Climate change and prolongation of growing season: changes in regional potential for field crop production in Finland

Abstract

Ilmaston muutos tuo mukanaan uusia mahdollisuuksia mutta myös haasteita suomalaiselle kasvinviljelylle. Ilmaston lämpenemisen myötä kasvien hyödynnettävissä oleva kasvukausi pitenee ja talvien leudontuessa edellytykset syysmuotojen viljelyyn paranevat. Tutkimuksen tarkoituksena oli arvioida kahden eri päästöskenaarion perusteella (IPCC SRES: A2 ei hillintätoimia, B1 kaikki hillintätoimet käyttöön), millä aikajänteellä nykyisten viljelykasvien viljelyalueet voivat laajentua, miten aivan uudet tai meillä vielä vähän viljellyt, mutta lähialueillamme tärkeät, kasvit voivat yleistyä. Lisäksi tavoitteena oli arvioida eri viljelykasvien satopotentiaalissa tapahtuvia muutoksia ottamalla huomioon kasvukauden pitenemisen sekä ennakoiden kasvien satoisuusjalostuksen mahdollisuuksia. Laskelmat tehtiin A2- ja B1-skenaarioissa ja ne perustuivat Ilmatieteen laitoksen osana ILMASOPUhanketta tuottaman 19 ilmastomallin konsensusennusteeseen lämpötilojen muutoksista talvella ja kasvukaudella kolmessa tulevaisuuden ajankohdassa: 2025, 2055 ja 2085 (±15 vuotta). Muutoksia peilattiin lähimenneisyyteen (1971 2000). Eri viljelykasvien alueellisen viljeltävyyden arvioinnissa kiinnitettiin huomioita siihen, mikä osa termisestä kasvukaudesta voidaan hyödyntää viljelyssä (lähtien kylvöistä ja päätyen korjuuseen) sekä minkä suuruinen termisen talven kestossa tapahtuva muutos tulee todennäköisesti olemaan. Tutkimus keskittyi siemensatokasveihin. Tutkimuksen mukaan ilmaston lämpenemisen myötä nykyisiä päätuotantokasveja on mahdollista viljellä yhä pohjoisempana ja myös niiden pohjoisen viljelyn satopotentiaalit kasvavat merkittävästi. Tutkimuksen tuloksena arvioitiin, että parin vuosikymmenen kuluttua esimerkiksi nykyisiä Etelä-Suomelle tyypillisiä ohrasatoja voidaan tuottaa jopa Oulua myöten. Lisäksi vielä nykyään vähän viljeltyjen kasvilajien, kuten rapsin, herneen ja härkäpavun, tuotanto voi muuttua Suomessa laajamittaiseksi. Kasvilajien menestymisedellytysten paranemisen lisäksi niiden laajempaa viljelyä tukee niiden lisääntyvä sadontuottokyky, hyödyllisyys viljelykierroissa sekä erityisesti palkoviljojen typpiomavaraisuus. Näillä tuotantokasveilla tulee olemaan merkittävä rooli kotimaisen rehuvalkuaisen omavaraisuuden parantamisessa. Joidenkin tuotantokasvilajien viljelyn laajentaminen edellyttää kuitenkin myös teollisuuden valmiutta käyttää niitä prosesseissaan ja jalosteissaan. Myös käynnissä olevat tai helposti aktivoitavat jalostusohjelmat luovat osaltaan edellytyksiä uusien tai nykyään harvinaisten kasvilajien viljelylle. Lähivuosikymmenien aikana talvien leudontuessa, nykyisin vähän viljellyistä tuotantokasveista syysvehnä ja ruisvehnä yleistyvät todennäköisesti ensimmäisinä. Niiden kilpailuetu paranee merkittävästi johtuen niiden hyvästä sadontuottokyvystä. Viljelykasvien syysmuodot ovat tulevaisuudessa tärkeitä myös talviaikaisen kasvipeitteisyyden ansiosta, sillä tulevaisuudessa eroosio- ja huuhtoumariskit kasvavat syys- ja talvisateiden yleistyessä ja talvien leudontuessa. Kun Suomen kylmät talvet leudontuvat pysyvästi ja alkavat muistuttaa Etelä-Ruotsin, Tanskan ja Skotlannin nykyisiä talvia ehkä noin kuluvan vuosisadan jälkipuoliskolla, näillä alueilla laajasti viljellyt syysrapsi, -ohra ja -kaura todennäköisesti yleistyvät myös Suomessa. Kuluvalla vuosikymmenellä syysmuodot ovat edellä mainituilla alueilla tuottaneet tyypillisesti 1000 kg ha-1 enemmän satoa kuin vastaavat kevätmuodot. Myös muiden nykyviljelyssämme alihyödynnettyjen lajien, kuten tattarin, pellavan, hampun, auringonkukan ja lupiinin viljelyedellytykset paranevat kasvukauden pidetessä. Uusista lajeista säilörehuksi kasvatettavan maissin viljely onnistuu tulevaisuudessa laajoilla alueilla Etelä-Suomea, vaikkakin kohtuullisin riskein vasta vuosisadan loppupuolella - jyvämaissin ei ilmeisesti vielä silloinkaan. Tehty katsaus perustuu viljelykasvien kasvupotentiaalin arviointiin. On kuitenkin huomattava, että peltoviljelykasviemme tuotantokyvyn merkittävä parantuminen edellyttää ilmastonmuutoksen vahvistamien, tuotantoa rajoittavien keskeisimpien haasteiden ratkaisemista sekä näihin tähtäävien ennakoivien sopeutumisstrategioiden suunnittelua ja toimeenpanoa. Tekemämme viljelykasvien tulevaisuuden menestymisedellytysarvioinnin perusteella peltojemme viljelykasvilajisto voi tulevaisuudessa olla merkittävästi nykyistä monimuotoisempi. Monien tuotantokasvien viljelyn laajenemismahdollisuus ja satoisuuden oletettu merkittäväkin lisääntyminen eivät kuitenkaan yksinään ratkaise sitä, miltä peltoviljelymme tulee tällä vuosisadalla näyttämään. Maataloustuotteiden markkinoilla, hinnoilla ja maataloutta koskevilla poliittisilla päätöksillä on myös jatkossa erittäin suuri vaikutus viljelijän tekemiin viljelykasvivalintoihin.

Climate change offers new opportunities for Finnish field crop production, which is currently limited by the short growing season. A warmer climate will extend the thermal growing season and the physiologically effective part of it. Winters will also become milder, enabling introduction of winter-sown crops to a greater extent than is possible today. With this study we aim to characterise the likely regional differences in capacity to grow different seed producing crops. Prolongation of the Finnish growing season was estimated using a 0.5º latitude × 0.5º longitude gridded dataset from the Finnish Meteorological Institute. The dataset comprised an average estimate from 19 global climate models of the response of Finnish climate to low (B1) and high (A2) scenarios of greenhouse gas and aerosol emissions for 30-year periods centred on 2025, 2055 and 2085 (Intergovernmental Panel on Climate Change). Growing season temperature sums that suit crop growth and are agronomically feasible in Finland are anticipated to increase by some 140 °Cd by 2025, 300 °Cd by 2055 and 470 °Cd by 2085 in scenario A2, when averaged over regions, and earlier sowing is expected to take place, but not later harvests. Accordingly, the extent of cultivable areas for the commonly grown major and minor crops will increase considerably. Due to the higher base temperature requirement for maize (Zea mays L.) growth than for temperate crops, we estimate that silage maize could become a Finnish field crop for the most favourable growing regions only at the end of this century. Winters are getting milder, but it will take almost the whole century until winters such as those that are typical for southern Sweden and Denmark are experienced on a wide scale in Finland. It is possible that introduction of winter-sown crops (cereals and rapeseed) will represent major risks due to fluctuating winter conditions, and this could delay their adaptation for many decades. Such risks need to be studied in more detail to estimate timing of introduction. Prolonged physiologically effective growing seasons would increase yielding capacities of major field crops. Of the current minor crops, oilseed rape (Brassica napus L.), winter wheat (Triticum aestivum L.), triticale (X Triticosecale Wittmack), pea (Pisum sativum L.) and faba bean (Vicia faba L.) are particularly strong candidates to become major crops. Moreover, they have good potential for industrial processing and are currently being bred. Realisation of increased yield potential requires adaptation to 1) elevated daily mean temperatures that interfere with development rate of seed crops under long days, 2) relative reductions in water availability at critical phases of yield determination, 3) greater pest and disease pressure, 4) other uncertainties caused by weather extremes and 5) generally greater need for inputs such as nitrogen fertilisers for non-nitrogen fixing crops.