Woda – największe wyzwanie dla rolnictwa
Mimo że nie wszystkie uprawy mają równie wysokie zapotrzebowanie na wodę dla zapewnienia wzrostu, żadna z nich nie byłaby w stanie przetrwać bez tego naturalnego zasobu. Jeśli stres wodny wystąpi w kluczowych stadiach, wówczas końcowy plon jest zagrożony. Podczas gdy słonecznik potrzebuje średnio 420 mm wody w całym cyklu, w tym 190 mm w fazie wypełniania ziarna, pszenica wymaga 450 mm, a kukurydza od 560 do 760 mm.
Skutki niedoboru wody będą więc różne w zależności od gatunku, a także od fazy wegetatywnej. Kukurydza na przykład ma bardzo wysokie wymagania w okresie od 10. do 14. liścia i końca kwitnienia, czyli w okresie letnim. Brak wody w tym okresie, nawet przez kilka dni, może znacząco obniżyć liczbę ziaren w kolbie, a tym samym – końcowy plon.
Z tego powodu ślad wodny upraw jest wysoki, ale niezbędny do zapewnienia produkcji rolnej na odpowiednim poziomie ilościowym i jakościowym. Woda wykorzystywana do nawadniania przyczynia się do powstawania tego śladu. Na całym świecie nawadnianych jest około 20% powierzchni gruntów uprawnych, ale produkuje się na nich 40% światowej żywności. W ciągu ostatnich dwudziestu lat pojawiły się różnego rodzaju innowacje – dotyczące odmian, agronomii, sposobu upraw itp. – które zmniejszyły zapotrzebowanie upraw na wodę o 30% przy takim samym plonie.
Jednak w kontekście zmian klimatycznych i coraz częstszych okresów stresu wodnego ten postęp nie zawsze jest wystarczający.
Czy wiesz, że…?
Na całym świecie działalność rolnicza odpowiada za blisko 70% całkowitego zużycia zasobów słodkiej wody (w tym pochodzących z opadów deszczu).
Obieg wody w obliczu zmian klimatycznych: zaburzona równowaga
Woda, która pokrywa prawie 70% powierzchni Ziemi, jest nieustannie ponownie wykorzystywana w przyrodzie. Jest to stałe zjawisko, obejmujące parowanie wody z oceanów, jezior, rzek, gleb, a także wody zawartej w roślinach. Kondensacja pary tworzy chmury, z których następują opady deszczu lub śniegu. Następnie woda powraca do mórz lub wsiąka w glebę, aby uzupełnić podziemne zasoby, zanim zostanie wchłonięta przez rośliny: cykl się zamyka.
Proces ten podlega dziś zakłóceniom, które spowodowane są zmianami klimatu. Wzrost temperatur wzmaga zjawisko parowania wody, natomiast zmiany temperatury i ciśnienia atmosferycznego zmieniają strukturę opadów. Oscyluje ona pomiędzy ulewnymi deszczami a suszami, które są obecnie bardziej dotkliwe i częstsze. Nie wspominając już o tym, że z roku na rok coraz trudniej przywrócić odpowiedni poziom wód gruntowych.
Zjawiska te mają bezpośredni wpływ na produkcję rolną, a co za tym idzie – na bezpieczeństwo żywnościowe. 50% kalorii na świecie pochodzi bowiem z upraw wrażliwych na niedobór wody: zbóż, ryżu, kukurydzy i soi.
Susza i stres wodny – nie należy mylić tych dwóch pojęć!
Podczas gdy susza jest zjawiskiem meteorologicznym, stres wodny odnosi się do stanu rośliny, której brakuje wody. O ile o suszy możemy mówić zazwyczaj po wielu dniach bez opadów, o tyle stres wodny może nastąpić bardzo szybko, zwłaszcza jeśli występuje na kluczowym etapie rozwoju uprawy.
Rozwiązania optymalizujące dostęp do wody w rolnictwie
Chociaż w ostatnich latach okresy niedoboru wody stały się coraz częstsze, istnieją rozwiązania, które mogą pomóc rolnikom dostosować się do niedoborów wody lub prowadzić działalność pomimo ich występowania. Wśród nich należy wymienić wybór bardziej odpornych odmian, które pozwolą ograniczyć skutki deficytu wody. Przesunięcie terminu siewu oraz wybór odpowiednio wczesnej pory sadzenia mają na celu uniknięcie okresów największego ryzyka dla rozwoju rośliny.
Kolejną kwestią, na którą należy zwrócić uwagę, jest konieczność starannego usuwania chwastów, aby ograniczyć rywalizację o wodę pomiędzy istniejącymi uprawami a chwastami na polu uprawnym. A do tego należy dostosować płodozmian, utrzymać pokrywę roślinną, wzbogacać glebę w materię organiczną itp. Wszystkie te działania poprawiają strukturę gleby, a tym samym jej zdolność do zatrzymywania wody.
Jeśli chodzi o nawadnianie, wyzwaniem jest dostarczenie odpowiedniej ilości wody we właściwym czasie. Narzędzia wspomagające podejmowanie decyzji, takie jak czujniki i sondy, ułatwiają zarządzanie danymi wejściowymi poprzez przewidywanie okresów krytycznych i optymalizację działań.
Pojawienie się w ostatnich latach biorozwiązań rozszerza zakres możliwości. Te specjalne środki zwiększają odporność upraw na stres wodny. W jaki sposób? Poprzez stymulację mechanizmów odporności na stres lub pomoc w mobilizacji niezbędnych zasobów, na przykład poprzez rozwój systemu korzeniowego, aby mógł on lepiej i głębiej penetrować glebę oraz optymalizować wchłanianie wody.
Czy wiesz, co to jest WUE?
WUE (ang. Water Use Efficiency) to efektywność wykorzystania wody – wskaźnik, który odzwierciedla skuteczność wykorzystania przez roślinę dostępnych zasobów wodnych. Wyzwaniem dla naukowców w nadchodzących latach będzie poprawa wskaźnika WUE w obliczu coraz bardziej niepewnych zasobów wody w kluczowych momentach cyklu upraw.
Wykorzystanie fitosteroli: unikalne rozwiązanie pozwalające ograniczyć zużycie wody
Niektóre biorozwiązania pomagają uprawom lepiej znosić stres wodny. Wysyłają roślinie sygnały, aby przeszła w tryb „czuwania”. Do najbardziej obiecujących cząsteczek zaliczają się fitosterole – lipidy naturalnie występujące w roślinach. Stosowane zapobiegawczo, poprzez aplikację dolistną, uruchamiają proces adaptacji rośliny jeszcze przed wystąpieniem zaburzenia.
Fitosterole aktywują mechanizmy obrony fizjologicznej, które pomagają roślinie przetrwać deficyt wody. Stosowane praktyki obejmują stymulowanie wzrostu korzeni i zwiększanie liczby włośników korzeniowych: dwa elementy, które pomagają roślinie dokładniej penetrować glebę, a tym samym zwiększyć wykorzystanie zasobów wodnych. Ale proces obronny zachodzi również nad ziemią, na poziomie aparatu liściowego rośliny. Fitosterole regulują otwieranie aparatów szparkowych, zmniejszając ewapotranspirację liści w zależności od potrzeb rośliny.
Na przykład w przypadku kukurydzy fitosterole stosowane w okresie od 6. do 10. liścia powodują redukcję zapotrzebowania na wodę (nawet o 20%), lepsze zarządzanie dostępnymi zasobami, częściowe zamknięcie aparatów szparkowych w celu ograniczenia ewapotranspiracji, szybszy rozwój korzeni w celu uzyskania lepszego dostępu do zasobów wody itp. Wiąże się to również z wytwarzaniem większych kolb, większą biomasą, a w rezultacie – większymi plonami. Nawet w idealnych warunkach klimatycznych stosowanie fitosteroli jest korzystne lub, w najgorszym przypadku, neutralne. Skuteczność tej metody została potwierdzona w uprawach kukurydzy, pszenicy, jęczmienia, soi i słonecznika.
Czy wiesz, że…?
Dzięki zastosowaniu fitosteroli rośliny zużywają nawet o 20% mniej wody.
Krok w kierunku rolnictwa o zwiększonej odporności na niepewność klimatyczną
Niepewność związana z klimatem jest coraz większa, a w nadchodzących latach będzie postępować w rosnącym tempie. Rolnicy, których produkcja jest zagrożona z powodu powtarzających się niedoborów wody, powinni zdecydować się na rozwiązania kombinatoryczne, łączące genetykę, agronomię i biorozwiązania. W ich gestii jest ochrona gleb, aby były w stanie zatrzymywać wodę, przewidywanie potencjalnego stresu wodnego tak wcześnie, jak to możliwe, korzystając np. z narzędzi wspomagających podejmowanie decyzji, oraz skupienie się na innowacjach, wybierając rozwiązania najlepiej dostosowane do danych warunków glebowych i klimatycznych oraz systemu upraw. Stosowanie biorozwiązań, takich jak fitosterole, jest jednym z obiecujących sposobów na zachowanie plonów. Identyfikacja sposobów obejścia lub dostosowania się do zmian klimatycznych stanowi nieustannie przedmiot wysiłków podejmowanych przez naukowców, niezależnie od ich dziedziny.
