José A. Egea1*, Manuel Caro2, Jesús García-Brunton2, Jesús Gambín 3, José Egea 1 e David Ruiz 1*
- 1Gruppo di selezione frutticola, Dipartimento di selezione vegetale, CEBAS-CSIC, Murcia, Spagna
- 2Istituto di ricerca e sviluppo agroalimentare di Murcia, Murcia, Spagna
- 3ENAE Business School, Università di Murcia, Murcia, Spagna
La produzione di drupacee ha un'enorme importanza economica in Spagna. I luoghi di coltivazione di queste specie di frutta (ad esempio pesche, albicocche, prugne e ciliegie dolci) coprono aree geografiche ampie e climaticamente diverse all'interno del paese. I cambiamenti climatici stanno già producendo un aumento delle temperature medie con particolare intensità in alcune aree come quelle del Mediterraneo. Questi cambiamenti portano ad una diminuzione del freddo accumulato, che può avere un profondo impatto sulla fenologia del Prunus specie come le drupacee a causa, ad esempio, della difficoltà di coprire il fabbisogno di freddo per interrompere l'endodormienza, del verificarsi di eventi di gelate tardive o di temperature elevate precoci anomale. Tutti questi fattori possono influenzare gravemente la produzione e la qualità della frutta e quindi provocare conseguenze molto negative dal punto di vista socioeconomico nelle regioni dominanti. Pertanto, in questo lavoro viene effettuata la caratterizzazione delle attuali aree di coltivazione in termini di variabili agroclimatiche (ad esempio, accumulo di freddo e calore e probabilità di gelo e di eventi di caldo anomalo precoci), sulla base dei dati provenienti da 270 stazioni meteorologiche negli ultimi 20 anni. produrre un quadro informativo della situazione attuale. Inoltre, vengono analizzate anche le proiezioni climatiche future di diversi modelli climatici globali (dati recuperati dall'Agenzia statale meteorologica spagnola - AEMET) fino al 2065 per due scenari rappresentativi del percorso di concentrazione (vale a dire, RCP4.5 e RCP8.5). Utilizzando la situazione attuale come riferimento e considerando gli scenari futuri, si possono dedurre informazioni sull'idoneità adattativa attuale e futura delle diverse specie/cultivar alle diverse aree di coltivazione. Queste informazioni potrebbero costituire la base di uno strumento di supporto alle decisioni per aiutare le diverse parti interessate a prendere decisioni ottimali riguardanti la coltivazione attuale e futura di drupacee o di altre specie temperate in Spagna.
Introduzione
La Spagna è uno dei principali produttori mondiali di drupacee (pesche, albicocche, prugne e ciliegie) con una produzione media annua di circa 2 milioni di tonnellate. La coltivazione di questi frutti ha un ruolo economico molto importante nel Paese, coprendo circa 140,260 ettari (FAOSTAT, 2019). Le principali aree di coltivazione in Spagna per queste cultivar si trovano in aree con caratteristiche agroclimatiche diverse: da zone calde come la valle del Guadalquivir e gran parte dell'area mediterranea a zone fredde come l'Estremadura settentrionale, la valle dell'Ebro e alcune località interne dell'area mediterranea (Vedere Figure 1 ). Poiché queste colture richiedono un freddo invernale sufficiente per interrompere l’endodormienza ed evitare problemi di produzione (Atkinson et al., 2013)Campoy et al., 2011b; Luedeling et al., 2011; Luedeling, 2012; Giuliano et al., 2007; Guo et al., 2015; 2019; Chmielewski et al., 2018), e iv) selezionare le migliori pratiche e tecnologie agricole per mitigare gli effetti dei cambiamenti climatici (Campoy et al., 2010; Mahmoud et al., 2018).
Requisiti di freddo e calore (Fadon et al., 2020b) o livello di danno da gelo (Miranda et al., 2005) delle attuali specie/cultivar coltivate possono essere accoppiati con le metriche agroclimatiche nelle diverse aree per costruire strumenti decisionali che aiutino i produttori e le altre parti interessate a progettare politiche economiche e produttive ottimali a medio e lungo termine. Gli strumenti modellistici disponibili per elaborare ampie serie di dati climatici e fenologici servono già come base per costruire gli strumenti decisionali sopra menzionati (Luedeling, 2019; Luedeling et al., 2021; Miranda et al., 2021). Le proiezioni climatiche nel bacino del Mediterraneo rivelano che gli effetti del riscaldamento globale possono essere particolarmente gravi in quest’area (Giorgi e Lionello, 2008; MedECC, 2020; IPCC, 2021), quindi le misure di anticipazione sono fondamentali per evitare futuri problemi di produzione, che potrebbero compromettere seriamente l'economia di alcune regioni come quelle presentate in questo studio (Olesen e Bindi, 2002; Benmoussa et al., 2018).
Diversi studi di ricerca hanno determinato l’influenza negativa del riscaldamento globale sulla produzione di frutta e noci temperate in diverse regioni del pianeta. Le cause principali sono legate alla diminuzione del freddo invernale anche se in alcuni studi viene preso in considerazione anche l'aumento dei rischi di gelate dovuto al previsto anticipo della fioritura. Ad esempio, Fernandez et al. hanno previsto una diminuzione del freddo invernale necessario per la produzione di frutti decidui in Cile, con impatti negativi attesi nelle aree settentrionali del paese. Allo stesso tempo, hanno previsto riduzioni significative della probabilità di gelate durante il periodo più plausibile di germogliamento per gli alberi da frutto decidui per tutti i siti considerati (Fernandez et al., 2020); Lorite et al. hanno analizzato fenomeni come la mancanza di freddo invernale, il rischio di gelate e condizioni calde durante la fioritura nella penisola iberica per alcune cultivar di mandorlo abbinando proiezioni climatiche e informazioni fenologiche. Hanno scoperto che, in generale (e a seconda della cultivar considerata), (i) la mancanza di freddo invernale sarà più pronunciata sulla costa mediterranea e nella valle del Guadalquivir, (ii) le condizioni calde durante la fioritura saranno più intense nella zona centrale Altopiano e Valle dell'Ebro, e (iii) il rischio di gelo sarà ridotto in aree particolari dell'Altopiano settentrionale e delle zone collinari settentrionali (Lorite et al., 2020). Benmoussa et al. hanno previsto importanti future riduzioni del freddo invernale in Tunisia che potrebbero influenzare in modo significativo la produzione di alcuni frutti e noci. Ad esempio, nello scenario più pessimistico, solo le cultivar di mandorle a basse temperature potrebbero essere vitali. In altri scenari, alcune cultivar di pistacchio e di pesco potrebbero essere vitali anche a lungo termine per la parte nord-occidentale del Paese (Benmoussa et al., 2020); Fraga e Santos hanno considerato sia il futuro raffreddamento e accumulo di calore sia il loro impatto sulla produzione di diversi frutti in Portogallo. Hanno previsto forti diminuzioni del freddo invernale che colpiranno più gravemente le regioni più interne del paese. Le aree settentrionali di coltivazione delle mele saranno particolarmente esposte alla riduzione del freddo. Gli autori hanno inoltre previsto un aumento dell’accumulo di calore, con un impatto maggiore nelle zone meridionali e costiere del Paese. Hanno evidenziato che questo fatto può aumentare il rischio di danni da gelo dovuti all’avanzamento delle fasi fenologiche (Rodríguez et al., 2019, 2021; Fraga e Santos, 2021) ha confrontato la situazione attuale delle zone di produzione di alcuni frutti temperati in Spagna con i futuri scenari di cambiamento climatico riguardanti l'accumulo di freddo. Hanno previsto importanti perdite di freddo in alcune aree (ad esempio, nel sud-est o nell'area di Gualdalquivir) anche nel prossimo futuro. Per il lontano futuro (>2070), questi autori hanno affermato che, considerando le attuali aree di coltivazione, le cultivar di pruno, mandorlo e melo possono essere seriamente colpite dalla mancanza di freddo (Rodríguez et al., 2019, 2021).
In questo studio, abbiamo valutato le principali variabili agroclimatiche legate all’adattamento delle drupacee in diverse regioni della Spagna, comprese quelle in cui avviene la produzione più importante di drupacee, utilizzando i dati di 270 stazioni meteorologiche durante il periodo 2000-2020. Ciò è accompagnato da proiezioni future della temperatura per stimare l’evoluzione dell’accumulo di freddo e calore e le future probabilità di gelo e di primi eventi di caldo anomalo rispetto alla situazione attuale. Queste informazioni possono essere molto utili per prendere le decisioni ottimali relative alla creazione di nuovi frutteti, al trasferimento di quelli attuali o alla selezione delle cultivar ottimali per ottenere profitto nel lungo periodo.
Il contributo principale di questo studio è che abbiamo analizzato contemporaneamente diverse variabili agroclimatiche legate all’adattamento delle drupacee. Non solo l'accumulo di brividi per soddisfare le CR come eseguito nello studio di Rodríguez et al. (2019, 2021) ma anche accumulo di calore per una corretta fioritura, rischi di gelate, e una variabile raramente quantificata in letteratura: la probabilità di eventi di caldo anomali in inverno che possono aumentare il rilascio di endodormienza con un impatto negativo sulla produzione, qualità e resa dei frutti, come è stato dimostrato osservato nelle aree calde negli ultimi anni. Abbiamo utilizzato i dati di una rete molto fitta di stazioni meteorologiche che forniscono parametri accurati per la situazione attuale. Ci siamo concentrati sulle attuali aree di produzione poiché le decisioni riguardanti l’adattamento al riscaldamento saranno probabilmente prese in quelle aree dove le tecnologie e le conoscenze adeguate sono ben consolidate. In tali aree, le delocalizzazioni delle colture produrrebbero conseguenze socioeconomiche indesiderate e spopolamento. Inoltre, per caratterizzare la situazione attuale, abbiamo utilizzato le temperature orarie reali anziché quelle stimate, che conferiscono maggiore accuratezza ai risultati rispetto ad altri studi in cui le temperature orarie sono interpolate da quelle giornaliere. La risoluzione utilizzata (∼5 km) è più fine che in altri studi simili in Spagna (Rodríguez et al., 2019, 2021; Lorite et al., 2020) e aiuta a prendere decisioni anche a livello locale.
Materiali e Metodi
Dati climatici e variabili agroclimatiche
Dati climatici provenienti da 340 stazioni meteorologiche situate nelle principali aree di produzione di drupacee in Spagna (vedi Figure 1 ) sono stati utilizzati per valutare le metriche agroclimatiche. I dati comprendevano le principali variabili climatiche, tra cui temperatura media, massima e minima (°C), umidità relativa (%), precipitazioni (mm), evapotraspirazione (ETo, mm) e radiazione solare (W/m2). In alcune delle stazioni considerate sono state riscontrate registrazioni e problemi incompleti. Dopo aver applicato la normativa spagnola (UNE 500540, 2004), è stato selezionato un numero finale di 270 stazioni. I dati orari delle temperature erano completi ad eccezione delle ore vuote corrispondenti agli eventi di manutenzione che non sono state compilate in quanto costituivano una percentuale trascurabile del totale. Le temperature orarie medie nel periodo 2000-2020 sono state utilizzate per calcolare le principali variabili agroclimatiche, inclusi gli accumuli di freddo e calore, nonché le probabilità di gelate potenzialmente dannose e di eventi di caldo anomalo in inverno. Il numero di anni completi per stazione varia a seconda della stazione: da 5 a 21 anni (mediana = 20) a seconda della stazione.
L'accumulo di freddo per ciascuna stagione è stato calcolato dal 1° novembre al 28 febbraio dell'anno successivo. Utah (Richardson et al., 1974) e Dinamico (Fishman et al., 1987) sono stati utilizzati modelli per eseguire questo calcolo. L'accumulo di calore per ciascuna stagione è stato calcolato dal 1 gennaio all'8 aprile (circa 14 settimane) utilizzando il Richardson (Richardson et al., 1974) e Anderson (Anderson et al., 1986), che forniscono i risultati in gradi ore crescenti (GDH). Le probabilità di gelo e di eventi di caldo anomalo sono state calcolate per settimana come segue: per ogni settimana, si verifica un evento di gelo se la temperatura scende sotto -1°C per almeno tre ore consecutive. Quindi, la probabilità che si verifichino eventi di gelata in una particolare settimana è definita come il numero di volte in cui quella settimana ha avuto almeno un evento di gelata durante il periodo di studio diviso per il numero di anni considerati. Allo stesso modo, si verifica un evento di caldo anomalo se la temperatura supera i 25°C per almeno tre ore consecutive. Successivamente, viene calcolata la probabilità che si verifichino eventi di caldo anomalo come spiegato per gli eventi di gelo. La settimana 1 è iniziata il 1° gennaio. Per gli eventi di gelo, le settimane da 2 a 10 sono state considerate settimane potenzialmente pericolose rappresentative. Le prime settimane dell’intervallo (dalla settimana 2 alla settimana 5-6) sarebbero quelle più pericolose nelle zone calde, mentre il resto (dalla settimana 5-6 alla settimana 10) sarebbero quelle critiche nelle zone fredde. Per gli eventi di caldo anomalo, il periodo considerato variava dalla settimana 49 dell'anno precedente (inizio dicembre) alla settimana 8 (fine febbraio), quando questi eventi potevano favorire il rilascio anticipato della dormienza associato a successivi problemi di produzione.
Scenari futuri
Per quanto riguarda gli scenari futuri, sono state utilizzate le proiezioni della temperatura calcolate dall'Agenzia meteorologica statale spagnola (AEMET). AEMET ha prodotto negli ultimi anni una serie di proiezioni di riferimento sui cambiamenti climatici ridimensionati sulla Spagna applicando tecniche di downscaling statistico ai risultati dei modelli climatici globali (GCM) o utilizzando le informazioni generate da tecniche di downscaling dinamico attraverso progetti europei o iniziative internazionali come PRUDENCE, ENSEMBLES e EURO-CORDEX (Amblar-Francés et al., 2018). In questo studio, abbiamo utilizzato le temperature giornaliere previste (ovvero, massima e minima) utilizzando il downscaling statistico basato su reti neurali artificiali. Questo è stato valutato come un metodo adatto per produrre proiezioni climatiche negli scenari attuali e futuri in Spagna, riducendo al contempo le distorsioni del modello GCM (Hernanz et al., 2022a,b) su una griglia con risoluzione di 5 km. Sono stati considerati due orizzonti temporali, vale a dire 2025-2045 (caratterizzato dal 2035) e 2045-2065 (caratterizzato dal 2055) per fornire risultati a breve e medio termine. Sono stati considerati due percorsi di concentrazione rappresentativi, ovvero RCP4.5 e RCP8.5 (van Vuuren et al., 2011). Da notare che in questo studio sono stati utilizzati undici GCM (Tabella 1). I risultati sono stati presentati utilizzando un insieme metodologia (Semenov e Stratonovitch, 2010; Wallach et al., 2018) dove i valori medi delle metriche previste (ad esempio, accumulo o probabilità di freddo e calore) calcolati da tutti i modelli sono stati utilizzati nelle fasi successive. Le temperature orarie per il calcolo degli indici agroclimatici sono state simulate da quelle giornaliere utilizzando il pacchetto chillR (Luedeling, 2019).
Tabella 1
TABELLA 1. Elenco dei modelli climatici globali utilizzati in questo studio.
Per confrontare le variabili agroclimatiche negli scenari presenti e futuri, le posizioni effettive delle stazioni meteorologiche sono state confrontate con i punti più vicini della rete. Le distanze massima, minima e media dalle stazioni meteorologiche ai punti più vicini nella griglia erano rispettivamente 3.87, 0.26 e 2.14 km. In tutti i casi (scenari attuali e futuri), un'area interpolata attorno alle stazioni meteorologiche considerate (ovvero, a non più di 50 km di distanza dalla stazione meteorologica più vicina) è stata calcolata utilizzando il metodo di ponderazione della distanza inversa.
Risultati
Accumulo di freddo
Come sottolineato in precedenza, per calcolare l'accumulo di freddo sono stati utilizzati due modelli, vale a dire il modello Utah (in unità di freddo) e il modello Dinamico (in porzioni). Utilizzando i valori medi del freddo totale accumulato nell'intero periodo per tutte le stazioni, è stata trovata una correlazione molto elevata tra entrambi gli indici (R2 = 0.95, Figura complementare 1). Pertanto, i risultati vengono presentati utilizzando solo uno di essi (porzioni). Figure 2 mostra l'andamento spaziale delle porzioni medie di freddo nei diversi periodi considerati. Nella situazione attuale, possiamo vedere che ci sono diverse aree geografiche con un elevato accumulo di freddo (≥75 porzioni), come la valle dell’Ebro, l’Estremadura settentrionale e alcune aree interne del Mediterraneo. Solo nel Mediterraneo e nella valle del Guadalquivir si trovano aree calde con accumulo di freddo inferiore a 60 porzioni (anche inferiore a 50 in alcune aree isolate). Gli scenari futuri mostrano una chiara diminuzione del freddo accumulato nelle zone calde, nell’Estremadura settentrionale e in alcune aree interne del Mediterraneo. La diminuzione del freddo accumulato nella Valle dell'Ebro sarà prodotta nella parte orientale di quell'area, mentre l'interno accumulerà un significativo freddo invernale anche nello scenario più pessimistico (ad esempio, 2055_RCP8.5). Come previsto, gli effetti del riscaldamento globale sul calo del freddo invernale sono più intensi nello scenario 2055_RCP8.5. Tabelle supplementari 1-4 mostra l'accumulo medio di freddo nel periodo considerato (dal 1° novembre alla fine di febbraio) in porzioni per tutte le località e i modelli in ogni scenario futuro considerato. Viene mostrato il valore medio delle prestazioni degli undici modelli, nonché il freddo accumulato registrato per il periodo 2000-2020 a scopo di confronto.
Figure 2
FIGURA 2. Accumulo di freddo nelle principali aree di produzione della pietra in Spagna per la situazione attuale (circa 2000–2020), due orizzonti temporali (2025–2045 e 2045–2065) e due scenari futuri (RCP4.5 e RCP8.5).
Per verificare se il calo atteso dell’accumulo di freddo avrà un’influenza simile sulle località a seconda del loro attuale accumulo di freddo, è stata effettuata una classificazione delle 270 stazioni meteorologiche, dividendole in termini di porzioni medie accumulate nello scenario attuale: basso accumulo (< 60 porzioni, 34 stazioni), accumulo medio (tra 60 e 80 porzioni, 121 stazioni) e accumulo elevato (oltre 80 porzioni, 115 stazioni). Figure 3 mostra i boxplot delle porzioni accumulate in ogni scenario per i tre tipi di posizioni. Il calo osservato dell’accumulo di freddo è quello previsto in base a ciascuno scenario. In termini di differenze nei valori mediani tra gli scenari attuali e futuri, sembra che le tre tipologie di località presentino lo stesso comportamento (il che significa che le perdite percentuali sono più elevate nelle aree a basso accumulo). Tuttavia, la diffusione dei dati è molto diversa. Le aree con basso e alto accumulo di freddo mostrano una dispersione inferiore (con alcuni valori anomali nella parte bassa della distribuzione) rispetto alle aree medie, che presentano una dispersione maggiore ma senza valori anomali. L’analisi di questi valori anomali per le aree ad alto accumulo di freddo rivela che il valore anomalo per tutti e quattro gli scenari futuri corrisponde a una località interna del Mediterraneo (Játiva). Per le aree a basso accumulo di freddo, il valore anomalo in ogni caso (compreso lo scenario attuale) corrisponde a una località costiera del Mediterraneo (Almería). I valori anomali per la fascia alta della distribuzione nelle aree a basso accumulo di freddo corrispondono a località interne del Mediterraneo (ad esempio, Montesa, Callosa de Sarriá e Murcia), anche se potrebbero essere artefatti poiché le proiezioni prevedono un maggiore accumulo di freddo in futuro rispetto all'attuale. scenario. Potrebbero essere causati dalle possibili differenze climatiche tra la posizione effettiva delle stazioni meteorologiche e il loro punto più vicino nella griglia per le proiezioni future.
Figure 3
FIGURA 3. Boxplot del freddo accumulato in tutti gli scenari per stazioni di accumulo di freddo basso (<60 porzioni), medio (tra 60 e 80 porzioni) e alto (>80 porzioni), riferito allo scenario attuale.
Accumulo di calore
L'accumulo di calore è stato calcolato utilizzando due modelli (cioè i modelli Richardson e Anderson) in modo simile all'accumulo di freddo. È stata trovata anche un’elevata correlazione tra i risultati di entrambi i modelli (R2 = 0.998, Figura complementare 2). Pertanto, i risultati vengono presentati utilizzando solo gli esiti del modello Anderson. Figure 4 mostra gli andamenti spaziali del GDH medio nei diversi periodi considerati. Tutti gli scenari riguardanti GDH sembrano essere inversamente correlati ai corrispondenti scenari di accumulo di freddo (Figure 2 ). Luoghi in cui l’accumulo di freddo è basso presentano un elevato accumulo di calore e viceversa. Man mano che l’accumulo di freddo diminuisce negli scenari futuri, l’accumulo di calore aumenta proporzionalmente in ciascuna area. Ad esempio, il coefficiente di correlazione di Pearson tra l'accumulo di freddo perso e l'accumulo di calore acquisito per gli scenari corrente e 2055_RCP8.5 è 0.68 (p-valore < 1e-15).
Figure 4
FIGURA 4. Accumulo di calore nelle principali aree di produzione della pietra in Spagna per la situazione attuale (circa 2000–2020), due orizzonti temporali (2025–2045 e 2045–2065) e due scenari futuri (RCP4.5 e RCP8.5)
Come nel caso dell’accumulo di freddo, gli effetti dell’aumento del GDH sono più intensi nello scenario 2055_RCP8.5 come previsto. Tabelle supplementari 5-8 mostra l'accumulo medio di calore nel periodo considerato (1 gennaio – 8 aprile) in GDH per tutte le località e i modelli in ogni scenario considerato. A scopo comparativo viene mostrato il valore medio delle rese degli undici modelli, nonché il calore accumulato registrato per il periodo 2000–2020.
Probabilità di eventi di gelo e calore anomalo
La probabilità di eventi di gelo come sopra definiti è mostrata in Figure 5 confrontando le settimane 2-10 per gli scenari attuale e 2035_RCP4.5 e 2055_RCP8.5 (solo probabilità ≥ 10%). Nella situazione attuale, è stata registrata una probabilità significativa di eventi di gelo soprattutto nelle zone della valle dell'Ebro ma anche nell'Estremadura settentrionale e nelle zone interne del Mediterraneo. Le probabilità di gelate diminuiscono dalla settimana 2 alla 10 come previsto, ma alcune località particolari nella valle dell'Ebro presentano ancora una significativa probabilità di gelo nella settimana 10. Gli scenari futuri analizzati in Figure 5 sono rispettivamente i più ottimisti (cioè 2035_RCP4.5) e i più pessimisti (cioè 2055_RCP8.5), in termini di aumento della temperatura. La probabilità di eventi di gelo svanisce dall'Estremadura e diminuisce in tutte le aree, mentre solo aree ridotte della valle dell'Ebro e alcune aree isolate nel Mediterraneo interno mostrano probabilità superiori al 10% anche nella settimana 10. Come nella situazione attuale, le probabilità di gelo diminuiscono da settimane da 2 a 10. Sorprendentemente, gli scenari 2035_RCP4.5 e 2055_RCP8.5 presentano quadri simili in termini di probabilità di eventi di gelo, rivelando che la valle dell’Ebro e alcune località interne del Mediterraneo subiranno eventi di gelo in tutti gli scenari considerati.
Figure 5
FIGURA 5. Probabilità di eventi di gelo nelle principali aree di produzione di pietra in Spagna per le settimane da 2 a 10 per gli attuali scenari 2035_RCP4.5 e 2055_RCP8.5.
Discussione e conclusione
Questo studio ha cercato di caratterizzare le principali aree produttrici di drupacee della Spagna utilizzando dati agroclimatici storici (in particolare temperature) provenienti da 270 stazioni meteorologiche sparse in tali aree e confrontare i risultati con le proiezioni future in due orizzonti temporali e scenari RCP. Le aree di studio sono state selezionate in base al fatto che le decisioni attuali e future da prendere riguardo alla coltivazione delle drupacee (cioè pesco, albicocco, susino e ciliegio dolce) saranno prese principalmente all'interno delle attuali aree di produzione, dove la conoscenza e la la tecnologia per la coltivazione di queste colture è fortemente installata. Pertanto, questo studio non si concentra su altri potenziali luoghi futuri per la coltivazione delle drupacee.
Le principali variabili calcolate, ovvero freddo e accumulo di calore, rivelano che le aree considerate sono piuttosto diverse dal punto di vista agroclimatico e che il cambiamento climatico avrà un impatto importante, soprattutto nelle aree più calde, anche nel medio termine. I modelli utilizzati per calcolarli (cioè Utah e Dynamic per il freddo e Richardson e Anderson per l'accumulo di calore) mostrano correlazioni molto elevate come precedentemente riscontrato da Ruiz et al. (2007, 2018).
Importanti riduzioni dell’accumulo di freddo sono previste in tutte le aree, in accordo con studi precedenti condotti nelle aree del Mediterraneo (Benmoussa et al., 2018, 2020; Rodríguez et al., 2019; Delgado et al., 2021; Fraga e Santos, 2021). La diminuzione dell'accumulo di freddo sarà simile in valori assoluti in tutte le regioni studiate, ma quelle più calde (cioè l'area mediterranea e la valle del Guadalquivir) potranno essere molto più colpite in termini di idoneità alla coltivazione delle drupacee poiché la loro situazione attuale è già una limitazione per molte cultivar. Nelle zone fredde come la Valle dell’Ebro e l’Estremadura, il calo dell’accumulo di freddo non sarà in linea di principio un ostacolo per continuare a coltivare, anche se in alcune particolari località fredde dell’Estremadura e del Mediterraneo, il calo dell’accumulo di freddo sarà più intenso che in altre zone fredde. È da notare che, secondo Figure 3 , si osserva un improvviso calo dell’accumulo di freddo tra la situazione attuale e il prossimo futuro. La risoluzione della rete utilizzata, anche se fine (∼5 km) può essere causa di questo effetto. Altre possibili fonti di discrepanze che portano a differenze esagerate tra i valori previsti e quelli reali potrebbero essere le restanti distorsioni del modello GCM che non vengono completamente minimizzate durante il processo di ridimensionamento, o il fatto che stiamo confrontando i calcoli effettuati con temperature orarie reali (cioè, le temperature attuali scenario) e calcoli effettuati con curve di temperatura idealizzate derivate dalle temperature massime e minime giornaliere previste (Linville, 1990) per gli scenari futuri. Simili cali improvvisi nel prossimo futuro sono stati osservati anche da Rodríguez et al., che hanno previsto una diminuzione fino a 30 porzioni da raffreddare per il periodo 2021-2050 in alcune località della Spagna (Rodríguez et al., 2019), che concorda con i nostri risultati. Benmoussa et al. (2020), Delgado et al. (2021)e Fraga e Santos (2021) si sono registrati repentini cali tra lo scenario storico e quello futuro rispettivamente in Tunisia, Portogallo e Asturie (Spagna settentrionale). Come nel nostro caso, anche questi studi hanno dimostrato che nel prossimo futuro non si manifestano differenze importanti per quanto riguarda il freddo accumulato, indipendentemente dall’RCP considerato. Contrariamente all’accumulo di freddo, l’accumulo di calore aumenterà in tutti gli scenari (specialmente in 2055_RCP8.5 come previsto), e la sua evoluzione è inversa a quella dell’accumulo di freddo. Ciò è stato osservato anche da Fraga e Santos (2021) per il Portogallo.
Sono state calcolate anche le probabilità di gelate e di eventi di caldo anomalo nelle settimane in cui possono influenzare in modo significativo la resa e la produzione (ad esempio, gelate tardive o eventi di caldo anomalo prima del rilascio dell'endodormienza). Nello scenario attuale, come previsto, gli eventi di gelo saranno più frequenti nelle zone fredde. Eventi di caldo anomalo nelle settimane chiave si sono concentrati nell’area del Mediterraneo negli ultimi anni, ma con probabilità molto basse. Le stime future per queste variabili mostrano che gli eventi di gelo nelle settimane in cui la produzione di drupacee possono essere influenzati (Miranda et al., 2005; Giuliano et al., 2007) diminuirà con l'avanzare del secolo e sarà meno frequente per RCP8.5, in accordo con studi precedenti (Leolini et al., 2018). Tuttavia, alcune aree della valle dell'Ebro e particolari località interne delle aree mediterranee subiranno ancora un numero significativo di eventi di gelo nelle prossime settimane, anche nello scenario più caldo (ad esempio, 2055_RCP8.5, Figure 5 ). La definizione di un evento di gelo in termini di temperatura e tempo di esposizione è strettamente correlata allo stadio fenologico della cultivar dominante (Miranda et al., 2005). Data la grande varietà di possibili cultivar di drupacee, da un CR molto basso a molto alto, e il numero di luoghi analizzati, da freddi a caldi, in questo studio non è possibile stabilire particolari definizioni di eventi di gelo per cultivar/località a causa dell'enorme volume di informazioni coinvolte. Questi tipi di studi vengono solitamente condotti utilizzando poche località e/o cultivar, come quello eseguito da Lorite et al. (2020) per le mandorle in Spagna, Fernandez et al. (2020) in Cile, che hanno calcolato temperature minime inferiori a 0°C durante il periodo di fioritura delle specie di alberi da frutto decidui più rappresentative coltivate in ciascuno dei nove siti considerati, oppure Parker et al. (2021) che hanno considerato temperature e stadi fenologici diversi per tre specie (cioè mandorle, avocado e arance), ma hanno anche eseguito una caratterizzazione generale dell'area considerando tre temperature (0, -2 e +2°C) e tempi di esposizione. La nostra scelta di -1°C e almeno tre ore consecutive mira a caratterizzare l'evoluzione degli eventi di gelo piuttosto che a mettere in relazione il danno specifico a particolari cultivar, il che presupporrebbe uno studio diverso. Questa definizione è stata adottata dopo aver recuperato i pareri degli esperti. A causa dell’ampio numero di cultivar in termini di CR e HR e della diversità dei regimi di temperatura nelle aree considerate in questo studio, abbiamo selezionato quelle settimane (da 2 a 10) in cui tutte (o la maggior parte) le combinazioni di cultivar/ubicazione potrebbero essere suscettibili di subire danni da gelo a seconda del loro stadio fenologico. Ai fini del processo decisionale, i produttori dovrebbero selezionare la mappa che meglio si adatta alla loro situazione particolare (ad esempio, cultivar/ubicazione) per prendere la decisione ottimale. In generale, le aree calde e/o le cultivar a fioritura precoce saranno correlate alle settimane precedenti nell'intervallo considerato, mentre le aree fredde e/o le cultivar a fioritura tardiva saranno correlate alle settimane successive nell'intervallo considerato. Eventi di calore anomali in inverno che possono favorire un rilascio precoce di endodormienza, che influisce negativamente sulla produzione (Viti e Monteleone, 1995; Rodrigo e Herrero, 2002; Ladwig et al., 2019), sarà aumentato principalmente nella valle del Guadalquivir, nelle zone costiere del Mediterraneo, nonché in Estremadura e in alcune zone della valle dell'Ebro a metà o fine febbraio (Figure 6 ). La quantificazione di questo parametro di solito non è affrontata in letteratura ma può provocare importanti problemi di produzione nelle aree calde, come è stato osservato negli ultimi anni. Ancora una volta, impostare una temperatura pari o superiore a 25°C per almeno tre ore consecutive per definire un evento del genere è stato motivato dalle opinioni degli esperti. Analogamente alla probabilità di eventi di gelo, abbiamo selezionato quelle settimane (da 49 a 8) in cui tutte (o la maggior parte) le combinazioni di cultivar/ubicazione potrebbero essere suscettibili di essere influenzate da questi eventi in base al loro stadio fenologico. In generale, le aree calde e/o le cultivar a fioritura precoce saranno correlate alle settimane precedenti nell'intervallo considerato, mentre le aree fredde e/o le cultivar a fioritura tardiva saranno correlate alle settimane successive nell'intervallo considerato.
Le metriche agroclimatiche calcolate in questo studio forniscono preziose informazioni ai produttori per selezionare le cultivar più adatte in ogni area di produzione da un punto di vista adattivo. Ogni cultivar ha i suoi CR per rompere l'endodormienza (Campoy et al., 2011b; Fadon et al., 2020b). Un calo dell’accumulo di freddo, come previsto negli scenari futuri, potrebbe far sì che le cultivar attualmente coltivate non raggiungano il loro CR in alcune aree, in particolare quelle del Mediterraneo e della Valle del Guadalquivir, che sono già calde. Ciò implicherebbe un rilascio incompleto di endodormienza che colpisce gli alberi da frutto sotto tre aspetti principali, vale a dire, caduta dei boccioli fiorali (e quindi scarsa fioritura), ritardo nella fioritura e nel germogliamento e mancanza di uniformità in entrambi i processi, che portano a seri problemi produttivi (Legave et al., 1983; Erez, 2000; Atkinson et al., 2013). Tutto ciò può produrre importanti perdite economiche per i produttori. In questo contesto, la conoscenza della CR per le diverse cultivar è cruciale, sebbene le informazioni attualmente disponibili siano relativamente scarse negli alberi da frutto con nocciolo (Fadon et al., 2020b), compresa la pesca (Maulión et al., 2014), albicocca (Ruiz et al., 2007), prugna (Ruiz et al., 2018) e la ciliegia dolce (Alburquerque et al., 2008).
Nelle zone calde come il Mediterraneo e la Valle del Guadalquivir, dove nella situazione attuale il freddo accumulato è inferiore a 60 porzioni, vengono coltivate cultivar a maturazione precoce con CR compresa tra 30 e 60 porzioni. Il rispetto della CR per queste cultivar può essere a rischio in tutti gli scenari futuri analizzati (Figure 2 ). Per garantire l'idoneità adattativa delle diverse specie/cultivar a queste aree, potrebbe essere necessario un trasferimento e alcune cultivar dovrebbero essere spostate in aree vicine (zone interne nell'area mediterranea o verso l'Estremadura nel caso della Valle del Guadalquivir) dove il CR sarà soddisfatto anche negli scenari futuri e si prevede che i rischi di gelo diminuiranno. In questo contesto, l'introduzione o lo sviluppo di cultivar con CR molto basso diventa un obiettivo cruciale da considerare nei programmi di selezione delle specie/cultivar esistenti, soprattutto per renderli adatti alle aree calde dove l'adattamento delle attuali cultivar sarà a rischio in futuro. scenari. Altrimenti, queste aree non saranno in grado di mantenere le loro attività produttive ed economiche legate alla produzione di drupacee. Oltre a ciò, potrebbero essere applicate anche diverse pratiche e strategie agronomiche per ridurre al minimo il calo dell’accumulo di freddo in queste aree, almeno a livello locale. L’applicazione di biostimolanti per interrompere l’endodormienza prima di raggiungere il CR o l’uso di reti ombreggianti durante le diverse fasi di dormienza sono già stati descritti in aree calde per la produzione di drupacee (Gilreath e Buchanan, 1981; Erez, 1987; Costa et al., 2004; Campoy et al., 2010; Petri et al., 2014), sebbene siano necessarie ulteriori ricerche e ottimizzazioni per rendere queste tecniche più efficaci e promuoverne l'uso sistematico. Al contrario, nelle aree di produzione più fredde come la Valle dell’Ebro, l’Estremadura settentrionale e alcune località interne dell’area mediterranea, sono previsti meno eventi di gelo, il che potrebbe consentire l’introduzione di cultivar più precoci di quelle attuali, il che amplierebbe il numero di cultivar vitali e, quindi un'offerta al mercato con ricadute economiche positive per il territorio. Nel complesso, in tutte le aree di produzione, è fondamentale considerare le cultivar attualmente coltivate e analizzare quali sono al limite del loro raggiungimento della CR per sostituirle o spostarle o introdurre le pratiche di gestione sopra descritte per garantire l'adattamento al nuovo cambiamento climatico scenari.
Per quanto riguarda l’accumulo di calore, gli scenari futuri prevedono un aumento di questa variabile in tutte le aree considerate (Figure 4 ). Nelle zone calde e intermedie, questa variabile non è decisiva quanto l’accumulo di freddo ma può avere un impatto rilevante sulla fenologia, producendo un anticipo nelle date di fioritura e aumentando così il potenziale rischio di danni da gelate (Mosedale et al., 2015; Unterberger et al., 2018; Ma et al., 2019). Inoltre, questo anticipo di fioritura comporterà anche un anticipo di maturazione (Peñuelas e Filella, 2001; Campoy et al., 2011b), di cui i produttori devono tener conto per immettere strategicamente i loro prodotti sui mercati. Al contrario, nelle zone fredde, il mancato accumulo di calore nella situazione attuale può danneggiare lo sviluppo fenologico e la crescita dei frutti (Fadon et al., 2020a). Queste zone attualmente fredde saranno favorite dall’incremento di accumulo di calore previsto per gli scenari futuri. Come mostrato in Figure 6 , gli eventi di caldo anomalo saranno più frequenti negli scenari futuri in date in cui gli alberi da frutto non hanno ancora rilasciato l'endodormienza, soprattutto nelle zone calde come la valle del Guadalquivir e le località del Mediterraneo. Questi eventi possono avere un effetto molto negativo quando i CR sono parzialmente coperti (circa il 60-70%), inducendo un rilascio incompleto della dormienza che può comportare problemi vegetativi e di fioritura, con un impatto negativo sull’allegagione e sulla resa (Rodrigo e Herrero, 2002; Campoy et al., 2011a).
In ogni caso, i cambiamenti nei regimi di accumulo di freddo e calore non hanno un effetto comune su tutte le cultivar e sulle loro ubicazioni poiché possono verificarsi alcuni effetti di compensazione per quanto riguarda l’equilibrio freddo/accumulo di calore in termini di rilascio di endodormienza o previsione delle date di fioritura (Pope et al., 2014). Inoltre, la caratterizzazione agroclimatica dei luoghi a scala molto locale può richiedere una particolare calibrazione dei dati a causa dell’eterogeneità spaziale (Lorite et al., 2020) per prendere le migliori decisioni riguardo alle selezioni di cultivar ottimali. I risultati presentati in questo studio possono essere utili non solo per la produzione di drupacee ma anche per altri frutti temperati di enorme importanza nelle aree esistenti, ad esempio la vite a La Rioja (Valle dell'Ebro) o altre. Questi risultati possono essere la base di sistemi di supporto alle decisioni per aiutare i produttori a prendere decisioni strategiche ottimali (ad esempio, selezione delle cultivar, trasferimento e implementazione di pratiche di gestione della mitigazione) a medio e lungo termine.
Dichiarazione sulla disponibilità dei dati
I contributi originali presentati nello studio sono inclusi nell'articolo/Materiale supplementare, ulteriori richieste possono essere indirizzate agli autori corrispondenti.
Contributi degli autori
MC, JG-B, JG e DR hanno concepito e progettato lo studio. MC ha fornito i dati agroclimatici per lo scenario attuale. JAE ha eseguito i calcoli per scenari futuri. JAE e DR hanno scritto la parte principale del manoscritto. JE ha fornito informazioni sugli aspetti tecnici agronomici. JG ha gestito il progetto di innovazione che ha finanziato questa ricerca. Tutti gli autori hanno rivisto il documento e approvato la versione presentata.
Finanziamento
Il sostegno finanziario è stato fornito dal Ministero spagnolo dell'Agricoltura, della Pesca e dell'Alimentazione attraverso il progetto di innovazione “Adattamento del settore delle drupacee ai cambiamenti climatici” (REF: MAPA-PNDR 20190020007385) e da PRIMA, un programma sostenuto nell'ambito di H2020, il quadro dell'Unione europea programma di ricerca e innovazione (progetto “AdaMedOr”; numero di sovvenzione PCI2020-112113 del Ministero spagnolo della Scienza e dell'Innovazione).
Conflitto di interessi
Gli autori dichiarano che la ricerca è stata condotta in assenza di relazioni commerciali o finanziarie che potrebbero essere interpretate come un potenziale conflitto di interessi.
Nota dell'editore
Tutte le affermazioni espresse in questo articolo sono esclusivamente quelle degli autori e non rappresentano necessariamente quelle delle loro organizzazioni affiliate, o quelle dell'editore, degli editori e dei revisori. Qualsiasi prodotto che può essere valutato in questo articolo, o affermazione che può essere fatta dal suo produttore, non è garantito o approvato dall'editore.
Ringraziamenti
Ringraziamo tutti i membri del Gruppo Operativo spagnolo “Adattamento del settore delle drupacee ai cambiamenti climatici” (FECOAM, FECOAV, ANECOOP, Frutaria, Basol Fruits, Fundación Universidad-Empresa de la Región de Murcia, Fundación Cajamar) per il loro prezioso contributo alla lo sviluppo del progetto. Ringraziamo AEMET per i dati disponibili sulla sua pagina web (http://www.aemet.es/es/serviciosclimaticos/cambio_climat/datos_diarios).
Materiale supplementare
Il materiale supplementare per questo articolo è disponibile online all'indirizzo: https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fpls.2022.842628/full#supplementary-material
Figura supplementare 1 | Correlazione tra porzioni medie accumulate e unità di raffreddamento per lo scenario attuale in tutte le stazioni meteorologiche.
Figura supplementare 2 | Correlazione tra la media dei GDH accumulati per i modelli Anderson e Richardson per lo scenario attuale in tutte le stazioni meteorologiche.
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Parole: Prunus, drupacee, adattamento, accumulo di freddo, fenologia, rischio gelate, scelta varietale, metriche agroclimatiche
Citazione: Egea JA, Caro M, García-Brunton J, Gambín J, Egea J e Ruiz D (2022) Metriche agroclimatiche per le principali aree di produzione di drupacee in Spagna negli scenari attuali e futuri dei cambiamenti climatici: implicazioni da un punto di vista adattivo. Davanti. Plant Sci. 13:842628. doi: 10.3389/fpls.2022.842628
Ricevuto: 23 dicembre 2021; Accettato: 02 può 2022;
Pubblicato il: 08 giugno 2022.
A cura di:Hisayo Yamane, Università di Kyoto, Giappone
Recensito da:Liang Guo, Università A&F nordoccidentale, Cina
Kirti Rajagopalan, Università statale di Washington, Stati Uniti
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*Corrispondenza: Jose A. Egea, jaegea@cebas.csic.es; David Ruiz, druiz@cebas.csic.es
Una fonte: https://www.frontiersin.org