BASF
BASF
BASF

AGRA

Evropský pohled na dopady změn klimatu na choroby a škůdce

30. 12. 2013 Ing. Eva Svobodová, Ph.D., doc. Mgr. Ing. Miroslav Trnka, Ph.D., Ing. Daniela Semerádová, Ph.D., Prof. Ing. Zdeněk Žalud; Mendelova univerzita v Brně Ochrana obecně Zobrazeno 6101x

Lidskou aktivitou zapříčiněné zvýšení koncentrace antropogenních skleníkových plynů v atmosféře způsobilo narušení radiační bilance Země a zesílení skleníkového efektu. Důsledkem je zvyšování globální průměrné teploty a změny meteorologických prvků (např. množství a rozložení srážek, rychlosti větru) a procesů (např. výparu) s dopadem prakticky ve všech environmentálních oblastech. Mezi zásadní dopady patří zvýšená variabilita klimatu, která je doprovázená i zvýšeným výskytem extrémních meteorologických jevů.

Proseeds

Česká republika

Pro Českou republiku se očekává stále větší proměnlivost počasí v jednotlivých letech či obdobích roku a vyšší pravděpodobnost výskytu jeho extrémních projevů.

K pozitivním důsledkům změny klimatu v sektoru zemědělství patří prodloužení bezmrazového období o 20–30 dnů. Vyšší teploty vzduchu a půdy prodlouží vegetační období a ovlivní růst a vývoj plodin tak, že umožní dřívější vzcházení a časnější nástupy dalších fenofází. Tento pozitivní efekt však může být v některých letech draze zaplacen dopady jarních mrazíků ať již radiačního nebo advekčního charakteru. Pro očekávané klima existuje i vážné nebezpečí teplotního stresu spojené s častějším výskytem extrémně vysokých teplot. Při předpokládaném nárůstu evapotranspirace (výparu) a bez očekávaného výraznějšího zvýšení atmosférických srážek budou ve větší míře ohroženy suchem podstatné části střední a jižní Moravy, střední a severozápadní Čechy, dolní a střední Polabí a Povltaví, což by se mohlo negativně promítnout na výši výnosů v našich nejproduktivnějších zemědělských oblastech.

Další významnou oblastí, ve které je klima významným určujícím faktorem, je výskyt škodlivých činitelů. Klimatické podmínky např. u patogenů často určují intenzitu infekčního tlaku, u škůdců ovlivňují počet uzavřených cyklů vývoje v rámci sezony či prostorové vymezení jejich výskytu.

V případě stresu z vysokých teplot může být reakce rostlin podobná jako reakce na stres ze sucha - příznak svinování listů kukuřice
V případě stresu z vysokých teplot může být reakce rostlin podobná jako reakce na stres ze sucha - příznak svinování listů kukuřice (foto: P. Talich)
 

Změna klimatu a choroby

O postupu a šíření chorob rozhodují tři faktory: jedním je samotný patogen, jenž je původcem choroby, dále je to hostitelská rostlina a konečně prostředí, ve kterém se hostitel i patogen vyskytují.

Jestliže se změní jeden ze tří faktorů, může dojít ke změnám v patogenitě a výskytu samotné choroby. Z faktorů vnějšího prostředí jsou považovány za nejdůležitější podmínky pro vývoj houbových i dalších chorob teplota a přítomnost vody v různých skupenstvích a formách, které pozitivně působí na průběh a šíření onemocnění. Prodloužení období vhodných vlhkostních podmínek nebo zvýšení jejich četnosti může vést ke vzniku epidemií.

Obecně lze očekávat vlivem nárůstu teplot ve vegetačním období, poklesu úhrnů srážek a jejich nerovnoměrnému rozdělení spíše pokles škodlivosti chorob rostlin, případně jen mírné zvýšení škodlivost v období počátku a konce vegetace, tedy na jaře a na podzim. V teplých suchých letech může docházet k poklesu počtu vývojových cyklů u patogenů a rovněž ke zpomalení jejich vývoje vlivem méně vhodných podmínek, to může vést k nižšímu infekčnímu tlaku houbových chorob. Výjimkou však představují patogeny s xerotermními nároky, např. původci padlí rodu Podosphaera, Sphaerotheca, Uncinula a snětí, např. rod Ustilago, kterým mohou podmínky teplejší a sušší podmínky klimatické změny vyhovovat a jejich význam může narůstat.

 Snětím rodu Ustilago mohou teplejší a sušší podmínky vyhovovat a podporovat jejich šíření - prašná snětivost ječmene
Snětím rodu Ustilago mohou teplejší a sušší podmínky vyhovovat a podporovat jejich šíření - prašná snětivost ječmene (foto: P. Talich)
 

 

Změna klimatu a plodiny

Výskyt chorob však bude ovlivněn i přímým vlivem změněných klimatických podmínek nejen na patogeny, ale i na hostitelské druhy rostlin. Ztráty na výnosech v podmínkách změny klimatu budou řízeny dvěma skupinami faktorů, které budou ovlivňovat dopad výskytu chorob na rostliny. Mezi nepřímé vlivy budou patřit fyziologické a morfologické změny hostitelských rostlin vlivem zvýšené koncentrace CO2 v atmosféře. Dá se očekávat, že C3-rostliny (obilniny, řepa, hrách) a mnoho druhů plevelů mohou v optimálních podmínkách a při dvojnásobné koncentraci CO2 zvýšit svoji produktivitu o 20 až 30 %. Zvýšený růst plodin a větší produkce biomasy ovlivní mikroklima porostu a přispěje tak k šíření chorob, zejména těch, které vyžadují vyšší relativní vlhkost, zvyšující se množství posklizňových zbytků poskytne materiál pro přežívání patogenů do další sezony. Celkově zvýšení produkční schopnosti rostlin pravděpodobně povede k vyššímu výskytu a vážnějším následkům působení patogenů rostlin.

Vliv zvýšené teploty se bude lišit v průběhu roku, během chladnějších období může vyšší teplota snížit stres rostlin, naopak v rámci teplých období pravděpodobně stres zvýší. V případě stresu z vysokých teplot může být reakce rostlin podobná jako reakce na stres ze sucha, příznaky provázející tyto reakce zahrnují vadnutí, spálení, svinování nebo opad listů. Zvýšená teplota velmi pravděpodobně ovlivní i aktivitu patogenu Phytophthora infestans, modely pro jeho rozvoj naznačují, že patogen se nejlépe rozvíjí při teplotách mezi 7,2 až 26,8 °C. Dřívější nástup vyšších teplot může mít za následek dřívější ohrožení plísní bramboru s potenciálně vyšším šířením choroby a vyšším použitím fungicidů (více Kocmánková et al., 2009).

Změna klimatu a škůdci

Co se týče dopadů změny klimatu na škůdce, ty se dají obecně rozdělit do tří oblastí.

Pozitivně bude změna klimatu působit zejména na teplomilné - suchomilné škůdce, u nichž lze očekávat vyšší početnost podmíněnou suchými a horkými periodami. Zvyšující se teplota bude umožňovat druhům, které nemají fixní počet generací (10–15 % škůdců), dokončovat životní cyklus dříve a spolu s dřívějším počátkem vegetačního období budou moci dokončovat větší počet generací.

Negativně bude změna klimatu působit na chladno - vlhkomilné druhy, odlišné podmínky během přezimování rovněž budou mít spíše nepříznivý vliv na přežití škůdců, kteří přečkávají zimu ve stadiu diapauzy.

Třetí případ, kdy může dojít k positivnímu či negativnímu ovlivnění škůdců, je např. narušení fenologického souladu škůdce - hostitelská rostlina, což zpravidla zvýhodní rostlinu oproti škůdci (za současného klimatu má výhodu škůdce) (více Kocmánková et al., 2009).

Odhad dopadu změny klimatu na škůdce

Jako příklad odhadu dopadů změny klimatu na vybrané škůdce uvádíme studii prováděnou na základě simulačního programu CLIMEX pro sedm vybraných druhů škůdců (obaleč jablečný, obaleč mramorovaný, zavíječ kukuřičný, mandelinka bramborová, kohoutek černý, mšice střemchová a kyjatka osenní) na území Evropy. CLIMEX umožňuje simulaci procesů závislých na klimatu, jež určují relativní četnost, sezonní proměnlivost v počtu a rozšíření druhu. Tento program umožňuje hloubkovou interpretaci ovlivňování organizmů klimatem, následné geografické znázorňování této závislosti, popis kvantitativních populačních změn a vystavení stresům v průběhu ročních období.

CLIMEX vyžaduje jako vstupní data meteorologickou databázi stávající z dlouhodobých (měsíčních) průměrných klimatických dat pro vybrané lokality (minimální a maximální teplota, srážky a relativní vlhkost). Dále je nutná jednoduchá charakteristika modelovaného druhu skládající se ze zadání prahových hodnot klimatických prvků (teplota, vlhkost, denní délka, počet denních stupňů pro dokončení jedné generace, …), které jsou optimální pro vývoj daného druhu. V běžné praxi je nejdříve vytvořen model rozšíření škůdce v současných klimatických podmínkách, výsledky takového modelu jsou posléze porovnány se skutečným zaznamenaným rozšířením škůdce - tzn. je provedena validace modelu. Po úpravě parametrů a dosažení správné modelace rozšíření druhu za současných podmínek je možné přistoupit k simulacím budoucího rozšíření v podmínkách klimatické změny tak, že vstupní meteorologická data jsou upravena podle zvolených klimatických a emisních scénářů.

Mapa: Změna klimatu - rok 2055, kombinace všech sedmi škůdců: červená barva - oblasti ohrožené novým výskytem škůdců nebo růstem počtu jejich generací, modrá barva - oblasti se snižováním počtu generací až vymizení druhů; šedá barva - škůdci oproti současnému stavu zachovávají svůj výskyt nezměněný, bílá barva - škůdci se nevyskytují; odstín barev značí shodu mezi pěti použitými scénáři změny klimatu (shoda 3, 4 nebo všech 5 scénářů).
 

Výsledky

Po validaci modelů současného rozšíření vybraných sedmi škůdců (Svobodová et al., 2012) byly provedeny simulace pro očekávané klimatické podmínky v roce 2055 podle pěti variant klimatických scénářů a emisního scénáře předpokládajícího vyšší emise CO2. Jsou očekávány čtyři hlavní dopady na výskyt škůdců:

  • v oblastech se současným výskytem druhů je pravděpodobné rozšíření jejich současného areálu do vyšších nadmořských výšek, že se zvýší počet jejich generací;
  • v oblastech, kde škůdci nejsou v přítomnosti rozšíření, se očekává jejich nový výskyt nad současnou hranicí severního areálu, posun jižní hranice jejich výskytu severním směrem.

Tyto čtyři oblasti změn dobře vystihuje mapa jako souhrnný výsledek simulací pro všech sedm škůdců podle všech pěti scénářů klimatické změny. Z obrázku jsou zjevné červeně zbarvené oblasti ohrožené novým výskytem škůdců.

- Oblasti v evropském vnitrozemí, kde se škůdci ze současně osídlených území posouvají do vyšších nadmořských výšek (podhůří evropských hor). Posun v nadmořské výšce je různý jednak pro jednotlivé škůdce, jednak se liší v jednotlivých evropských pohořích, např. obaleč jablečný vystoupá podle simulací o 400 m v Karpatech a o 700 m v Pyrenejích a Alpách. Průměrný největší posun v nadmořské výšce pro všechny druhy společně je očekávaný v Alpách a v Pyrenejích (900–1000 m).

- V zeměpisných šířkách severně od 55° SŠ, kde škůdci v současnosti nejsou přítomni, jedná se o posun severní hranice výskytu škůdců. Nejsevernějších oblastí podle simulací dosáhne mšice střemchová a kohoutek černý. Mšice svým posunem nově zasáhne 1,52 mil. ha orné půdy severně od 55° SŠ. Posun severním směrem odpovídající 1 °C teplotního nárůstu se liší mezi druhy, nejmenší posun je pravděpodobný u zavíječe kukuřičného (asi 100 km/1°C), největší pro mandelinku bramborovou (750 km/1°C).

 U kohoutka černého se predikuje rozšíření jeho areálu k severu
U kohoutka černého se predikuje rozšíření jeho areálu k severu (foto: P. Talich)
 

Naopak ústup škůdců (modrá barva) např. u obaleče jablečného je pravděpodobný v oblasti Maďarska a při pobřeží Černého moře. Podobný trend je indikován i pro obaleče mramorovaného, mandelinku bramborovou, zavíječe kukuřičného a kohoutka černého. Mšice střemchová ve změněném klimatu zřejmě ustoupí z ČR, Polska, Běloruska, Ukrajiny, Maďarska, Rumunska, Bulharska a Moldávie. Kyjatka osenní vymizí z Polského vnitrozemí, simulace indikují, že oblasti s ročním úhrnem srážek nižším než 540 mm budou v budoucnu nevhodné pro její výskyt. Ústup druhů ze zmíněných oblastí způsobí limitace vysokými teplotami a stres ze sucha.

Předpokládá se, že zvyšující se teploty v zimním období budou klíčové pro ovlivnění zimní mortality škůdců. Nízké teploty během zimy jsou hlavní faktor určující vývoj mšic a přežití např. kyjatky osenní. Naše studie potvrzuje, že tato skutečnost je důvodem, proč mšice v očekávaných podmínkách vykazují ze všech modelovaných druhů největší posun k severu. Detailní analýza výsledků simulací v budoucím klimatu ukazuje, že aktivita mšic pokračuje i během října a listopadu. Specifický životní cyklus obecně umožňuje nymfám a partenogenetickým samičkám přezimovat a být aktivní také brzy zjara (duben, březen), což potvrzují i výsledky našich simulací.

 Mšice vykazují ze všech modelovaných druhů největší posun k severu - kyjatka osenní

Mšice vykazují ze všech modelovaných druhů největší posun k severu - kyjatka osenní (foto: P. Talich)

 

Ve své studii stanovení vlivu změny klimatu na mandelinku bramborovou využil CLIMEX i Baker et al. (2000), který pro Velkou Británii odhadl rozšíření areálu mandelinky o 120 % a průměrný severní posun hranice výskytu o 3,5° SŠ. Nejvýraznější zlepšení klimatických podmínek pro mandelinku je podle Bakera v regionech mezi 50° a 65° SŠ, což potvrzuje i naše studie, podle které se mandelinka rozšíří ze současné 55° na 65° SŠ.

Zavíječ kukuřičný podle našich výsledků rozšíří oblast výskytu první generace v Norsku, Švédsku a VB až po 63° SŠ. Tento posun v klimatické vhodnosti je odhadován
i studií Porter et al., (1991). Porter udává, že zvýšení teploty vlivem změny klimatu povede k posunu škůdce směrem na sever a k možnému výskytu druhé generace v místech původní jedné generace.

Celkově výsledky naší studie potvrzují hypotézu Archera (1994), který odhaduje, že druhy vyskytující se v severních polohách blízko hranice svého areálu budou změnou klimatu ovlivněny ve větší míře než druhy v centrálních regionech.

 Řada studií předpokládá posun areálu výskytu mandelinky bramborové severním směrem až o 1300 km
Řada studií předpokládá posun areálu výskytu mandelinky bramborové severním směrem až o 1300 km (foto: P. Talich)
 

Závěr

Výsledky simulací pro podmínky změny klimatu v roce 2055 značí posun škůdců ve třech oblastech: u druhů, které jsou limitovány nízkou teplotou, je pravděpodobné 1. rozšíření, do vyšších nadmořských výšek, 2. posun jejich severní hranice výskytu a 3. u druhů citlivých ke stresu z nízké vlhkosti ústup až jejich vymizení.

Podle „nejreprezentativnějšího“ z pěti vybraných scénářů změny klimatu (růst teploty o 3,1 °C v roce 2055) se např. geografický posun k severu liší mezi jednotlivými druhy: pro obalečovité (o. jablečný, o. mramorovaný) posun severní hranice o 550 a 1300 km, pro zavíječe kukuřičného je to 550 km a pro mandelinku bramborovou a kohoutka černého je to 1300 a 1000 km. Mšice se pravděpodobně posunou o 1100 km (mšice střemchová) a 550 km (kyjatka osenní).

Průměrně škůdci rozšíří svůj výskyt v rámci evropských pohoří o 400–1000 m nadmořské výšky.

 

Studie byla podpořena projekty QI91CO54 („Atlas půdního klimatu České republiky - Vymezení termických a hydrických režimů a jejich vliv na produkční schopnost půd“) a QJ1310123 („Růstové modely jako nástroj pro zvýšení produkčního potenciálu a potravinové bezpečnosti ČR v podmínkách změny klimatu“).

 

Literatura:

Archer, S. R.: Regulation of ecosystem structure and function: climatic versus non-climatic factors. In: Griffiths JF (ed) Handbook of agricultural meteorology, 1994, Oxford University Press 245–255.

Baker, R. H. A., Sansford C. E., Jarvis, C. H., Cannon, R. J. C., Macleod, A., Walters, K. F. A.: The role of climatic mapping in predicting the potential geographical distribution of non-indigenous pests under current and future climates. Climates, 2000, 82: 57–71.

Kocmánková, E., Laštůvka, Z., Šefrová, H., Trnka, M., Semerádová, D., Pokorný, R., Žalud, Z., Smutný, V., Winkler, J.: Dopady změny klimatu na šíření škodlivých činitelů. In: Žalud, Z.: Změna klimatu a české zemědělství - dopady a adaptace: Folia Mendelovy zemědělské a lesnické univerzity v Brně, 2009, s. 95–109.

Porter, J. H., Parry, M. L., Carter, T. R.: The potential effects of climatic change on agricultural insect pests. Agriculture and Forest Meteorology, 1991, 57:221–240.

Svobodová, E., Trnka, M., Dubovský, M., Semerádová, D., Eitzinger, J., Žalud, Z., Štěpánek, P.: Pests occurrence model in current climate - validation study for European domain. Acta Universitatis Agriculturae et Silviculturae Mendelianae Brunensis, submitted 2012.

Související články

Medax® Max - flexibilní morforegulátor obilnin do každého počasí

02. 03. 2024 Ing. Pavel Šácha; BASF spol. s r.o. Ochrana obecně Zobrazeno 275x

Novinky v meziplodinách pro rok 2024

01. 03. 2024 Ing. Petr Robotka; PRO SEEDS s.r.o. Ochrana obecně Zobrazeno 344x

Rok 2023 v ochraně brambor

16. 02. 2024 Ing. Ervín Hausvater, CSc., Ing. Petr Doležal, Ph.D.; Výzkumný ústav bramborářský Havlíčkův Brod, s.r.o. Ochrana obecně Zobrazeno 567x

Jak efektivně snížit spotřebu pesticidů

24. 01. 2024 Prof. Ing. Miroslav Jursík, Ph.D.; Česká zemědělská univerzita v Praze Ochrana obecně Zobrazeno 570x

Další články v kategorii Ochrana obecně

detail