Zmiany klimatu - skutki dla
rolnictwa
Zwiers, 2008, Nature
Zmiany klimatu
Zmiany klimatu
Mechanizmy zewnętrzne:
1. Quasi okresowe bez udziału człowieka
" Wahania promieniowania słonecznego
(aktywność Słońca)
" Zmiany parametrów orbity Ziemi wokół Słońca
(cykl Milankovica)
2. Zależne od czynników naturalnych i człowieka
" Zmiany składu ziemskiej atmosfery (gazy
cieplarniane, pyły, aerozole)
" Zmiany właściwości powierzchni Ziemi
(współczynnik odbicia, retencja wodna,
" Zmiana użytkowania terenu
Sprzężenia zwrotne  zwiększające lub zmniejszające efekt
całkowity
Zmiany klimatyczne
Zmiany klimatyczne
Globalne lądowe Globalne oceaniczne
Globalne
tylko naturalne procesy obserwacje
naturalne i antropogeniczne
ICPP, 2007
anomalie temp C
Gazy cieplarniane
Gazy cieplarniane
szacunkowe
stężenie w epoce
gaz stężenie obecne
przedindustrialnej
CO2 288 ppm 379 ppm
CH4 848 ppb 1780 ppb
N2O 285 ppb 315 ppb
CFC-12 0 ppt 541 ppt
CFC-11 0 ppt 262 ppt
Oak Rodge National Laboratory, 2004
Wskaz
niki wpływu człowieka na klimat
Wskaz
niki wpływu człowieka na klimat
Ocieplenie klimatu
Ocieplenie klimatu
Globalne ocieplenie  obserwowane od połowy XX wieku podwyższenie
średniej temperatury atmosfery przy powierzchni ziemi i oceanów oraz
przewidywane ocieplenie w przyszłości.
Potencjalne konsekwencje zmian klimatu w
Potencjalne konsekwencje zmian klimatu w
zależności od czynnika stymulującego
zależności od czynnika stymulującego
Zjawisko i trend zmian Skutki w rolnictwie
ocieplenie wzrost plonów w chłodniejszych rejonach,
spadek w cieplejszych
zmniejszenie liczby dni zimnych/ wzrost częstości występowania
mroz
nych szkodników
zwiększenie liczby dni gorących spadek plonów
wzrost częstości występowania fal upałów spadek plonów spowodowany stresem
termicznym
wzrost częstości występowania zniszczenie upraw, erozja gleby,
przymrozków póz
no- i rozmoknięty grunt- niemożność
wczesnowiosennych prowadzenia upraw
wzrost częstości występowania susz degradacja gleby, niższe plony,
zwiększenie śmiertelności zwierząt
hodowlanych
wzrost częstotliwości występowania zasolenie wód irygacyjnych, obszarów
ekstremalnie wysokiego poziomu morza delt
Przewidywane skutki
Przewidywane skutki
" Największy spadek opadów na południu i północy strefy
subtropikalnej- najbardziej niekorzystny dla Afryki (nie
wytwarzającej gazów cieplarnianych),
" Najbardziej odczują kraje najbiedniejsze (najmniejsza
zdolność adaptacyjna) - spadek dostępności wody pitnej,
drastyczny spadek plonów rolnych, w konsekwencji
susza i głód
" Naturalne ekosystemy lądowe mają zdolność do
adaptacji zmian klimatu przez przesunięcie do 50 km w
ciągu stulecia
" Arktyka  wielkość ocieplenia dwukrotnie przewyższy
średnie ocieplenie globalne (zagrożenie cennych
systemów naturalnych)
" Obszary wybrzeży  szczególnie wrażliwe na zmiany
klimatu  zalanie delt i ujść, w Polsce Żuławy
Wzrost populacji i upraw (Vigoroux, 2003)
Analiza opadów w Nigerii (Vigoroux, 2003)
Zmiana zasięgu
Erebia triaria
endemiczny gatunek
występujący w górach
Hiszpanii, przesunął
się o 290 m wyżej
w ciągu 37 lat,
wzrost temperatury
o 1.3 �C
TREE, Thomas, 2006
Pozytywne i negatywne aspekty zmian
Pozytywne i negatywne aspekty zmian
klimatycznych dla rolnictwa
klimatycznych dla rolnictwa
Pozytywne Negatywne
wydłużony sezon wegetacji mniejsza dostępność wody w rejonach
umiarkowanych i półsuchych
możliwość wprowadzenia utrata węgla w glebie
nowych odmian i gatunków
korzystny dla roślin efekt mineralizacja węgla organicznego
wzbogacenia atmosfery w CO2
ograniczenie występowania pogarszanie warunków glebowych
niektórych szkodników i chorób spowodowanych deficytem wody glebowej
stres termiczny u roślin i zwierząt
powodowany falami upałów
szkody w uprawach (zjawiska ekstremalne)
ograniczenia w uprawie niektórych roślin
zmiana zasięgu występowania nowych
szkodników i chorób (więcej pestycydów)
Kardol, 2010, Ecology
Kardol, 2010, Ecology
Wpływ temperatury na obieg węgla
Wpływ temperatury na obieg węgla
gleby kontrolne
gleby ogrzewane
lata
Średni odpływ węgla z gleb podgrzewanych i kontrolnych
Mellilo, 2002, Science
-2
-1
Średni roczny przepływ mg Cm hr
Frakcja gleby- wrażliwość na temperaturę
Frakcja gleby- wrażliwość na temperaturę
Czas (dni) Czas (dni)
Średnie tempo respiracji (CO2) dla trzech poziomów gleby
Winkler, 1996, Soil Biol. Biochem.
-1
-1
-1
-1
2
2
Wydzielanie CO
�
mol g
24h
Wydzielanie CO
�
mol g
24h
Przewidywany wzrost tempa respiracji
Przewidywany wzrost tempa respiracji
szerokość geograficzna
Zależność wzrostu tempa respiracji od szerokości geograficznej przy
wzroście temperatury o 2�C
Niklińska i in, 1998, Biogeochemistry
procent wzrostu
Tempo respiracji
Tempo respiracji
Zależność wzrostu tempa respiracji gleby od temperatury i jakości
materii organicznej
Niklińska i in, 1998, Biogeochemistry
m
m
o
l
e
C
O
2
k
g
-1
a
r
u
t
ra
e
p
m
e
t
Zmiany klimatyczne a dekompozycja
Zmiany klimatyczne a dekompozycja
wzrost CO2 w
atmosferze
CO2 z materii
wzrost temperatury
organicznej
globalnej
wzrost tempa
dekompozycji
dodatnie sprzężenie zwrotne powoduje
kolejny wzrost CO2 i temperatury
Zmiany klimatyczne a dekompozycja
Zmiany klimatyczne a dekompozycja
ujemne sprzężenie zwrotne przeciwdziała ociepleniu
poprzez wzrastające magazynowanie węgla w glebowej
materii organicznej
spadek CO2 w wzrost CO2 w
atmosferze atmosferze
wzrost wzrost globalnej
sekwestracji węgla temperatury
przyrost frakcji
trudno rozkładalnej
(więcej N)
wzrost produktywności,
spadek tempa
więcej materii organicznej
dekompozycji
Przeciwdziałanie zmianom klimatycznym
Przeciwdziałanie zmianom klimatycznym
" Wielkość globalnego ocieplenia zależy od ilości gazów
przedostających się do atmosfery:
" Zmniejszenie emisji  alternatywne z
ródła energii
" Mniejsza produkcja mięsa
" Programy oszczędnościowe
" Sekwestracja
" Ingerencja w łańcuchy troficzne
Sekwestracja węgla
Sekwestracja węgla
" Lądowa sekwestracja jest procesem, w którym CO2 z
atmosfery jest absorbowany prze drzewa, rośliny,
uprawy w procesie fotosyntezy i zatrzymywany jako
węgiel biomasy (pnie, gałęzie, listowie i korzenie drzew i
roślin oraz w glebie.
" Termin "sinks" ujście jest używany także w odniesieniu
do lasów, pól uprawnych, łąk i ich możliwości do
zatrzymywania (magazynowania) węgla.
" Rolnictwo i leśnictwo także dostarcza CO2 do atmosfery,
ale sekwestracja ma miejsce wtedy, gdy więcej węgla
jest magazynowane niż wydzielane do atmosfery w
określonym czasie i miejscu.
Magazynowanie węgla
Magazynowanie węgla
" na dnie mórz i oceanów,
" w tworach geologicznych,
" w postaci związanej z minerałami (np. CaO + CO2 daje
stabilny związek CaCO3).
w Polsce
" W Polsce rozważa się zatłaczanie CO2 do
eksploatowanych i wyczerpanych złóż węglowodorów
(ropy i gazu ziemnego), głębokich pokładów węgla oraz
głębokich poziomów wodonośnych.
" Planowane jest uruchomienie pierwszych instalacji
zatłaczania CO2 w 2015 roku, prowadzone są w związku
z tym pierwsze wiercenia, badania m.in. w rejonie
Pabianic, spotyka się to jednak ze sprzeciwem lokalnych
społeczności.
Dlaczego gleby rolne i leśne są ważne w
Dlaczego gleby rolne i leśne są ważne w
sekwestracji
sekwestracji
" Gleby są rezerwuarem węgla i uczestniczą w jego
obiegu.
" Wylesianie w strefie tropików odpowiada za 20% rocznej
emisji CO2 (IPCC Special Report on LULUCF (2000) .
Rolnictwo i leśnictwo uczestniczy zarówno w
pochłanianiu jak i wydzielaniu gazów do atmosfery
" Południowe plantacje sosny mogą zatrzymać 100 t C na
akr/ 90 lat (1000 kg C/ha/ rok
" Zmiany upraw z konwencjonalnych na tradycyjne
zatrzymują od 0.1 do 0.3 tony /akr /rok
Szczytowe drapieżniki- jako bufory zmian klimatu
Szczytowe drapieżniki- jako bufory zmian klimatu
Ocieplenie klimatu obniża śmiertelność łosi, które stanowią pożywienie
dla padlinożerców (orłów, kruków). Wprowadzenie wilków równoważy
zależności troficzne (Park Yellostone).
TREE, Sala, 2006
Wpływ zmian globalnych na rolnictwo
Wpływ zmian globalnych na rolnictwo
" zmiana wielkości i rozkładu poszczególnych elementów
klimatu (opad, parowanie, temperatura powietrza) i
związanych z nimi charakterystyk odpływu (rozkład
czasowy obszarowy wielkości odpływu)
" podniesienie się poziomu mórz i zalaniem obszarów w
deltach i pasach nadmorskich i obszarów nisko
położonych wzdłuż wybrzeży i w strefach przyujściowych
rzek wpadających do morza
" Oddziaływanie na rolnictwo ekstremalnych zjawisk
hydrologiczno-meteorologicznych
Na wielkość plonów oddziaływują wzrost temperatury,
zmiany wysokości opadów i reżimu transpiracji oraz CO2
Bezpośredni i pośredni wpływ zmian
Bezpośredni i pośredni wpływ zmian
klimatycznych
klimatycznych
Na powierzchni
Na powierzchni
" Wpływ bardziej bezpośredni: wyższe stężenie CO2,
wyższa temperatura, zmiany opadów i dostępność azotu
zmiany w występowaniu gatunków roślin,
zmiany w zespołach roślinnych w nieużytkowanych
obszarach
w obszarach użytkowanych rolniczo zmiany w
wybranych uprawianych gatunkach, w produkcji,
zarządzanie zasobami wodnymi (irygacja) nawożenie,
patogeny
Pod ziemią
Pod ziemią
" Skutki bardziej złożone:
Odpowiedz
roślin (zmiany zespołów) inne
związki organiczne (C), inna struktura korzeni-
pośrednie zmiany w zespołach
mikroorganizmów i biomasie
Temperatura, woda, azot bezpośrednie
oddziaływanie na mikroby
ale też
Odpowiedz
mikrobów na zmiany klimatyczne (pośrednia
i bezpośrednia) będzie też oddziaływać na rośliny przez
udostępnianie biogenów i produkcję patogenów
Podsumowanie
Podsumowanie
typ użytkowania gleby
klimat węgiel glebowy
metody użytkowania
gleb
Odkrycie roku 2009
Odkrycie roku 2009
" Roślinne receptory ABA: ustalenie struktury ważnej molekuły,
która pomaga roślinom przetrwać susze, może pomóc w
ochronie roślin uprawnych podczas suchych okresów.
" Stwarza także szanse poprawy produkcji biopaliw z roślin
uprawianych w trudnych warunkach.
" Niejadalna roślina pustynna o nazwie
jatrofa (łac. Jatropha curcas) budzi
nadzieje na przyszłość.
Odkrycie roku 2009
Odkrycie roku 2009
" Jatrofa może zregenerować najsłabsze gleby, pomóc małym
gospodarstwom rolnym z krajów rozwijających się w ucieczce
przed biedą.
" Może być z
ródłem energii odnawialnej, jest z
ródłem oleju, z
orzechów jatrofy uzyskuje się do 2270 l wysokiej jakości
biodiesla z hektara. Przy 60 oktanach jest to jeden z
najefektywniejszych bioolejów na świecie. Rafinowany olej z
jatrofy może być wykorzystywany w silnikach dieslowych,
które wymagają tylko nieznacznych zmian. Paliwo jest czyste i
bezpieczne dla środowiska: nie zawiera siarki i zapewnia
wyjątkowo korzystną równowagę CO2, a więc może się
przyczynić do ochrony klimatu.
" Problem z toksycznością.
Niskie pH oceanów
Niskie pH oceanów
" Emisja gazów cieplarnianych  spada pH oceanów -
słabszy wzrost i zdolności rozrodcze organizmów
wodnych
" Widłonogi, ślimaki morskie, jeżowce i wężowidła
przystosowują się do niższego pH kosztem wolniejszego
wzrostu i reprodukcji
" Może dojść do zaburzenia oceanicznego łańcucha
pokarmowego (gatunki łowione przez człowieka??,
z
ródła substancji bioaktywnych wykorzystywanych w
medycynie i farmacji)
" W przeszłości tak duże zmiany pH oceanów
doprowadzały do wymarcia większości żyjących w nich
organizmów
Jak to się dzieje
Jak to się dzieje
" Stężenie CO2 w wodzie oceanicznej powoduje ze do
organizmów morskich przenika coraz więcej jonów H+,
które zakwaszają tkanki.
" Komórki starają się wypompować nadwyżkę H+ przez
błonę komórkową wykorzystując energię zgromadzona
w cząsteczkach ATP lub
" Wytwarzają ujemne jony wodorowęglanowe (HCO3-)
które wiążą się z dodatnimi jonami H+ i wyprowadzają je
na zewnątrz komórki
Ocieplenie klimatu zachodnich stanów USA
Ocieplenie klimatu zachodnich stanów USA
zagraża populacjom pstrąga potokowego
zagraża populacjom pstrąga potokowego
Kerr, 2007, Science
Wpływ ekstremalnych warunków klimatycznych na
Wpływ ekstremalnych warunków klimatycznych na
względną zależność "plon - ewapotranspiracja"
względną zależność "plon - ewapotranspiracja"
" Badano zależność plonów i ewapotranspiracji dwóch
mieszańców kukurydzy. Badania prowadzono w różnych
okresach siedmioletnich w dwóch odmiennych
klimatycznie regionach Bułgarii. Analizowane regiony
wyznaczają granice obszarów opłacalnej uprawy
kukurydzy na ziarno w tych warunkach klimatycznych.
Przedstawiono analizę w latach suchych, średnich
i mokrych. Wykazano wyraz
ne zależności korelacyjne
między plonami a ewapotranspiracją, potwierdzone
bardzo wysokimi wartościami współczynników
determinacji R2.
" Badania udowodniły, że wartość ewapotranspiracji może
ulec istotnej zmianie w wyniku ewentualnej zmiany
klimatu. Już obecnie obserwuje się w Bułgarii wzrost
temperatury i zmniejszenie opadów atmosferycznych, co
może mieć duży wpływ na plonowanie roślin
uprawnych. Mladenov, Varlev, Journal of Water and
Land Development, No. 11 (2007 r.)