Změna klimatu a její obecný dopad na zemědělství — Modul 1

Současná změna globálního klimatu je fenomén, který je způsoben především spalováním fosilních paliv (uhlí, ropa, zemní plyn) a mineralizací organické hmoty v důsledku zpracovávání půdy. Tyto procesy byly způsobeny lidskou zužitkováním fosilních zdrojů, mýcením přirozené vegetace a využíváním půd pro pěstování. Tyto aktivity vedly především k měřitelnému zvýšení obsahu oxidu uhličitého (CO₂). Tento nárůst má za následek globální oteplování, protože CO₂ brání odrazu slunečního světla zpět do vesmíru, a tak je větší množství uvězněno v atmosféře. Molekuly metanu (CH₄) a oxidu dusného (N₂O) mají podobný, ale mnohem větší účinek: potenciál globálního oteplování metanu je dvacetkrát až šestadvacetkrát větší než CO₂, zatímco potenciál oxidu dusného je až 300krát větší (Niggli et al., 2008). Klima je primárním důležitým faktorem pro zemědělskou výrobu. Potenciální dopady klimatických změn na zemědělství podnítily v posledním desetiletí důležité změny ve všech dotčených zemědělských sektorech. Témata výzkumu se také soustředí na možné fyzikální dopady klimatických změn na zemědělství, jako jsou změny ve výnosech plodin a chov dobytka, a na ekonomické důsledky těchto potenciálních změn (Aydinalp & Cresser, 2008). Zemědělství je nejzranitelnějším odvětvím vůči změně klimatu, a to kvůli své obrovské velikosti a citlivosti na parametry počasí, což má obrovské ekonomické dopady. Změny klimatických jevů, jako jsou teplota a srážky, výrazně ovlivňují výnos plodin. Klimatické změny obecně více ovlivňují tropické regiony, protože tropické plodiny zůstávají blíže svému vysokoteplotnímu optimu, a proto zažívají vysokoteplotní stres během zvýšených teplot (Malhi et al., 2021). Zemědělství a změna klimatu jsou v různých aspektech vnitřně korelovány, protože změna klimatu je hlavní příčinou biotických a abiotických stresů, které nepříznivě ovlivňují zemědělství daného regionu. Země a její zemědělství jsou ovlivňovány klimatickými změnami různými způsoby, například kolísáním ročních srážek, průměrnou teplotou, vlnami veder, změnami plevele, škůdců nebo mikrobů, globální změnou atmosférického CO₂ nebo hladiny ozonu a kolísáním hladiny moře. úrovni (Raza et al., 2019).

Predikce týkající se budoucích globálních trendů emisí skleníkových plynů ze zemědělství do značné míry závisí na fyzikálních a ekonomických parametrech, které výrazně ovlivňují celkové emise. Tyto parametry zahrnují náklady na palivo, ekonomický rozvoj, vývoj počtu hospodářských zvířat, zvýšení produktivity, nové technologie, dostupnost vody, odlesňování a spotřebitelské postoje a stravu (Niggli et al., 2008). Současné vědecké modely předpovídají podstatné změny životního prostředí způsobené zvýšenými emisemi skleníkových plynů. Tyto změny ovlivní zemědělství pozitivně i negativně. Předpokládané zvýšení globální teploty mezi 1,4 °C a 5,8 °C bude mít za následek změny ve srážkových vzorcích. Očekává se častější výskyt extrémních povětrnostních jevů (sucha, povodně). Sezónní výkyvy počasí mohou představovat rizika pro tradiční metody produkce plodin, ať už kvůli nedostatku vody nebo přebytku vody a erozi. Stabilita půdy se stane zásadní pro ukládání vody v půdním profilu, odolnost vůči nepříznivým povětrnostním vlivům a minimalizaci ztrát půdy (Niggli et al., 2008). Obecně je půdní eroze způsobena působením vody a větru na orné půdě, ale také mrazem a zvířaty. V závislosti na topografických vlastnostech může být půda zcela ztracena z pole nebo v něm znovu uložena. Hrubá část zeminy (písek a kameny) je přepravována na krátké vzdálenosti, zatímco jemnější bahno, jíl a organická hmota mohou být z místa přepravy daleko. To způsobí, že zbývající půda bude postupně hrubší a méně úrodná (Skinner et al., 1997). Očekává se, že nejvíce budou změnou klimatu trpět zranitelné oblasti, jako jsou tropické a subtropické oblasti a vysokohorské oblasti (Niggli et al., 2008). Situace je obecně vážnější v méně rozvinutých zemích, kde jsou agroekosystémy již křehké, investice do zemědělství jsou omezené a předpokládá se, že změna klimatu bude mít nejničivější dopady (Reynolds a Ortiz, 2010).

Předpokládané změny klimatu také s největší pravděpodobností ovlivní vývoj a přežití patogenů. Předpokládá se, že změna klimatu nebo počasí v oblasti zvýší náchylnost plodin k různým škůdcům, chorobám a plevelům. Kromě toho se hmyzí škůdci a choroby vyskytují častěji ve vlhkých a teplejších oblastech. Výnosy plodin ovlivňují i další parametry, jako je vlhkost, rychlost větru, teplota a srážky. Bez těchto parametrů existuje šance na nadhodnocenou předpověď nákladů na změnu klimatu. Vztahy mezi rostlinou a vodou jsou pak vysoce citlivé na změny teplot a srážek. Fyziologické změny budou pravděpodobněji ovlivněny extrémními změnami těchto parametrů než změnami průměrného klimatu. Reakce rostlin na změnu klimatu se liší podle druhu rostliny a vývojové fáze. Pro různé rostliny existují druhově specifické prahové hodnoty a jejich reakce, jako je prodlužování kořenů, narušení úhlu růstu kořenů a snížení výnosu, se u různých druhů rostlin liší (Malhi et al., 2021). Jak se svět otepluje, změní se srážkové vzorce, přičemž některé oblasti budou vlhčí, ale některé přední zemědělské oblasti budou sušší. Tyto vzorce je obtížné předvídat; předpovědi klimatických modelů jsou nejistější pro srážky než pro teplotu a „zmenšení“ globálních modelů za účelem získání regionálních projekcí teprve začíná být proveditelné. Nedávná sucha v mnoha částech světa však podtrhují zásadní roli změn ve srážkách. I když se úhrn ročních srážek nezmění, zemědělství může být poškozeno změnami v sezónnosti nebo intenzitě srážek (Ackerman & Stanton, 2015).

S rostoucí environmentální legislativou obecně a rostoucím všeobecným zájmem o životní prostředí se nyní uznává důležitost dobrého environmentálního managementu v zemědělství. Přestože zemědělský průmysl tyto výzvy přijímá pomalu, objevuje se dobrovolný posun směrem k lepšímu environmentálnímu řízení v zemědělství. Hlavní oblasti dopadu spojené se zemědělstvím jsou většinou pesticidy, sloučeniny dusíku; odpady hospodářských zvířat; a eroze půdy a související ztráty živin. Dopady na životní prostředí nejsou pouze ty, které lze měřit chemicky nebo biochemicky. Existují také vizuální/estetické dopady, jako je vzhled krajiny, a socioekonomické aspekty, jako jsou důsledky pro venkovské komunity, které je obtížnější kvantifikovat (Skinner et al., 1997).

Shoda v tom, jak by měla být udržitelnost interpretována nebo přesně definována, natož měřena, se hledá obtížně. Zvyšující se povědomí o dopadu konvenčních zemědělských systémů na životní prostředí však vedlo k posunu směrem ke všem alternativám, které výslovně uznávají externality zemědělských systémů (např. dopad pesticidů na volně žijící zvířata nebo hnojiv na zásoby vody) a snaží se je minimalizovat změny v systému hospodaření. Organický (biologický/ekologický) přístup není jedinou alternativou ke konvenčním výrobním systémům, které jsou v současnosti prosazovány. Systémy s nižším vstupem a organické systémy jsou zahrnuty pod nadpisy udržitelné a alternativní. Udržitelné zemědělství s nízkými vstupy (LISA) získalo v USA značné finanční prostředky na výzkum a podporu. Klíčovým faktorem odlišujícím LISA od ekologického zemědělství je snížení používání, ale nikoli eliminace určitých chemických vstupů. Hlavním faktorem, který odlišuje ekologické zemědělství od jiných přístupů k udržitelnému zemědělství, je však existence produkčních standardů, certifikačních postupů a v mnoha zemích i legislativního základu, který jasně odděluje ekologické a jiné systémy zemědělství, především pro marketingové účely (Stockdale et al., 2001).

Vliv Zemědělství na Životní Prostředí

Navzdory neustálým technologickým změnám zůstává naše společnost podmíněna krajinou, klimatem, hydrologií, půdou a organismy (Martini & Chesworth, 2010). Interakce a závislost na krajině je tím nejzákladnějším faktorem, který je třeba brát v úvahu při zvažování možnosti udržitelného rozvoje, protože dnešní management krajiny rozhodně udržitelný není. Potraviny jsou základním problémem, kterému dnes čelíme a budeme mu čelit i za několik desetiletí. V posledních tisících letech byl problém s potravinami vyřešen přeměnou lesů, pastvin a mokřadů na ornou půdu a intenzifikací zemědělské výroby.

Pěstování rostlin je jediným možným zdrojem potravy pro člověka. S růstem populace se budou i nadále zvyšovat nároky na zásobování potravinami, což bude pravděpodobně znamenat nárůst zemědělských vstupů, což nevyhnutelně vytvoří z pohledu zemědělství ještě větší ekologické problémy, než jaké známe dnes. I když je zemědělství pro život člověka nepostradatelné, způsob zacházení s přírodou bude za pár let čelit velké výzvě. Zejména proto, že bude nutné omezit tlak představovaný emisemi oxidu uhličitého, degradací biodiverzity a ztrátou vody, způsobenou intenzivním zemědělstvím (Bouma & McBratney, 2013).

Rozšíření Zemědělské Oblasti

Rozšiřování zemědělských ploch pěstováním je dnes stále obtížnější. Za posledních 50 let se produkce zvýšila především intenzifikací na jednotku půdy v kombinaci s relativně pomalu rostoucí půdou (Alston & Pardey, 2014). Naprostá většina oblastí v mírných pásmech je již využívána pro zemědělské účely a odlesňování, zejména kácení deštných pralesů pro výrobu sóji nebo palmového oleje, má zásadní a nepopiratelné důsledky pro životní prostředí ve smyslu ztráty biologické rozmanitosti a globálního oteplování.

Degradace Půdy

Půda je základní jednotkou ekologického systému a je z velké části neobnovitelným zdrojem. Jeho degradace je však bohužel trvalým a stálým společníkem zemědělství a jedním z jeho nejzávažnějších ekologických problémů. Největší příčinou degradace půdy jsou monokultury, těžba nerostů, nekontrolovaná pastva, odlesňování, nevhodné zpracování půdy, vodní eroze a nesprávná aplikace agrochemikálií. Jedním z řešení, jak zabránit degradaci půdy, je zalesňování orné půdy nebo přechod z orné půdy na louky, ovšem ve stavu, kdy se zvyšuje poptávka po mase (Johnson & Villumsen, 2018).

Poptávka po masných výrobcích

Za posledních 50 let se celosvětová spotřeba masa na osobu zdvojnásobila z cca 20 kg na osobu a rok v roce 1960, v roce 2011 byla spotřeba masa již více než dvojnásobná a pro rok 2050 je předpoklad více než 50 kg na osobu. za rok (Alexandratos & Bruinsma, 2012). Tento problém se bude časem zhoršovat, jak se bude zvyšovat populace a příjmy. Spotřeba masa, vajec a mléčných výrobků pravděpodobně vzroste, což bude tlačit na půdu, aby pěstovala více kukuřice, sóji a dalších plodin potřebných ke krmení dobytka. Například v Číně dramaticky vzrostla produkce a spotřeba vepřového masa. Ve srovnání s rokem 1979 vzrostla spotřeba vepřového masa na obyvatele Číny v průměru pětkrát. Tato poptávka sama o sobě v Číně vedla k záboru lesů a jejich přeměně na ornou půdu a masivní přeměně pastvin na ornou půdu v Argentině, což vytvořilo velmi vysoký tlak na samotnou půdu a její degradaci, kde je tak významný a rozsáhlý změny nelze dlouhodobě udržet.

Adaptace na změnu klimatu v rostlinné výrobě

Na začátku je velmi důležité zachovat přísnou definici adaptace. Vhodná definice může být následující: akce, která snižuje negativní nebo posiluje pozitivní dopady změny klimatu (Lobell, 2014). Pozitivní a negativní aspekty jsou především kolísání teplot a kolísání srážkových období, které jsou zásadními indikátory zátěže životního prostředí. Kolísání počasí má společně pozitivní a negativní výsledky, ale negativní účinky jsou více podnětné (Raza et al., 2019). Široký a různorodý zájem o adaptaci nevyhnutelně vyústil v mnoho různých pracovních definic adaptace na klima. Mezivládní panel pro změnu klimatu (IPCC) definuje adaptaci jako přizpůsobení přírodních nebo lidských systémů v reakci na skutečné nebo očekávané klimatické stimuly nebo jejich účinky, které zmírňují škody nebo využívají prospěšné příležitosti. Adaptaci na změnu klimatu lze také definovat jako jakoukoli akci, která zlepšuje blahobyt společnosti natolik, aby kompenzovala ztráty související se změnou klimatu. Fatálním problémem širokých definic je však to, že ztrácejí veškerý význam pro klíčový účel definice přizpůsobení, kterým je posouzení dopadů emisí skleníkových plynů (Lobell, 2014).

I malá změna klimatu je pro zemědělství problematická. Například v průmyslu lze v reakci na změnu klimatu implementovat relativně rychlé řešení, ale zemědělství je zásadně odlišné. Zemědělství zahrnuje přírodní procesy, které často vyžadují pevné poměry živin, teploty, srážky a další podmínky. Ekosystémy neuzavírají vyjednávání se svými dodavateli a obecně nepřecházejí na výrobu stejných rostlin z různých vstupů. Po celém světě bylo zemědělství optimalizováno na místní klimatické podmínky prostřednictvím desetiletí pokusů a omylů. Podmínky potřebné k tomu, aby plodiny vzkvétaly, zahrnují preferované rozsahy průměrné teploty a srážek a jemnější detaily načasování a extrémních hodnot (Ackerman & Stanton, 2015). Mnoho potenciálních změn v zemědělském managementu a technologii, včetně posunů ve fenologii plodin a zlepšené odolnosti vůči suchu a horku, by pomohlo zlepšit produktivitu plodin, ale nemusí nutně představovat skutečné přizpůsobení (Lobell, 2014). Přizpůsobení se změně klimatu je nutné, ale nestačí. Bude-li oteplování pokračovat nezmenšeně, dosáhne úrovně, při které již adaptace není možná, během několika desetiletí. Jakékoli dlouhodobé řešení musí zahrnovat rychlé snížení emisí, aby se omezil budoucí rozsah změny klimatu (Ackerman & Stanton, 2015).

Produktivita v rostlinné výrobě a úroveň výnosu jsou zásadní. Výnos a produkce plodin jsou samozřejmě jen dvě z mnoha možných ukazatelů dopadu. Široký zájem mají také širší metriky, které berou v úvahu sociální nebo ekonomické výsledky. V těchto případech by každá změna, která zlepšuje celkové bohatství a snižuje zranitelnost vůči příjmovým šokům, mohla být věrohodně považována za klimaticky adaptivní (Lobell, 2014). Reakce na klimatickou krizi v zemědělství si vyžádá přizpůsobení prostřednictvím vytváření tepelně odolných plodin a kultivarů odolných vůči suchu a co nejrychlejšího snížení emisí skleníkových plynů, aby se omezily budoucí škody související s klimatem (Ackerman & Stanton, 2015). Akce, které skutečně snižují dopad, jsou v zemědělství poměrně vzácné a výrazně vzácnější, než se často prezentují nebo si myslí, že jsou (Lobell, 2014). Podle Reynoldse a Ortize (2010) nabízejí udržitelné a zdroje šetrné technologie hospodaření s plodinami několik významných výhod v rámci změny klimatu a zahrnují:

1. Praktiky, jako je omezení zpracování půdy v kombinaci se zadržováním zbytků plodin, mohou chránit plodiny před vážnými klimatickými jevy, například zvýšením sklizně vody a vyrovnáním nedostatku vody, který se bude s rostoucí globální teplotou prohlubovat.

2. Kromě toho zlepšením celkového prostředí pro růst kořenů tyto postupy umožňují optimálnější vyjádření genetického potenciálu vylepšených kultivarů, což pomáhá zacelit mezery ve výnosu, které již mohou existovat.

3. Diverzifikace pěstebních systémů pomáhá kontrolovat půdní choroby.

Mezi dlouhodobé výhody patří:

4. Snížené emise skleníkových plynů díky větší přesnosti při aplikaci dusíku a vody a také snížení spotřeby motorové nafty.

5. Robustnější půdy, které jsou méně náchylné k degradaci, i když změna klimatu zvyšuje potřebu intenzivnější kultivace ve stále produktivních oblastech.

Je zapotřebí důslednějšího zacházení s adaptací, aby bylo možné lépe informovat syntetická hodnocení dopadů změny klimatu a snadněji identifikovat inovace v zemědělství, které je v budoucích klimatických podmínkách skutečně efektivnější než v současných nebo minulých. Samozřejmě, že některé z nejlepších zemědělských inovací v nadcházejících dekádách nemusí mít žádné adaptační výhody, takže si zaslouží pozornost (Lobell, 2014). Dále, podle Reynoldse a Ortize (2010), lze ke zvýšení potravinové bezpečnosti implementovat následující technická řešení orientovaná na plodiny:

• uplatňování postupů obhospodařování plodin a půdy, které maximalizují udržitelnou produktivitu z daných přírodních zdrojů a umožňují realizaci plného genetického potenciálu kultivarů.

• implementace jak managementu, tak šlechtitelských strategií pro snížení emisí skleníkových plynů z pěstebních systémů – a tím zmírnění negativních dopadů zemědělství na změnu klimatu – jako je precizní aplikace vstupů a genetické zvýšení efektivity využití vstupů.

• šlechtění plodin s důrazem na rychlé nasazení linií přizpůsobených drsnějšímu prostředí očekávanému z modelů klimatických změn při současném zlepšení prahů genetického výnosu.

• systematické hodnocení genetických zdrojů pro lepší cílení jejich využití při šlechtění kultivarů.

• investice do charakterizace cílových agroekosystémů (s ohledem na kultivaci, klimatické, biotické a edafické faktory), aby bylo možné systematicky hodnotit různé modely genetické adaptace.

• integrované využití výzkumných technik (např. dálkové snímání pro přesné fenotypování, sítě polních operací, nejmodernější molekulární techniky atd.), které umožní přesnější propojení analýzy genomu s adaptivními reakcemi plodin.

• stanovení teoretických limitů účinnosti využívání zdrojů v systémech pěstování plodin (včetně živin, vody a světla), které pomohou stanovit realistické cíle výzkumu při odhadování potenciální produktivity v budoucích klimatických scénářích; to by mělo vzít v úvahu reakci plodin a potenciální adaptaci na extrémní klimatické jevy.

• monitorování a modelování šíření chorob a škůdců v reakci na klimatické faktory s cílem snížit ztráty na úrodě a snížit riziko epidemií; a

• zakládání výzkumných konsorcií, kde zájem na řešení společného problému spojuje doplňkové dovednosti a výzkumné platformy.

Stručně řečeno, rozdíl mezi současnými a dosažitelnými výnosy snižuje riziko katastrofálního nedostatku potravin (Reynolds & Ortiz, 2010). Potenciál přizpůsobení za účelem snížení negativních dopadů nebo posílení pozitivních dopadů změny klimatu je však předmětem širokého zájmu kvůli kvantifikaci rizik, aby bylo možné řádně vyhodnotit náklady a přínosy snížení emisí skleníkových plynů, a poté kvůli přání identifikovat akce a investice, které mohou pomoci zlepšit budoucí vyhlídky na produkci potravin a potravinovou bezpečnost (Lobell, 2014).

References:

Ackerman, F., & Stanton, E. A. (2015). Climate impacts on agriculture: a challenge to complacency?
Alexandratos, N., & Bruinsma, J. (2012). World agriculture towards 2030/2050: the 2012 revision.
Alston, J. M., & Pardey, P. G. (2014). Agriculture in the global economy. Journal of Economic Perspectives, 28(1), 121-46.
Aydinalp, C., & Cresser, M. S. (2008). The effects of global climate change on agriculture. American-Eurasian Journal of Agricultural & Environmental Sciences, 3(5), 672-676.
Bouma, J., & McBratney, A. (2013). Framing soils as an actor when dealing with wicked environmental problems. Geoderma, 200, 130-139.
Johnson, B., & Villumsen, G. (2018). Environmental aspects of natural resource-intensive development: the case of agriculture. Innovation and Development, 8(1), 167-188.
Lobell, D. B. (2014). Climate change adaptation in crop production: Beware of illusions. Global Food Security, 3(2), 72-76.
Malhi, G. S., Kaur, M., & Kaushik, P. (2021). Impact of climate change on agriculture and its mitigation strategies: A review. Sustainability, 13(3), 1318.
Martini, I. P., & Chesworth, W. (Eds.). (2010). Landscapes and Societies: selected cases (p. 310). Dordrecht: Springer.
Niggli, U., Schmid, H., & Fliessbach, A. (2008). Organic farming and climate change. International Trade Centre (ITC), Geneva.
Raza, A., Razzaq, A., Mehmood, S. S., Zou, X., Zhang, X., Lv, Y., & Xu, J. (2019). Impact of climate change on crop adaptation and strategies to tackle its outcome: A review. Plants, 8(2), 34.
Reynolds, M. P., & Ortiz, R. (2010). Adapting crops to climate change: a summary. Climate change and crop production, 1, 1.
Skinner, J. A., Lewis, K. A., Bardon, K. S., Tucker, P., Catt, J. A., & Chambers, B. J. (1997). An overview of the environmental impact of agriculture in the UK. Journal of Environmental Management, 50(2), 111-128.
Stockdale, E. A., Lampkin, N. H., Hovi, M., Keatinge, R., Lennartsson, E. K. M., Macdonald, D. W., ... & Watson, C. A. (2001). Agronomic and environmental implications of organic farming systems.