Nové poznatky, které jsou odrazem změny klimatu - vliv sucha na rostlinnou produkci
18. 10. 2018 Technologie pěstování Zobrazeno 5293x
Příspěvek je zaměřen na uplatnění dosavadních poznatků při využití klimatických modelů v zemědělském výzkumu a praxi. Tento článek poskytne praktické poznatky o možných důsledcích předpokládaných změn klimatu na rostlinnou výrobu v České republice.
Krátkodobé a dlouhodobé adaptační strategie mohou být jednou z možných reakcí na nepříznivé dopady klimatických změn, kterým by měl čelit zemědělský systém v České republice. Řešení je však komplikované vzhledem k velké rozmanitosti dotčených ekosystémů a následným očekávaným dopadům změny klimatu na zemědělství.
Proces šíření sucha zahrnující přírodní a lidský faktor v měnícím se klimatu
Sucho je jedním z řady stresorů působících na výnos a kvalitu zemědělských plodin (Potopová et al. 2017a–b). Celkové ekonomické dopady období sucha a nedostatku vody v posledních třech desetiletích byly vyčísleny v Evropské unii na 100 miliard EUR (Trnka et al., 2017). Suchům a regionálním nedostatkům vody se nevyhne ani Česká republika.
V letošním roce 2018 sucho postihlo především jižní a západní Čechy, Vysočinu a severní Moravu, což může negativně ovlivnit výnos většiny plodin. Např. jarní sucho na Vysočině zkomplikovalo vysetí máku. Na řepku letošní extrémní sucho působilo nepříznivě v období kvetení a tvorby semen, kdy dochází k zasychání šešulí, semena se scvrkávají a jsou drobná. Nedostatek srážek již od počátku roku, spíše teplá zima bez sněhové pokrývky, nezvykle vysoké teploty v dubnu, kdy duben 2018 je jedním ze tří nejteplejších za posledních 50 let, a k tomu nedostatek vláhy z loňského roku jsou důvody současného sucha. Navíc k prohloubení vláhového deficitu přispívá i absence počasí typického pro jarní období a rychlý nástup vegetace. Nejvýraznější vláhový deficit byl v květenu 2018 v případě krajů Moravskoslezského, Olomouckého a Jihomoravského, a také ve středních a východních Čechách (www.intersucho.cz). Na 1/5 území přesahuje deficit 40 mm a na zlomku plochy (cca 3%) pak 60 mm. Na konci května se jádro nedostatku vláhy přesunulo do východních Čech. Současně přetrvávají nesezónně nízké průtoky v řadě profilů řek a na většině území je hladina mělkých podzemních vod pod obvyklými hodnotami a to místy i extrémně (www.chmi.cz).
S ohledem na nemožnost regulace srážkových úhrnů musí být zájem společnosti soustředěn na včasnou předpověď sucha a efektivní varování před suchem. Avšak, dopady sucha na zemědělství nebude možné řešit bez intervenční podpory státu, účelné dotační politiky a využívání zemědělského pojištění se zaměřením na sucho. Míra dopadů také závisí na způsobu vnímání rizika sucha zemědělci, která společně s tržními, finančními a technickými možnostmi farmáře velmi významně ovlivňuje volbu adaptačních opatření. Množství vody nezbytné k pokrytí závlahových potřeb v očekávaných klimatických podmínkách významně poroste a výstavba vodních nádrží a rekonstrukce závlahových systémů bude nutností.
Pro shrnutí lze říci, že zemědělské a hydrologické sucho je důsledkem nízkých vstupů do hydrologického systému (např. nedostatek srážek, tání sněhu, zavlažování), vysokých výstupů (např. vysoká evapotranspirace a lidská spotřeba vody) a omezeného ukládání vody (retenční schopnost krajiny, podzemních vod a nádrží). Z toho vyplývá, že lidská činnost ovlivňuje vstupní, výstupní a retenční parametry hospodaření s vodou a vede ke změnám šíření sucha. Vzájemná provázanost těchto jevů je znázorněna na schématu 1.
Sucho a jeho dopady je velmi rozsáhlé téma, integrující různé obory jako jsou přírodní, environmentální, společenské, politické a ekonomické vědy, zemědělství a geografické obory. Vzhledem k multidisciplinárnímu přesahu sucha, neexistuje jednoduchá a univerzální metoda pro stanovení sucha, ale mění se dle konkrétního požadavku řešitele. Např. při řešení sucha z pohledu socioekonomického (migrace, lidské zdraví a na kvalitu života), kdy je sucho důležitý faktor pro spuštění migrace obyvatel. Téma masové migrace do Evropy z pohledu nedostatku vody a sucha ukazuje aktuální celospolečenská debata. Nedostatek vody a migrace je dokonce tématem národních voleb v některých zemích.
Schéma 1: Proces šíření sucha zahrnující přírodní a lidský faktor včetně zpětných vazeb v měnícím se klimatu
Schéma 2: Propojení klimatických a růstových modelů
Dopady sucha na výnos zemědělských plodin v ČR
Jeden z dopadů extrémních meteorologických jevů na zemědělství v podmínkách klimatické změny je snížení výnosů v nejproduktivnějších oblastech. Výnosy zemědělských plodin v Evropě vzrostly o 24–39 %, avšak v posledních dekádách je v některých oblastech patrný pokles růstu nebo stagnace výnosů, a to i přes pokrok v oblasti šlechtění. Ačkoliv výnosy všech plodin zaznamenávají v ČR vzrůstající trendy, došlo k výraznému nárůstu meziroční variability výnosů. Na základě hodnocení stability výnosů ozimých a jarní obilnin pro okresy středních Čech, bylo dokázáno, že klimatická variabilita ovlivňuje proměnlivost výnosů v současných podmínkách více oproti minulosti. U ječmene jarního, ovsa a pšenice jarní převládají ročníky s nízkým výnosem nad roky s vysokým výnosem. Byla kvantifikována redukce výnosů u 11 druhů plodin při výskytu sucha určité intenzity a citlivostí plodin na jeho kumulativní efekt. Nejtěsnější vazba v případě jarních obilnin byla určena při fenofázi kvetení–mléčná zralost a u vinné révy v fenofázi růst bobulí (tab. 1). Období s největším podílem sucha na snížení výnosů jak pro jarní obilniny, tak i pro ozimé je duben až červen. Avšak, jarní obilniny jsou více zranitelné suchem, než ozimé. Znepokojující je i zjištění, že riziko sucha je stále větším problémem během raných fází růstu brambor a cukrové řepy.
Tab. 1: Závislost výnosů (r) na kumulaci vláhového deficitu (1–12 měsíce) v průběhu vegetačního období (1961–2017)
Plodina |
Závislost - r |
Období s největším podílem sucha na snížení výnosů |
Kumulativní interval, měsíce |
Jarní obilniny |
0,52–0,65 |
duben–květen–červen |
1–3 |
Ozimé obilniny |
0,33–0,60 |
duben–květen–červen |
3–7 |
Kukuřice |
0,43–0,50 |
červenec–srpen |
2–5 |
Cukrová řepa |
0,25–0,50 |
květen–červen–červenec |
1–3 |
Řepka olejka |
0,32–0,40 |
duben–květen/srpen–září |
5–7 |
Brambory |
0,22–0,33 |
květen–červen–červenec |
1–2 |
Vinná réva |
0,10–0,31 |
červenec |
5–10 |
Rizikové meteorologické jevy ve vztahu k produkci zelenin v zelinářských oblastech ČR
Pozitivním výsledkem je, že při pěstování tradičních zelenin (košťálovin, cibulovin a luštěnin) v zelinářských oblastech ČR převyšují ročníky s čistým ziskem nad roky s ekonomickou ztrátou. Na rozdíl od obilnin, je efekt probíhající klimatické změny při pěstování zelenin častěji pozitivní. Zvýhodněny jsou teplomilné druhy a odrůdy, které mohou z této změny do jisté míry profitovat. Modely a scénáře budoucího klimatu předpokládají prodloužení délky vegetačního období, avšak vážnou hrozbou, která eliminuje pozitivní efekt dřívějšího nástupu vegetačního období, zůstává výskyt jarních mrazů. Počet dnů s minimální teplotou pod bodem mrazu na jaře bude ubývat i v budoucnosti, ale překvapivě riziko pozdních mrazů paradoxně stoupne. Riziko škod jarními mrazy se bude významně zvyšovat díky postupnému oteplování a zkracování zimní sezony. Prodlužováním vegetační sezony bude docházet k časnějšímu nástupu vegetace, než tomu bylo v minulosti. Na jedné straně toto umožní efektivní využití zimní vláhy a porosty budou mít šanci uniknout jarnímu suchu, na straně druhé budou porosty ve vegetaci vystaveny riziku (zvláště vinice, ovocné dřeviny) jarních mrazíků. Z pohledu produkce polních zelenin zůstávají pozdní jarní mrazy rizikovým faktorem, avšak míra rizika klesá (10 %). Tyto pozitivní zprávy je přesto nutné vnímat v perspektivě dalších jevů, jako pravděpodobnost výskytu extrémních meteorologických událostí (především sucha), které mohou nepříznivě ovlivnit ekonomiku pěstovaní zelenin.
Upozorňujeme na nárůst variability faktorů prostředí a možnost výskytu i vice negativních situací v jednom vegetačním období u zelenin. Byl zkoumán vliv četnosti bezesrážkových dnů, sucha a počet dnů v suché periodě, intenzivní srážky, počet dnů v horké vlně v citlivých fázích růstu v souvislosti se ztrátou výnosu košťálovin, cibulovin, luštěnin, plodové a kořenové zeleniny. Výsledky použitých modelů ukazují, že k poklesu výnosů kořenové zeleniny došlo v důsledku nárůstu četnosti bezesrážkových dnů a počtu dnů v horké vlně. Košťáloviny jsou v ČR často zavlažovány, ale zavlažování pouze zmírní následky sucha. Velkou variabilitu výnosu cibulovin je možné vysvětlit sucho-teplotním stresem, což je odrazem nejčastěji bezzávlahových technologií pěstování cibule v ČR. Při pěstování luštěnin je v důsledku jejich krátké vegetační doby riziko vzniku četných stresů nejnižší, ale sucha i přesto zůstávají dominantním stresovým faktorem (Potopová a kol. 2017a).
Proč a jak využíváme v zemědělském výzkumu klimatické modely?
Propojení nejnovějších klimatických modelů s růstovými modely nové generace jako moderní nástroj umožňující analyzovat dopady změny klimatu na výnos zemědělských plodin (schéma. 2a, b). Avšak, musíme vzít v úvahu, že simulace růstových modelů nikdy nemohou být 100% odrazem reality. Růstový model zkoumá vliv variability počasí či klimatu na simulované procesy růsty a vývoj výnosových parametrů (Potop a Tűrkott, 2014, Potopová a kol. 2017b).
Tento nástroj vede k zrychlení implementace nově vyvinutých modelů ve světě a k testování vlastních postupů pomocí experimentální činnosti. To pak nabízí konkrétní adaptační opatření. V zemědělské praxi tyto výstupy napomáhají farmářům při odhadu výnosů, vlivu různých faktorů na výnos, rozšiřování sortimentu druhů a odrůd.
Na katedře jsou realizovány dlouhodobé polní pokusy zaměřené na ověření a kalibraci růstového modelu pro modelování výnosových parametrů teplomilných zelenin při měnících se klimatických podmínkách v Polabí. Úloha růstových modelů aplikovaných na produkci zelenin v ČR má však trochu jinou úlohu. Jde zde především o odhad stability výnosů a možnost rozšíření, v našem případě teplomilných zelenin, do nových areálů jejich rentabilního pěstování. Byla simulovaná změna výnosů jako funkce lokální teplotní změny. Dynamický model CROPGRO-Tomato umožní lépe porozumět souvislostem týkajících se extrémních teplot a mechanizmu jejich účinku, a také pomůže objasnit interakce mezi prahovými teplotami a koncentrací CO2 a prahovými teplotami a vláhovými poměry (sucho, vlhko). Jsou zde hodnoceny lokálně specifické podmínky v Polabí z hlediska tzv. potenciálního výnosu rajčat a jejich rozdílu vzhledem k průměrným reálným výnosům na úrovni farem. Byly simulovány očekávané průměrné úrovně výnosů, změna variability výnosů a změna termínu výsadby dvou tyčkových hybridních odrůd (Thomas F1 a Palava F1) se zohledněním vlivu změny zvýšené koncentrace CO2 a bez započítání přímého vlivu CO2 na dvou lokalitách (Mochov - zelinářská oblast a Praha Suchdol - okrajová zelinářská oblast). Např. na obou pokusných lokalitách se vegetační období rajčat v roce 2016 vyznačovalo vysokými teplotami spojenými s vlnami veder (graf 1, 2). V obdobích s vysokou sumou globálního záření (bezoblačné dny) a vysokou teplotou vzduchu docházelo k fyziologickému poškození pletiv plodů rajčat (obr. 1a, b, c). Na osluněných stranách plodů se vytvářely nekrotické skvrny a plody byly zcela znehodnoceny. Vysoké teploty měly také za následek snížený příjem vápníku rostlinami, což se projevilo tvorbou nekrotických skvrn na špičkách plodů (Tűrkott a kol. 2017). K praskání plodů docházelo převážně na lokalitě Praha Suchdol, kde bylo nerovnoměrné rozložení srážek a horké vlny byly doprovázeny silnými dešti (obr. 1 c). Při porovnávání výsledků simulace se zvýšením CO2 s daty z polního pokusu byly největší rozdíly zaznamenány v obdobích s kombinovaným stresem (teplo a sucho). V takových situacích model nadhodnocoval výsledek v porovnání s polním pokusem. To znamená, že v obdobích s teplotními a srážkovými anomáliemi a nárůstem koncentrace CO2 model odhaduje vyšší plodnost rajčat. Tento pozitivní efekt převyšuje negativní působení zvýšené teploty vzduchu a variability srážek (při aplikace závlah). Dále sklizňová zralost plodů rajčat nastává o 10–15 dní dříve na obou lokalitách. To je způsobeno vyšší průměrnou teplotou vzduchu, vyššími průměry teplotních extrémů a vyššími úhrny srážek. Avšak simulujeme-li navýšení pro rajčata optimální teploty vzduchu, dochází při teplotách nad 29,0 °C k redukci násady plodů až na 10 % v porovnání s růstem rostlin při teplotě 25,0 °C.
Graf 1: Průběh počasí ve vegetaci rajčat ne lokalitě Suchdol v roce 2016
Graf 2: Průběh počasí ve vegetaci rajčat ne lokalitě Mochov v roce 2016
Obr. 1: Vliv vysokých teplot na plody rajčat – a) odrůdy, b) nektrotické skvrny, c) praskání plodů, d) bez poškození
Závěr
Hlavní výsledky lze shrnout následovně:
- Bez ohledu na scénáře růstu teploty a na úspěšnost úsilí zmírnění klimatické změny, se budou dopady změny klimatu v příštích desetiletích zvyšovat, a to z důvodu setrvačnosti efektu skleníkových plynů.
- Výnos zelenin se v podmínkách ČR bude při většině kombinací klimatických a emisních scénářů pravděpodobně zvyšovat a společně s využitím šetrné agrotechniky a závlah bude možné dosáhnout stabilní a rentabilní produkce.
- Avšak v případě naplnění sušších scénářů změny klimatu bude velmi komplikované udržet v nejteplejších oblastech ČR současnou úroveň průměrných výnosů u košťálové a kořenové zeleniny. Budoucí proměny klimatických podmínek v oblasti Polabí povedou k vytvoření vhodných podmínek pro efektivní pěstování teplomilných zelenin, a to za současnými hranicemi jejich rentabilního pěstování.
Literatura
Potop V., Türkott L. (2014): Agronomická evidence vstupních dat pro růstový model zelenin CROPGRO. Úroda 62, 405–408.
Potopová V., Zahradníček P., Štěpánek P., Türkott L., Farda A., Soukup J. (2017a): The impacts of key adverse weather events on the field-grown vegetable yield variability in the Czech Republic from 1961 to 2014. Int. J. Climatol., 37, 1648–1664.
Potopová V., Türkott L., Hiřmanová D. (2017b): Využití modelu CROPGRO-Tomato pro simulaci růstových parametrů rajčete jedlého v polních podmínkách Polabí. Mrazy a jejich dopady. Czech Hydrometeorological Institute, Prague. ISBN 978-80-87577-69-1.
Türkott L., Hiřmanová D., Potopová V. (2017): Teplota vzduchu jako limitující faktor při polním pěstování rajčete jedlého v podmínkách středních Čech. Vliv abiotických a biotických stresorů na vlastnosti rostlin. 12.–14. září 2017. Czech University of Life Sciences Prague.
Další články v kategorii Technologie pěstování