Climate change thermal impact on phenological development of main Brazilian crops

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES Positive climate change trends and the increasing potential of climate impacts made crucial to adapt agricultural crops due to these changes and adjust the use of natural resources in a more sustainable way. The aim of the present work is to make a global warming impact preliminary analysis on phenological development of the foremost crops in Brazil. Thus, two representative concentration pathways (RCP2.6 and RCP8), climate change scenarios, were used, generated from Hadley Center Global Environment Model version 2 Earth System (HadGEM2-ES) and regionalized with Regional Climate Model version 4 (RegCM4) for forthcoming air temperature data series (2070-2099) that were paired with a reference series (1976-2005). In order to assess global warming impact on cotton, irrigated rice, corn, soybean and wheat crop development cycles, the concept of daily Thermal Sum (dTS, ° C day) was used, which establishes the fact that the rate of daily development of a plant is linked to air temperature, assuming the existence of cardinal temperatures Tb, Top and Tmax. Main results revealed that heating conditions of the RCP2.6 scenario approached the average air temperature (Ta) of the maximum development values (Top), contributing to a faster development and, therefore, a decrease in cycle duration. In Paraná state under RCP8.5 scenario heating conditions, adverse impacts are observed for corn, soybean, irrigated rice and wheat crops development. Same scenarios were observed in Center-West producing regions, were, in addition to lengthier phenological phases, crops will suffer thermal stress because the Ta approaches the maximum Tmax limits, which will lead to a reduction of the cultivable area. For the case of irrigated rice and wheat from Paraná, the negative effects are kinder, but might cause a small area reduction. As tendências das mudanças climáticas e o crescente potencial dos impactos climáticos vêm dando urgência na adaptação das culturas agrícolas e na mudança da utilização de recursos de forma mais sustentável. Este trabalho tem como principal objetivo fazer uma análise preliminar do impacto do aquecimento global no desenvolvimento fenológico das principais culturas agrícolas do Brasil. Para isso, foram utilizados dois cenários de mudanças climáticas, o RCP2.6 e RCP8.5, gerados a partir do modelo HadGEM2- ES (Hadley Centre Global Environment Model version 2 – Earth System) e regionalizados com o modelo regional RegCM4 (Regional Climate Model version 4) para séries de dados futuras de temperatura do ar (2070-2099) que foram com paradas com uma série de referência (1976-2005). Para avaliar o impacto do aquecimento global nos ciclos de desenvolvimento das culturas de algodão, arroz irrigado, milho, soja e trigo, foi utilizado o conceito de soma térmica diária (STd, °C dia), que se baseia no fato de que a taxa de desenvolvimento diário de uma planta está relacionada com temperatura do ar, pressupondo a existência de temperaturas cardinais Tb, Tot e Tmax. Os principais resultados mostram que as condições de aquecimento do cenário RCP2.6 aproximam a temperatura média do ar (Tm) dos valores de desenvolvimento máximo (Tot), contribuindo para um desenvolvimento mais rápido e, consequentemente, da diminuição da duração do ciclo. Já sob as condições de aquecimento do cenário RCP8.5, são observados impactos negativos para o desenvolvimento do milho, soja, arroz irrigado e trigo do Paraná. Para o milho e a soja, as regiões produtoras do Centro-Oeste, além de haver o prolongamento do tempo de desenvolvimento, as culturas sofrerão estresse térmico pelo fato de a Tm se aproximar dos limites máximos Tmax, o que proporciona uma redução da área cultivável para essas culturas. No caso do arroz irrigado e trigo do Paraná, os impactos negativos são mais brandos, mas podem ocasionar em uma pequena redução de área.