Zmiany klimatyczne i ich wpływ na rolnictwo: postęp biologiczny i technologie produkcji roślinnej w warunkach zmieniającego się klimatu Edward Arseniuk Andrzej Anioł 2.10. IHAR Radzików – CICSA logo

Klimat i rolnictwo Zmiany klimatu Pod pojęciem klimat rozumie się średni stan atmosfery i oceanu mierzony w czasie. Termin „zmiany klimatu” używany jest w kontekście globalnego ocieplenia i wzrostu temperatury na powierzchni ziemi, Zmiany klimatu wynikają z czynników: zewnętrznych - ilość dochodzącego promieniowania słonecznego, wewnętrznych - działalność człowieka (zmiany antropogeniczne) lub wpływ czynników naturalnych. Dane: Raporty IPCC (Międzyrządowy Zespół ds. Zmian Klimatu)

Zmiany klimatu, cd. Rozważane są także scenariusze globalnego oziębienia powierzchni ziemi (np. wywołane odbiciem energii słonecznej od zwiększonej pokrywy chmur lub aerozoli atmosferycznych). Globalne ocieplenie – obserwowane od połowy XX wieku podwyższenie średniej temperatury atmosfery przy powierzchni ziemi i oceanów oraz przewidywane ocieplenie w przyszłości. Dane: Raporty IPCC (Międzyrządowy Zespół ds. Zmian Klimatu)

Zmiany klimatu, cd. Termin „efekt cieplarniany” – zjawisko podwyższenia temperatury planety powodowane obecnością gazów cieplarnianych w atmosferze. Zmiany powodujące wzrost roli efektu cieplarnianego mogą być jedną z przyczyn globalnego ocieplenia.

Do gazów cieplarnianych zaliczane są: dwutlenek węgla ozon freony metan podtlenek azotu halony para wodna (najpowszechniejszy z gazów cieplarnianych w atmosferze) Procentowy udział poszczególnych gazów w efekcie cieplarnianym: para wodna, udział 36–70% dwutlenek węgla, udział 9–26% metan, udział 4–9% ozon, udział 3–7%

Zmiany temperatury powierzchni ziemi na przestrzeni 20 000 lat Dane: Raporty Amerykańskiej Narodowej Akademii Nauk (NAS)

Średnia globalna temperatura w latach od 1850 do 2007 Własność publiczna (public domain).

Średnia temperatura powierzchni ziemi od rozpoczęcia rejestrowania w 1850 r. z prognozą do 2100 r. Dane: Raporty Amerykańskiej Narodowej Akademii Nauk (NAS)

Międzyrządowy Zespół do spraw Zmian Klimatu (IPCC) uważa, że: większość obserwowanego wzrostu średniej temperatury globalnej od połowy XX wieku spowodowana jest antropogenicznym wzrostem koncentracji gazów cieplarnianych poprzez efekt cieplarniany. w XX wieku czynniki naturalne, takie jak aktywność słoneczna i wulkany, spowodowały łącznie tylko niewielkie ocieplenie w stosunku do okresu sprzed rewolucji przemysłowej.

Unia Europejska (UE-27) 4,54 Gt; Rosja 1,54 Gt; Japonia 1,21 Gt; Ogólnoświatowa emisja dwutlenku węgla w 2005 wyniosła 27,14 Gt [Gigaton], w tym: USA 5,82 Gt; Chiny 5,10 Gt; Unia Europejska (UE-27) 4,54 Gt; Rosja 1,54 Gt; Japonia 1,21 Gt; Indie 1,15 Gt. ref.:http://www.elektroenergetyka.pl/654/elektroenergetyka

Susza: Co to jest susza? jest to naturalna cecha klimatu, która występuje niemal każdego roku w wielu rejonach na świecie, nie może być postrzegana wyłącznie jako zjawisko fizyczne, zależy także od tego jak dużo wody zużywa się na danym obszarze, wpływy suszy na społeczeństwo są wynikiem związków pomiędzy naturalnym zjawiskiem jakim jest spadek sum opadów i zapotrzebowaniem na wodę, działalność człowieka często pogarsza oddziaływanie susz.

Susza w Indiach Taanka jest w hinduskim klimacie tradycyjnym pojemnikiem do przechwytywania i przechowywania ok. 20 000 litrów wody deszczowej w sezonie. Pojemnik ten o średnicy i głębokości 10 x 10 stóp zbudowany jest z lokalnie dostępnych materiałów spojonych cementem i posiada powierzchnię zbiorczą wody wynoszącą 330 stóp kwadratowych. Ilość zebranej wody musi wystarczyć rodzinie do przeżycia przez większą część roku. Autor fotografii: Dominika Arseniuk.

Wg. naukowej definicji suszą jest: długotrwały okres bez opadów atmosferycznych lub nieznacznym opadem w stosunku do średnich wieloletnich wartości. Susza: powoduje przesuszenie gleby, zmniejsza lub całkowicie niszczy uprawy roślin alimentacyjnych (a co za tym idzie klęski głodu), zmniejsza zasoby wody pitnej, zwiększa prawdopodobieństwo katastrofalnych pożarów. Rodzaje suszy: atmosferyczna, glebowa, fizjologiczna: susza atmosferyczna ma miejsce, gdy przez 20 dni nie występują opady deszczu, susza glebowa oznacza niedobór wody w glebie, powodujący straty w rolnictwie, susza fizjologiczna w środowisku jest woda, ale nie może być pobrana.

Wpływ zmian klimatu na rolnictwo Rodzaj zmiany klimatu Możliwy wpływ na rolnictwo ekstremalnych warunków pogody Cieplej i mniejsza liczba chłodnych dni i nocy: cieplej, więcej gorących dni i nocy Wyższe plony w chłodnych rejonach a niższe w ciepłych, zwiększone nasilenie szkodników. Większa częstotliwość pojawiania się okresów upałów i fal gorąca Straty plonowania wskutek stresu cieplnego w cieplejszych rejonach; niebezpieczeństwo pożarów Zwiększone prawdopodobieństwo ulewnych deszczy Straty w plonach, erozja gleb, trudności w uprawie zalanych gleb Zwiększanie się obszarów zagrożonych suszą Degradacja i erozja gleb Wzrost liczby cyklonów w tropikach Dewastacja roślinności Wzrost poziomu wód w oceanach i morzach

Monitoring i modelowanie zmian klimatu Zbierane dane klimatyczne służą za podstawę do komputerowych programów modeli klimatycznych. W skali całych kontynentów opracowano modele wiarygodnie przewidujące: zmiany temperatury, rozkład opadów atmosferycznych. Celem modelowania są prognozy: wpływu zmian na produktywność rolnictwa, efektywności całego sektora gospodarki żywnościowej, wystąpienia i zapobiegania przypadkowym katastrofom nieurodzaju powodowanym zmianami klimatu, które mogą zniweczyć wieloletnie efekty rozwoju gospodarczego dotkniętego kraju lub regionu (przewidywany wzrost średniej temperatury o 1 – 2.5oC w okresie do 2030 roku będzie miał znaczący wpływ na produkcję rolniczą).

Wpływ przewidywanych zmian klimatu na rolnictwo w Europie: przesunięcie punktów równowagi między uprawami na cele żywnościowe i energetyczne, obszarami uprawnymi i trwałymi użytkami zielonymi, zmiany w doborze gatunków uprawnych i strategii hodowli roślin (przesuwanie upraw„krótkiego dnia” - soja, kukurydza, słonecznik w rejony płn., możliwość przesunięcia na północ upraw cytrusów, oliwek i winogron), zmiany w plonowaniu roślin spowodowane wzrostem stężenia CO2 w atmosferze szczególnie roślin o fotosyntezie C3 (wzrost plonowania zbóż, traw pastewnych, ziemniaków o około 35%).

Wpływ przewidywanych zmian klimatu na rolnictwo w Europie, cd... wzrost stężenia CO2 w atmosferze będzie stymulowało wzrost i bujność chwastów podobnie jak roślin uprawnych, większość o typie C3, wzrost temperatury i opadów w płn. Europie to ataku patogenów i szkodników, przesunięcie na północ i wschód wraz z roślinami, wzrost częstotliwości występowania ekstremalnie wysokich temperatur w połączeniu z niedoborami wody negatywnie wpłynie na plonowanie roślin uprawnych – nawadnianie stanie się koniecznością, nasilenie erozji w wyniku częstszych ulew, okresów suszy i silnych wiatrów, szybszy rozkład materii organicznej w glebie i wypłukiwanie substancji mineralnych

Możliwości wykorzystania postępu biologicznego w przystosowaniu produkcji roślinnej do zmian klimatu wyzwanie dla rolnictwa XXI w. to utrzymanie stabilnego wzrostu produkcji rolniczej w warunkach zmiany klimatu oraz wzrastającej presji ekonomicznej na jej wydajność i produktywność, rośliny uprawne muszą produkować więcej żywności z tej samej powierzchni pól, mniejszej dostępności wody i rosnących kosztach energii, sprostanie temu wyzwaniu wymaga rozwiązań wielu problemów ekonomicznych, technicznych i politycznych.

Postęp biologiczny w przystosowaniu produkcji roślinnej do zmian klimatu. przyspieszenie prac nad znalezieniem źródeł genetycznej odporności roślin uprawnych na abiotyczne i biotyczne czynniki środowiska ograniczające plonowanie oraz ich praktyczne wykorzystanie do wyhodowania nowych odmian, prace selekcyjne tego typu nie są niczym nowym w hodowli. nowe technologie genetycznego doskonalenia roślin, oparte na osiągnięciach współczesnej genetyki i biologii molekularnej tworzą nowe możliwości praktycznego wykorzystania zasobów zmienności genetycznej zgromadzonej w kolekcjach i centrach pochodzenia gatunków uprawnych.

Zasadnicze strategie genetycznego doskonalenia roślin: I. kontynuacja dotychczasowych metod krzyżowania i selekcji w potomstwie osobników o pożądanych cechach. Strategia ta jest wzbogacana o zidentyfikowane fragmenty DNA wykorzystywane jako znaczniki (markery) genów warunkujących adaptację do danego stresu. Technologia wykorzystująca markery DNA pozwala na znaczne przyspieszenie procesu selekcji, II. selekcja genowa, identyfikacja genów odpowiedzialnych za odporność na dany stres i ich włączenie na drodze transgenezy do odmiany uprawnej = duże możliwości w modelowaniu roślin uprawnych, ale jest dopiero w stadium pierwszych prób, budząc jednocześnie wiele kontrowersji.

Najważniejsze cechy adaptacji roślin do zmian klimatu: odporność na suszę i efektywna gospodarka wodna rośliny - cecha bardzo złożoną i bardzo skomplikowana kontrola genetyczna - nie istnieje nic takiego jak gen odporności na suszę, na to zjawisko składa się szereg mechanizmów takich jak: wydajność, z jaką korzenie są w stanie pobrać wodę z gleby, efektywność mechanizmu utrzymującego wodę w komórkach, wielkość transpiracji oraz występowanie krytycznych faz rozwojowych takich jak kwitnienie w odniesieniu do okresów niedoboru wody, 2. zwiększona efektywność gospodarowania azotem i innymi składnikami odżywczymi wynika z konieczności utrzymania wysokiej produktywności odmian przy braku wzrostu, stabilizacji i nawet obniżenia dawek nawozów, w tym kierunku są prowadzone intensywne badania,

Najważniejsze cechy adaptacji roślin do zmian klimatu cd…: 3. odporność na wysokie temperatury, cecha ważna dla rolnictwa południowej Europy i tropików, odporność na zasolenie gleb, cecha o coraz waszym znaczeniu, wobec przewidywanego wzrostu temperatury i niedoborów wody może stać się ważna w naszej strefie klimatycznej ze względu na przewidywany wzrost obszarów nawadnianych. odporność na choroby i szkodniki - zwiększona liczba generacji patogena bądź szkodnika w sprzyjającym mikroklimacie zagęszczonego łanu rośliny uprawnej w krótkim czasie osiąga rozmiary epifitozy; dotyczy to szczególnie patogenów porażających liście i w ten sposób ograniczających wydajność fotosyntezy.

Przystosowanie odmian do zmienionych warunków uprawy i alternatywnego użytkowania plonów. erozja gleb - zagrożenie gleb erozją wietrzną lub wodną wymusza redukcję zabiegów agrotechnicznych aż do stosowania bezorkowych systemów uprawy. odmiany odporne na herbicydy ogólnego działania są ważnym elementem takich systemów uprawy, bezorkowe systemy uprawy zwiększają porażenie roślin przez patogeny, w szczególności grzybowe (Fusarium spp., S. tritici, S. nodorum, G. graminis, P. hesrpotrichoides, Pythium spp., Phytophthora spp.), którym niezniszczone resztki pożniwne pozwalają przetrwać niekorzystne warunki i są jednocześnie dobrą pożywką do namnażania się inokulum; to samo dotyczy szkodników, w tym gryzoni. ogólnie, mikroflora i mikrofauna mają dobre warunki rozwoju w nieprzewietrzanej glebie.

Wpływ technologii uprawy rolnictwa zachowawczego na plony ziarna pszenicy i kukurydzy w Meksyku.

Przystosowanie odmian do zmienionych warunków uprawy i alternatywnego użytkowania plonów, cd…. zapobieganie ociepleniu klimatu - w Wielkiej Brytanii pojawił się pomysł wytworzenia na drodze klasycznej hodowli lub genetycznej inżynierii odmian roślin o zwiększonym albedo (zdolność odbijania światła), ich uprawa w Europie i Ameryce Północnej spowoduje spadek średniej letniej temperatury o 1oC = redukcji ocieplenia o 20% efektu powodowanego przez podwojenie się stężenia CO2. można to osiągnąć modyfikując skład wosków pokrywających liście roślin uprawnych i modyfikację struktury łanu.

Podsumowanie Rośliny były, są i będą jednym z najważniejszych dóbr ludzkości. Od zawsze stanowiły one źródło żywności, paszy, energii i schronienia. Przez tysiąclecia ich rola w służbie człowieka tak naprawdę niewiele się zmieniła. Zmieniały się natomiast techniki i technologie ich doskonalenia i wykorzystania. Przez dziesięciolecia wysokość plonu była uważana za nadrzędne kryterium w hodowli roślin uprawnych na ziemiach polskich. Wartość użytkowa i technologiczna plonu oraz odporność roślin na choroby uwzględniane były jako jedne z ważnych, ale niekoniecznie najważniejszych, kierunków genetycznego ulepszania. 5. Pogoń za plonem, szczególnie w systemie rolnictwa intensywnego, przyczyniła się do nagromadzenia niekorzystnych zjawisk w środowisku naturalnym.

Podsumowanie, cd.. 6. Tworzony przez naukę i hodowlę twórczą postęp biologiczny przenoszony jest do produkcji roślinnej przez nasiennictwo. 7. Nasiona nowych odmian są bowiem bezpośrednim nośnikiem postępu, rozwoju i zwiększania produkcji roślinnej w aspektach: ilościowym i jakościowym. 8. Tak się składa, że wykorzystanie postępu biologicznego przez polskiego rolnika jest ciągle niewystarczające, co rodzi dalsze, ujemne konsekwencje dla rolniczej i hodowlanej praktyki, nauki, a także dla dla całej gospodarki narodowej i środowiska naturalnego. 9. Sprostanie temu wyzwaniu wymaga jednakże większego zaangażowania nie tylko naukowców i hodowców, ale także ekonomistów, inżynierów i polityków.