Impactul indirect al schimbărilor climatice asupra producției de animale: calitatea furajelor, apă, variații sezoniere și evenimente climatice extreme

Diferite scenarii privind schimbările climatice prevăd o creștere a temperaturii de la 1,1°C la 6,4°C până la sfârșitul acestui secol [1]. Alături de încălzirea globală, schimbările în regimul precipitațiilor și fenomenele climatice extreme tot mai frecvente reprezintă un potențial pericol pentru asigurarea hranei și a apei în creșterea animalelor de fermă. Pe lângă efectele directe discutate în capitolul anterior, trebuie luate în considerare și efectele indirecte ale schimbărilor climatice asupra fertilității și degradării solului, a disponibilității apei, a randamentului, calității și disponibilității furajelor, precum și a răspândirii agenților patogeni.

Calitatea furajelor

O nutriție adecvată este esențială pentru sănătatea animalelor, pentru creșterea, producția și reproducerea lor. Creșterile CO₂ atmosferic și ale temperaturii, ca parte a schimbărilor climatice, modifică cantitatea și calitatea furajelor, intensitatea acestor schimbări depinzând de sistemul de creștere a animalelor, de locație și de specie [2]. În plus față de cele menționate mai sus, factorii de influență semnificativi sunt modelele de precipitații, fenomenele climatice extreme, variațiile în producție și aprovizionarea cu apă.

Impactul direct al schimbărilor climatice asupra nutriției animalelor (aportul alimentar și procesele digestive) a fost deja discutat. Indirect, schimbările climatice pot afecta nutriția animalelor prin modificări ale caracteristicilor fizice și chimice ale plantelor care fac parte din hrana animalelor. În acest fel, schimbările climatice afectează și calitatea hranei pentru animale (cereale și furaje grosiere). În funcție de gradul de încălzire și de severitatea secetei, plantele răspunzând la stresul termic în moduri diferite din punct de vedere fizic și chimic. Fibrele detergente acide și neutre, proteina brută, azotul, carbohidrații solubili în apă și mineralele (Ca, P, Mg, K) sunt parametrii nutriționali tipici luați în considerare atunci când se discută despre calitatea furajelor [3].

Variațiile concentrațiilor de azot și de carbohidrați solubili în apă sunt influențate de condițiile de uscăciune și de temperaturile ridicate [4]. Condițiile meteorologice extreme determină îmbătrânirea prematură a țesuturilor, ceea ce poate scădea dramatic calitatea furajului. Mai exact, plantele se maturizează mai repede, iar conținutul de apă din țesuturile lor se reduce mai repede chiar și în condiții de stres termic ușor. Lignificarea și o creștere a raportului tulpină/frunză afectează în mod negativ digestibilitatea și calitatea furajului. Lee și colaboratorii [5] avertizează că o creștere a temperaturii reduce valoarea nutritivă a hranei pentru animale, ceea ce poate duce la o producție mai mare de metan. Cu toate acestea, în anumite circumstanțe (valori mai mari de CO₂), efectul temperaturilor ridicate poate fi inversat, adică digestibilitatea poate crește, ceea ce indică complexitatea interacțiunii dintre factorii climatici [6-7]. Figura 1 prezintă influența medie a CO₂ ridicat asupra principalilor indicatori ai calității furajului la diferite grupe de plante [7].

Literatura de specialitate care studiază impactul schimbărilor climatice asupra producției vegetale este foarte vastă, un aspect aparte reprezentându-l efectele schimbărilor climatice care se reflectă exclusiv asupra furnizării de furaje consumate de animale.

Furajul poate fi definit ca fiind „părțile comestibile ale plantelor care pot oferi hrană pentru animalele care pășunează sau care pot fi recoltate pentru hrană” [8]. Leguminoasele și ierburile constituie cele două tipuri principale de plante furajere. Pe baza anatomiei frunzelor, plantele pot fi împărțite în grupe de anotimpuri reci (C3) și calde (C4) [9]. S-a constatat că CO₂ afectează creșterea culturilor. În timp ce randamentele culturilor C4 (porumb și sorg) pot să nu răspundă direct la un nivel ridicat de CO₂, dar pot beneficia indirect de secetă, randamentele culturilor C3 (soia și grâu) se îmbunătățesc la concentrații crescute de CO₂. Precipitațiile, temperatura și condițiile meteorologice extreme, cum ar fi seceta, sunt alte variabile climatice care influențează disponibilitatea furajelor. Pentru orez, soia, sorg și porumb, mai multă ploaie este avantajoasă [10-11]. Creșterile de temperatură favorizează mai mult speciile C4, însă aceste beneficii variază în funcție de locație, de speciile de plante și de tehnologia de producție [12].

Seceta provoacă o reducere semnificativă a producțiilor, în special în regiunile calde. Cercetări recente din Europa au arătat că stresul provocat de secetă este un factor major al pierderilor în culturile de porumb și de grâu de iarnă, în special în anii cu randament scăzut [13]. Este dificil de separat efectele acestor condiții climatice asupra creșterii vegetației, deoarece acestea sunt frecvent combinate. De exemplu, în timp ce temperaturile mai ridicate la latitudini mai mari pot stimula adaptabilitatea culturilor și prelungi perioada de vegetație, temperaturile mai ridicate la latitudini mai joase pot fi legate de stresul hidric.

Pe lângă faptul că temperaturile mai ridicate și condițiile mai secetoase favorizează speciile C4, acestea pot provoca, de asemenea, o toxicitate sporită la unele plante. De asemenea, o concentrație ridicată de CO₂ în unele plante poate reduce concentrația de proteine și minerale, în timp ce la altele poate provoca o toxicitate mai mare. Pericolul valorilor ridicate de CO₂ constă, de asemenea, în favorizarea plantelor C3 și în răspândirea arborilor în detrimentul ierburilor [14].

Distribuția biomurilor și compoziția pajiștilor și a pășunilor sunt modificate în mod semnificativ de creșterea temperaturii medii. Intervalele mai scurte de creștere a pășunilor pot rezulta din schimbările în modelele de precipitații și din secetele mai frecvente. Potrivit mai multor cercetări, fluctuațiile de temperatură, concentrația de CO₂ și depunerile de azot scad productivitatea pășunilor [15].

În plus, sistemele de pășunat sunt deosebit de vulnerabile la schimbările climatice din cauza posibilităților limitate de adaptare. În special în sistemele de pășunat aride și semiaride, se anticipează că temperaturile crescute, precum și precipitațiile mai puține, vor scădea randamentul pășunilor și vor exacerba degradarea solului [16, 17].

Apa

Apa este o resursă insuficientă pretutindeni, iar gravitatea penuriei de apă variază în funcție de disponibilitate și de cerere. Agricultura, cu o pondere de 69%, este cel mai mare consumator de apă de pe planetă [17]. Apa este utilizată în industria zootehnică pentru a fi consumată de animale, pentru fabricarea de furaje și pentru prelucrarea produselor. Aproximativ 22 % din evapotranspirația totală la de pe terenurile agricole nivel mondial și 41 % din consumul total de apă sunt determinate de creșterea animalelor [18]. Odată cu creșterea populației și a cererii tot mai mari de produse animaliere, este posibil ca deficitul de apă să devină un factor limitativ din ce în ce mai important pentru producția agricolă.

Se preconizează că disponibilitatea apei și utilizarea apei pentru animale se vor modifica ca urmare a schimbărilor climatice [19]. O creștere a temperaturii va mări probabil consumul de apă pe cap de animal și pe hectar, precum și consumul de apă pentru irigații [20].

O altă problemă, cauzată de creșterea nivelului mării, este desalinizarea apei [21]. În anii următori, concurența pentru apă între animale, culturi și utilizări non-agricole se va intensifica, necesitând tehnologii de producție foarte eficiente pentru a face față penuriei de apă [19].

Pe lângă cantitate, există, de asemenea, îngrijorare cu privire la calitatea apei brute, care, conform previziunilor, ar putea fi, de asemenea, redusă [14]. Acest lucru poate fi cauzat de creșterea temperaturilor și a nivelului mării sau de încărcături mai mari de sedimente, nutrienți și poluanți din cauza precipitațiilor abundente. Calitatea slabă a apei poate reduce consumul de apă și de hrană la animale și le poate pune în pericol sănătatea acestora.

Variații sezoniere și evenimente climatice extreme

Modelul sezonier și disponibilitatea resurselor și a culturilor se pot modifica din cauza schimbărilor climatice, având efecte și asupra animalelor. Este de așteptat ca animalele să se confrunte cu un stres termic mai mare pe măsură ce frecvența și durata valurilor de căldură cresc. Potrivit lui Knee și colaboratorii [22] există variații sezoniere semnificative în ceea ce privește cantitatea de glicogen din mușchii bovinelor. Aceștia au constatat că o calitate mai bună a cărnii de vită este asociată cu creșterea pe pășuni bogate în nutrienți primăvara, în comparație cu creșterea pe pășuni mai sărace, în timpul verii. În plus, gestionarea pășunatului și a animalelor se poate confrunta cu noi dificultăți din cauza schimbărilor în modelele sezoniere de aprovizionare cu furaje. Producția de hrană pentru animale este amenințată de posibilitatea apariției de evenimente de secetă extremă, astfel încât sunt necesare măsuri de adaptare pentru a face față unor astfel de evenimente. În plus, modificările în calendarul de topire a zăpezii duc la schimbarea modelelor de disponibilitate a apei pe tot parcursul anului, ceea ce are, de asemenea, un impact asupra aprovizionării cu furaje [23].

Cercetări recente au arătat că valurile de căldură și seceta din regiunea climatică continentală a Câmpiei Panonice, care se extinde în Ungaria, Serbia, Bulgaria și România, au un impact deosebit de grav asupra pășunilor naturale. Stričević și colaboratorii [24] au efectuat o analiză predictivă a schimbărilor climatice în cinci localități din Serbia, pentru două scenarii selectate de emisii de gaze cu efect de seră - RCP4.5 și RCP8.5. Rezultatele obținute au indicat că, în perioada următoare, vegetația pajiștilor naturale va fi expusă la schimbări ale condițiilor climatice, la secete frecvente și la apariția frecventă a unor temperaturi extrem de ridicate (Tabelul 1, Figura 3).

Tabelul 1. Numărul de zile de secetă din anumite localități din Serbia obținute în urma simulărilor [24]

Acest lucru poate duce la periclitarea supraviețuirii speciilor de plante erbacee, în special a speciilor caracteristice climei temperate nordice, care sunt principalele componente și purtătoare ale producției de gazon semănat pentru producția de furaje grosiere pe pajiștile și terenurile arabile din Serbia. Pe de altă parte, toleranța la secetă se va dezvolta prin diversitatea naturală și răspândirea speciilor rezistente la temperaturi ridicate și la lipsa apei, cum ar fi buruienile și speciile de calitate inferioară.

Este important să menționăm aici efectul pe care variațiile sezoniere și evenimentele climatice extreme îl pot avea asupra creșterii morbidității și mortalității animalelor. În special, secetele prelungite cauzează o penurie de apă și de pășuni, ceea ce reduce imunitatea animalelor împotriva bolilor infecțioase. În plus, se declanșează deplasarea animalelor de pășunat în locuri cu un pericol mai mare de boli infecțioase, cum ar fi rezervațiile de animale sălbatice. În acest caz, interacțiunea mai strânsă între animalele domestice și cele sălbatice crește șansele de transmitere a bolilor [25]. De asemenea, animalele de fermă pot fi expuse la riscul apariției unor noi agenți patogeni din cauza contactului sporit cu animalele sălbatice în zonele de pășunat stabilite prin defrișare și schimbări în categoriile de utilizare a terenurilor [26].

Bibliografie

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.