Cum schimbările climatice pot accelera dezvoltarea bolilor culturilor

accelera

Dr. Helen Fones *

Pe măsură ce populația lumii crește, crește și nevoia umană de pământ arabil, hrană și apă. Practicile agricole devin tot mai intense, dar două miliarde din cei aproape opt miliarde de oameni de pe Pământ trăiesc în nesiguranță alimentară în 2019.

Insecuritatea alimentară este rezultatul unei varietăți de motive politice, economice și agricole, iar schimbările climatice reprezintă, de asemenea, o serie de amenințări. De exemplu, creșterea temperaturilor poate schimba adecvarea unei zone pentru un anumit tip de cultură, iar evenimentele meteorologice extreme pot avea efecte grave și imprevizibile asupra culturilor.

Clima afectează, de asemenea, răspândirea dăunătorilor și a agenților patogeni care pot reduce și distruge culturile și le pot controla este constantă în agricultură.

Într-un articol publicat în revista științifică Nature Food, eu și colegii mei de la Universitatea din Exeter am explorat efectele potențiale ale schimbărilor climatice asupra agenților patogeni emergenți ai plantelor și impactul acestora asupra securității alimentare. Un agent patogen născut este un agent patogen nou sau unul cunoscut, dar care a apărut într-un loc nou sau la o nouă gazdă.

Ciuperca este cel mai important agent patogen născut în ceea ce privește deteriorarea culturilor. Infecțiile fungice pe culturi au crescut în dimensiuni și efecte de la mijlocul secolului al XX-lea și reprezintă în prezent o amenințare gravă pentru securitatea alimentară și sănătatea ecosistemului. .

Articole similare:

Efectele distructive ale agenților patogeni ai culturilor

Culturile de bază bogate în calorii, cum ar fi cerealele și cartofii, sunt în mod clar cheia securității alimentare. Am analizat datele de la Organizația Națiunilor Unite pentru Alimentație și Agricultură pentru a determina care sunt cele mai importante culturi bogate în calorii din lume.

În cuvinte simple, orezul este pe primul loc dacă este utilizat ca bază pentru aportul de calorii pe cap de locuitor pe zi. Cu alte cuvinte, orezul stă la baza mai multor diete în lume decât toate celelalte culturi. Urmează grâu, trestie de zahăr, porumb, soia și cartofi.

Datele privind producția mondială arată că aceste șase culturi sunt cultivate în cele mai mari cantități la nivel mondial. În fermele de astăzi, trei dintre aceste șase culturi - grâu, soia și cartofi - sunt expuse riscului de apariție a agenților patogeni fungici.

Pentru cartofi, aceasta este probabil o poveste familiară. Amenințarea de astăzi vine de la același organism care a dus la foametea devastatoare de cartofi din Irlanda în 1845-49 (cunoscută și sub numele de „Marea foamete”), care a ucis peste un milion de oameni și a forțat încă un milion să emigreze.

Foametea de cartofi din Irlanda în anii 19845-1849 a ucis peste 1 milion de oameni

Acesta este un organism asemănător fungilor numit oomiset. Oomicetele pot infecta plantele, viața marină și animalele (inclusiv oamenii). Oomicetul care a provocat foametea de cartofi în Irlanda în 1845 - mai bine cunoscut sub denumirea de cartof - este numit Phytophthora infestans. Numele este potrivit - derivat din cuvintele grecești pentru plantă ( fiton ) și distrugere ( phthorá). Infecție cu Phytophthora face ca frunzele plantelor să se usuce și să se rumenească, iar cartofii să putrezească (are un efect similar asupra roșiilor).

În 1845, o singură tulpină a acestui agent patogen a sosit din Mexic ca agent patogen nou-născut în Europa, unde cartofii nu mai fuseseră niciodată în contact cu acesta și, prin urmare, erau foarte sensibili. Astăzi, diverse tulpini continuă să apară în întreaga lume.

O amenințare pentru principalele culturi alimentare din lume

Probabil că principalii agenți patogeni ai grâului și soiei sunt mai puțin cunoscuți decât mana pe cartofi, dar apariția lor și amenințarea pe care o reprezintă sunt la fel de periculoase.

Soia este o cultură extrem de importantă, o sursă de calorii atât pentru oameni, cât și pentru animale și sunt amenințate de o ciupercă ruginită care poate fi transportată de curenții de aer din întreaga lume. Atunci când este expus la condiții favorabile, rugina din soia poate duce la pierderea recoltei cu 80%.

Frecvența crescută a evenimentelor meteorologice extreme legate de schimbările climatice poate face acest agent patogen mai dificil de previzionat și mai rezistent. Potrivit unor studii, s-a mutat din Columbia în Statele Unite din cauza uraganului Ivan în 2004.

În același timp, grâul este amenințat de o serie de infecții fungice. În Europa, de exemplu, este cel mai important Septoria tritici blotch (STB), care costă singuri producătorii britanici cu pierderi de aproximativ 240 de milioane de lire sterline pe an. STB este cauzată de ciupercă Zymoseptoria tritici și se crede că este răspândit de spori transportați de vânt.

STB deplasează o altă infecție fungică din primul loc - Pătarea Stagonospora nodorum, care devine din ce în ce mai puțin frecvent în Marea Britanie. Se crede că ploile acide au un efect benefic indirect asupra Stagonospora, ca urmare, a devenit mai puțin frecventă ca urmare a legislației anti-poluare începând cu anii 1970, care a redus nivelurile de sulf atmosferic.

Această corelație destul de surprinzătoare între agenții patogeni de grâu și poluarea aerului arată sensibilitatea agenților patogeni ai culturilor la schimbările antropice din mediu.

Cu toate acestea, grâul este mai expus riscului din cauza „exploziei de grâu” - o boală care a apărut ca un nou agent patogen în Brazilia și Statele Unite după ce a fost transmisă de la alte plante erbacee. Se dezvoltă pe baza unei tulpini de mucegai specifice grâului Pyricularia oryzae, care a ajuns recent în Asia și a provocat peste 50% din pierderile de recoltă în Bangladesh .

În acest context, este deosebit de îngrijorător faptul că populația lumii depinde atât de mult de existența lor de atât de puține culturi. Datorită comerțului mondial și a schimbărilor în reziliența climatică a culturilor, aprovizionarea mondială cu alimente devine din ce în ce mai omogenă și populațiile din ce în ce mai interdependente.

Studiul nostru, de exemplu, arată că terenul agricol pentru cultivarea soiei a crescut semnificativ din 1980 și este cultivat pe scară largă ca monocultură (ca o singură cultură). Zonele din spate pentru creșterea mei și sorg (cereale tropicale, бел.пр. ) au scăzut. Între timp, suprafața terenurilor arabile pentru cultivarea grâului este în scădere netă, în conformitate cu tendințele globale de a-și muta cultivarea în noi locații. Randamentele mondiale nu au scăzut, ceea ce sugerează că zonele noi de cultivare a grâului pot fi mai potrivite decât cele vechi.

Tabelul de mai jos prezintă cele mai mari pierderi (stânga) și cele mai mari randamente (dreapta) în terenurile arabile la nivel mondial între 1980 și 2007.

Cele mai mari randamente și pierderi
Pierderi Randamente
Țară Cultură Zona (Mha) Țară Cultură Zona (Mha)
India sorg -9.48 Brazilia soia 19.3
Statele Unite ale Americii grâu -8.16 China Porumb 18,99
India mei -6,83 Argentina Soia 15,71
China grâu -4,68 India Soia 9,66
Canada grâu -3,84 Statele Unite ale Americii Soia 7.01
Brazilia orez -3.30 Statele Unite ale Americii Porumb 6,95
China Cartof dulce -3.27 India Grâu 6,83
Statele Unite ale Americii Sorg -2,82 Brazilia trestie de zahăr 6.40
Statele Unite ale Americii ovăz -2,81 Canada rapiță 5.53

Este posibil ca astfel de creșteri ale randamentelor să fie un efect pozitiv al schimbărilor climatice asupra agriculturii. Dar unii dintre colegii mei de la Universitatea din Exeter au arătat că, atunci când culturile sunt semănate în locuri noi, își poartă agenții patogeni cu ele ca răspuns la schimbările climatice și la posibilitatea unor noi gazde. Astfel, riscul crescut de boală anulează randamentul mai mare.

Amenințare pentru culturile majore

De asemenea, este important să ne amintim că securitatea alimentară nu se referă doar la culturi de bază. Culturile de export sunt în centrul multor economii. Am analizat date de la Organizația Națiunilor Unite pentru Alimentație și Agricultură pentru a determina care culturi pot fi descrise ca fiind cele mai importante produse agricole din lume.

Am constatat că manioca este cel mai important produs agricol din Africa; cafea și banane în Africa Centrală și de Sud; roșii în Asia; struguri în Europa; orz în Oceania; roșii și migdale în America de Nord.

Multe dintre aceste culturi sunt, de asemenea, amenințate de agenții patogeni emergenți și pot fi sensibile la altele cu încălzire globală.

Bananele, de exemplu, sunt amenințate atât de „Fusarium wilt”, cât și de „sigato negru” Mycosphaerella fijiensis ), ambele fiind boli fungice emergente. Răspândirea bolii panamene a dus chiar la înlocuirea speciilor de banane dominante din lume, cunoscute sub numele de „Gros Michel”, cu speciile durabile Cavendich în anii 1950.

Cu toate acestea, o nouă tulpină a bolii panamene (cunoscută sub numele de „TR4”) a apărut în anii 1960 și s-a răspândit treptat în întreaga lume. După cum arată harta de mai jos, această răspândire s-a intensificat recent și TR4 a intrat în principala țară producătoare de banane, Columbia, în 2019. Acest lucru a provocat rapoarte mass-media despre viitorul „banangedon” și despre starea de urgență din țară.

Modelarea riscului viitor de boli

Prezicerea comportamentului agenților patogeni ai culturilor într-un climat în schimbare nu este o sarcină ușoară. Bolile depind de așa-numitul „triunghi al bolii”, în care agentul patogen este influențat de gazda sa și ambii sunt influențați de factori de mediu precum disponibilitatea nutrienților și clima.

Cele mai simple modele încearcă să coreleze bolile observate cu datele meteorologice. Astfel de modele pot prezice cu succes riscul bolii atunci când simpli factori meteorologici afectează boala.

De exemplu, STB pe grâu este cunoscut a fi limitat de vremea caldă și uscată, în parte deoarece răspândirea sporilor fungici depinde de precipitațiile de la frunze la frunze. Creșterile prevăzute în frecvența și durata unor astfel de precipitații pot fi utilizate pentru a prezice un risc redus de STB.

Cu toate acestea, în situații mai complexe, astfel de modele corelative nu funcționează. Acest lucru duce la necesitatea unor „modele mecanice” care să ia în considerare interacțiunile biologice complexe dintre gazdă și agentul patogen.

Accesul îmbunătățit la datele climatice de înaltă rezoluție din analizele secundare, care combină datele observate și rezultatele modelării, ne permite, de asemenea, să obținem informații despre factori precum temperatura copertinei și durata umidității frunzelor. Acest lucru permite crearea de modele complexe pentru a fi considerată o alternativă realistă.

Colegul meu, prof. Dan Beber, a creat astfel de modele pentru mai multe boli fungice. De exemplu, în rugina frunzelor de cafea, modelul arată că schimbările climatice nu sunt cel mai probabil responsabile pentru izbucnirea recentă a bolii în Columbia. Cu toate acestea, modelul bolii sigatoka negre arată că schimbările climatice au crescut umiditatea frunzelor și au făcut ca temperatura să fie mai favorabilă pentru această ciupercă în zonele de creștere a bananelor, crescând riscul de boală cu 44%.

Desigur, aceste modele ne pot oferi informații despre importanța variabilelor climatice și ne permit să testăm ipoteze despre cauzele modificărilor observate în prevalența bolii, dar pentru multe boli nu există încă modele predictive precise. .

Acest lucru se datorează faptului că clima interacționează cu toate celelalte aspecte ale triunghiului bolii. Este important nu numai unde și când se cultivă o cultură, ci determină, de asemenea, dacă această plantă este stresată sau sănătoasă, ceea ce la rândul său afectează rezistența la boli. În același timp, afectează supraviețuirea agentului patogen și răspândirea acestuia. Între timp, efectele socio-economice pot fi resimțite în agricultură, care la rândul lor pot afecta sănătatea plantelor și efectele bolii.

Și mai dificil de prezis sunt interacțiunile complexe dintre climă, comportamentul uman și factori de mediu non-climatici, cum ar fi poluarea aerului. Așa cum gazele de sulf au afectat agenții patogeni din grâu în anii 1970, concentrația altor gaze din atmosferă, cum ar fi ozonul și oxidul azotic, au modificat de asemenea apărarea plantelor și comportamentul agenților patogeni.

După cum am văzut, agenții patogeni tind să migreze către condiții climatice adecvate, atâta timp cât există gazde pentru ei. Aceasta înseamnă că, la fel cum oamenii răspund la schimbările climatice schimbându-și practicile agricole, la fel și bolile culturilor vor face același lucru.