Д-р Хелън Фоунс*

Линк към оригинала 

С увеличаване на световното население  се увеличава и нуждата на човечеството от обработваема земя, храна и вода. Земеделските практики стават по-интензивни, но въпреки това два милиарда от почти осемте милиарда души на Земята живеят в хранителна несигурност през 2019 г.

Хранителната несигурност е резултат от разнообразни политически, икономически и земеделски причини, като климатичните промени също крият редица заплахи. Например повишаването на температурата може да промени пригодността на даден район за определен тип култура, а екстремни метеорологични явления  може да имат сериозни и непредсказуеми последици върху реколтите.

Климатът също така влияе върху разпространението на вредители и патогени, които могат да намалят и унищожат реколтите и борбата с тях е постоянна в земеделието.

В статия, публикувана в научното списание Nature Food, аз и колегите ми от Университета в Ексетър изследвахме потенциалните последици от климатичните промени върху зараждащи се растителни патогени и влиянието им върху хранителната сигурност. Зараждащ се патоген е нов патоген или познат такъв, но появил се на ново място или при нов приемник.

Гъбичките са най-важният зараждащ се патоген, що се отнася до вредите върху реколтите. Гъбичните зарази по посевите се увеличават по размер и последици от средата на 20-и век и в момента представляват сериозна заплаха за хранителната сигурност и здравето на екосистемите.

Разрушителните последици на посевните патогени

Висококалоричните основни култури, като зърнените култури и картофите, са очевидно от ключово значение за хранителната сигурност. Анализирахме данни от Организацията за прехрана и земеделие на ООН, за да установим кои точно са най-важните висококалорични земеделски култури в  света.

С прости думи оризът е на първо място, ако  използваме за база приема на калории на глава от населението на ден. Иначе казано, оризът е основа на повече хранителни режими на населението по света от всички останали посеви. Следват пшеницата, захарната тръстика, царевицата, соята и картофите.

Данните за световните добиви показват, че тези шест култури се отглеждат и в най-големи количества в световен мащаб. В земеделските стопанства днес три от тези шест култури – пшеница, соя и картофи, – са застрашени от зараждащи се гъбични патогени.

За картофите това вероятно е позната история. Днешната заплаха идва от същия организъм, който доведе до унищожителния картофен глад в Ирландия през 1845-49 г. (още познат като „Големия глад“), причинил смъртта на над един милион души и принудил друг един милион да емигрира.

Картофения глад в Ирландия 19845-1849 г., причинил смъртта на над 1 милион души

Това е гъбоподобен организъм, наречен oомисет. Оoмисетът може да заразява растения, морската флора и фауна и животни (включително хора). Оoмисетът, причинил картофен глад в Ирландия през 1845 г. – по-известен като мана по картофите, – се нарича Phytophthora infestans. Наименованието е подходящо – произлиза от гръцките думи за растение (phytón) и разрушение (phthorá). Заразяването с Phytophthora кара листата на растенията да изсъхнат и покафенеят, а картофите да загният (има подобен ефект и върху доматите).

През 1845 г. един единствен щам от този патоген пристига от Мексико като новозараждащ се патоген в Европа, където картофите никога преди това не са били в контакт с него  и затова са били силно податливи. Днес, различни щамове продължават да се появяват из целия свят.

Заплаха за основните световни хранителни култури

Вероятно, основните патогени по пшеницата и соята са по-малко познати от маната по картофите, но тяхното възникване и заплахата, която носят, са също толкова опасни.

Соята е изключително важна култура, източник на калории както за хората, така и за изхранването на добитъкa, и е заплашена от ръждива гъба, която може да се пренася чрез въздушните течения в света. Когато попадне в благоприятни условия, ръждата по соята може да доведе до 80% загуба на реколтата.

Увеличената честота на екстремни метеорологични събития във връзка с промяната на климата може да направи този патоген по-трудно предвидим и по-устойчив. Според някои проучвания той се е пренесъл от Колумбия до САЩ заради урагана Иван през 2004 г.

Същевременно пшеницата е заплашена от редица гъбични зарази. В Европа например най-важната е Septoria tritici blotch (STB), която струва само на английските производители около 240 милиона лири на година в загуби. STB е причинена от гъбата Zymoseptoria tritici и се предполага, че се разпространява чрез спори, разнасяни от вятъра.

STB измести от първото място друга гъбична зараза – Stagonospora nodorum blotch, която се среща все по-рядко във Великобритания. Смята се, че  киселинният дъжд оказва непряко благоприятно въздействие на Stagonospora , поради което тя е станала все по-малко разпространена в резултат на законодателството против замърсяването от 1970-те години, което довежда до намаляване на нивата на сярата в атмосферата.

Тази доста учудваща корелация между пшеничните патогени и атмосферното замърсяване показва чувствителността на патогените по културите спрямо антропогенни промени в околната среда.

Пшеницата е обаче по-силно застрашена от „пшеничния взрив“ – болест, появила се като нов патоген в Бразилия и САЩ, след като се е  пренесла от други тревни растения. Тя се развива на базата на специфичен за пшеницата плесенен щам на Pyricularia oryzae, който наскоро достигна Азия и причини над 50% от загубите на реколта в Бангладеш.

Пшеничен взрив

В този контекст е особено тревожно, че световното население зависи толкова много за прехраната си от толкова малко на брой култури. Поради световната търговия и промените в климатичната устойчивост на културите, световните доставки на храна стават все по-хомогенни, а населенията все по-взаимозависими.

Нашето изследване например показва, че земеделската земя за отглеждане на соя значително се е увеличила от 1980 г. насам и масово се обработва  като монокултура (като единствена култура). Обратно площите за отглеждане на просо и сорго (тропическо житно растение, бел.пр.) са намалели. Междувременно площите обратваема земя за отглеждането на пшеница отбелязват нетен спад, в синхрон със световните тенденции за преместване на отглеждането ѝ на нови места. Световните добиви не са намалели, което подсказва, че новите площи за отглеждане на пшеница може да са по-подходящи от старите.

Таблицата, поместена по-долу показва най-големите загуби (вляво) и най-големите добиви (вдясно) в обработваемите площи по света между 1980 и 2007 г.

Възможно е такива увеличения в добивите да са положителен ефект от климатичните промени за земеделието. Но някои от моите колеги от Университета в Ексетър доказаха, че когато културите се засяват на нови места, те носят със себе си своите патогени като отговор на промяната в климата и възможността за нови приемници. Така увеличеният риск от болести  анулира по-големия добив.

Заплаха за основните земеделски култури

Важно е и да не забравяме, че хранителната сигурност не се отнася само до основните култури. Износните култури са в основата на много икономики. Анализирахме данните на Организацията за прехрана и земеделие на ООН, за да установим кои култури могат да бъдат описани като най-важните земеделски продукти в света.

Установихме, че маниоката е най-важният земеделски продукт в Африка; кафето и бананите в Централна и Южна Африка; доматите в Азия; гроздето в Европа; ечемикът в Океания; доматите и бадемите в Северна Америка.

Много от тези култури са също заплашени от новозараждащи се патогени и могат да бъдат податливи на други със затоплянето на климата.

Бананите например са заплашени едновременно от „панамската болест“ (Fusarium wilt) и от „черна сигатока“ (Mycosphaerella fijiensis), и двете от които са новозараждащи се гъбични болести. Разпространението на панамската болест дори предизвика смяната на доминиращия в света вид банани, известен като „Gros Michel“, с устойчивия вид „Cavendich” през 1950-те.

Впоследствие обаче нов щам на панамската болест (известен като „TR4”) се зароди през 1960-те  постепенно се разпространи по света. Както картата по-долу показва, това разпространение се е засилило напоследък и TR4 е навлязъл през 2019 г. в основната държава – производителка на  банани, Колумбия. Това предизвика медийни репортажи за предстоящ „банангедон“ и извънредно положение в страната.

Моделиране на бъдещия риск от болести

Да се предвиди поведението на патогените по културите при променящия се климат не е лесна задача. Болестите зависят от т.нар „триъгълник на болестите“, в който патогенът се влияе от своя приемник и двамата се влияят от фактори на околната среда като наличността на хранителни вещества и климата.

Най-простите модели се опитват да корелират наблюдаваните болести с метеорологичните данни. Такива модели могат успешно да предскажат риска от болести, когато прости метеорологични фактори влияят върху болестта.

Например за болестта STB върху пшеницата се знае, че се ограничава от горещо, сухо време, отчасти защото разпространението на гъбичните спори зависи от дъждовните пръски от лист на лист. Предсказаните увеличения в честотата и продължителността на такива валежи може да се използва за предвиждане на намален риск от STB.

В по-сложни ситуации обаче такива корелативни модели не работят. Това води до нуждата за „механични модели“, които вземат предвид сложните биологични взаимодействия между приемник и патоген.

Подобреният достъп до климатични данни с висока резолюция от вторични анализи, които обединяват наблюдаваните данни и резултатите от моделирането, също ни позволява да добием информация за фактори като температурата на сенника и продължителността на листната влага. Това позволява създаването на сложни модели да се разглежда като реалистична алтернатива.

Колегата ми, проф. Дан Бебер, е създал такива модели за няколко гъбични болести. В ръждата по листата на кафето например моделът показва, че климатичните промени най-вероятно не са отговорни за скорошната поява на огнище на болестта в Колумбия. Моделът на болестта черна сигатока обаче показва, че климатичните промени са увеличили листната влага и са направили температурата по-благоприятна за тази гъба в районите, отглеждащи банани, увеличавайки риска от болест с 44%.

Разбира се тези модели могат да ни дадат информация за важността на климатичните променливи и ни позволяват да тестваме хипотези за причините за наблюдаваните промени в разпространението на болести, но за много болести все още не съществуват точни предсказващи модели .

Това е така, защото климатът взаимодейства с всички други аспекти на триъгълника на болестта. Той има значение не само за това къде и кога дадена култура се отглежда, но и определя дали това растение е под стрес или здраво, което от своя страна влияе върху устойчивостта срещу болести. Същевременно той влияе върху оцеляването на патогена и разпространението му. Междувременно в земеделието може да бъдат усетени  социално-икономически ефекти, което на свой ред да окаже влияние върху здравето на растенията и последиците от болестта.

Още по-трудни за предсказване са сложните взаимодействия между климата, човешкото поведение и не-климатичните фактори на околната среда като замърсяването на въздуха. Както серните газове повлияха на пшеничните патогени през 1970-те, така концентрацията на други газове в атмосферата като озон и азотен оксид също променят защитните сили на растенията и поведението на патогените.

Както видяхме, патогените имат склонност да мигрират към подходящи климатични условия, стига да са налице  приемници за тях. Това означава, че както хората реагират на климатичните промени като променят земеделските си практики, така и болестите по културите вероятно правят същото. 

Ако статията ви харесва, можете да подкрепите dВЕРСИЯ в Patreon

Comments

comments