Simulated potato crop yield as an indicator of climate variability in Estonia

Abstract

Käesolevas väitekirjas kasutatakse kliima mõju hindamiseks meteoroloogiliselt võimaliku saagi mõistet (MVS, suurim võimalik saak olemasolevate meteoroloogiliste tingimuste korral). See kontseptsioon tähendab põllumajandustaimede saagikuse arvutamist matemaatilise mudeli abil ja võimaldab vaadelda meteoroloogiliste tingimuste ja nende muutlikkuse otsest mõju saagile. Lisaks on võimalik tõlgendada saadud tulemusi ka teisipidi ja kasutada arvutatud saagirida integraalse muutujana, mille abil on võimalik hinnata kokkuvõtlikult suvekuude ilmastikku ja kliimat erinevatel aastatel ja erinevates piirkondades. Väitekirja peamine eesmärk oli hinnata Eesti suvise kliima varieeruvust ja võimalikku muutust läbi kartulisaagile avalduva mõju. On püütud hinnata, kas ja kuivõrd annab MVS kliima varieeruvuse kohta lisainformatsiooni võrreldes traditsiooniliste individuaalsete meteoelementidega. Sel eesmärgil arvutati kartuli produktsiooniprotsessi mudeli POMOD abil pikaajalised MVS read ühe hilise ja ühe varase kartulisordi jaoks kolmes Eesti meteojaamas. Arvutused teostati nii olemasoleva kliima kohta kui ka võimalikku kliimamuutust arvestades. Sajandipikkustes modelleeritud MVS ridades esinevad vaid nõrgad ja statistiliselt mitteolulised trendid. Lineaarse seose puudumine meteoelementidega, kõrge varieeruvus teise astme polünomiaalse seose ümber ja muutused saagi varieeruvuses, mida ei saa otseselt seostada ainult ühe meteoelemendiga, lubavad väita, et arvutatud MVS annab kliima varieeruvuse kohta lisainformatsiooni, sünteesides erinevate üksikute elementide mõju. Kliimamuutuse korral on varase sordi jaoks oodata kasvutingimuste halvenemist kõigis kolmes vaadeldud asukohas, eelkõige tänu kiirenenud arengule, maksimaalse lehepinna vähenemisele ja sellest tulenevale kasvuperioodi lühenemisele. Hilise sordi jaoks võivad saagid esialgu veidi suureneda, seda tänu kasvuperioodi pikenemisele, sajandi lõpuks ennustavad siiski Kuressaares ja Tartus kõik stsenaariumid saakide vähenemist. Tallinn tundub olevat kõige soodsamas seisus, kuna ainult kõige tugevamat soojenemist lubav stsenaarium põhjustab saakide vähenemist. Põhiliselt on nimetatud saagikaod seotud temperatuuri tõusuga, sademete hulga suurenemine omab nõrka kompensatoorset efekti.The main objective of the thesis is to assess summer climate variability and possible change in Estonia through the resultant impact on potato crop. The main effort was to determine whether computed yields give additional information about climatic variability compared with the traditional use of the mean values of individual meteorological elements. Throughout the thesis, the concept of the meteorologically possible yield (MPY) is used, which expresses the highest yield under the existing meteorological conditions, not limited by soil quality (except its hydrological properties) or management. Such approach enables to distinguish the direct effect of meteorological conditions and their variability/change on crops. Additionally, the results can be interpreted backwards and the yield of agricultural crops can be considered as a complex variable for integrally describing summer weather/climate conditions. Long-term MPY series for an early and late variety of potato were computed with a potato-production model (POMOD) at three localities in Estonia (Tallinn, Tartu and Kuressaare) for present and future periods. Only weak and insignificant trends exist in the century-long MPY series. The polynomial relationships, the continuously high variance around them, and the changes in the MPY series variability not expressible as single factors, indicate that MPY gives qualitatively new information about climatic variability in a synthesis of different factors. Tested future climate scenarios predict yield losses for the early variety in all three localities, due to the accelerating development, smaller LAI and thus shortened growing period. For the late potato varieties, moderate climate warming has a positive influence through prolonging the growing period, however more radical changes lead to the decline of agroclimatic resources. The yield losses are mostly related to the increase in air temperature, while incresing precipitation has a small compensatory effect. A more positive (or less negative, in case of more extreme scenarios) effect of climate change is detected for Northern Estonia (Tallinn).