Úvod / Pôdohospodárstvo podľa tém / Zmena klímy

Šľachtenie obilnín a klimatická zmena

14-03-2023
Ing. Peter Hozlár PhD. | [email protected]
NPPC – Výskumný ústav rastlinnej výroby Piešťany, VSS Vígľaš-Pstruša

Klimatická zmena ohrozuje globálnu potravinovú bezpečnosť v dôsledku zníženia produktivity plodín na celom svete. Klimatická zmena ovplyvňuje milióny ľudí, najmä tých najzraniteľnejších, pretože zvyšuje frekvenciu extrémnych meteorologických javov, ktoré spôsobujú znižovanie úrod plodín a premiestňovanie populácie. V súčasnosti je identifikovaných niekoľko globálnych hlavných obmedzení produkcie plodín: zmena klímy, rýchly rast populácie, zvyšujúci sa dopyt po potravinách, znižovanie biodiverzity, zmenšovanie plochy poľnohospodárskej a ornej pôdy, zvyšujúci sa dopyt po poľnohospodárskych vstupoch a ďalšie viaceré faktory súčasne ovplyvňujúce produkciu plodín a produktivitu. Všetky tieto výrobné prekážky majú za následok výrazné zníženie výnosov na celom svete. Zavlažovanie ako prostriedok na zmiernenie sucha, má svoje environmentálne (možné zasolenie pôd) a ekonomické náklady, čím sa stáva alternatívou nie vhodnou pre všetky scenáre.

V tomto roku Európa, časti Číny, americký stredozápad ale aj Afrika zažili leto extrémnych teplôt a sucha. Podľa environmentálneho programu EÚ Copernicus môže byť tohtoročné letné sucho v Európe najhoršie, aké kontinent zažil za posledných 400-500 rokov. Na vrchole obdobia sucha koncom augusta takmer polovica Európy trpela „deficitom pôdnej vlhkosti“. Vedci tvrdia, že zmena klímy znamená, že Európa bude aj naďalej zažívať častejšie a pretrvávajúce suchá a suché podmienky, ktoré v tomto roku ovplyvnili poľnohospodárstvo, dopravu a výrobu energie. „Odtlačky“ klimatickej zmeny sú všade po suchu, ktoré toto leto ohrozovalo úrodu a prerušilo zásobovanie energiou na severnej pologuli, tvrdia vedci. Keďže rekordné horúčavy vysušili pôdy a vysušili rieky v celej Európe, odborníci to nazvali zábleskom nového normálu. Nový výskum 21 vedcov zo služby WWA zistil, že klimatické zmeny spôsobili, že tohtoročné sucho je najmenej 20-krát pravdepodobnejšie. Takéto sucho by sa podľa nich vyskytlo iba raz za 400 rokov, kým ľudia nezačali otepľovať planétu. Ale v dnešnej klíme – ktorá je o 1,2  teplejšia ako v pred industriálnej ére – možno podobnú udalosť očakávať každých 20 rokov. (Politico, 2022).

Predpokladá sa, že globálna populácia vzrastie zo súčasných 8 miliárd ľudí (2022) na 9,7 miliardy v roku 2050. Len tento nárast populácie povedie k každoročnému nárastu dopytu po poľnohospodárskych komoditách o jedno percento. Očakáva sa však, že globálny dopyt po poľnohospodárskych produktoch porastie oveľa rýchlejšie. V dôsledku dodatočného príjmu, zmien v stravovaní a zmien v dopyte po nepotravinových výrobkoch, napríklad po rôznych priemyselných procesoch a procesoch výroby energie, je prijateľná ročná miera rastu dopytu po poľnohospodárskych surovinách približne 2,0 % a viac. Globálne poľnohospodárstvo preto musí poskytovať podstatne viac produkcie, aby uspokojilo budúci zrýchľujúci sa dopyt.

V súčasnosti miera rastu svetovej populácie prekročila lineárny prírastok v produkcii potravín. Šľachtenie rastlín už dlhé dekády drží krok s neustále narastajúcimi potrebami ľudstva. Šľachtenie a šľachtitelia rastlín úspešne zvyšovali produkciu potravín za posledné dekády prostredníctvom rôznych šľachtiteľských stratégií a postupov. Poľnohospodárska produktivita je však znížená v dôsledku monokultúrnych postupov, čo má za následok výrazné zníženie genetickej diverzity a stáva sa vážnym problémom pri výrobe adekvátnych poľnohospodárskych potravín. Integrácia konvenčného šľachtenia rastlín s pokročilými agronomickými postupmi zohrala kľúčovú úlohu pri dosahovaní obrovských genetických ziskov z výnosov plodín v rokoch 1960 až 2015. Zvyšovanie výnosov v dôsledku zelenej revolúcie sa však pre rôzne hlavné potravinárske plodiny znižuje v dôsledku rôznych problémov . Súčasný trend ročného prírastku výnosov hlavných plodín medzi 0,9 a 1,6 % nepostačuje na splnenie požiadaviek v blízkej budúcnosti. Preto, aby sa uspokojil globálny dopyt po potravinách, výnos by sa mal zvýšiť o 2,4 % ročného výnosu. Kľúčovú úlohu v tomto smere boja proti hladu zohrávajú obilniny. Keď sa pozrieme na svetovú situáciu s obilninami je nasledovná: Od sezóny 2017/2018 nastáva vo svete zlom v trendoch keď spotreba obilnín prevyšuje celkovú produkciu a súčasne od tohto momentu neustále klesajú aj zásoby obilnín vo svete.

Graf 1

Graf 1: Svetový trh s obilninami v miliónoch ton

V Európe je situácia našťastie trochu odlišná aj keď rovnováha je krehká a prebytky postupne klesajú.

Graf 2

Graf 2: Európsky trh s obilninami v miliónoch ton

Budúca produkcia potravín sa bude opierať o neustály vývoj nových odrôd plodín vrátane nových plodín a nových druhov potravín na rastlinnej báze. Druhy plodín, ktoré sú v súčasnosti nedostatočne využívané, si budú vyžadovať výskumnú pozornosť, aby mohli prispieť k adaptácii na zmenu klímu. To si môže vyžadovať domestifikáciu nových druhov a rozsiahlejšie využívanie divokých príbuzných druhov, ktoré zachytávajú oveľa viac dostupnej biodiverzity rastlín. Šľachtenie rastlín však hralo kľúčovú úlohu pri riešení prekážok produkcie plodín prostredníctvom vývoja vysoko výnosných a odolných odrôd plodín voči výrobným obmedzeniam. Šľachtenie rastlín je vedecké zlepšovanie plodín z hľadiska kvantitatívnych a kvalitatívnych vlastností a vývoj zdokonalených technológií odolných plodín voči biotickým a abiotickým stresom. V súčasnosti sa vyvíjajú a používajú stratégie adaptácie a zmierňovania klímy na prekonanie drastického vplyvu zmeny klímy na potravinovú bezpečnosť a živobytie svetových spoločenstiev. Prispôsobenie sa zmene klímy a jej zmiernenie sú najdôležitejšou a vzájomne závislou stratégiou, ktorá sa navzájom dopĺňa pri riešení vplyvu zmeny klímy a pripravuje pôdu pre trvalo udržateľné prežitie obyvateľov Zeme. Klimatické prispôsobenie má priamy vzťah so znížením negatívneho vplyvu zmeny klímy prostredníctvom rozvoja odolných plodín na zmenu klímy, zatiaľ čo zmiernenie je navrhnuté na prekonanie príčin a zníženie možných dopadov zmeny klímy.

Šľachtenie rastlín sa primárne spolieha na prítomnosť podstatných genetických variácií, aby sa dosiahol maximálny genetický výnosový potenciál plodín a využitie týchto variácií prostredníctvom efektívnej selekcie na zlepšenie. Preto je vývoj vynikajúcich odrôd s plodinami odolnými voči klimatickým zmenám nevyhnutne dôležitý pre zvýšenie produktivity súbežne so zvyšujúcou sa ľudskou populáciou. Na dosiahnutie rýchleho poľnohospodárskeho pokroku, pokiaľ ide o produkciu a produktivitu v krátkom časovom období, je integrácia šľachtenia rastlín pomocou markerov v budúcom svete veľmi dôležitá. Je ťažké prekonať globálne výzvy zmeny klímy bez integrácie biotechnológie do zlepšovania rastlín na zvýšenie výnosov plodín riešením zníženia výnosov a súvisiacich problémov. V súčasnosti hrá genomický výskum kľúčovú úlohu pri zlepšovaní plodín, najmä pri identifikácii genetickej variability a žiadúcich vlastností, ako aj pri charakterizácii rôznych genetických materiálov plodín na odolnosť voči abiotickému a biotickému stresu. V súčasnosti vývoj technológií na úpravu genómu, najmä CRISPR/Cas9, otvoril nové cesty rýchlej a presnej modifikácie genómu na zlepšenie pokroku v poznaní zlepšovania. Editácia genómu hrá významnú úlohu pri prenose, inzercii a delécii novej sekvencie na požadovanom mieste v cieľovom genóme (Nobelova cena za chémiu rok 2020).

V súčasnosti sa v USA dostávajú na komerčný trh odrody odolné voči suchu a zasolenosti pôdy. Šľachtenie klimaticky inteligentných odrôd reaguje nielen na klimatické požiadavky, ale aj na preferencie výrobcov a konečných spotrebiteľov. Klimaticky inteligentné odrody umožňujú pestovateľom mať primerané úrody v nepriaznivom prostredí poznačenom premenlivosťou klímy. Preto je vývoj plodín odolných voči klimatickým zmenám nevyhnutný na riešenie skutočných výziev klimatických zmien. Na základe sofistikovaných modelovacích a výpočtových nástrojov poľnohospodárskej a environmentálnej ekonómie, ako aj komplexného hodnotenia príspevku šľachtenia rastlín k rastu výnosov a celkovej produktivity v poľnohospodárstve EÚ na ornej pôde, sa analyzovali dopady šľachtenia rastlín pre EÚ a hlavné plodiny na ornej pôde. Výsledky výskumu sú zhrnuté do jedenástich hlavných bodov:

  1. V priemere a vo všetkých hlavných plodinách pestovaných na ornej pôde v EÚ prispelo šľachtenie rastlín približne 67 percentami ku všetkým sektorovým inováciám od prelomu tisícročia. To sa rovná 1,16-percentnému nárastu výnosov ročne a má za následok mnohoraké výhody pre farmárov a spoločnosť ako celok.
  2. V dôsledku šľachtenia rastlín v hlavných plodinách na ornej pôde v EÚ za posledné dve desaťročia sa zvýšili hektárové výnosy, ako aj produkcia na ornej pôde. Bez genetických vylepšení by bola produkcia plodín v roku 2020 v priemere o viac ako 20 percent nižšia od prelomu tisícročia.
  3. Vyššie hektárové výnosy zvyšujú ponuku primárnych poľnohospodárskych produktov na medzinárodných trhoch. Napríklad v súčasnosti sa v EÚ produkuje ďalších 53 miliónov ton obilnín a takmer osem miliónov ton olejnatých semien vďaka pokroku v šľachtení rastlín za posledné dve desaťročia. To prispieva k stabilizácii trhov a zníženiu volatility cien.
  4. Šľachtenie rastlín tiež zlepšuje čistú obchodnú bilanciu EÚ v oblasti poľnohospodárstva. Bez pokroku v šľachtení rastlín za posledných 20 rokov by sa EÚ v roku 2020 stala čistým dovozcom všetkých hlavných plodín na ornej pôde vrátane pšenice a iných obilnín.
  5. Šľachtenie rastlín v EÚ je tiež nevyhnutné na boj proti hladu a podvýžive, keďže zlepšuje svetovú potravinovú bezpečnosť. Vzhľadom na súčasné európske a globálne potravinové koše prispeli genetické zlepšenia plodín v EÚ za posledných 20 rokov k ďalšej dostupnosti potravín pre viac ako 100 miliónov ľudí.
  6. Okrem toho šľachtenie rastlín v EÚ vytvára dodatočnú hospodársku prosperitu zvýšením hrubého domáceho produktu. Profituje celý poľnohospodársky hodnotový reťazec, od dodávateľov vstupov až po konečných spotrebiteľov. Len v roku 2020 priniesli genetické zlepšenia plodín v poľnohospodárstve EÚ na ornej pôde od prelomu tisícročia dodatočnú sociálnu prosperitu vo výške viac ako 14 miliárd EUR v poľnohospodárskom sektore a celkovo zvýšili HDP EÚ o viac ako 26 miliárd EUR.
  7. Šľachtenie rastlín v EÚ tiež zabezpečuje zamestnanosť a zvyšuje príjmy poľnohospodárov a poľnohospodárskych zamestnancov. V priemere za posledné dve desaťročia pripadá na šľachtenie rastlín približne 6 100 EUR na jedného plne zamestnaného farmára. To je približne jedna tretina súčasných príjmov poľnohospodárskych podnikov na ornej pôde v EÚ. Navyše sa týmto spôsobom vytvorilo a zabezpečilo takmer 90 000 pracovných miest v sektore ornej pôdy.
  8. Šľachtenie rastlín v EÚ neprináša len pozitívne ekonomické a sociálne účinky. Vytvára tiež značné pozitívne vplyvy na životné prostredie. Prispieva najmä k ochrane globálnych vzácnych zdrojov pôdy tým, že vytvára vyššie výnosy na jednotku plochy. Neexistencia šľachtenia hlavných plodín na ornej pôde v EÚ za posledných 20 rokov by viedla k rozšíreniu celosvetovej poľnohospodárskej plochy o viac ako 21,5 milióna hektárov do roku 2020. Prispieva to teda k ochrane prirodzených biotopov a znižovaniu emisií skleníkových plynov v dôsledku rozširovania globálnej výmery. Za dve desaťročia pred rokom 2020 sa vďaka genetickým zlepšeniam hlavných plodín na ornej pôde v EÚ predišlo celkovo takmer 4,0 miliardám ton priamych emisií CO2.
  9. Okrem toho šľachtenie rastlín v EÚ vytvára veľký pozitívny vplyv na biodiverzitu. Bez úspechov v šľachtení rastlín v EÚ za posledných 20 rokov by sa do roku 2020 stratila globálna biodiverzita zodpovedajúca druhovej bohatosti 8,3 milióna hektárov dažďového pralesa a savany v Brazílii alebo 11,8 milióna hektárov prirodzených biotopov v Indonézii. doplnok k tomu, čo už zmizlo.
  10. Napokon, šľachtenie rastlín v EÚ pre hlavné plodiny na ornej pôde za posledné dve desaťročia prispelo k celosvetovej ochrane vzácnych vodných zdrojov. Bez pestovania rastlín by dnes celosvetovo bolo potrebných ďalších takmer 50 miliónov m3 vody. To zodpovedá objemu vody najväčšieho talianskeho jazera Lago di Garda.
  11. Patentové právo v rámci USA sa stalo menej vhodným prostredím pre rast úrod obilnín oproti konkurenčnejšiemu prostrediu v šľachtení v EU zabezpečenému vďaka právu duševného vlastníctva a systému CPVO .

Na základe výsledkov úrod z roku 2022 môžeme jednoznačne potvrdiť, že ozimné formy obilnín prinášajú vyššiu stabilitu úrod oproti obilninám jarným, čo súvisí aj s lepším využitím vody, dlhším obdobím vývoja (vyššia pravdepodobnosť zrážok a vegetácia v období s lepšou bilanciou vody)a nakoniec väčším koreňovým systémom. Aj keď aj v rámci ozimných obilnín existujú ďalšie možné vylepšenia pre hospodárenie s vodou ako sú:

  • odrody s hrubou kutikulou a silnou bielovoskovou vrstvou, ktorá odráža silné slnečné žiarenie
  • odrody s mohutnejšími rastlinami oproti zakrpateným odrodám, ktoré majú prirodzene väčší koreňový systém
  • odrody so zníženou spotrebou vody znížením transpirácie (tu existujú veľké rozdiely aj medzi samotnými druhmi rastlín)
  • geneticky podmienená odolnosť voči vodnému stresu súvisiaca s vnútrobunkovým turgorom a vylepšením osmotickým procesom v nových odrodách
  • zmeny vo fenologickom vývoji obilnín (ktoré sú hlavne podmienené dĺžkou dňa a teplotou), to znamená vytvorenie dostatočnej produkcie pri skrátenej vegetačnej dobe. Toto sa darí z rôznych druhov obilnín hlavne ozimnému jačmeňu ale už aj niektorým odrodám ozimnej pšenice.

Samozrejme toto všetko platí aj pre obilniny jarné, ktoré však pravdepodobne pri úrodovej stabilite budú hrať za kratší koniec napriek všetkým výhodám, ktoré svojím pestovaním poskytujú. Tento trend je zrejmý aj po tohtoročnej sezóne v rámci EU keď kukurica, slnečnica a aj niektoré jarné obilniny boli úrodovým sklamaním a osevné plochy ozimných obilnín (pšenica ozimná, jačmeň ozimný, raž ozimná a tritikale ozimné) pre sezónu 2023 stúpli v rámci EU o 1,2 %. (Copa-Cogeca, 2022).

Naše pracovisko NPPC, VURV, VŠS Vígľaš-Pstruša pracuje rovnako na odrodách, ktoré prinášajú lepšie hospodárenie s vodou pri ovse, ktorý je najnáročnejší na vodu spomedzi obilnín a pritom sa ťažko nahrádza inými obilninami. Prínosmi sú jediná odroda ozimného ovsa siateho v SR PS Pankrac, ktorý poskytuje podstatne lepšiu zimovzdornosť ako odrody ozimného ovsa nemeckej alebo maďarskej proveniencie. Rovnako naše pracovisko pracuje na tvorbe novej odrody ozimného nahého ovsa. Pri odrodách pšenice ozimnej a tritikale ozimného prináša najširšie portfólio slovenských odrôd. Niektoré z nich ako napríklad odroda PS Dobromila sa v rámci projektu Ecobreed vyznamenali perfektnou vhodnosťou pre ekologické poľnohospodárstvo, keď odroda významnejšie netrpí na napadnutie plesňou snežnou ani hubovými chorobami prenosnými osivom a tak nie je potrebné jej morenie. Rovnako vykazuje vyznamnejšiu odolnosť proti listovým hubovým patogénom. Čo je významné predstavuje preferovanú osinatú formu s potravinárskou E kvalitou ktorá sa znižuje maximálne na A kvalitu v rámci rôznych pokusov v EÚ, pri ekologickom systéme pestovania pri znížených aplikáciách dusíka. Samozrejme naše pracovisko bude mať k dispozícii pre jarnú sezónu 2023 osivá jarných obilnín ovsa siateho, nahého, pšenice jarnej či pohánky siatej.