غده ها محصولات مهمی در جوامع آند و سیستم های کشاورزی و غذایی آنها هستند. ویژگی آنها انعطاف پذیری در برابر شرایط نامطلوب منطقه است. در میان این محصولات، ulluco به دلیل نقش اساسی در رژیم غذایی جمعیت آند در امنیت غذایی برجسته است. [۱,۲]. این گیاه عمدتاً در پرو، بولیوی و اکوادور کشت می شود و بین ۲۰۰۰ تا ۴۰۰۰ متر مربع در دمای بین ۱۱ تا ۱۳ درجه سانتی گراد رشد می کند. [۱,۲,۳]. سهم تغذیه ای آن بر اساس محتوای کربوهیدرات بالا (۶۴٫۹۶-۸۴٫۲٪)، بین ۸٫۵ تا ۱۵٫۷٪ محتوای پروتئین، محتوای کم چربی (۰٫۱-۱٫۴٪)، فیبر در محدوده ۰٫۵-۵٪ و ویتامین C است. [۱,۴,۵]. به طور کلی، غده ها را قبل از خوردن می جوشانند. با این وجود، می توان آنها را نیز خشک کرد تا تبدیل شوند chuño یا آسیاب شده در آرد [۶]. این گیاه توسط بیش از ۶۰ هزار تولید کننده در پرو کشت می شود و در طول سال ۲۰۲۳، سطح زیر کشت ۴۲۹۱۲ هکتار با ۷٫۶۲ تن در هکتار است.^-۱ متوسط ​​عملکرد گزارش شد که مجموعاً ۱۷۳۱۱۶ تن تولید کرد [۷]. به طور متوسط، کشت اولوکو در سرزمین های خشک، ۸۲ درصد از سطح زیر کشت اولوکو پرو را تشکیل می دهد که به طور گسترده در مناطق کچوا و سنی نشین (۹۴ درصد) واقع شده است. الگوهای تک کشت (۸۶%) بر ارتباط (۱۴%) با محصولاتی مانند ذرت، ماشوآ، سیب زمینی، کینوا و غیره غالب است. [۸]. حتی اگر پتانسیل تولیدی آن کمتر از سایر غده ها یا ریشه های آند باشد [۹]، در این منطقه به طور گسترده مصرف می شود [۱,۱۰,۱۱].

در شرایط فعلی، تغییرات آب و هوایی ناشی از انتشار کربن از کشاورزی، دام، صنعت و خانوارها بر کشاورزی جهانی از طریق رویدادهای آب و هوایی شدید تأثیر می گذارد. [۱۲,۱۳]. برای تحقیق در مورد تأثیرات آتی، گروه کاری I (WGI) از پانل بین دولتی تغییرات آب و هوایی (IPCC) اطلاعات تاریخی و مدل های جهانی آب و هوا (GCMs) را که به عنوان بخشی از پروژه مقایسه مدل جفت شده (CMIP) ایجاد شده است را تجزیه و تحلیل کرد تا درک ما را در مورد گسترش دهد. فرآیند و اثرات مرتبط با تغییرات آب و هوایی [۱۴]. مرحله پنجم CMIP (CMIP5) پیش‌بینی‌های اقلیمی آینده را بر اساس مسیرهای تمرکز نماینده (RCPs) تجزیه و تحلیل کرد، که بیانگر افزایش محتمل‌ترین نیروی تابشی برای سال ۲۱۰۰ است. [۱۴]. متعاقبا، گزارش فاز ششم مسیرهای مختلف توسعه اجتماعی-اقتصادی را برای دستیابی به هر یک از RCP ارائه کرد، بنابراین سطوح جدیدی از اقدامات کاهش و انطباق با اثرات تغییرات آب و هوا را پیشنهاد کرد. [۱۵]. این سناریوهای جدید، مسیرهای اجتماعی و اقتصادی مشترک (SSP) نام دارند. SSP 1 و SSP 5 هر دو افزایش توسعه انسانی را پیشنهاد می‌کنند، با این تفاوت که دومی مصرف شدید انرژی فسیلی را به عنوان وسیله‌ای برای دستیابی به این هدف پیشنهاد می‌کند. SSP 3 و SSP 4 روندهای توسعه بدبینانه و ناعادلانه را پیشنهاد می کنند، در حالی که SSP 2 تداوم در مورد الگوهای تاریخی را ترسیم می کند. [۱۴,۱۵]. اونیل و همکاران [۱۵] سناریوهای تحلیل اولویت را برای به‌روزرسانی و پوشش شکاف‌های اطلاعاتی پیش‌بینی‌های CMIP5 برای RCPs-SSP1-2.6، SSP2-4.5، SSP3-7.0 و SSP5-8.5 شناسایی کرد.

با تمام این اطلاعات، می توان از مدل های موجود برای بررسی تغییرات بالقوه عملکرد در محصولات مختلف استفاده کرد. تجربیاتی در مورد مدل‌سازی رشد غده و ریشه مانند سیب‌زمینی، کاساوا و سیب‌زمینی شیرین در شرایط آب و هوایی مختلف و شرایط آب در دسترس وجود دارد. [۱۶,۱۷,۱۸,۱۹]. با این وجود، تحقیقات کمی در مورد محصولات در مناطق آند وجود دارد [۲۰,۲۱,۲۲,۲۳] یا روی محصولات بومی مانند ulluco [24,25,26,27,28]با وجود اهمیت آن برای امنیت غذایی آند و ارزش آن در غذاهای لذیذ و صنعت.

AquaCrop مدلی است که عملکرد محصول را در شرایط مختلف بر اساس مصرف آب گیاه شبیه سازی می کند. برای این کار، به اطلاعاتی در مورد آب و هوا، محصول، خاک و شرایط مدیریتی بدون در نظر گرفتن اثرات بالقوه آفات یا بیماری ها نیاز دارد. [۲۹]. تلاش‌های مداوم برای بهبود نتایج شبیه‌سازی AquaCrop با حفظ محدوده مدل‌سازی ساده آن انجام می‌شود. [۳۰]. با توجه به تطبیق پذیری آن، طیف گسترده ای از تحقیقات با مدل سازی محصول از طریق استفاده از AquaCrop برای شرایط مختلف آب و هوایی و مدیریتی، از جمله پیش بینی تغییرات آب و هوا در عرض ها، طول ها و ارتفاعات مختلف مرتبط است. [۲۰,۳۱,۳۲]. در این مرحله، محدودیت‌های اصلی مدل شامل محدوده مقیاس تک میدانی، مفروضات یکنواختی فضایی در داخل میدان، و شارهای آب عمودی یک‌بعدی شبیه‌سازی شده است. [۳۳]. علاوه بر این، Vanuytrecht و همکاران. [۳۰] همچنین بهبود مستمر نتایج AquaCrop را ترسیم کنید تا آنها را برای مروجان کشاورزی، تصمیم گیرندگان و ذینفعان در دسترس و قابل درک تر کند.

مطالعات متعدد نشان می دهد که بهره وری کشاورزی خرده پا در آند پرو به دلیل تغییرات در دسترس بودن آب و افزایش دما در معرض خطر قریب الوقوع کاهش است. [۳۴,۳۵,۳۶]. حساسیت محصولات دیم به تنوع بارندگی با تغییر الگوهای بارندگی ناشی از تغییرات آب و هوایی تشدید می شود. [۳۴,۳۷] که در نهایت شرایط فقر را در مناطق روستایی تعیین می کند [۳۸]. علاوه بر این، افزایش دما باعث کاهش پتانسیل تولیدی محصولات سازگار با مناطق سرد می شود [۳۹]. این مطالعه بر تغییرات بارندگی و دما و تأثیر آنها بر عملکرد ulluco متمرکز بود.

عوامل زراعی موثر بر رشد غده مورد بررسی قرار گرفته است [۴۰,۴۱,۴۲,۴۳]و همچنین استفاده بالقوه آنها در صنایع غذایی به دلیل مزایای تغذیه ای آنها [۱۰,۴۴,۴۵,۴۶] و اهمیت آنها در فرهنگ محلی [۴۷,۴۸]. توسعه فنولوژیکی و بهره وری Ulluco به عوامل اقلیمی، ادافیک و ژنوتیپی و عوامل دیگر بستگی دارد. تاریخ کاشت معمولاً با حضور باران در سیستم تناوب زراعی با سیب زمینی، اوکا یا جو مرتبط است. [۳,۴۹].

بنابراین، تجزیه و تحلیل رفتار محصول در مواجهه با رویدادهای آب و هوایی شدید برای توسعه استراتژی های سازگاری برای شرایط مختلف منطقه ضروری است. [۳۶]. این مطالعه به ارزیابی تغییرات عملکرد در غلیظ توبروسوسبر اساس سناریوهای تغییرات آب و هوایی از فاز شش پروژه مقایسه مدل جفت شده (CMIP) برای دوره ۲۰۲۴-۲۱۰۰، یک غده بومی کلیدی آند، تحت کشت دیم در ارتفاعات مرکزی پرو.

این مطالعه با هدف ارزیابی سه سناریوی تغییر اقلیم و تأثیر آنها بر بهره‌وری محصولات ulluco انجام شد. برای دستیابی به این هدف، از داده های آب و هوای تاریخی در مورد بارندگی و دما برای شبیه سازی تغییرات از سال ۲۰۲۴ تا ۲۱۰۰ استفاده شد. نتایج حاصل از این شبیه سازی ها و داده های جمع آوری شده از نمودارهای آزمایشی به عنوان ورودی برای ماژول های مورد نیاز مدل AquaCrop استفاده شد. ذکر این نکته ضروری است که منطقه انتخابی به خوبی بیانگر شرایط یک منطقه معمولی تولید کننده یخ در آب و هوای سرد و بارانی با پاییز و زمستان خشک است. [۷۶]. بنابراین، نتایج این مطالعه برای مناطق در حال رشد در همان ارتفاع و شرایط خاکی مشابه در منطقه آند مرتبط است.

نتایج شبیه‌سازی‌های تغییر اقلیم نشان‌دهنده روند افزایشی در بارندگی انباشته برای دوره ۲۰۲۴-۲۱۰۰ برای سه سناریو است.شکل ۱۰). یافته های ما با یافته های Wongchuig و همکاران در تضاد است. [۷۷]، که کاهش بارندگی سالانه را برای مدت مشابه در مناطق Suni و Quechua حوضه رودخانه Mantaro پیش بینی کرد. آرانا و همکاران [۷۸] دریافتند که داده های تاریخی ایستگاه های هواشناسی Jauja، Ingenio و Ricrán نیز الگوی صعودی را نشان می دهند. مشاهده چنین تناقضاتی در پیش بینی ها انتظار می رود زیرا پیچیدگی توپوگرافی آند تا حد زیادی بر فرآیندهای تصحیح سوگیری تأثیر می گذارد. [۶۲] در نتیجه تغییر مداوم شارهای حرارتی و رطوبتی [۷۹]. یک یافته مهم در نتایج ما این بود که در ۲۵ سال آخر این قرن، توزیع باران در طول سال مشابه باقی خواهد ماند به این معنا که ژوئن، ژوئیه و آگوست عمدتاً خشک خواهند ماند و افزایش بارندگی تجمعی خواهد بود. در طول فصل مرطوب اختصاص داده شده است. به عبارت دیگر، فصل بارانی به ویژه در ماه های دسامبر، ژانویه، فوریه و مارس بارانی تر خواهد بود.شکل ۱۱). این یافته با یافته های آلمازرویی و همکاران همخوانی دارد. [۶۱] که نشان دهنده فصلی بودن قوی تر برای آخرین دوره قرن حاضر است. شبیه سازی ها افزایش شدید دماهای حداقل را نشان می دهد (شکل ۱۱) به ویژه برای سناریوهای SSP585 و SSP370 که نگران کننده ترین سناریوها در مورد کاهش تغییرات آب و هوا هستند. به نظر می رسد حداکثر دما مشابه است. همه اینها مطابق با روندهای تاریخی است که توسط Arana-Rudas و همکاران تحلیل شده است. [۷۸] و سنابریا و همکاران [۳۸]وی توضیح داد که افزایش دما در منطقه مورد مطالعه برای مقادیر حداقلی به جای حداکثر بارزتر خواهد بود، اما بدون این که به این نتیجه برسیم که خسارات سرمازدگی در محصولات به دلیل پیچیدگی این فرآیند لزوما مضرتر خواهد بود.

نتایج شبیه سازی AquaCrop نشان می دهد که آخرین تاریخ کاشت، F3 (جدول ۳، بازده وزن تر بهتری خواهد داشت (شکل ۱۲در هر سه سناریو، و به طور متوسط، افزایش بیشتری در بازده وزن تر نسبت به بازده پایه فصل ۲۰۲۲-۲۰۲۳ خواهد داشت.شکل ۱۳). با توجه به اینکه حداکثر دماها به احتمال زیاد ثابت خواهند ماند، توضیح اساسی را می توان در تغییرات دما و بارش حداقل، به ویژه از ۲۰۷۵ تا ۲۱۰۰ یافت.شکل ۱۰). دمای بهینه برای ulluco بین ۱۱ تا ۱۳ درجه سانتیگراد مطالعه شده است [۱]. از این نظر، دمای حداقل گرمتر، میانگین دمای روزانه را تحت تأثیر قرار می‌دهد و بر مدت زمان انتقال فنولوژیک تأثیر می‌گذارد. [۸۰]. این نشان می دهد که دوره کشت را می توان کوتاه کرد، که می تواند بر عملکرد تأثیر منفی بگذارد. از سوی دیگر، این گونه برای شروع به تشکیل غده به یک محرک با دمای پایین نیاز دارد [۴۱]. اگر کاشت دیرهنگام در اواسط نوامبر اتفاق بیفتد، انتظار می رود که القای غده در اواخر فوریه اتفاق بیفتد، زمانی که حداقل دما در شرایط فعلی به ۲ درجه سانتیگراد برسد.شکل ۱۱). هر سه سناریو پیش‌بینی می‌کنند که حداقل دما بین ۵ تا ۱۰ درجه سانتی‌گراد خواهد بود که می‌تواند بر تشکیل غده تأثیر بگذارد. علاوه بر این، پیش بینی می شود حداکثر دما در مرحله پر شدن غده (اسفند و فروردین) ۲ درجه افزایش یابد.شکل ۱۱، مشکلات فیزیولوژیکی اضافی را اضافه می کند، زیرا حتی می تواند از محدوده بهینه ۱۱-۱۳ درجه سانتیگراد فراتر رود. وحید و همکاران [۸۱] تنش گرمایی را به‌عنوان محدودیت‌های رشد و نمو گیاه، ناشی از افزایش دمای هوا بالاتر از دمای مطلوب محصول، برای مدت کافی برای ایجاد خسارت تعریف می‌کند. سیج و همکاران [۸۲] ذکر این نکته که افزایش بین ۵ تا ۶ درجه سانتیگراد در دمای بهینه گیاه باعث ممانعت از تجمع ماده خشک در اندام های ذخیره شده و حساسیت بیشتری نسبت به عوامل بیماری زا می شود. به همین ترتیب، دمای بالا در گیاهان حساس به حرارت باعث کاهش رسانایی روزنه ای، CO می شود_۲ مهار تثبیت، و آسیب اکسیداتیو در فتوسیستم II [83,84]. این مهم است که چگونه افزایش دما باعث افزایش بروز آفات و بیماری ها می شود [۷۲]. متأسفانه AquaCrop این اثرات را در محاسبات خود لحاظ نمی کند [۲۹]بنابراین ما باید نسبت به این عامل انتقاد پذیر باشیم.

از سوی دیگر، این واقعیت که انتظار می رود فصول مرطوب بارانی تر شود (شکل ۱۱) ممکن است بر مراحل اولیه رشد گیاه تأثیر مثبت بگذارد. این را می توان با نتایج طرح آزمایشی (شکل ۶، شکل ۷ و شکل ۸، که در آن سبز شدن گیاه در تیمارهای کاشت اولیه (شکل ۶) ۵۳ روز پس از کاشت در مقایسه با کاشت معمولی (شکل ۷) و دیر کاشت (شکل ۸) که به ترتیب در ۹۰ و ۷۵ روز انجام شد. با ارتباط این انتقال فنولوژیکی با بارندگی ثبت شده در ایستگاه هواشناسی (شکل ۳، می‌توانیم ببینیم که یک رویداد بارش شدید قبل از کاشت زودرس (۱۳ اکتبر ۲۰۲۲) تنها متغیر آب و هوایی متفاوت در مقایسه با دو تاریخ کاشت دیگر بود. از سوی دیگر، در ماه های اکتبر و نوامبر، زمانی که کاشت دو تیمار اخیر انجام شد، تنها ۳۴ تا ۴۴ میلی متر بارندگی انباشته و میانگین دمای حدود ۸٫۶ درجه سانتی گراد ثبت شد که ممکن است بر تأخیر سبز شدن دو کاشت آخر تأثیر داشته باشد. درمان های خرما [۴۹]. این نشان می دهد که در دسترس بودن بیشتر آب ممکن است برای تسریع ظهور تاج پوشش مفید باشد، که عاملی حیاتی در تضمین موفقیت محصول است. علیرغم این تأثیر مثبت در دسترس بودن آب در مراحل اولیه محصول، ذکر این نکته مهم است که توزیع یکنواخت بارندگی، به ویژه پس از القای غده، که معمولاً ۹۰ روز پس از کاشت انجام می‌شود، حیاتی است. متأسفانه، در طی آوریل و می ۲۰۲۳، زمانی که غده ها پر می شوند، بارش نسبت به فوریه و مارس به شدت کاهش یافته است.شکل ۳). ممکن است به همین دلیل باشد که تیمار کاشت دیرهنگام در نرخ کوددهی بهینه بدتر از دو تیمار دیگر عمل کرد. این نشان دهنده اهمیت داشتن رطوبت خوب خاک در مرحله پر شدن است. ثابت شد که لقاح نقش متمایز کننده ای را در زمانی که آب در دسترس بود بازی می کند.شکل ۴). به خودی خود، کوددهی مناسب عملکرد را در مقایسه با روش سنتی دو برابر کرد، که بسیار بیشتر از آنچه توسط Nieto-Cabrera و همکاران گزارش شده است. [۸۵] که نشان دهنده افزایش ۱۸٫۵ درصدی ناشی از اثرات لقاح بود. با این حال، اگر در مرحله پر شدن، کمبود آب وجود داشته باشد، کوددهی به یک عامل بی‌ربط تبدیل می‌شود، زیرا محصول مشابه کرت‌هایی است که کود داده نشده‌اند.شکل ۴). نمودارهای تجربی نتایج قابل مقایسه با آنچه توسط سانچز-پورتیلو و همکاران توصیف شده بود به دست آوردند. [۱]، که در آن ۲-۱۰ تن در هکتار^-۱ تحت شرایط اکوادور به دست آمدند. علاوه بر این، روابط وزن تر و خشک با محتوای آب بالا مورد انتظار برای این غده (۷۲-۸۷٪) همزمان بود. [۲,۹]. با این حال، نتایج عملکرد تازه ما با بهینه ۲۶ تن در هکتار فاصله زیادی داشت^-۱، همانطور که توسط Condori و همکاران گزارش شده است. [۹] برای محصولات آبیاری ulluco، تحت شرایط ارتفاعات بولیوی. این شکاف عملکرد بین محصولات آبیاری ulluco و محصولات دیم نشان می دهد که این محصول تا چه حد در معرض کمبود آب مناسب است. اگرچه مدل ها روند افزایشی بارش انباشته را در طول سال ها پیش بینی می کنند (شکل ۱۰مطمئن نیست که چنین حجم هایی در طول فصل رشد به طور مساوی توزیع شوند، یا مهمتر از همه، این که در دوره هایی با تقاضای آب بیشتر برای محصول ( رویش و پر شدن غده) اتفاق می افتد.

یافته های این مطالعه حساسیت ulluco، یک غده بومی، را به تغییرات آب و هوایی برجسته می کند. برون یابی این اثر بالقوه به سایر غده های بومی جزئی به دلیل چرخه های رشد طولانی مشخصه آنها [۸۶] می تواند تغییر در محصولات زراعی در ارتفاعات را پیش بینی کند. این می تواند هزینه های تولید، از دست دادن مدیریت سنتی مزرعه، و اختلال در نقش محصولات بومی در اکوسیستم های کشاورزی را افزایش دهد. [۸۶]. از دست دادن سنت‌های مدیریت گیاهی بومی مانند تناوب زراعی می‌تواند باعث تخریب سلامت خاک شود، حفاظت از تنوع زیستی کشاورزی را به خطر بیندازد و بر الگوهای فقر به دلیل معیشت ثابت رابطه کشاورزی و فقر تأکید کند. [۸۷]. بنابراین، ایجاد انعطاف‌پذیری سیستم غذایی محلی و سرمایه‌گذاری در تحقیق در مورد کشاورزی خرده‌مالک برای رسیدن به هدف توسعه پایدار (SDG) 2 (گرسنگی صفر) و SDG 1 (بدون فقر) حیاتی خواهد بود. [۸۷]. علاوه بر این، عملکرد خوب AquaCrop در مدل‌سازی غده‌ها به ما امکان می‌دهد پیش‌بینی‌های تأثیر تغییر آب و هوا را برای بهبود سیاست‌های ملی سازگاری با تغییرات اقلیمی نسبت به SDG 13 (اقدام فوری برای مبارزه با تغییرات آب و هوا و تأثیرات آن انجام دهید) انجام دهیم.

علاوه بر این، برخی از پیشنهادات سیاستی برای مقایسه این مطالعه و اقدامات راهبردی پیشنهاد شده در برنامه ملی سازگاری پرو در برابر تغییرات اقلیمی ارائه شده است. [۸۸]. مطالعات مدل‌سازی باید افزایش یابد تا پیش‌بینی اثرات احتمالی تغییر آب و هوا بر محصولات حیاتی امنیت غذایی و حفاظت از تنوع زیستی منطقه‌ای افزایش یابد. این معیار می‌تواند عملکرد خدمات هشدار اولیه و دامنه پیش‌بینی‌های خطر اقلیم کشاورزی را افزایش دهد. با این حال، در پرو، نتایج سرویس پیش‌بینی توسعه‌یافته توسط SENAMHI به دلیل اتصال محدود اینترنت در ارتفاعات، دامنه را محدود کرده است. [۸۹] و لیست کوتاه محصولات تجاری مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت [۹۰]. علاوه بر این، سیاست‌های مدیریت منابع آب برای مناطق مرتفع باید بر زیرساخت‌های طبیعی و کاشت و برداشت آب (WSH) به دلیل فرآیند اجرای ساده‌تر و کم‌هزینه‌تر و سازگاری آسان‌تر با شیوه‌های سنتی محلی تمرکز کنند. بنابراین، هرچه ساخت دانش دموکراتیک‌تر باشد، اتخاذ سیاست‌ها و فناوری‌های پیشنهادی برای کشاورزان آسان‌تر خواهد بود.