Úvod, parametry a výhody systémů pěstování rostlin odolných vůči změnám klimatu

Změna klimatu snížila produktivitu hlavních plodin v mnoha regionech světa [13], což může způsobit velké problémy do roku 2050, kdy by populace na Zemi měla dosáhnout asi 9,8 miliardy. S odhadovanou populací za 30 let a klesající produktivitou zemědělství budou zemědělci vystaveni výzvě, aby zajistili globální potravinovou bezpečnost [21], a pokud chtějí farmáři uspokojit nadcházející nárůst poptávky po masných a mléčných výrobcích, když tyto požadavky vedou nevyhnutelně k dalšímu využívání přírodních zdrojů, které mohou ovlivnit klima, budou muset upravit hospodaření na farmě, například termíny setí, používání meziplodin a používání odolnějších plodin vůči konkrétnímu klimatu [23].

Žádný zemědělský systém není imunní vůči změně klimatu, i když existují geneticky vylepšené rostliny a postupy hospodaření, které zemědělcům přinesly zlepšení výnosů a udržitelnosti, změna klimatu může vše výše uvedené snadno vyrovnat [8]. Například variabilita klimatu je hlavní příčinou změn ve výnosech na středozápadě Spojených států [8]. Nestabilita výnosů může mít za následek ekonomické výkyvy pro spotřebitele a producenty, koneckonců to lze vidět při pohledu 10 let zpět, kdy sucho v roce 2012 způsobilo 53% nárůst ceny kukuřice oproti předchozí 5leté průměrné ceně [2].

V této době můžeme na celém světě pozorovat pokles úrodnosti půdy, stejně jako sekvestrace uhlíku, mikrobiální aktivity a růstu plodin. Tyto a další negativní vlivy na naše životní prostředí jsou podporovány nízkou diverzitou a vysokou intenzitou vstupů, které zemědělci do agroekosystémů vkládají. Dalším problémem, který je rovněž znepokojivý, je předpokládaný nárůst výskytu sucha, intenzivní srážky, vyšší teploty a kontaminace půd solemi a těžkými kovy, kdy toto vše nevyhnutelně povede ke zvýšenému výskytu škůdců a patogenů, což si vybere svou daň na výnosech plodin [15].

Klimatické změny výrazně ovlivňují zemědělství a produkci potravin. Klimatické podmínky, jako je vítr, sucho, vysoké teploty a záplavy, mají velký vliv na bezpečnost potravin a snižování chudoby, i když to platí zejména v případě venkovských komunit vysoce závislých na vodě. S nadcházejícími klimatickými změnami se očekávají nižší výnosy od základních plodin v důsledku jejich nižší produktivity [9].

Klimaticky odolné zemědělství

Klimaticky odolné zemědělství je forma zemědělství, jejímž cílem je udržitelné využívání přírodních zdrojů, které máme k dispozici prostřednictvím systémů rostlinné výroby. Hlavním cílem je dlouhodobě zvyšovat produktivitu farem při zachování jejich příjmů a při proměnlivosti klimatu.

Klimatická odolnost je schopnost držet krok se zemědělskými strukturami a zároveň zajistit jejich funkce s neustále se měnícími klimatickými podmínkami. Zemědělci mohou podpořit odolnost vůči klimatu zlepšením robustnosti, adaptability a transformovatelnosti zemědělských postupů [16]. Robustnost je myšlena jako schopnost zemědělského systému vypořádat se s klimatickými extrémy. Adaptabilita je myšlena jako schopnost změnit některé praktiky, jako je marketing a řízení rizik, s cílem snížit dopady klimatických extrémů při zachování struktury systému. Transformovatelnost je myšlena jako schopnost měnit strukturu a funkci systému v reakci na změny klimatu [16]. Celkově cíl zlepšení odolnosti vůči klimatu nezahrnuje pouze zvyšování produktivity plodin při měnících se klimatických podmínkách, ale také zlepšování ekosystémů a jejich biodiverzity s minimalizací degradace životního prostředí [20].

Systém pěstování rostlin odolný vůči změnám klimatu

Klimaticky odolné plodiny (CRC) byly vyšlechtěny pro specifický účel, aby se vypořádaly s biotickým a abiotickým stresem, například se suchem, kde existuje mnoho způsobů, jak s tímto problémem bojovat prostřednictvím vodního hospodářství. Například vodohospodářské technologie jako vyvýšený záhon zavlažovaný brázdou, sběr dešťové vody, metoda krycích plodin, mikrozávlaha atd. Když nastane sucho a k němu se přidají i vysoké teploty, relativně bezpečným způsobem, jak dosáhnout uspokojivých výnosů, je použití různých druhů technologií založených na odhadu spotřeby vody plodinou, osvojení metod vodní konzervace, změny hnojiv, zavlažovacích plánů atd.

Například odrůdy rýže odolné vůči suchu pěstované v Indii mají při stresu způsobeným suchem přibližně o 1 t/ha vyšší výnos než běžné odrůdy. Rýže není jedinou plodinou, která je výrazně postižena suchem nebo záplavami. Kukuřice a pšenice jsou také citlivé na tyto stresy. Sucho má na svědomí až 20% ztrátu výnosu kukuřice. Suchovzdorné odrůdy kukuřice dokážou vynést až 2 – 3 t/ha než běžné odrůdy, které ve stejných podmínkách mají výnosy až 1 t/ha [25].

Dalším důvodem, proč byly CRC vyšlechtěny, je odolnost vůči vodě, kdy například zavedení krátkodobých odrůd hrachu, sóji, pšenice a čiroku v Indii vedlo k výraznému zvýšení výnosů [24]. Je důležité říci, že velká část území, kde se tyto plodiny pěstují, trpí zaplavením v důsledku záplav a téměř 80 % území pro pěstování rýže ve východní Indii trpí nadměrnou vodou nebo suchem v závislosti na dešťovém vzoru a zemědělci jsou tak zcela závislí na okolním prostředí. Použitím odrůdy rýže tolerantní vůči záplavám, která zvládne až 17 dní úplného ponoření a s výnosem 3 t/ha mohou zemědělci snížit svou závislost na těchto enviromentálních faktorech [22].

Existuje více důvodů, proč používat CRC, jako jsou vysoké teploty, slanost a kratší vegetační období, stejně jako pro boj se škůdci. Dalším účelem, proč byly CRC vyšlechtěny, je zlepšit zadržování vody v půdě, zlepšit kvalitu půdy a snížit erozi. Klimaticky odolné plodiny (CRC) mají vyšší toleranci k biotickým a abiotickým stresům ve srovnání s běžně pěstovanými plodinami [3].

Hlavním účelem těchto plodin je udržet výnos ve stresových podmínkách ve srovnání s plodinami, které se běžně pěstují. Díky vlastnostem, které CRC mají, získají zemědělci prostředky k tomu, aby si osvojili řízení svých farem a udrželi kvalitu, výnosy a finanční stabilitu.

Systémy plodin odolných vůči klimatu se netýkají pouze používání odrůd plodin odolných vůči vodě, teplotě nebo zasolení, ale překračují do problematiky biologické rozmanitosti, alternativních zemědělských systémů jako konverzního zemědělství a mnoha dalších [4].

Navzdory výhodám, které CRC poskytují, je třeba zmínit, že jejich přijetí drobnými producenty nemusí být v některých systémech pěstování tak snadné, jak se očekávalo [6], [14]. Kvůli vysokým rizikům a obavám o ziskovost způsobeným přechodem na nové a odlišné způsoby řízení agroekosystému jsou zemědělci pravděpodobně ostýchavější při přijímání a zkoušení různých způsobů, i když vědí, že tyto metody jsou udržitelnější a šetrnější k životnímu prostředí než jejich současný přístup.

Tabulka 1. Výhody a nevýhody intenzivního a extenzivního zemědělství [18]

Alternativní zemědělské systémy hospodaření

V současné době existuje několik způsobů, jak mohou zemědělci obhospodařovat svá pole jinak než konvenčně, například mohou využívat alternativní zemědělské systémy, které jsou lepší než konvenční zemědělství, pokud jde o systém plodin odolných vůči klimatu [17]. Alternativní systémy pěstování mohou zahrnovat bezorebné, redukované postupy zpracování půdy, střídání plodin, používání krycích plodin, snižování používání anorganických vstupů atd. Výzkum ukazuje, že tyto alternativní systémy hospodaření mohou mít potenciál zmírnit znečištění životního prostředí, snížit emise skleníkových plynů při současném zlepšování kvality vody a půdy [1].

Současné poznatky naznačují, že klimatické změny ovlivňují biotické (škůdci, patogeny) a abiotické (sluneční záření, teplota vody, voda) faktory v produkci plodin, což povede k ohrožení udržitelnosti a produkce plodin [14]. Proto by se zemědělci měli zaměřit také na biologickou rozmanitost a snažit se diverzifikovat své agroekosystémy, protože rozmanitější systémy budou lépe fungovat v měnícím se prostředí. Potenciální přínosy pro zemědělce jsou uvedeny v tabulce 2.

Tabulka 2. Příklady diversifikace v zemědělských systémech a potencionální benefity pro farmáře při změnách klimatu [14]

Konverzní zemědělství

Konverzní zemědělství definuje FAO jako přístup k řízení agroekosystémů pro zlepšení a udržení produktivity při současném zvýšení zisků a potravinové bezpečnosti a zároveň zachování a zlepšení zdrojů a životního prostředí. Existují 3 základní principy, které spolu s dalšími doplňkovými postupy tvoří konverzní zemědělství [11].

• Princip 1 je o minimálním nebo žádném zpracování půdy, což jde ruku v ruce s praxí bezorebného setí a přímého setí sadebního materiálu do zpracované půdy. To způsobuje minimální narušení půdy při jakékoli operaci.

• Princip 2 se týká udržování trvalého mulčovacího krytu na povrchu půdy, což znamená, že zemědělec musí na poli realizovat zadržování biomasy plodin.

• 

Tabulka 3. Osvojování konverzního zemědělství (`000ha) v Evropě v letech 2008/09, 2013/14 a 2015/16 [11]

Tyto tři principy jsou základem konverzního zemědělství, což znamená, že pokud farmář ve svém agroekosystému aplikuje jeden nebo dva z těchto principů, není v souladu s konverzním zemědělstvím.

Účelem konverzního zemědělství je zvýšit biologickou rozmanitost (biodiverzitu) a biologické procesy v agroekosystémech. Obdělávání půdy by se nemělo využívat, nebo by mělo být alespoň omezeno na absolutní minimum. Externí vstupy, jako jsou anorganická a organická hnojiva, by měly být aplikovány optimálně a v množství, které neovlivní biologické procesy v půdě [11]. Při dodržení všech zásad konverzního zemědělství budou zemědělci schopni zlepšit celkové hospodaření na farmě především v oblastech závislých na srážkách. S dalšími dobře známými postupy, například používáním integrované ochrany před škůdci, hospodaření s vodou a živinami, je konverzní zemědělství základním systémem, který by si zemědělci měli vybrat, pokud chtějí zintenzivnit svou produkci a zároveň ji vést udržitelnou cestou [10]. Vývoj konverzního zemědělství v Evropě shrnuje tabulka 3.

Hlavní důvody pro přijetí konverzního zemědělství jsou lepší ekonomika farmy díky snížení vstupů, jako je voda, hnojiva, agrochemikálie, čas a palivo, flexibilní technické možnosti pro aplikaci hnojiv a hubení plevele, stejné nebo vyšší výnosy, větší stabilita výnosu [12], vyšší ochrana půdy před vodní a větrnou erozí [19], vyšší retence hnojiv a vody s lepším hospodařením s vodou v oblastech potýkajících se se suchem [5].

Literatura

1. Behnke, G. D., Zuber, S. M., Pittelkow, C. M., Nafziger, E. D., & Villamil, M. B. (2018). Long-term crop rotation and tillage effects on soil greenhouse gas emissions and crop production in Illinois, USA. Agriculture, Ecosystems & Environment, 261, 62-70.

2. Boyer, J. S., Byrne, P., Cassman, K. G., Cooper, M., Delmer, D., Greene, T., ... & Gaffney, J. (2013). The US drought of 2012 in perspective: a call to action. Global Food Security, 2(3), 139-143.

3. Dhankher, O. P., & Foyer, C. H. (2018). Climate resilient crops for improving global food security and safety. Plant, Cell & Environment, 41(5), 877-884.

4. Eeswaran, R., Nejadhashemi, A. P., & Miller, S. R. (2021). Evaluating the climate resilience in terms of profitability and risk for a long-term corn-soybean-wheat rotation under different treatment systems. Climate Risk Management, 32, 100284.

5. Goddard, T., Zoebisch, M., Gan, Y., Ellis, W., Watson, A., & Sombatpanit, S. (2008). No-till Farming Systems. Special Publication No. 3, World Association of Soil and Water Conservation, Bangkok, ISBN: 978-974-8391-60–1.

6. Gollin, D., Morris, M., & Byerlee, D. (2005). Technology adoption in intensive post-green revolution systems. American Journal of Agricultural Economics, 87(5), 1310-1316.

7. Hatfield, J. (2012). Agriculture in the Midwest. US National Climate Assessment Midwest Technical Input Report, 1-8.

8. Hatfield, J. L., Antle, J., Garrett, K. A., Izaurralde, R. C., Mader, T., Marshall, E., ... & Ziska, L. (2020). Indicators of climate change in agricultural systems. Climatic Change, 163(4), 1719-1732.

9. Jain, M., Naeem, S., Orlove, B., Modi, V., & DeFries, R. S. (2015). Understanding the causes and consequences of differential decision-making in adaptation research: adapting to a delayed monsoon onset in Gujarat, India. Global Environmental Change, 31, 98-109.

10. Kassam, A. H., & Basch, G. (2014). Sustainable soil management is more than what and how crops are grown. In Rolul agriculturii în acordarea serviciilor ecosistemice şi sociale(pp. 230-270).

11. Kassam, A., Friedrich, T., & Derpsch, R. (2019). Global spread of conservation agriculture. International Journal of Environmental Studies, 76(1), 29-51.

12. Kassam, A., Friedrich, T., Shaxson, F., & Pretty, J. (2009). The spread of conservation agriculture: justification, sustainability and uptake. International journal of agricultural sustainability, 7(4), 292-320.

13. Lesk, C., Rowhani, P. & Ramankutty, N. (2016). Influence of extreme weather disasters on global crop production. Nature 529, 84–87. 

14. Lin, B. B. (2011). Resilience in agriculture through crop diversification: adaptive management for environmental change. BioScience, 61(3), 183-193.

15. Long, S. P., Marshall-Colon, A., & Zhu, X. G. (2015). Meeting the global food demand of the future by engineering crop photosynthesis and yield potential. Cell, 161(1), 56-66.

16. Meuwissen, M. P., Feindt, P. H., Spiegel, A., Termeer, C. J., Mathijs, E., De Mey, Y., ... & Reidsma, P. (2019). A framework to assess the resilience of farming systems. Agricultural Systems, 176, 102656.

17. Michler, J. D., Baylis, K., Arends-Kuenning, M., & Mazvimavi, K. (2019). Conservation agriculture and climate resilience. Journal of environmental economics and management, 93, 148-169

18. Novikova, A., & Startiene, G. (2018). Analysis of farming system outputs and methods of their evaluation. Research for rural development, 2.

19. Pachauri, R. K., & Meyer, L. A. (2014). Climate Change 2014: Synthesis Report. Contribution of Working Groups I, II and III to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change.

20. Peterson, C. A., Eviner, V. T., & Gaudin, A. C. (2018). Ways forward for resilience research in agroecosystems. Agricultural Systems, 162, 19-27.

21. Pradhan, P., Fischer, G., van Velthuizen, H., Reusser, D. E., & Kropp, J. P. (2015). Closing yield gaps: how sustainable can we be? PloS one, 10(6), e0129487.

22. Reyes, L. C. (2009). Making rice less thirsty. Rice Today, 8(3), 12-15.

23. Smith, S. M. (2012). Food Crisis in the Horn of Africa: Progress Report, July 2011-July 2012. Oxfam International.

24. Sonune, S. V., & Mane, S. (2018). Impact of climate resilient varieties on crop productivity in NICRA village. Journal of Pharmacognosy and Phytochemistry, 7, 3210-3212.

25. Zaidi, P. H., Srinivasan, G., Cordova, H. S., & Sanchez, C. (2004). Gains from improvement for mid-season drought tolerance in tropical maize (Zea mays L.). Field Crops Research, 89(1), 135-152.