for maize (0% or ~0.2 MT annually). This translates to an annual 0.4%, 0.5% and 0.7% decrease in consumable food calories available from rice, wheat and maize respectively globally."

Tämänkin tutkimuksen mukaan ilmastonmuutos on jo vaikuttanut maatalouteen vuosina 1974-2008. Nyt ei edes puhuta tuottavuudesta vaan konkreettisista hehtaarikohtaisista satomääristä ja maanviljelytuotteista saatavista kalorimääristä.

Esimerkiksi maailman kolmesta tärkeimmästä viljasta hehtaaria kohden lasketut riisisadot (-0,3 % eli globaalisti 1,6 miljoonaa tuottamatta jäävää tonnia vuodessa) ja vehnäsadot (-0,9 % eli 5 miljoonaa tonnia vuodessa) ovat pienentyneet, maissisadot lisääntyneet (+0 % eli 0,2 miljoonaa tonnia vuodessa). Ohralla vähennystä on peräti 7,9 % eli 10,2 tuottamatta jäävää tonnia vuodessa. Tarkempia tietoja voi katsoa tästä linkistä.

Kun hehtaarisadot ovat pienentyneet ja samalla tuotteiden kysyntä kuitenkin on kasvanut, globaalisti on jouduttu raivaamaan jatkuvasti lisää peltopinta-alaa, mikä on lisännyt kokonaistuotantoa. Jos ja kun hehtaarisadot pienenevät edelleen, joudutaan käyttämään entistä enemmän lannoitteita ja raivaamaan entistä enemmän uutta peltoalaa. Tämä lisää kustannuksia mutta myös kiihdyttää ilmastonmuutosta entisestään.