Timing og klimafaktorer afgør fremtidens høstudbytte

Klimaforandringerne ændrer allerede vilkårene for fødevareproduktion – og hvor meget brød der ender på bordet.

Afgrøder som hvede og vindruer er tilpasset bestemte klimatiske betingelser – og når de ændrer sig, gør udbyttet det også.

Det kan betyde mindre hvede til brød og færre vindruer til vin – men også større udsving fra år til år, som landmænd ikke kan planlægge sig ud af.

Netop når det kommer til hvede, der er den mest dyrkede afgrøde i EU, har et forskerhold nu brugt kunstig intelligens til at finde ud af, hvornår og hvordan klimaforandringerne påvirker hvedehøsten – inden for de mønstre, der kan aflæses i data.

De lod kunstig intelligens analysere 20 års klimadata fra hele EU sammen med tilsvarende data for hvedeudbytte.

Det giver ny indsigt i, hvilke faktorer der har påvirket høsten – og sandsynligvis også vil gøre det fremover, selv om usikkerheden er større i områder med færre data og mere variable dyrkningsforhold.

““Vi ville identificere, hvilke faktorer der er vigtigst for hvedeudbyttet, og om de samme faktorer har lige stor betydning i Sydeuropa, Nordeuropa og Østeuropa. Med dette studie identificerer vi faktorer, der har betydning overalt i EU, samt faktorer med betydning regionalt i EU,” fortæller lektor Sheng Wang, en af hovedforfatterne bag studiet fra Center for Landscape Research in Sustainable Agricultural Futures ved Aarhus Universitet.

Forskningen er offentliggjort i Computers and Electronics in Agriculture.

AI finder, hvad der driver høsten

I studiet lod forskerne kunstig intelligens analysere enorme mængder data, og modellen blev løbende testet mod andre modeltyper for at sikre, at resultaterne var robuste – lidt som at gennemgå 20 års vejrdagbøger side for side og koble hvert enkelt vejrskift til, hvordan planterne faktisk voksede og gav udbytte på marken.

Den ene del bestod af hvedeudbytter fra en lang række europæiske lande over de seneste 20 år.

Den anden del omfattede klimaforhold som temperatur, nedbør, kuldefremstød, jordfugtighed, hedebølger og solstråling fra hele EU. Til gengæld indgår faktorer som gødning, sortvalg og dyrkningsmetoder ikke direkte i analysen, selv om de i praksis også kan have stor betydning for udbyttet.

“Vi brugte modellen til at koble klimaforhold med variationer i hvedeudbyttet fra år til år og identificere de vigtigste faktorer – ikke bare hvad der hænger sammen med udbyttet, men hvad der faktisk skubber det op eller ned i forskellige dele af Europa.”

Samtidig understreger holdet, at modellen bygger på statistiske sammenhænge og derfor ikke alene kan afgøre, hvad der direkte driver ændringer i udbyttet.

Modellerne blev samtidig designet til ikke kun at levere svar, men vise, hvad der driver dem – lidt som at åbne en sort boks og se, hvilke klimafaktorer der i hvert enkelt tilfælde tipper høsten op eller ned, uden at det nødvendigvis fanger alle biologiske og praktiske forhold i marken, hvor virkeligheden ofte er mere kompleks end modellen.

“Vores studie er det første til at bruge forklarende modeller på klima- og udbyttedata på EU-niveau. Det giver os en bedre forståelse af, hvordan klimaforandringerne påvirker udbyttet af hvede regionalt,” forklarer Sheng Wang.

Nord og syd rammes forskelligt

Studiet afslørede flere interessante ligheder i klimafaktorer med betydning for hvedeudbyttet over hele EU.

Modellen viste, at især solstråling, temperatur og luftens tørhed (damptryk) har stor betydning. Den pointe stemmer godt overens med tidligere forskning og med klassiske afgrødemodeller, hvor netop disse faktorer er kendt for at påvirke fotosyntese, vandtab og vækst – men sammenhængen er ikke entydig og kan variere med både vækststadie og lokale forhold.

Der var også klare forskelle mellem de forskellige regioner.

“I Sydeuropa er det ofte varmestress og tørke – snarere end gennemsnitstemperaturen – der ofte får afgørende betydning for udbyttet, fordi høje temperaturer og tør luft kan lukke planternes spalteåbninger og bremse væksten. I Nord- og Østeuropa er det derimod kolde vintre, som kan skade eller forsinke planternes udvikling.”

Kolde vintre var i det nordlige og østlige EU i nogle tilfælde forbundet med et tab af udbytte på op til 2,5 ton pr. hektar – blandt andet fordi frost kan skade planterne i deres mest sårbare stadier.

“Når man taler om klimaforandringer og udbytte, er det afgørende at skelne: I Nord er problemet kulde, i Syd varme,” siger Sheng Wang.

Små vinduer afgør høsten

Analysen peger også på, at det ikke kun er klimaet, men timingen, der er afgørende – korte biologiske vinduer i løbet af året, hvor planterne er særligt sårbare, og hvor vejret i nogle tilfælde kan få afgørende betydning for høsten.

Vinterhvede sås om efteråret, overvintrer i jorden og spirer frem om foråret, før den høstes i juni/juli.

“Hveden er særligt følsom over for kuldefremstød i foråret, når spirerne bryder frem og endnu ikke er beskyttet. I Sydeuropa gælder det tilsvarende for varmeperioder, der kan stresse planterne netop i deres vækstfase.”

I Nord- og Østeuropa påvirker jordfugtigheden ved såning i efteråret udbyttet markant – fordi planterne her etablerer deres rodsystem – og kraftig nedbør eller oversvømmelser i denne periode kan derfor sænke høsten året efter.

“Når vi taler om oversvømmelser i Danmark, handler det ofte om kældre og gader – men langt sjældnere om, hvad det gør ved næste års høst på marken. Der er nogle kritiske stadier, hvor man har brug for at forstå betydningen af klimaet for afgrøderne, og hvordan man måske kan gøre noget for at forbedre udbyttet,” siger Sheng Wang.

Han uddyber, at det blandt andet kunne dreje sig om bedre modeller til at forudsige vejret, så landmændene kan ramme det smalle vindue, hvor planterne får de bedste betingelser for at etablere sig – og hvor timingen af såning kan gøre forskellen på en god og en dårlig høst, selv om vejret i praksis stadig kan være svært at forudsige præcist fra år til år.

Landbruget påvirker også klimaet

Ifølge Sheng Wang rummer forståelsen af klimafaktorer et stort potentiale – ikke kun for hvede, men for afgrøder generelt.

“Det kan både øge udbyttet og påvirke EU’s samlede klimaregnskab, fordi bedre vækstforhold ændrer planternes optag og udledning af drivhusgasser. Samtidig er sammenhængen mellem dyrkning og klima kompleks og afhænger af mange faktorer, som ikke alle lader sig indfange i én model.”

20 pct. af Danmarks udledning af CO2 stammer fra landbruget, og denne udledning er påvirket af, om afgrøder har optimale betingelser eller ej.

“Vores overordnede forskning handler ikke bare om at forstå, hvordan klimaforandringerne påvirker afgrøderne, men også hvordan afgrøderne påvirker klimaforandringerne gennem udledning af drivhusgasser i landbruget. Med bedre forståelse kan vi udvikle systemer, der både øger udbyttet og reducerer landbrugets klimaaftryk – og samtidig gøre fødevareproduktionen mere robust i et klima, der bliver stadig mere uforudsigeligt,” siger Sheng Wang.