Dopad změny klimatu na výnos plodin: Studie a perspektivy

Politici, vědci a zemědělci čelí výzvě, jak zvýšit produkci potravin bez negativních dopadů na životní prostředí a zhoršování klimatické krize, která sama o sobě přispívá k nedostatku potravin. Podle Organizace spojených národů musíme v příštích letech zvýšit produkci potravin o 40-50 %, abychom nakrmili rostoucí populaci. Problém je, že změna klimatu ohrožuje mnoho našich oblíbených potravin.

I optimistické scénáře počítají s variantou, že v důsledku globálního oteplování bude pěstování plodin, které dnes dominují našim jídelníčkům, mnohem těžší a ztráty na výnosech mohou být zničující. Všechny naše potravinové systémy jsou v ohrožení. Můžeme si říkat, že nás v Evropě se to netýká a hlad nám nehrozí, což je částečně pravda, ale nedostatek potravin v jiné části světa znamená přesun strádajících lidí jinam, kde jídlo je.

Vliv teploty a sucha na zemědělské plodiny

Globální klimatické trendy se v mnoha zemědělských oblastech v posledních desetiletích rychle mění. Se zvyšující se nestabilitou klimatu v důsledku vyšších teplot a zvyšujících se úrovní CO2 lze očekávat, že produktivita globálního zemědělství bude v blízké budoucnosti negativně ovlivněna.

Rostoucí teploty a častější sucha vedou ke snižování výnosu chmele v tradičních chmelařských oblastech v Evropě. Zároveň s výnosem se snižuje obsah alfa látek, které určují chuť a hořkost piva. Vědci předpokládají, že výnos chmele by do roku 2050 mohl poklesnout v rozmezí od 4 do 18 % a obsah alfa látek o 20 až 31 % proti současnosti.

Vědci z CzechGlobe - Ústavu výzkumu globální změny AV ČR v nové studii uveřejněné časopisem Nature Communications upozorňují na to. „Výsledky ukazují, že kvůli růstu teplot vzduchu dozrává chmel až o dvacet dnů dříve než v minulosti. Dozrávání se navíc posouvá do horkých dnů, což má negativní dopad na obsah alfa látek,“ vysvětluje Martin Možný.

Čtěte také: Česká republika a klima

Změny klimatu v posledních desetiletích se stále více promítají do každodenní reality zemědělců. Tento proces zvyšuje riziko výskytu extrémních jevů, na jedné straně prudkých srážek a lokálních záplav, na druhé straně dlouhodobého sucha. Zatímco dříve byly klimatické výkyvy převážně důsledkem přirozených cyklů, dnes hraje zásadní roli lidská činnost, zejména emise skleníkových plynů. Voda je však klíčová pro základní životní funkce rostlin, od transportu živin až po fotosyntézu. Bez ní nemohou rostliny tvořit výnosotvorné orgány, ať už jde o zrno, hlízy nebo bulvy. Zemědělci čelí stále častějším výkyvům v dostupnosti vody, rostliny si přitom nemohou pomoci samy, protože na rozdíl od živočichů se nedokáží stresu vyhnout únikem.

Sucho a vysoké teploty ovlivňují i samotné výnosotvorné znaky, zkracuje se délka klasu, snižuje se počet plodných klásků, omezuje se počet zrn na klas a klesá hmotnost zrn (Frantová et al., 2022). Zároveň však často dochází ke zvýšení obsahu bílkovin, protože rostlina má kvůli nedostatku vody méně možností syntetizovat sacharidy, a dusíkaté látky tak tvoří větší podíl hmoty zrna.

U plodin jako je pšenice, bývá při suchu a vysokých teplotách během dozrávání běžné, že dochází ke snížení velikosti a hmotnosti zrna. Rostliny reagují i navenek, svinují listy, mění jejich natočení vůči slunci a zvyšují tvorbu ochranných vosků na povrchu listů.

Slunečnice je přirozeně lépe přizpůsobená teplým a sušším oblastem. Jedním z jejích důležitých adaptačních mechanismů je heliotropismus, tedy pohyb listů a mladých úborů za sluncem. Tímto způsobem optimalizuje zachytávání světla při nižší teplotní zátěži, protože listy se při nadměrném záření také umí natočit bokem ke slunci. Díky svému hlubokému kořenovému systému je slunečnice schopna čerpat vodu z větší hloubky než např. řepka nebo mák. I přesto ale sucho negativně ovlivňuje tvorbu úborů a počet semen, a tím i výnos.

Řepka olejka je zvláště citlivá na sucho v období větvení a nasazování šešulí. Nedostatek vláhy v této fázi může zásadně snížit počet květů, oplodnění a výnos. Sucho může vést také k praskání šešulí před sklizní, zejména při následném rychlém nárůstu srážek.

Čtěte také: Životní prostředí a hliníkový odpad

Brambory mají mělčí a poměrně jemný kořenový systém. Nejcitlivější jsou na sucho během nasazování a růstu hlíz. Nedostatek vody v této fázi vede ke snížení počtu hlíz a jejich velikosti a ovlivňuje i tvorbu škrobu.

Cukrovka je velmi citlivá na sucho, zejména v období intenzivního růstu bulvy (červen-srpen). Nedostatek vody v této fázi omezuje fotosyntézu, a tím i tvorbu cukru, což se přímo promítá do poklesu cukernatosti i celkového výnosu. Rostliny na vodní stres reagují také redukcí listové plochy, například předčasným stárnutím a zasycháním starších listů, čímž snižují transpiraci. Pokud však sucho přetrvává, bulvy zastavují růst a dochází ke ztrátě výnosového potenciálu.

Adaptace a genetická rozmanitost

Diverzita je klíčová pro celkovou odolnost našich potravinových systémů vůči změnám klimatu, které mohou zničit jak úrodu, tak i podnítit vznik nových agresivnějších patogenů. Některé rostliny sice špatně snáší narůstající teploty a sucho, ale nemusí to platit pro všechny jejich odrůdy. Naopak, zapomenuté nebo opomíjené plodiny, které výzkumná i pěstitelská komunita dlouho ignorovala, mohou v takových podmínkách výrazně lépe prosperovat a zpestřovat náš jídelníček.

Vzhledem k tomu, že dopady klimatické krize jsou stále výraznější a uživení rostoucí populace složitější, řešením mohou být zapomenuté nebo přehlížené plodiny a regionální odrůdy v současnosti dominujících plodin. Proto environmentálně a ekonomicky smýšlející zemědělci po celém světě znovu objevují staré plodiny a hledají nové hybridy, které by mohly být odolnější proti suchu, škůdcům a chorobám rostlin, a zároveň být nutričně hodnotné.

Podle vědců z University of Queensland (Austrálie) bude hrát zásadní roli technologie editace genomu CRISPR-Cas9, díky níž lze upravovat plodiny tak, aby byly odolné vůči klimatickým změnám. Dr. Karen Masselová, hlavní autorka studie, vidí v nových technikách šlechtění, jako jsou metoda zinkových prstů, TALEN a především CRISPR-Cas9, budoucnost moderních šlechtitelských programů.

Čtěte také: Dopady teplárenství na ekologii

„Zemědělci po tisíciletí manipulovali s DNA rostlin pomocí konvenčních šlechtitelských technologií. Nyní, s novými technologiemi pro úpravu genů, to dokážeme s bezprecedentní bezpečností, přesností a rychlostí. Tento typ úpravy genů napodobuje způsob, jakým se buňky opravují v přírodě. Navíc CRISPR nám umožňuje dělat věci, které nedokážeme pomocí konvenčního zemědělství, zejména pokud jde o vytváření nové rozmanitosti a efektivní zisk žádoucích vlastností,“ uvedla Dr. Masselová.

Vědci testují zapomenuté odrůdy z celého světa a hledají ty, které jsou odolné teplu a suchu, aby zajistili dostatečné výnosy i v dalších letech, protože obavy, že náš potravinový systém není dobře připraven na klimatickou změnu, neustále rostou.

C3 a C4 rostliny

Rozdíly mezi C3 a C4 rostlinami nespočívají pouze ve způsobu fotosyntézy, ale i v jejich celkové fyziologii a genetické výbavě. C3 rostliny zahrnují např. pšenici, ječmen, žito a oves. Daří se jim v mírném klimatu s dostatkem vody. Při suchu a vyšších teplotách ale ztrácejí efektivitu, místo CO2 začnou zachytávat i kyslík, čímž dochází ke zbytečné ztrátě energie a vody (tzv. fotorespirace).

C4 rostliny, jako je kukuřice, čirok nebo proso, jsou lépe uzpůsobené horku a suchu. Jejich fotosyntéza je rozdělena mezi dvě části listu a dokáže efektivněji pracovat s CO2 i při nižších koncentracích. Díky tomu ztrácejí méně vody, na 1 g biomasy jim obvykle stačí jen 250-300 g vody, a zároveň se vyhnou ztrátám způsobeným fotorespirací. C4 rostliny mají často mohutnější kořenový systém, aby unesly svou nadzemní biomasu a čerpaly vodu z hlubších vrstev.

Přestože rostliny typu C3 a C4 využívají odlišné mechanismy fotosyntézy, při suchu a horku vykazují podobné stresové reakce. V nejteplejších a nejsušších oblastech ČR, kde v letních měsících často panuje bezoblačné počasí a vysoké teploty, dochází ke kombinaci dvou stresů, a sice nedostatku vláhy a tepla. Tato kombinace je pro rostliny mnohem náročnější než působení každého faktoru zvlášť.

Globální dopady a predikce

Podle nové studie německých klimatologů a NASA, která vyšla v odborném časopise Nature Food, hrozí lidstvu závažná rizika spojená s nedostatkem potravin v blízké budoucnosti. Hlavní problém podle nich spočívá v tom, že se to stane v mnoha klíčových regionech, které jsou celosvětově zásobárnou potravin. Tým vědců pod jeho vedením vytvořil zatím největší soubor prognóz budoucích výnosů - využil na to kombinaci nových klimatických prognóz a různých nejmodernějších modelů růstu zemědělských plodin. Autoři tvrdí, že zjistili významné změny už ve velmi blízké budoucnosti, a to ve většině důležitých zemědělských oblastí.

„Jedním z efektů, které z údajů jasně vyplývají, je, že chudší země pravděpodobně zaznamenají nejprudší pokles výnosů svých hlavních základních plodin. Důležité podle něj je, že ani přírůstky pšenice na globálním Severu nevyrovnávají ztráty z pěstování kukuřice na globálním Jihu. Chudé země a samozřejmě i samotní postižení drobní zemědělci často nemají prostředky na to, aby si obstarali potraviny na světovém trhu.

Teplota sama o sobě ale není jediným faktorem, který má význam pro budoucí výnosy plodin. Vyšší obsah oxidu uhličitého v atmosféře má pozitivní vliv na růst plodin, zejména pšenice. Mohl by ale současně snížit jejich nutriční hodnotu. Odpovědí na změny klimatu mohou být místně adaptované genotypy plodin a ekologické hospodaření.

Během tříletého polního experimentu výzkumníci pěstovali dvanáct rozdílných genotypů v uměle zavlažovaných a přírodních dešťových podmínkách za použití postupů konvenčního a ekologického zemědělství. „Výzkum prokázal, že jak sucho, tak i zemědělské praktiky významně ovlivňují výnosy a kvalitu fazolí, přičemž klíčovým faktorem ovlivňujícím sledované parametry jsou extrémní teploty. Ekologické zemědělství dosahovalo při zavlažování srovnatelných výnosů jako konvenční a zlepšilo kvalitu semen v podmínkách bez umělého zavlažování. Krajová odrůda Arrocina de Álava se vyznačovala dobrou tolerancí k suchu a vysokou kvalitou semen při pěstování bez zavlažování.

Možnosti adaptace a strategie

„Mohou přesunout chmelnice do vyšších nadmořských výšek, do míst s vyšší hladinou spodní vody v údolích řek, stavět zavlažovací systémy či pěstovat odolnější odrůdy.

Na závěr je dobré připomenout, že bychom neměli zapomínat na vliv hustoty porostu a sponu. Tím se myslí vzdálenost mezi řádky i mezi jednotlivými rostlinami v řádku. Správně zvolený spon ovlivňuje nejen příjem vody, ale i celkové chování rostliny během stresu. V roce 2024 byl proveden menší experiment na Polní pokusné stanici v Žabčicích, ze kterého vyplynulo, že spon může ovlivnit nejen obsah vody v rostlině a odnožování, ale i vybrané výnosotvorné parametry kukuřice (Frantová et al., 2024). Z praxe víme, že někteří zemědělci již experimentují i s řidším výsevem pšenice. Není to žádný složitý nebo nákladný zásah, přitom může mít zásadní dopad na konkurenci mezi rostlinami o vodu. Naše plodiny totiž na poli nebojují o vodu jen s pleveli či půdními organismy, ale i mezi sebou navzájem. Teoreticky, čím více prostoru rostlina má, tím větší má šanci získat více vody a živin pro sebe.

Výsledný efekt se vždy odvíjí od několika základních pilířů, které ovlivňují výkon rostliny (schéma 1 a 2). Tyto faktory, společně s působením stresu, určují velikost a kvalitu výnosotvorných parametrů. Samotný dopad stresu závisí na jeho intenzitě, délce trvání, růstové fázi, ve které rostlinu zasáhne a genetické výbavě konkrétní odrůdy.

Tabulka: Vliv sucha na složení semen některých plodin

tags: #dopad #změny #klimatu #na #výnos #plodin

Oblíbené příspěvky:

• Dopad Nivea na životní prostředí
• Programy environmentálního vzdělávání
• Kytice z Dejvic
• Metodologie výpočtu ekologické stopy
• Kompletní rekonstrukce bytu