Építőmérnöki kari részvétellel zajlott az európai gabona terméshozamok klimatikus és hidrológiai kitettségének elemzése

Az elmúlt évek aszályai egyre inkább ráirányítják a figyelmet az éghajlatváltozás agroökológiai és hidrológiai hatásaira. A kedvezőtlen jelenség nem újszerű, hanem egy, már évtizedekkel korábban megindult folyamat egyre fokozódó tünete. Erre mutattak rá hazai kutatók két, vezető nemzetközi folyóiratban megjelent cikkben is. A tanulmányokban két kiemelt fontosságú szántóföldi növény, a búza és a kukorica több évtizedet lefedő termesztési adatait elemezték európai léptéken, a gazdasági fejlődés mellett elsősorban a hidro-meteorológiai jellemzők alakulásának függvényében. A két elemzés a gabonatermesztési régiók nagymértékű átrendeződését és a terméshozamok jelentős éghajlati érzékenységét állapította meg. A növekvő sérülékenységre a természetközeli vízmegtartó megoldások jelenthetik az egyik választ. Ezek tervezése, méretezése és gyakorlati megvalósítása az építőmérnökök számára is új kihívást jelent.

 

Változó éghajlat, változó vízkészletek, változó agrárium

Globálisan a búza az emberi energiabevitel közel 20%-át fedezi, míg a kukorica a legfontosabb takarmánynövényünk. Európa szerepe hagyományosan kiemelkedő mindkét szántóföldi haszonnövény termesztésében: a kontinens részesedése a globális termelésből a kukorica esetén 11%, a búza esetén pedig 37%, továbbá a nemzetközi búzaexport fele innen származik. Az európai gabonatermesztés szerkezete a 20. század közepétől indulóan jelentős átalakuláson ment át, aminek hátterében a gazdasági folyamatok mellett a megváltozó éghajlati viszonyok állnak.

Erre mutattak rá hazai kutatók két nemrég megjelent elemzésükben. Az ELTE, a BME, a Corvinus és az ELKH kutatói a Világbank gabonatermesztési adatait vetették össze többek között a csapadék, a léghőmérséklet és a talajnedvesség tér- és időbeli változásaival, melyek alapján több mélyreható területi mozgást azonosítottak a kontinens gabonatermesztése terén. Az elemzések nagy időbeli és földrajzi lefedettség mellett, korszerű adatbázisok segítségével, statisztikai alapon bizonyítják az európai gabonatermesztés jelentős mértékű éghajlati kitettségét és aszályérzékenységét, ami hangsúlyozza az alkalmazkodó, vízmegtartó területi vízgazdálkodás fontosságát.

A Műegyetem Építőmérnöki Karának részéről a Vízi Közmű és Környezetmérnöki Tanszék munkatársai vettek részt a kutatásban. Munkájuk elsősorban a meteorológiai és talajnedvesség adatok beszerzésére, térinformatikai feldolgozására és ábrázolására, valamint az eredmények értelmezésére terjedt ki.

 

Az európai gabona sakktábla átrendeződése

A Nature lapcsalád Scientific Reports folyóiratában megjelent tanulmány az európai országok gabona terméshozamait elemzi a változó éghajlat függvényében, több évtizedes időskálán. Ehhez a szerzők a Világbank földhasználatra, GDP-re, globális populációra, valamint a megtermelt gabonamennyiségre vonatkozó adatait, az ENSZ Élelmezési és Mezőgazdasági Szervezetének (FAO) termőterület-, termésátlag- és termésmennyiség adatait vetették össze a Royal Netherlands Meteorological Institute Climate Explorer felületén elérhető havi bontású CRU TS 4.04 (land) csapadék és léghőmérsékleti adatokkal. A vizsgálat az 1961-2017 időszakra terjedt ki, és Európa termőterületeit fedte le 0.5° felbontással.

Míg az elmúlt évtizedekben a Föld többi nagy gabonatermelő régiójában (Ausztrália, Kína, India, Közép-Amerika) jellemzően stagnált vagy alig emelkedett a termelés, addig Európa, azon belül is elsősorban a kontinens észak-keleti része dinamikusan tudta növelni a megtermelt gabonák mennyiségét. Ennek hátterében a kedvező termőhelyi adottságok mellett részben a gazdasági fellendülés (Kelet-Európa), részben pedig az éghajlatváltozás áll (Észak-Európa). A klimatikus viszonyok évtizedek óta tartó, és egyre gyorsuló változása ugyanis fokozatosan átrendezi az európai termelési szerkezetet: míg a kontinens hagyományos gabonatermelési régióiban (Földközi-tenger térsége, Nyugat-Európa) közel változatlan hozamok mellett a termőterület csökkenése a jellemző, addig a kontinens északi és keleti területein (főként a Baltikum, Lengyelország, Ukrajna, Oroszország) ugrásszerű növekedés figyelhető meg mindkét mutatóban.

A szabadföldi gabonatermesztés szempontjából a léghőmérséklet és a csapadék mennyisége a két leginkább meghatározó klimatikus tényező. A vizsgált időszakban az éves és a nyári átlaghőmérséklet gyakorlatilag egész Európában szignifikánsan növekedett, míg a nyári csapadékösszegek regionálisan stagnáltak és csak helyi léptéken volt megfigyelhető érdemi változás. Bár az emelkedő nyári átlaghőmérséklet miatt az északi régióban növekedett a megtermelt gabonák mennyisége, kontinentális összesítésben mégis a termőterületek nagyobb részén volt negatív hatással a búza és a kukorica terméshozamaira is. Ezt néhány ország esetében valamelyest képes volt ellensúlyozni a nyári csapadék emelkedő mennyisége, ami elsősorban a kukorica esetén mutatott pozitív statisztikai kapcsolatot a megtermelt hozamokkal.

 

1. kép: A gabonatermés változása országonként (%) 1993-1997 és 2013-2017 között (1993-1997 = 100%)

(A) A búza terméshozama; (B) A kukorica terméshozama; (C) A búza betakarított területe; (D) A kukorica betakarított területe. Adatforrás: World Bank, FAOSTAT

 

Termőtalaj: a vízkörforgás puffere

A szabadföldi termesztés (rainfed agriculture) döntő mértékben függ a csapadék mennyiségétől és annak időbeli eloszlásától. Ezt a kitettséget azonban a helyi talajadottságok is nagyban befolyásolhatják, mivel az időben kiegyenlítetlenül jelentkező csapadékesemények között a talajok tárolják a beszivárgó vizet (leegyszerűsítve ezt nevezzük a talajok víztartó képességének). A kedvezőbb vízgazdálkodású talajok akár több hónapos csapadékmentes időszakokat is képesek pufferelni, hasznosítható vizet biztosítva ezzel a növényzet számára.

Ezért kézenfekvő a feltételezés, miszerint a léghőmérséklethez és a csapadék mennyiségéhez hasonlóan a talajok tenyészidőszaki víztartalma is szoros kapcsolatot mutathat egyes régiók mezőgazdasági produkciójával. A kutatócsoport ezt a feltevést vizsgálta meg a European Journal of Agronomy-ban megjelent tanulmányban. A vizsgálatban az EU Copernicus Programjának részeként publikált ERA5-Land adatbázis 0.1° térbeli felbontású talajnedvesség adatait vetették össze a kontinens országainak búza és kukorica terméshozam adataival az 1981-2017 időszakra.

A vizsgált időszakban a talajnedvesség az alpesi régióban, a Brit szigeteken, a Baltikumban és a Nyugat-Balkánon alakult a legkedvezőbben. Ezzel szemben a legjelentősebb készletcsökkenés a Mediterrán térségben, a Kárpát-medencében, a Balkán nagy részén és Európa keleti felén következett be.

A szezonális és lokális különbségek és néhány pozitív helyi tendencia mellett a kontinens termőterületeinek nagy részén a talajnedvesség csökkenése mutatható ki. Ez a tendencia azért különösen kedvezőtlen, mert az európai adatok alapján szoros pozitív statisztikai kapcsolat volt kimutatható a két gabona hozamai és a 28 cmvastagságú feltalajréteg átlagos nedvességtartalma között (a nagyobb tenyészideji talajnedvesség esetén jellemzően a gabonahozamok is magasabbak voltak).

 

 

2. kép: A hasznosítható víztartalom szezonális trendje az európai mezőgazdasági területek talajainak felső 28 cm-ban 1981 és 2017 között

N: negatív irány; P: pozitív irány; S: jelentős változás; NS: nem jelentős változás. Adatforrás: EU Copernicus Program

 

Az elemzés igazi jelentőségét az adja, hogy a felvázolt kedvezőtlen tendenciákra közvetlen gyakorlati megoldások adhatók. A klimatikus hatótényezőktől (csapadék, léghőmérséklet) eltérően a talajnedvesség befolyásolására ugyanis lényegesen több lehetőség áll rendelkezésünkre.

A szóba jövő beavatkozások egy része elsősorban a talajtani és agrár vonatkozású (kímélő, okszerű talajművelés, regeneratív mezőgazdaság, stb.). A talajnedvességet, mint a felszín alatti vízkészlet legdinamikusabban változó részét ugyanakkor nagyban befolyásolja a területi vízgazdálkodás is. Hazánk különösen jó adottságokkal rendelkezik a vízmegtartásra fókuszáló vízügyi gyakorlat megvalósításához. Az ország felét, a termőterületek nagy részét kiadó alföldi régióban ugyanis a talajnedvesség számára nemcsak a felszín irányából érkező csapadék, hanem az “alulról” kapillárisan felszivárgó talajvíz is jelentős utánpótlást biztosíthat. Így a síkvidéki területek talajvízszintjeinek emelését célzó intézkedések (belvíz-visszatartás, talajvízdúsítás, árvízi víztöbblet célzott tájba vezetése) egyben táji léptéken a növényzet számára hasznosítható talajnedvesség növelését is eredményezhetik.

 

A publikációk az FK 134547 és a TKP 2020 BME-IKA-VIZ számú projektek keretében, a Nemzeti Kutatási Fejlesztési és Innovációs Alapból biztosított támogatással valósultak meg.

 

A tanulmányokban közreműködő műegyetemi kutatók: Ács Tamás, Decsi Bence, Kardos Máté Krisztián, Kozma Zsolt (Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Építőmérnöki Kar, Vízi Közmű és Környezetmérnöki Tanszék).

 

Szerzők a partner intézményekből: Pinke Zsolt (Eötvös Loránd Tudományegyetem, Természettudományi Kar, Természetföldrajzi Tanszék), Jámbor Attila (Budapesti Corvinus Egyetem, Vállalkozásfejlesztési Intézet), Pásztor László (Eötvös Loránd Kutatási Hálózat, Agrártudományi Kutatóközpont, Talajtani Intézet) Kern Zoltán (Eötvös Loránd Kutatási Hálózat, Csillagászati és Földtudományi Kutatóközpont).