Strategie udržitelného zemědělství a systémy pěstování plodin odolné vůči klimatu

Intenzifikace zemědělské výroby, probíhající v minulém století v zemích současné Evropské unie, vážně zhoršila dnešní snahy o udržitelnost v zemědělském sektoru. Jedním z příkladů intenzifikace zemědělství může být nadměrný vstup živin do prostředí. Navzdory některým omezením souvisejícím s objemem aplikace hnojiv, které proběhly před několika lety, přetrvávají následky z intenzivního používání hnojiv do dnes [1]. Z pohledu hnojiv a živin v nich obsažených a z pohledu jejich vstupu do prostředí, je snížení jejich přebytku z hlediska zlepšení stavu životního prostředí jedním z nejzásadnějších problémů společné zemědělské politiky [2]. Ukazuje se, že ochranná opatření související s přechodem na ekologické zemědělství, kterými například jsou pestřejší osevní postupy, používání biologických pesticidních přípravků, konzervační zpracování půdy aj., zvyšují příjem hnojiv rostlinami [3] a snižují odtok povrchové vody, což je zásadní pro udržení živin v půdě a snížení potřeby dovážených hnojiv [4]. Díky tomu, že ekologické zemědělství je alternativní systém hospodaření na farmě, který kombinuje různá ochranná opatření a hnojení hnojem, přičemž zakazuje aplikaci minerálních hnojiv, mohou zemědělci zaznamenat zvýšení odolnosti jejich podniku vůči vnějším ekonomickým šokům, které mohou ceny minerálních hnojiv způsobovat nebo se úplně vyhnout jejich nedostatku.

Strategii udržitelného zemědělství významně ovlivňuje legislativa na regionální a Evropské úrovni. Většina těchto předpisů má formu závazných směrnic, které mohou mít silný vliv na přijetí a rozvoj strategií udržitelného zemědělství. Znalost aktuální legislativy je důležitá pro pochopení rozdílů v přístupech k udržitelnému zemědělství v Evropě oproti jiným oblastem. Je velmi důležité snažit se vytvářet strategie udržitelného rozvoje, protože klíčovými faktory pro určování růstu rostlin a jejich výnosnosti je teplota a dostupnost vody. To jsou faktory, které se s měnícím klimatem budou měnit také a jejich předpokládané změny nejsou optimistické. Klimatické změny, kterých se dnes lidstvo obává, mohou způsobit změny v dynamice invazivnosti škůdců, patogenů a plevelů, a to pouze k horšímu.

Nestabilita způsobená klimatem a počasím nepochybně ovlivní úroveň dodávek potravin a přístup k nim, změní sociální a ekonomickou stabilitu a regionální konkurenceschopnost. V tomto ohledu je adaptace považována za klíčový faktor, který bude utvářet budoucí závažnost dopadů změny klimatu na produkci potravin. Změna klimatu ovlivní produkci potravin po celém světě díky vyššímu tlaku plevelů [5], škůdců a patogenů [6]. Nejvíce diskutovatelnými, vzhledem ke změnám klimatu, jsou četnost extrémních jevů, jako jsou povodně, sucha, změny ve srážkách, teplotní rozdíly a s tím spojené změny v potravinových systémech v globálním měřítku patogenů [7]. Projev výše zmíněného je předpokládaný až ve druhé polovině 21. století, což nemění nic na důležitosti přijímat ochranná opatření už dnes a směřovat například právě ke strategiím udržitelného zemědělství a systémům pěstování plodin odolných vůči změnám klimatu.

Monokultury – Nemoderní Pěstování v Moderním Zemědělství

Velkým problémem dnešního zemědělství jsou monokultury, kdy se jejich podíl celosvětově stále zvyšuje. Asi 80 % z 1.5 miliardy hektarů slouží právě pro účely monokultur několik obilovin a několika druhům zvířat. Samotná pšenice, kukuřice, rýže a brambory představují zhruba 60 % světových zdrojů rostlinné potravy a pouhých 14 druhů zvířat poskytuje 90 % všech živočišných bílkovin [8]. Rozmanitost plodin na jednotku orné půdy se dnes stále zmenšuje.

Dobrým příkladem, že monokultury nejsou vhodné řešení dnešního moderního zemědělství je například epidemie plísně kukuřičné (Helminthosporium maydis) v USA v roce 1970. Epidemie plísně listů kukuřice v USA měla za následek ztrátu úrody odhadovanou na 15% snížení výnosu kukuřice nebo ztrátu jedné miliardy dolarů [9]. Epidemie v USA není jediným příkladem, který dokazuje snížení rozmanitosti pěstovaných rostlin a jak toto snížení ohrožuje světovou produkci potravin [10]. Irský hladomor brambor, mezi lety 1845 a 1852 byl důsledkem rozsáhlé výsadby geneticky jednotného klonu (jediné odrůdy zvané Lumpers) a vypuknutí plísně bramborové (Phytophthora infestans), která způsobila 80% snížení výnosu. V důsledku toho miliony Irů zemřely hlady a další dva miliony emigrovaly. Velký bengálský hladomor v Indii v roce 1943 byl způsoben ničivou nemocí (Cochliobolus miyabeanus), která téměř zničila produkci rýže. Před více než stoletím ve Francii, byla réva vinná zcela vyhubena Phylloxera vertifoliae, dokud nebyl z USA zaveden odolný kultivar [11].

Tradiční Zemědělství jako Cesta k Diverzifikaci a Udržitelnosti Standardů

V mnoha rozvojových zemích stále přetrvává tradiční zemědělství, tedy zemědělství, které využívá postupy, metody a techniky, které se dědí z generace na generaci a často zahrnují velké množství ruční práce a používání jednodušších nástrojů, které pomáhají zlepšovat biodiverzitu a podporují odolnost agroekosystémů [12]. Například při neustálém vyrovnávání se s extrémními povětrnostními jevy a proměnlivostí klimatu, zemědělci žijící v Africe, Asii a Latinské Americe vyvinuli a/nebo zdědili složité zemědělské systémy řízené důmyslným způsobem. Tyto systémy umožnily malým farmářským rodinám uspokojit své existenční potřeby uprostřed proměnlivosti prostředí bez závislosti na moderních zemědělských technologiích [13].

V dnešní době se i přes všeobecnou modernizaci zemědělství vyskytuje stále častěji trend ekologického zemědělství, diverzifikace zemědělské produkce, kladení důrazu na biodiverzitu a minimalizování vstupů do systému, což dává těmto ekysostémům odolnost vůči enviromentálním a ekonomickým změnám [14]. Mezi strategie, které umožní v následujících letech zachovat zemědělskou produkci, zvýšit její rezistentnost vůči klimatickým změnám, patogenům a škůdcům patří ochrana a obnova ekosystémů, udržitelné využívání půdních a vodních zdrojů, agrolesnictví, diversifikace hospodaření, úpravy pěstitelských postupů a zařazování plodin odolných vůči stresu [15].

Biodiverzita v Agroekosystému

Úroveň stávající biodiverzity může znamenat rozdíl mezi tím, zda je systém zatížen stresem nebo je vůči stresu do jisté míry odolný. Aby agroekosytém mohl fungovat a mohl poskytovat enviromentální služby je nezbytné, aby množství organismů v daném agroekostému bylo rozmanité [16]. Pokud agroekosytém nedisponuje vysokou biodiverzitou, snižuje se jeho schopnost reagovat na vnější změny [17]. V agroekosystému lze rozlišit dva druhy biodiverzity, a to sice funkční diverzitu, která se týká rozmanitosti organismů a ekosystémových služeb, které poskytuje, což zajišťuje jeho fungování [18]. Druhou je diverzita, která utváří rozmanitost v reakcích na změnu prostředí mezi druhy a tyto druhy mají stejnou funkci v agroekosytému a tím zajišťují jeho funkci. Pokud agroekosystém obsahuje oba druhy těchto diverzit, lze předpokládat, že bude odolný vůči vnějším vlivům [19]. Biodiverzita, poskytuje veliké množství ekosystémových služeb nad rámec produkce potravin, včetně recyklace živin, regulace mikroklimatu a hydrologických procesů, potlačení nežádoucích organismů či fytoremediace. Protože procesy obnovy zprostředkované biodiverzitou a ekosystémové služby jsou z velké části biologické, jejich přetrvávání závisí na zachování biologické integrity a diverzity v agroekosystémech.

Výzvy a strategie pro udržitelné zemědělství

Zemědělská expanze a intenzifikace mají hluboký vliv i na naši atmosféru. Tyto atmosférické změny, resp. změna klimatu ovlivní globální potravinovou bezpečnost [20]. Před začátkem 19. století se koncentrace CO₂ pohybovala kolem 250 ppm nebo níže. V roce 2013 se pak průběžně koncentrace zvyšovala na úroveň cca 400 ppm (obrázek 2d). Vzhledem k tomu, že emise CO₂ jsou hlavním přispěvatelem skleníkového efektu, průměrná globální teplota se od roku 1850 zvýšila o více než 1 °C (obrázek 2e). Pokud zhoršování stavu klimatu nebude kontrolováno, může se stát nevratným a tento stav se bude nadále zhoršovat, zejména díky vyšší četnosti lesních požárů, které bude vyplývat i ze stále se zvyšující teploty. Následkem stále se zvyšující teploty bude rychlejší tání ledovců v Arktidě, což následně povede ke zvýšení emisí CO₂ a dalšímu zvyšování teploty. I když tání ledovců přímo nepřispívá ke zvýšení emisí CO₂, může nepřímo ke zvýšení emisí přispět. Když ledovce tají, uvolňují velké množství sladké vody do okolních oceánů. Tento příliv sladké vody může narušit cirkulační vzorce oceánu, což zase může změnit distribuci živin a uhlíku v oceánu. Narušení oceánské cirkulace může vést ke snížení množství oxidu uhličitého, který je oceán schopen absorbovat z atmosféry. To zase může vést ke zvýšení koncentrace CO₂ v atmosféře, což přispívá ke změně klimatu.

Toto oteplování bude způsobovat špatné rozložení srážek, zhoršující se záplavy a sucha a v některých oblastech bude škodlivě působit na růst plodin, jako například snížení klíčivosti a množení semen, větší výskyt chorob a škůdců [20], [21], [22].

Obrázek 1. Použití hnojiv, vody a pesticidů a změny životního prostředí v historii [23].

1. Spotřeba dusíkatých, fosfátových a draselných hnojiv

2. Spotřeba vody

3. Spotřeba pesticidů

4. Změny koncentrace CO₂

5. Globální průměrné teploty

Požadavky na udržitelné zemědělství

Agroekologie jako koncept má v současnosti největší potenciál k zabezpečení přístupu k realizaci práva na přiměřené potraviny, jako je dostupnost, přístupnost, přiměřenost a udržitelnost potravin. Zemědělství také nesmí ohrozit schopnost uspokojovat budoucí potřeby na úkor biologické rozmanitosti a přírodních zdrojů. Zemědělství se musí rozvíjet takovým způsobem, který zvýší příjmy drobných zemědělců a spotřebitelů z chudších poměrů, protože hlad je způsobený zejména chudobou, a ne nedostatkem potravin. Jediným systémem, který bude do budoucna schopen čelit všem dnešním začínajícím problémům, spojených zejména s klimatem, bude systém, který bude zaměřený na vysokou úroveň diverzity, produktivity a efektivity [24]. Takový systém bude vzhledem ke stále dražším vstupům (např. v podobě pohonných hmot či agrochemie), neustálým omezováním dodávek dusíku a s rychle měnícím se klimatem stále těžší vytvořit. Tato velká výzva, která se stává čím dál více reálnou bude muset být, nejspíš vyřešena pomocí nových technologií, které budou šetrné k životnímu prostředí a budou také zohledňovat neustále se zmenšující plochy orné půdy. Jednou z možností, jak do budoucna postupovat je zvýšit efektivitu produkce dle obrázku 2.

Obrázek 2. Agroekosystémy budoucnosti [24].

Transformace zemědělské výroby, aby nejen vytvářela hojné množství potravin, ale aby se zejména stala hlavním přispěvatelem globální ochrany a biologické rozmanitosti je jednou z největších výzev 21.století [25].

Standardy udržitelného rozvoje

Průkopnické, co se udržitelnosti týká, jsou například koncepty, které přijali společnost Iniveler, BLobal Bioenergy Partnership a Rainforest Aliance., kdy společnost Unilever přijmula řadu opatření, týkajících se zásad udržitelnosti zemědělství a od svých dodavatelů požaduje, aby tyto zásady dodržovali [26].

Další iniciativy, které mají za cíl vytvořit společný celek, zahrnující ekonomické, enviromentální a sociální metriky, protože díky údajům z těchto odvětví bude možné zjistit, zda daný zemědělský systém je opravdu řízený udržitelným způsobem jsou Global Bioenergy Partnership [27]. Hlavním požadavkem této iniciativy je najít v podniku způsoby, jak implementovat plán udržitelnosti a zároveň jak zhodnotit cíle a použité metody, které v podniku fungují napříč enviromentální a ekonomické sféry.

Používání standardů a následně jejich kontroly, kdy kontroly nemusí provádět stát, ale přímo odběratel formou auditů, mohou podporovat udržitelnost zemědělství a odolnost daného agroekosytému [25].

Například Rainforest Alliance [28] vyvinula řadu norem, které pokrývají environmentální, sociální, pracovní a agronomické řízení farem. Certifikace Rainforest Alliance je postavena na třech pilířích udržitelnosti: ochraně životního prostředí, sociální spravedlnosti a ekonomické životaschopnosti. Mezi trendy očekávané na farmách v tropických oblastech, které dodržují standardy, patří menší eroze půdy, snížení znečištění a vzniku odpadu, lepší stanoviště pro volně žijící zvířata, snížené ohrožení lidského zdraví a zlepšené podmínky pro pracovníky.

Zelené zemědělství jako klíč k udržitelnosti

Existuje mnoho způsobů, jak dosáhnout nových modelů biologicky rozmanitého, odolného, produktivního a na zdroje efektivního zemědělství, kterými jsou například:

1. Používání ochranných způsobů zahrnující minimální nebo žádnou orbu

2. Udržitelně intenzifikace (zvyšovat výnosnost a efektivitu produkce

3. Přechod na ekologické zemědělství

4. Využívání agroekologických systémů, viz. Tabulka 1

Toto jsou pouze některé z možných způsobů, jak bojovat v zemědělství se změnou klimatu a každý zemědělec, který některý z výše uvedených způsobů aplikuje ve svém podniku přispívá k lepší budoucnosti všech obyvatel ve všech zemích.

Tyto způsoby hospodaření jsou si v principech podobné, ale metodicky se velmi liší, jako například vysoké versus nízké vstupy do půdy, zemědělství řízené trhem versus zemědělství neřízené trhem, velké plochy monokultur versus biologicky rozmanité malé farmy.

Tabulka 1 popisuje řadu atributů, které by měl zemědělský systém obsahovat, aby mohl být vůbec považovaný za dlouhodobě udržitelný. Nicméně, způsobů, jak zemědělské systémy hodnotit v rámci udržitelnosti je mnoho. Základem musí být se na atributech pro hodnocení udržitelnosti shodnout a uplatňovat je ve všech systémech, které o udržitelnost stojí.

Tabulka 1. Základní atributy udržitelného zemědělství [25].

Strategie udržitelnosti

Strategie udržitelnosti by mohla být teoreticky lehce dosažitelná, nebo by bylo možné se k ní poměrně blízko přiblížit. Zachovat možnost pro každého obyvatele na světě si potraviny pořídit, by přitom nemuselo být nikterak složité. Pokud by odběratelé, zejména ti největší, požadovali po svých dodavatelích, tedy v tomto případě zemědělcích, dodržování specifických zásad, pravidel a principů při zachování cen, bylo by možné dosáhnout udržitelnosti zemědělství rychleji, než je tomu dodnes, Nicméně, ideální by bylo, pokud by část standardů stanovila vláda daného státu, nebo státní uskupení, čímž by byla zajištěna unifikace všech zapojených zemědělců, přesně jako je tomu u ekologického zemědělství. Samozřejmě je velmi důležité vzdělávat populaci v problematice dnešního zemědělství, protože v momentě, kdy populace bude velmi dobře seznámená s touto problematikou, vzbudí to zájem po regulované produkci a produktech pocházejících z udržitelných systémů hospodaření. Stejně jako jsou vegan výrobky, mohly by být stejně anebo více žádané i tyto produkty pocházející z udržitelné produkce.

Použitá literatura

1. European Environment Agency. (2018). Agricultural Land: Nitrogen Balance. Available online: https://www.eea.europa.eu/airs/2018/natural-capital/agricultural-land-nitrogen-balance#tab-based-on-indicators (accessed on 26 March 2020).

2. European Commission. (2020). The Common Agricultural Policy at a Glance. Available online: https://ec.europa.eu/info/food-farming-fisheries/key-policies/common-agricultural-policy/cap-glance_en (accessed on 26 March 2020).

3. Alam, M. K., Bell, R. W., Salahin, N., Pathan, S., Mondol, A. T. M. A. I., Alam, M. J., ... & Shil, N. C. (2018). Banding of fertilizer improves phosphorus acquisition and yield of zero tillage maize by concentrating phosphorus in surface soil. Sustainability, 10(9), 3234.

4. Edmeades, D. C. (2003). The long-term effects of manures and fertilisers on soil productivity and quality: a review. Nutrient cycling in Agroecosystems, 66(2), 165-180.

5. IPCC. (2014). Climate Change 2014: Impacts, Adaptation and Vulnerability. IPCC Special Report, WGII.

6. Lobell, D. B., Schlenker, W., & Costa-Roberts, J. (2011). Climate trends and global crop production since 1980. Science, 333(6042), 616-620. https://doi.org/10.1126/science.1204531

7. Adams, R. M., Hurd, B. H., Lenhart, S., & Leary, N. (1998). Effects of global climate change on agriculture: An interpretative review. Climatic Research, 11(1), 19-30.

8. Vigouroux, Y., Barnaud, A., Scarcelli, N., & Thuillet, A. C. (2011). Biodiversity, evolution and adaptation of cultivated crops. Comptes Rendus Biologies, 334(5-6), 450-457.

9. Heinemann, J. A., Massaro, M., Coray, D. S., Agapito-Tenfen, S. Z., & Wen, J. D. (2014). Sustainability and innovation in staple crop production in the US Midwest. International Journal of Agricultural Sustainability, 12(1), 71-88. https://doi.org/10.1080/14735903.2013.806408

10. Altieri, M. A. (1999). The ecological role of biodiversity in agroecosystems. In Invertebrate Biodiversity as Bioindicators of Sustainable Landscapes

11. Thrupp, L. A. (1998). Cultivating diversity: agrobiodiversity and food security. World Resources Institute.

12. Koohafkan, P., & Altieri, M. A. (2010). Globally Important Agricultural Heritage Systems: a legacy for the future UN-FAO.

13. Denevan, W. M. (1995). Prehistoric agricultural methods as models for sustainability. In R. M. C. Netting (Ed.), Smallholders, householders: Farm families and the ecology of intensive, sustainable agriculture (pp. 21-43). Stanford University Press.

14. Netting, R. M. C. (1993). Smallholders, householders: Farm families and the ecology of intensive, sustainable agriculture. Stanford University Press.

15. Mijatović, D., Van Oudenhoven, F., Eyzaguirre, P., & Hodgkin, T. (2013). The role of agricultural biodiversity in strengthening resilience to climate change: towards an analytical framework. International Journal of Agricultural Sustainability, 11(2), 95-107.

16. Altieri, M., & Nicholls, C. (2004). Biodiversity and pest management in agroecosystems. CRC Press.

17. Folke, C. (2006). Resilience: The emergence of a perspective for social-ecological systems analyses. Global Environmental Change, 16(3), 253-267.

18. Loreau, M., Naeem, S., Inchausti, P., Bengtsson, J., Grime, J. P., Hector, A., ... & Wardle, D. A. (2001). Biodiversity and ecosystem functioning: current knowledge and future challenges. Science, 294(5543), 804-808.

19. Cabell, J. F., & Oelofse, M. (2012). An indicator framework for assessing agroecosystem resilience. Ecology and Society, 17(1), 18.

20. Wheeler, T., & Von Braun, J. (2013). Climate change impacts on global food security. Science, 341(6145), 508-513.

21. Lobell, D. B., & Gourdji, S. M. (2012). The influence of climate change on global crop productivity. Plant Physiology, 160(4), 1686-1697.

22. Taiz, L. (2013). Agriculture, plant physiology, and human population growth: past, present, and future. Theoretical and Experimental Plant Physiology, 25, 167-181.

23. Tian, Z., Wang, J. W., Li, J., & Han, B. (2021). Designing future crops: challenges and strategies for sustainable agriculture. The Plant Journal, 105(5), 1165-1178.

24. Funes-Monzote, F. R. (2009). Agricultura con futuro. La alternativa agroecológica para Cuba. Est. Exp. Pastos y Forrajes Indio Hatuey. Matanzas. 156p.

25. Koohafkan, P., Altieri, M. A., & Gimenez, E. H. (2012). Green agriculture: foundations for biodiverse, resilient and productive agricultural systems. International Journal of Agricultural Sustainability, 10(1), 61-75.

26. Pretty, J., Smith, G., Goulding, K. W. T., Groves, S. J., Henderson, I., Hine, R. E., ... & Walter, C. (2008). Multi-year assessment

27. Global Bioenergy Partnership. (2010). Bioenergy and food security. Retrieved from www.globalbioenergy.org/bioenergyinfo/bioenergy-and-food-security/en/

28. Rainforest Alliance. (2007). Our work in sustainable agriculture. Retrieved from www.rainforest-alliance.org/work/agriculture