Vysoké a stabilné úrody plodín sú kľúčom k potravinovej bezpečnosti a trvalo udržateľnému rozvoju. V dôsledku nárastu globálnej populácie globálna spotreba potravín neustále narastá a z dôsledkov klimatických zmien a nárastu abiotických, ale aj biotických stresov, vyplýva značná neistota v produkcii plodín s čoraz frekventovanejšími výpadkami produkcie.
Od začiatku industrializácie sa globálne povrchové teploty v súvislosti s klimatickými zmenami neustále zvyšujú, sú sprevádzané suchom, resp. nerovnomernosťou zrážok v poľnohospodárskych oblastiach. Tie prinášajú neistoty pre pestovateľov a predpokladá sa, že v budúcnosti bude počet po sebe nasledujúcich suchých dní počas vegetačného obdobia na väčšine území pribúdať, zatiaľ čo zrážky budú intenzívnejšie a budú trvať kratšie a teplotné extrémy sa zvýšia z hľadiska trvania aj intenzity. Klíma Zeme sa bude v 21. storočí naďalej otepľovať a zabezpečene produktivity plodín musí byť dosiahnuteľné vo veľmi nestálej klíme.
V budúcnosti sa očakáva viac a zosilnených extrémnych klimatických javov. Zvykli sme si na správy, že zmeny klímy ovplyvňujú potravinovú bezpečnosť prostredníctvom zvyšujúcej sa teploty, kolísania zrážok a zvýšenej frekvencie extrémnych udalostí. Už nás natoľko ani neprekvapujú nové fakty, ako a kde sa vyskytli extrémne udalosti. Stále nás však občas prekvapí, že napriek extrémnym udalostiam sme nezaznamenali dramatický pokles v úrodách, alebo že napriek tomu, že ročník sa nejavil extrémny, došlo k poklesu úrod. Zatiaľ sa však z krátkodobých pozorovaní nedajú vyčítať trendy vývoja, ktoré je dôležité vnímať.
Štúdium dopadov klimatických zmien na produkciu potravín bolo vždy dôležité. Táto téma bola a je ešte stále často podceňovaná hlavne v krajinách, kde je dostatočný prístup k potravinám a kde nie sú nedostatkom potravín životne ohrozené žiadne skupiny obyvateľstva. Súčasné trendy poľnohospodárskej produkcie nepostačujú na uspokojenie budúcich požiadaviek. Najvážnejšie dopady v poľnohospodárstve však nastanú v tropických oblastiach, kde žije väčšina svetovej populácie s nedostatkom potravín. U nás sa táto téma dostáva do popredia až vtedy, keď sa odrazí v cene potravín, keď ľudia cítia zvýšený tlak na dostupnosť kvalitných potravín.
Pretože len niekoľko krajín dominuje celosvetovej produkcii strategických poľnohospodárskych plodín a obchodu s produkciou, výrobné šoky vyvolané extrémnymi klimatickými javmi v týchto krajinách môžu mať obrovský vplyv na globálne trhy. Tieto obavy majú dokonca aj poľnohospodárske veľmoci a takéto úvahy podčiarkujú potrebu investícií do šľachtenia na toleranciu voči suchu a vysokým teplotám.
V teplejšom podnebí sa úrody znížia a stanú sa variabilnejšími
Teória rastovo-produkčného procesu hovorí, že úroda je výsledkom výkonnosti orgánov, tzv. zdroja asimilátov, ktoré premieňajú slnečnú energiu na organické látky, a na druhej strane aj aktivity tých orgánov, ktoré tieto organické látky ukladajú pre rast alebo do zásobných orgánov, ktoré predstavujú hospodársku úrodu. Platí to pre dobré pôdno-klimatické podmienky a pri dostatku vody. V takýchto podmienkach je preto dôležité, aby bol fotosyntetický aparát dostatočne veľký a výkonný, a aby bola vytvorená dostatočná kapacita orgánov pre ukladanie asimilátov. Extrémne straty na úrode vo veľkovýrobných oblastiach sú v súčasnosti zriedkavé z dôvodu vysoko kontrolovaného prostredia, v ktorom sa pestuje aj kukurica.
Vo všeobecnosti všetky plodiny potrebujú pre svoj výkon okrem dostatočnej vodnej zásobenosti aj optimálnu teplotu, za hranicou ktorých úrody rýchlo klesajú. Mnohé štúdie ukazujú, že po prekročení optimálnej pestovateľskej teploty sa s poklesom úrod zvyšuje aj variabilita úrod, aj keď medziročná dynamika klimatických faktorov môže zostať nezmenená. S pokračujúcim otepľovaním v dôsledku bežných emisií skleníkových plynov sa však očakáva, že globálne úrody plodín výrazne klesnú. Pre každý stupeň zvýšenia priemernej globálnej teploty sa predpokladá zníženie úrod v priemere o 7,4 % v prípade kukurice, 6,0 % pri pšenici, 3,2 % pri ryži a o 3,1 % pri sóji. Otepľovanie klímy bude podľa projekcií spôsobovať zvýšenie koeficientu variability vo väčšine pestovateľských regiónov, najmä v Spojených štátoch, vo východnej Európe a južnej Afrike, na hodnoty mnohonásobne vyššie ako sú súčasné hodnoty. Južná Afrika sa otepľuje rýchlosťou 0,2 °C za desaťročie od roku 1961, čo je mierne pod úrovňou celosvetového priemeru (IPCC 2021).
Vplyv stúpajúcich priemerných teplôt na úrody kukurice a ich variabilitu, bude mať ďalekosiahle dôsledky na celkovú stabilitu globálnych potravinových systémov, ako aj na globálnu potravinovú bezpečnosť.
Variabilita produkcie kukurice nám odkrýva, kam smeruje naše poľnohospodárstvo
Na globálnej úrovni je kukurica na základe zberovej plochy treťou najdôležitejšou plodinou. Vedci z Mexika naznačujú, že globálne veľké oblasti, ktoré sú v súčasnosti vhodné na pestovanie kukurice, budú trpieť stresom z tepla a sucha a môžu obmedziť produkciu. Kukurica má bohatú fenotypovú a genotypovú diverzitu, čo vysvetľuje jej široké rozšírenie v tropických a miernych oblastiach. Kukurica je však vysoko citlivá na zmeny klimatických faktorov a je veľmi citlivá na sucho predovšetkým počas fázy kvitnutia, kedy je produkcia zrna extrémne zraniteľná. Na tento fakt poukázal už pred mnohými rokmi aj slovenský vedec Ing. Jozef Vidovič, CSc., ktorý svojim ekofyziologickým výskumom prispel k tvorbe ideotypu moderných hybridov kukurice.
Súčasné úrody kukurice vo svete sa značne líšia v závislosti od regionálnej klímy a výrobných systémov. Najvyššie sú v intenzívnych výrobných systémoch v miernom pásme, ako je napr. kukuričný pás USA a západná Európa, po ktorej nasleduje Čína, Argentína a Južná Afrika. Šesť krajín, Spojené štáty americké, Čína, Brazília, Argentína, Ukrajina a Francúzsko, spoločne predstavuje 73 % celosvetovej produkcie a 93 % celkového exportu kukurice. Vo všetkých týchto krajinách pri vyšších teplotách priemerné úrody klesajú a ich variabilita rastie. Pri projekciách priebehu klimatických zmien najvyššiu stratu klimatickej vhodnosti pre pestovanie ukazuje Južná Amerika, nasleduje Afrika a Oceánia. Ázia, ale aj Európa a Severná Amerika ukazujú nárast klimatickej vhodnosti. V otepľujúcej sa klíme sú však extrémne neúrody čoraz pravdepodobnejšie.
V tomto roku bol zaznamenaný nárast priemernej globálnej teploty o 1,5 °C v porovnaní s údajmi pred rozšíreným využívaním fosílnych palív. Pri oteplení o 2 °C sa pravdepodobnosť straty úrody vyššej ako 10 % v štyroch najväčších producentských krajinách sveta (Spojené štáty americké, Čína, Brazília a Argentína) zvyšuje až na 69 %, 46 %, 39 % resp. 50 %. Pravdepodobnosť, že produkcia kukurice klesne o viac ako 10 % v oblastiach s vysokou produktivitou všetkých štyroch krajinách v tom istom roku, je dnes 0 %, ale pri oteplení o 2 °C sa zvýši na 6 % a pri oteplení o 4 °C na 87 %. Takéto výrobné šoky budú mať pravdepodobne obrovský vplyv na globálne trhy s obilninami.
Aké sú biologické príčiny zníženia úrod pri meniacej sa klíme a čo sa deje v poraste kukurice?
Abiotický stres oslabuje metabolické procesy kukurice znižovaním rýchlosti fotosyntézy, čo má za následok zníženú akumuláciu biomasy a vedie k morfologickým, fyziologickým a biochemickým zmenám, ktoré môžu viesť až k postupnej dehydratácii a k zníženiu úrody. Pre kukuricu však nie je dôležité len množstvo vody, ale aj jej distribúcia, predovšetkým počas kritických fenologických štádií (obr.1). Pre úspešnú produkciu kukurice je preto v tomto období dôležitá vhodnosť teplôt a zrážok. Vplyv zvýšenia teplôt na rastliny kukurice je mnohostranný. Na jednej strane spôsobuje väčšie straty vody z pôdy v dôsledku zvýšenej evapotranspirácie. Narastajúce teploty zvyšujú transpiráciu rastlín a fotosyntézu, čo súčasne zvyšuje dopyt rastlín po vode.
Vysoké teploty ovplyvňujú vegetatívny rast a tvorbu nadzemnej biomasy, priamo poškodzujú fotosyntetický aparát, ktorý skracuje vegetačné obdobie, zvyšuje oxidačný stres, znižuje odnožovanie a podporuje kvitnutie. Majú vplyv aj na zníženie vitality kukuričného peľu, urýchlenie plnenia zrna a zvýšenie dýchania, čo vedie k zníženiu produkcie asi o 7 % na každý stupeň oteplenia. Zavlažovanie vo všeobecnosti znižuje citlivosť na zmeny teploty, čím sa znižuje aj variabilita úrod spôsobená klímou.
Vysoké teploty negatívne ovplyvňujú vývin rastlín viacerými spôsobmi, vrátane porúch generatívnych orgánov, zníženého plnenia zrna a zvýšeného bunkového dýchania. Letálne teplotné limity pre kukuricu sú pomerne vysoké, napr. pre teplotu vzduchu nad porastom je to 46 °C, ale limity pre rast rastlín a reprodukčné procesy sú 38,9 °C, pre antézu (obdobie kvitnutia) 37,3 °C a pre napĺňanie zrna 35 °C. Predpokladá sa, že do roku 2050 bude počas reprodukčného štádia pravdepodobne každoročne čeliť 45 % produkčných oblastí kukurice vo svete priemernej päťdňovej epizóde maximálnej teploty nad 35 °C.
Dôsledky pre potravinovú bezpečnosť a výhľady
Predpokladaný nárast variability úrod kukurice, ale aj iných plodín v hlavných producentských a vyvážajúcich krajinách prinesie dôsledky pre globálnu potravinovú bezpečnosť. Splnenie tohto cieľa bude čoraz ťažšie, keďže svetová populácia vzrastie zo súčasných 8 miliárd na približne 10 miliárd do roku 2050, čo predstavuje nárast o 20 %. Prakticky celý tento nárast sa prejaví v rozvojových krajinách, najmä v subsaharskej Afrike, a viac ako polovica svetovej populácie bude bývať v mestských oblastiach. Globálne problémy majú lokálne dopady. Aby sa poľnohospodári lepšie prispôsobili budúcim klimatickým zmenám a znížili riziká zmeny klímy na produkciu, je potrebné posilniť systém predpovedí a prevencie klimatických informácií. Je potrebné posilniť vybudovanie poľnohospodárskej infraštruktúry a primerane prispôsobiť štruktúru a rozloženie plodín, dodať moderným odrodám nové vlastnosti, ktorými budú lepšie odolávať extrémnym faktorom prostredia, aby sa schopnosť poľnohospodárstva riešiť vplyv klimatických zmien neustále zlepšovala. Potreba investícií do výskumu a šľachtenia na toleranciu voči suchu a vysokým teplotám a na vývoj adaptačných opatrení je dnes viac ako urgentná. Ako budeme schopní sa prispôsobiť meniacim sa podmienkam klímy a extrémom počasia bude závisieť od toho, ako budeme vedieť informácie transformovať do adaptačných opatrení.
Autor: prof. Ing. Marián Brestič, CSc., Ústav rastlinných a environmentálnych vied, FAPZ SPU v Nitre
