Poiché le tendenze climatiche più calde e più secche, la sicurezza alimentare globale dipende sempre più dalla capacità delle colture di resistere alla siccità. Ma scienziati e produttori si stanno concentrando sulla metrica giusta quando misurano la siccità rilevante per le colture? Non esattamente, secondo una nuova ricerca degli scienziati dell'Università dell'Illinois, che sollecitano la comunità scientifica a ridefinire il termine.

"Le piante devono bilanciare la domanda e l'offerta idrica. Entrambe sono estremamente critiche, ma le persone trascurano il lato della domanda dell'equazione, soprattutto negli Stati Uniti Corn Belt, "dice Kaiyu Guan, ricercatore principale su due nuovi studi, Professore di Blue Waters presso il Dipartimento di risorse naturali e scienze ambientali e il Centro nazionale per le applicazioni di supercalcolo dell'Illinois.

La domanda a cui Guan fa riferimento è la siccità atmosferica, spesso espresso come deficit di pressione di vapore (VPD). Più l'aria è secca, più umidità viene aspirata dai pori, o stomi, nelle foglie delle piante. Le piante devono aprire gli stomi per assorbire l'anidride carbonica come cibo, ma se sentono che l'atmosfera è troppo secca, chiuderanno i pori per evitare che si secchino. Mantenere gli stomi chiusi troppo a lungo porta a riduzioni della fotosintesi, crescita delle piante, e resa in granella.

Il calciatore? Le piante chiudono gli stomi a causa della siccità atmosferica anche quando c'è un adeguato apporto di umidità nel terreno.

"Se si considerano solo le precipitazioni e l'umidità del suolo, questo è il modo in cui la maggior parte delle persone pensa alla siccità, questo descrive principalmente il lato dell'offerta. Ovviamente se hai una bassa umidità del suolo, le piante saranno stressate da quanta acqua ricevono. Ma l'offerta è spesso abbastanza sufficiente, soprattutto qui nella cintura di mais degli Stati Uniti, " dice Guan. "Tuttavia, il lato della domanda dall'atmosfera può anche stressare gravemente le piante. Dobbiamo prestare maggiore attenzione a quel segnale di siccità".

I due recenti studi di Guan hanno utilizzato molteplici approcci tecnologici, comprese le misurazioni sul campo, varie fonti di dati satellitari, simulazioni di modelli idrologici, e statistiche sulla resa delle colture governative. Il primo studio, pubblicato in Meteorologia agraria e forestale , ha utilizzato i dati di sette siti in tutto il Corn Belt per concludere che il VPD rappresenta quasi il 90% dei cambiamenti nella conduttanza stomatica delle colture, un proxy per lo stress da siccità, e circa l'85% delle variazioni della produttività primaria lorda, una misura della produttività.

"A confronto, l'umidità del suolo rappresenta in genere il 6-13% di queste misure per mais e soia, e fino al 35% se si considerano gli effetti del ritardo temporale, "dice Hyungsuk Kimm, studente di dottorato nel gruppo di Guan e autore principale dello studio.

Nell'altro studio, pubblicato in Giornale di idrologia , Il team di Guan si è concentrato sulla resa del grano. La resa dipende da molti fattori legati ai cicli dell'acqua, ma i ricercatori hanno scoperto che la VPD spiega la più grande proporzione di variabilità nella resa delle colture e fornisce anche il primo avvertimento per la perdita di resa quando si confronta con altre metriche del ciclo dell'acqua e indici di siccità tradizionali.

"Questo ci ha portato a costruire un nuovo indice di siccità che integrasse VPD, umidità del suolo, e misure di evapotraspirazione, che può rappresentare oltre il 70% della variazione del rendimento. Il nostro indice supera tutti gli indici di siccità esistenti, "dice Wang Zhou, ricercatore post-dottorato nel gruppo di Guan e autore principale dello studio.

Guan aggiunge, "In questi due studi, abbiamo cercato di capire il lato della domanda della siccità da due angolazioni principali, uno utilizza dati di covarianza vorticosa che misurano l'acqua del paesaggio e l'uso di carbonio in modo molto accurato - il gold standard - e l'altro sfrutta i dati satellitari e le variabili idrologiche simulate da modello correlate con la resa regionale, " dice Guan. "In entrambi, dimostriamo che il VPD è più importante dell'umidità del suolo per spiegare la risposta alla siccità delle colture nel Midwest degli Stati Uniti".

L'adeguamento del concetto di siccità per le colture sarà fondamentale per la sicurezza alimentare globale in un clima che cambia.

"Quando osserviamo gli scenari del cambiamento climatico, la quantità di pioggia non cambia molto per il Corn Belt, ma sappiamo per certo che la temperatura e la VPD aumenteranno qui. Ciò significa che non cambierà molto dal lato dell'offerta, ma lo stress della domanda aumenterà in modo significativo. E quel tipo di stress è così connesso alla resa del raccolto di fine stagione, " dice Guan.

Il suo gruppo sta lavorando a studi di follow-up che valutano il ruolo dell'irrigazione nell'aumento dell'offerta e nella diminuzione della domanda, ma per ora, Guan afferma che l'allevamento per una migliore efficienza nell'uso dell'acqua potrebbe essere una parte importante della soluzione.