Nepřímý dopad změny klimatu na hospodářskou produkci: kvalita pící, vody, sezónní variace a extrémní klimatické události

Různé scénáře změny klimatu předpovídají zvýšení teploty o 1,1 °C až 6,4 °C do konce tohoto století [1]. Spolu s globálním oteplováním představují potenciální nebezpečí pro zajištění potravy a vody v chovech hospodářských zvířat změny srážkového režimu a stále častější extrémní klimatické jevy. Kromě přímých dopadů diskutovaných v předchozí kapitole je třeba vzít v úvahu i nepřímé dopady změny klimatu na úrodnost a degradaci půdy, dostupnost vody, výnos, kvalitu a dostupnost krmiva a šíření patogenů.

Kvalita píce

Přiměřená výživa je nezbytná pro zdraví zvířat, žádoucí růst, produkci a reprodukci. Nárůsty atmosférického CO₂ a teploty v rámci klimatických změn mění množství a kvalitu píce, přičemž intenzita těchto změn závisí na systému chovu zvířat, lokalitě a druhu [2]. Kromě výše uvedeného jsou významnými ovlivňujícími faktory vzorce srážek, extrémní klimatické jevy, kolísání výroby a zásobování vodou.

O přímém dopadu změny klimatu na výživu hospodářských zvířat (příjem potravy a trávicí procesy) již bylo diskutováno. Nepřímo může změna klimatu ovlivnit výživu hospodářských zvířat prostřednictvím změn fyzikálních a chemických vlastností rostlin, které jsou součástí krmiva pro hospodářská zvířata. Tímto způsobem klimatické změny ovlivňují i kvalitu krmiv pro hospodářská zvířata (obiloviny a objemná krmiva). V závislosti na stupni oteplení a závažnosti sucha reagují rostliny na tepelný stres různými způsoby fyzikálně a chemicky. Kyselá a neutrální detergentní vláknina, hrubý protein, dusík, ve vodě rozpustné sacharidy a minerály (Ca, P, Mg, K) jsou typické nutriční parametry, které se berou v úvahu při diskuzi o kvalitě píce [3].

Změny koncentrací dusíku a ve vodě rozpustných sacharidů jsou ovlivněny suchými podmínkami a vysokými teplotami [4]. Extrémní povětrnostní podmínky způsobují předčasné stárnutí tkáně, což může dramaticky snížit kvalitu píce. Konkrétně rostliny rychleji dospívají a obsah vody v jejich pletivech se rychleji snižuje i při mírném tepelném stresu. Lignifikace a zvýšení poměru stonku a listu negativně ovlivňují stravitelnost a kvalitu píce. Lee a kol. [5] varují, že zvýšení teploty snižuje nutriční hodnotu krmiva pro zvířata, což může mít za následek vyšší produkci metanu. Za určitých okolností (vyšší hodnoty CO₂) však může být vliv vysokých teplot obrácen, to znamená, že se může zvýšit stravitelnost, což ukazuje na složitost interakce mezi klimatickými faktory [6-7]. Obrázek 1 ukazuje průměrný vliv zvýšeného CO₂ na hlavní ukazatele kvality píce v různých skupinách rostlin [7].

Literatura, která zkoumá dopad změny klimatu na rostlinnou produkci, je velmi rozsáhlá, ale zvláštním aspektem jsou dopady změny klimatu, které se odrážejí výhradně na poskytování krmiva spotřebovaného hospodářskými zvířaty.

Pícniny lze definovat jako „jedlé části rostlin, které mohou poskytovat potravu pro pasoucí se zvířata nebo které lze sklízet jako potravu“ [8]. Luštěniny a trávy tvoří dva hlavní typy pícnin. Na základě anatomie listů lze rostliny rozdělit na skupiny chladného období (C3) a teplého období (C4) [9]. Bylo zjištěno, že CO₂ ovlivňuje růst plodin. Zatímco výnosy plodin C4 (kukuřice a čirok) nemusí přímo reagovat na zvýšené množství CO₂, ale mohou nepřímo těžit ze sucha, výnosy plodin C3 (sója a pšenice) se při zvýšených koncentracích CO₂ zlepšují. Dalšími klimatickými proměnnými, které ovlivňují dostupnost krmiva, jsou srážky, teplota a extrémní povětrnostní podmínky, jako je sucho. U rýže, sóji, čiroku a kukuřice je výhodnější více deště [10-11]. Nárůst teploty více upřednostňují druhy C4, tyto výhody se však liší podle lokality, rostlinných druhů a technologie výroby [12].

Sucho způsobuje výrazné snížení výnosů zejména v teplých oblastech. Nedávný výzkum v Evropě ukázal, že stres ze sucha je hlavní příčinou ztrát kukuřice a ozimé pšenice, zejména v letech s nízkým výnosem [13]. Je obtížné oddělit účinky těchto klimatických podmínek na růst vegetace, protože se často kombinují. Zatímco například vyšší teploty ve vyšších zeměpisných šířkách mohou zvýšit adaptabilitu plodin a prodloužit vegetační období, vyšší teploty v nižších zeměpisných šířkách mohou souviset s vodním stresem.

Kromě toho, že vyšší teploty a sušší podmínky zvýhodňují druhy C4, mohou u některých rostlin způsobit i zvýšenou toxicitu. Také zvýšená koncentrace CO₂ v některých rostlinách může snížit koncentraci bílkovin a minerálů, zatímco u některých může způsobit větší toxicitu. Nebezpečí zvýšených hodnot CO₂ je také ve zvýhodňování C3 rostlin a šíření stromů na úkor trav [14].

Rozmístění biomů a složení travních porostů a pastvin výrazně mění nárůst průměrné teploty. Kratší intervaly růstu pastvin mohou být důsledkem změn ve vzorcích srážek a častějších such. Podle několika výzkumů kolísání teploty, koncentrace CO₂ a ukládání dusíku snižuje produktivitu pastvy [15].

Kromě toho jsou systémy pastvin zvláště citlivé na změnu klimatu kvůli omezeným možnostem přizpůsobení. Zejména v suchých a polosuchých pastevních systémech se očekává, že zvýšené teploty a také méně srážek sníží výnosy pastvin a zhorší degradaci půdy [16, 17].

Voda

Vody je všude nedostatek a závažnost nedostatku vody se liší podle její dostupnosti a poptávky. Zemědělství je s podílem 69 % největším samostatným spotřebitelem vody na planetě [17]. Voda se používá v živočišném průmyslu pro spotřebu zvířat, výrobu krmiv a zpracování produktů. Přibližně 22 % celkové světové evapotranspirace ze zemědělské půdy a 41 % celkové spotřeby vody je způsobeno chovem zvířat [18]. S rostoucí lidskou populací a rostoucí poptávkou po živočišných produktech se nedostatek vody pravděpodobně stane stále důležitějším omezujícím faktorem zemědělské výroby.

Předpokládá se, že dostupnost vody a spotřeba vody pro hospodářská zvířata se v důsledku změny klimatu změní [19]. Zvýšení teploty pravděpodobně zvýší spotřebu vody na hlavu a hektar, stejně jako spotřebu vody na zavlažování [20].

Dalším problémem, který přináší zvyšující se hladiny moří, je odsolování vody [21]. V nadcházejících letech zesílí konkurence o vodu mezi hospodářskými zvířaty, plodinami a nezemědělským využitím, což si vyžádá vysoce účinné výrobní technologie pro řešení nedostatku vody [19].

Kromě kvantity existuje také obava o kvalitu surové vody, která se podle predikcí může také snížit [14]. To může být způsobeno rostoucími teplotami a hladinami moří nebo vyšší zátěží sedimentů, živin a znečišťujících látek z vydatných srážek. Špatná kvalita vody může snížit spotřebu vody a krmiva u zvířat a ohrozit jejich zdraví.

Sezónní variace a extrémní klimatické události

Sezónní vzorec a dostupnost zdrojů a plodin se může změnit v důsledku změny klimatu, což má další dopady na hospodářská zvířata. Dá se očekávat, že zvířata budou zažívat větší tepelný stres s tím, jak se frekvence a trvání vln veder zvyšuje. Podle Knee et al. [22], existují významné sezónní rozdíly v množství glykogenu v hovězích svalech. Zjistili, že lepší kvalita hovězího masa souvisí s chovem na jarních pastvinách bohatých na živiny ve srovnání s chovem na chudších letních pastvinách. Kromě toho může pastva a hospodaření s hospodářskými zvířaty čelit novým obtížím v důsledku změn v sezónních vzorcích nabídky píce. Produkce krmiv pro zvířata je ohrožena rostoucí hrozbou extrémního sucha, proto jsou k řešení takových extrémních událostí nutná adaptační opatření. Navíc změny v načasování tání sněhu mění vzorce dostupnosti vody v průběhu roku, což má také dopad na zásobování krmivem [23].

Nedávné výzkumy ukázaly, že vlny veder a sucha v kontinentální klimatické oblasti Panonské nížiny, která zasahuje do Maďarska, Srbska, Bulharska a Rumunska, mají obzvláště závažný dopad na přírodní pastviny. Stričević a kol. [24]. provedla prediktivní analýzu změny klimatu na pěti lokalitách v Srbsku pro dva vybrané scénáře emisí skleníkových plynů – RCP4.5 a RCP8.5. Získané výsledky naznačily, že v následujícím období bude vegetace přirozených travních porostů vystavena změnám klimatických podmínek, častým suchům a častým výskytům extrémně vysokých teplot (tabulka 1, obrázek 3).

Tabulka 1. Simulovaný počet dnů sucha na vybraných lokalitách v Srbsku [24]

To může vést k ohrožení přežití travních druhů rostlin, zejména druhů severního mírného podnebí, které jsou hlavními složkami a nositeli výnosu osetých trávníků pro produkci hrubozrnných pícnin na loukách a orných polích Srbska. Na druhé straně se tolerance k suchu vyvine přírodní diverzitou a šířením druhů odolných vůči vysokým teplotám a nedostatku vody, jako jsou plevele a méně kvalitní druhy.

Zde je důležité zmínit vliv, který mohou mít sezónní výkyvy a extrémní klimatické jevy na zvýšení nemocnosti a úmrtnosti hospodářských zvířat. Zejména dlouhotrvající sucha způsobují nedostatek vody a pastvy, což snižuje imunitu hospodářských zvířat proti infekčním chorobám. Honba za zdroji navíc spouští přesun pasoucích se zvířat do míst s vyšším nebezpečím infekčních chorob, jako jsou rezervace divoké zvěře. V tomto případě užší interakce mezi domácími a divokými zvířaty zvyšuje šanci na přenos onemocnění [25]. Také hospodářská zvířata mohou být vystavena riziku nových patogenů v důsledku zvýšeného kontaktu s volně žijícími zvířaty na pastvinách vzniklých odlesňováním a změnami ve využívání půdy [26].

Reference

1. Nardone, A., Ronchi, B., Lacetera, N., Ranieri, M. S., & Bernabucci U. (2010). Effects of climate changes on animal production and sustainability of livestock systems. Livest. Sci. 130, 57–69.

2. Rust, J. M. (2019). The impact of climate change on extensive and intensive livestock production systems. Anim. Front. 9, 20-25.

3. Collins, M., Nelson, C. J., Moore, K. J., & Barnes, R. F. (2017). Forages Volume 1: An Introduction to Crass/and Agriculture. John Wiley & Sons: Hoboken, NJ, USA, 432.

4. Hopkins, A., & Prado, A. D. (2007). Implications of climate change for grassland in Europe: Impacts, adaptations and mitigation options: A review. Grass Forage Sci. 62, 118-126.

5. Lee, M. A., Davis, A. P., Chagunda, M. G. G., & Manning, P. (2017). Forage quality declines with rising temperatures, with implications for livestock production and methane emissions. Biogeosciences 14, 1403-1417.

6. Picon-Cochard, C., Teyssonneyre, F., Besle J. M., & Soussana J. F. (2004). Effects of elevated CO2 and cutting frequency on the productivity and herbage quality of a semi-natural grassland. European Journal of Agronomy 20, 363–377.

7. Dumont, B., Andueza, D., Niderkorn, V., Luscher, A., Porqueddu, C., & Picon-Cochard, C. (2015). A meta-analysis of climate change effects on forage quality in grasslands: Specificities of mountain and Mediterranean areas. Grass Forage Sci. 70, 239-254.

8. Allen, V. G., Batello, C., Berretta, E. J., Hodgson, J., Kothmann, M., Li, X., Mclvor, J., Milne, J., Morris, C., Peeters, A., & Sanderson, M. (2011). An international terminology for grazing lands and grazing animals. Grass Forage Sci. 66, 2-28.

9. Pearcy, R. W., & Ehleringer, J. (1984). Comparative ecophysiology of C3 and C4 plants. Plant Cell Environ. 7, 1-13.

10. Cho, S. J., & McCarl, B. A. (2017). Climate change influences on crop mix shifts in the United States. Sci. Rep. 7, 40845.

11. Kukal, M. S., & Irmak, S. (2018). Climate-Driven Crop Yield and Yield Variability and Climate Change Impacts on the U.S. Great Plains Agricultural Production. Sci. Rep. 8, 3450.

12. Thornton, P. K., Van de Steeg, J., Notenbaert, A., & Herrero, M. (2009). The impacts of climate change on livestock and livestock systems in developing countries: A review of what we know and what we need to know. Agric. Syst. 101, 113-127.

13. Webber, H., Ewert, F., Olesen, J. E., Muller, C., Fronzek, S., Ruane, A. C., Bourgault, M., Martre, P., Ababaei, B., Bindi, M., Ferrise, R., Finger, R., Fodor, N., Gabaldón-Leal, C., Gaiser, T., Jabloun, M., Kersebaum, K. C., Lizaso, J. I., Lorite, I.J., . . . Wallach, D. (2018). Diverging importance of drought stress for maize and winter wheat in Europe. Nat. Commun. 9, 4249.

14. Godde, C. M., Mason-D’Croz, D., Mayberry, D., Thornton, P. K., & Herrero, M. (2021). Impacts of climate change on the livestock food supply chain; a review of the evidence. Global Food Security 28, 100488. https://doi.org/10.1016/j.gfs.2020.100488.

15. Hopkins, A., & Prado, A. D. (2007). Implications of climate change for grassland in Europe: Impacts, adaptations and mitigation options: A review. Grass Forage Sci. 62, 118-126.

16. Hoffman, M., & Vogel, C. (2008). Climate change impacts on African rangelands. Rangelands 30, 12-17.

17. Jack, A. A., Adegbeye, M. J., Reddy, P. R. K., Elghandour, M. M. M. Y., Salem, A. Z. M., & Adewumi, M. K. (2022). Ruminant Productivity Among Smallholders in a Changing Climate: Adaptation Strategies. In: M. Lackner, B. Sajjadi, W.Y. Chen (Eds.) Handbook of Climate Change Mitigation and Adaptation (pp. 1-41). Springer. Cham. https://doi.org/10.1007/978-3-030-72579-2_148

18. Heinke, J., Lannerstad, M., Gerten, D., Havlik, P., Herrero, M., Notenbaertn, A. M. O., Hoff, H., & Muller, C. (2020). Water Use in Global Livestock Production-Opportunities and Constraints for Increasing Water Productivity. Water Resour. Res. 56, e2019WR026995.

19. Cheng, M., McCarl, B., & Fei, C. (2022). Climate Change and Livestock Production: A Literature Review. Atmosphere 13, 140. https://doi.org/10.3390/atmos13010140

20. Fader, M., Shi, S., von Bloh, W., Bondeau, A., & Cramer, W. (2016). Mediterranean irrigation under climate change: More efficient irrigation needed to compensate for increases in irrigation water requirements. Hydro. Earth Syst. Sci. 20, 953-973.

21. Tully, K., Gedan, K., Epanchin-Niell, R., Strong, A., Bernhardt, E. S., BenDor, T., Mitchell, M., Kominoski, J., Jordan, T. E., Neubauer, S. C., & Weston, N. E. (2019). The invisible flood: The chemistry, ecology, and social implications of coastal saltwater intrusion. BioScience 69, 368-378.

22. Knee, B. W., Cummins, L. J., Walker, P., & Warner, R. (2004). Seasonal variation in muscle glycogen in beef steers. Aust. J. Exp. Agric. 44, 729-734.

23. Hajek, L. L., & Knapp, A. K. (2021). Shifting seasonal patterns of water availability: Ecosystem responses to an unappreciated dimension of climate change. N. Phytol. 233, 119-125.

24. Stričević, R., Simić, A., Vujadinović-Mandić, M., & Sokolović, D. R. (2021). Uticaj klimatskih promena na potrebe prirodnih travnjaka za vodom u Srbiji. Journal of Agricultural Sciences 66, 3, 291-307.

25. Pinto, J., Bonacic, C., Hamilton-West, C., Romero, J., & Lubroth, J. (2008). Climate change and animal diseases in South America. Revue Scientifique Et Technique 27, 2, 599-613.

26. Lubroth, J. (2012). Climate change and animal health. In A. Meybeck, J. Lankoski, S. Redfern, N. Azzu& V. Gitz, (Eds.) Building resilience for adaptation to climate change in the agriculture sector in Proceedings of a Joint FAO/OECD Workshop (pp. 63-70), Rome, Italy.