Kako klimatske promjene utječu na razvoj kukaca štetnika u poljoprivredi

Zbog blagih zima već smo navikli da na krpelje možemo naići gotovo cijele godine, dok su, primjerice, potkornjaci, kukci uglavnom prisutni u crnogoričnim šumama Mediterana, sve češći uzrok sušenja i odumiranja tuja, smreka i druge crnogorice u sjevernim, kontinentalnim krajevima. 

Na koji način onda klimatske promjene i sve toplije vrijeme utječe na kukce štetnike u poljoprivredi i kako u budućnosti upravljati njihovim širenjem kako bi se osigurale dostatne količine hrane za rastuću svjetsku populaciju? Tim se pitanjem bavila grupa znanstvenika sa zagrebačkog Agronomskog fakulteta u znanstvenom članku o utjecaju klimatskih promjena na štetnike u poljoprivredi koji je pod naslovom “The Impact of Climate Change on Agricultural Insect Pests” objavljen u znanstvenom časopisu “Insects”. 

Priznanje znanstvene zajednice

Članak je nastao u sklopu znanstveno – istraživačkog projekta “Napredna i prediktivna poljoprivreda za otpornost klimatskim promjenama (AgroSPARC)”. Projekt se provodio od 2020. do kraja 2023. godine uz koordinaciju Inovacijskog centra Nikola Tesla, a u njemu su kao partneri surađivali istraživači s Agronomskog fakulteta i Fakulteta elektrotehnike i računarstva, sa Sveučilišta u Zagrebu. 

U posebnim komorama tijekom tri godine pratio se i bilježio razvoj pšenice u različitim umjetno stvorenim klimatskim uvjetima. Kao krajnji rezultat primjenom alata “umjetne inteligencije” izrađeni su matematički modeli različitih stadija razvoja pšenice koji će koristiti poljoprivrednici za predviđanje svojih budućih prinosa u sve nepredvidljivijim uvjetima klimatskih promjena. 

Projekt AgroSPARC iznjedrio je ukupno šest znanstvenih radova, od kojih je jedan i spomenuti rad o štetnicima. Članak je objavljen u svibnju 2021. godine te je ubrzo stekao priznanje unutar akademske zajednice prikupivši više od 800 citata na platformi Google Scholar (Google Znalac) te je potom nagrađen i kao najbolji rad u časopisu “Insects”. Autori članka su Sandra Skendžić, Monika Zovko, Ivana Pajač Živković i Darija Lemić s Agronomskog fakulteta te Vinko Lešić s FER-a. 

Cilj rada bio je istražiti povezanost klimatskih promjena i širenja ekonomski značajnih poljoprivrednih štetnika, pri čemu se posebna pažnja pridaje sve većim štetama koje uzrokuju na poljoprivrednim kulturama. Nedostaci u kontroli uvoza i izvoza roba i ljudska mobilnost doveli su do sve veće rasprostranjenosti štetnika, dok klimatske promjene povoljno utječu na njihovo daljnje širenje i sve veću brojnost.

Rastuća svjetska populacija ima sve veće zahtjeve za proizvodnjom usjeva i do 2050. godine globalna poljoprivredna proizvodnja će vrlo vjerojatno morati biti udvostručena kako bi zadovoljila povećanu potražnju. Za sigurnost hrane brojna istraživanja preporučuju da je povećanje prinosa održiv pristup, nasuprot daljnjem raščišćavanju zemljišta za proizvodnju. Međutim, za postizanje tog cilja bit će ključno, između ostalog, razviti nove modele upravljanja populacijama štetnika i smanjenja njihovih negativnih utjecaja.

Jedna od glavnih prijetnji uzgoju pšenice

Iako još uvijek postoje mnoge nepoznanice vezane uz klimatske promjene, široko je prihvaćeno da one uvelike utječu na uzgoj poljoprivrednih kultura, kao i na štetnike koji se na njima razvijaju i hrane. Učinci klimatskih promjena na štetnike su složeni, jer klimatske promjene pogoduju nekima i inhibiraju druge, dok utječu na njihovu distribuciju, raznolikost, obilje, razvoj, rast i fenologiju. 

Općenito se očekuje da će doći do ukupnog povećanja broja štetnika zbog povećane stope preživljavanja tijekom zimovanja i sposobnosti razvoja više generacija. Također bi mogli proširili svoj geografski raspon (posebno prema sjeveru). Invazivne vrste štetnika će se vjerojatno lakše udomaćiti u novim područjima i bit će više biljnih bolesti koje prenose kukci – vektori. Još jedna negativna posljedica je smanjena učinkovitost prirodnih neprijatelja. 

O navedenim i drugim elementima znanstvenog rada o kukcima štetnicima u poljoprivredi razgovarali smo s jednom od njegovih autorica Sandrom Skendžić, mag.ing.agr., asistenticom sa Zavoda za poljoprivrednu zoologiju Agronomskog fakulteta Sveučilišta u Zagrebu. 

Zašto ste za temu odabrali upravo kukce štetnike?

Odlučili smo se posvetiti temi štetnika u poljoprivredi, posebno u kontekstu uzgoja pšenice, jer su se kroz istraživanje utjecaja različitih klimatskih uvjeta upravo štetnici pokazali kao jedni od najznačajnijih čimbenika koji ugrožavaju opstanak i prinos ove strateški važne žitarice u Hrvatskoj. Klimatske promjene, kroz abiotske čimbenike stresa poput suše, i biotske čimbenike stresa poput povećane brojnosti i aktivnosti štetnika kao što su lisne uši i žitni balci, značajno utječu na uzgoj strnih žitarica. Promjene u dinamici ovih štetnika, uključujući smanjene stope smrtnosti uslijed blagih zima, a time i njihovu pojačanu aktivnost ishrane tijekom vegetacije, dovode do značajnih gubitaka u prinosu, ali i kvaliteti. Ovi su izazovi postali sve izraženiji posljednjih godina, što je dodatno motiviralo nastanak projekta i ovog specifičnog znanstvenog rada.

Jeste li u znanstvenom radu koristili i rezultate istraživanja nastale u sklopu projekta AgroSPARC? 

Cilj rada bio je istražiti i sintetizirati postojeća znanja o sve češćim problemima sa štetnicima u uzgoju poljoprivrednih kultura, u kontekstu klimatskih promjena. Rad je bio preglednog karaktera, pri čemu smo detaljnim iščitavanjem dostupne literature analizirali kako klimatske promjene utječu na dinamiku populacija štetnih kukaca. Ovaj rad je poslužio kao temelj za postavljanje eksperimenata u okviru projekta, osiguravajući nam potrebna znanja i primjere za daljnje istraživanje.

U pripremi nova dva znanstvena rada

Iako su tijekom projekta uvjeti bili kontrolirani, u tlu, donesenom u komore sa pšenicom, s vremenom su se pojavili štetnici. Jesu li se i ti štetnici različito razvijali s obzirom na različite klimatske uvjete u pojedinim komorama?

Tijekom istraživanja unutar projekta AgroSPARC pratili smo razvoj pšenice u prototipnim klima komorama pod kontroliranim uvjetima, koji su simulirali različite klimatske scenarije budućnosti. U tim smo komorama mijenjali uvjete poput temperature zraka i vlažnosti tla (simulacija suše) kako bismo mogli predvidjeti razvoj pšenice u nadolazećim klimatskim uvjetima te pružiti preporuke proizvođačima za pravovremenu primjenu različitih agrotehničkih mjera.

Iako je prvotno bila planirana umjetna zaraza štetnicima u tim komorama, to nije bilo potrebno jer su se štetnici spontano pojavili iz jaja koja su se nalazila u tlu. Ovakva istraživanja su često nepredvidiva, a tijekom našeg eksperimenta potvrdili smo teoriju iz znanstvenog članka. Uočili smo brži razvoj lisnih ušiju pod utjecajem povišenih temperatura, što je rezultiralo većim brojem generacija godišnje. Ovaj nalaz svakako predstavlja razlog za zabrinutost i naglašava važnost daljnjeg praćenja utjecaja klimatskih promjena na štetnike u poljoprivredi. Uz to, važno je naglasiti da ćemo konkretne rezultate dobivene u sklopu projekta objaviti u nova dva znanstvena rada koji su u postupku pisanja i objave u prestižnim znanstvenim časopisima. Radi se o radovima na temu detekcije stresa od suše i stresa od napada štetnika na usjevima pšenice koristeći senzorske sustave motrenja. 

Zanimljiv je dio u kojem spominjete da na pojedine kulture, tzv. C3 biljke, povećana koncentracija CO2 u zraku može djelovati poticajno, dok na C4 biljke djeluje loše. Koje točno raširene kulture spadaju u prvu, a koje u drugu skupinu? 

Povećanje koncentracije CO2 u atmosferi različito utječe na C3 i C4 biljke. C3 biljke, među kojima su najvažnije pšenica, riža, soja, krumpir i voćke, koriste Calvinov ciklus za fiksaciju ugljika i općenito imaju koristi od povišenih razina CO2. To može poboljšati njihovu fotosintezu, smanjiti isparavanje vode iz biljke te povećati efikasnost korištenja vode i svjetlosti. S druge strane, C4 biljke, poput kukuruza, sirka i šećerne trske, koje su češće prisutne u toplijim klimatskim uvjetima, imaju drugačiji mehanizam fotosinteze. Imaju veću fotosintetsku efikasnost u uvjetima visokih temperatura i intenzivnog svjetla. 

Jesu li C3 kulture i otpornije na klimatske promjene tj. i na više temperature i vremenske ekstreme poput suša i intenzivnijih padalina?

Iako C3 biljke mogu imati koristi od povećanog CO2, one su istodobno osjetljivije na ekstremne klimatske uvjete poput visokih temperatura i suša, dok su C4 biljke bolje prilagođene takvim uvjetima. S klimatskim promjenama mogu se pojaviti uvjeti pogodni za uzgoj biljaka koje su ranije bile karakteristične isključivo za toplije krajeve. Na primjer, uzgoj vinove loze mogao bi se proširiti na sjevernije dijelove Europe gdje se očekuje značajno povećanje temperatura, produljenje vegetativnog perioda i veći broj sunčanih dana. Unatoč tome, klimatske promjene će i dalje predstavljati izazove za poljoprivredu, s potencijalnim prednostima za određene vrste biljaka, ali i značajnim rizicima za druge. 

Uzgoj soje i riže u Europi

U kojoj su mjeri u Europi već prisutne kulture koje su ranije bile tipične za neke druge krajeve, poput riže i soje?

Soja se već intenzivno uzgaja u većem dijelu Europe, pri čemu su najveći proizvođači Rusija, Ukrajina, Italija, Srbija, ali i Hrvatska koja se nalazi među top 10 zemalja. Povećanje površina pod sojom očekuje se zbog potražnje za GMO-free sojom i raznih politika, no dinamika proizvodnje soje može biti pod velikim utjecajem klimatskih promjena, posebice suša, kao i nesigurnosti cijena poljoprivrednih inputa poput gnojiva i goriva.

Što se tiče riže, Italija trenutno proizvodi više od polovine ukupnog uzgoja u EU, a proizvodnja ovisi o dostupnoj vodi s Alpa za natapanje polja. Iako bi klimatske promjene mogle promijeniti uvjete uzgoja, problem sa sušama i sve manje padalina otežava prognozu o povećanju površina pod rižom u Europi. Stoga, iako postoje potencijalne prilike, rizici povezani s klimatskim promjenama ostaju veliki izazov za buduću proizvodnju.

Kao jedan od najvećih uzročnika stresa za razvoj biljke ističete sušu. Zašto suša u tolikoj mjeri oslabljuje otpornost biljke i čini je podložnijom napadima štetnika? 

Suša je prirodna pojava uzrokovana dugotrajnim nedostatkom oborina u odnosu na prosječne vrijednosti za određeno geografsko područje, a u slučaju iznimno produljenog razdoblja smatra se elementarnom nepogodom. Uz pojačano isparavanje zbog djelovanja vjetra i visokih temperatura, suša negativno utječe na poljoprivredne usjeve, često s velikim gubicima prinosa ili njegovim potpunim izostajanjem. Suša je jedan od najznačajnijih čimbenika stresa za usjeve jer drastično smanjuje dostupnost vode, koja je ključna za osnovne fiziološke procese poput fotosinteze, transporta hranjivih tvari i održavanja turgora stanica. Uz to, kada biljka doživi stres uzrokovan sušom, njezin obrambeni sustav slabi, što je čini znatno podložnijom napadima štetnika. Štetnici često ciljaju oslabljene biljke jer im je lakše probiti njihove obrambene barijere i iskoristiti ih kao izvor hrane.

Znači li to da će navodnjavanje biti neizbježno u uzgoju svih kultura ili samo pojedinih?

Kako klimatske promjene povećavaju učestalost i intenzitet suša, navodnjavanje će postati ključno u poljoprivredi. Iako neće biti potrebno za sve kulture, mnoge će ga trebati kako bi se održali prinosi i smanjila osjetljivost na štetnike. Posebno će važno biti za kulture koje su osjetljive na nedostatak vode ili imaju visoke zahtjeve za vodom, a uspostava sustava navodnjavanja bit će ključna za njihov uspješan uzgoj.

Kompromis između prinosa i ekologije

Kao jednu od metoda u suzbijanju štetnika u poljoprivredi spominjete i metodu mapiranja tj. izradu karti širenja štetnika. Koriste li se te metode već u Europi i Hrvatskoj?

Praćenje klimatskih prilika i dinamike štetnika postaje sve važnije jer klimatske promjene omogućuju širenje štetnika u područja gdje ranije nisu bili problematični, kao i širenje izrazito štetnih invazivnih vrsta koje često dolaze iz tropskih krajeva. Izrada karata širenja štetnika pomaže poljoprivrednicima i stručnjacima da pravovremeno reagiraju i prilagode svoje strategije zaštite od štetnika u skladu s novim uvjetima, čime se smanjuje rizik od velikih šteta na usjevima. Ove metode se već koriste u Hrvatskoj i Europi kako bi se učinkovito kontroliralo širenje postojećih i novih štetnika.

S obzirom na očekivano povećanje broja štetnika na poljoprivrednim usjevima, znači li to neizbježno i veću upotrebu pesticida? 

Postoji mogućnost da će biti potrebna veća upotreba pesticida. Međutim, situaciju dodatno komplicira činjenica da je Europska unija zabranila brojne insekticide zbog njihovog štetnog utjecaja na okoliš i zdravlje, a mnogi od preostalih insekticida gube učinkovitost zbog razvoja rezistentnosti kod štetnika. Osim rezistentnosti, učinkovitost svih sredstava za zaštitu bilja može biti smanjena i zbog promjena u klimatskim uvjetima. Rješenje se može očekivati u metodama daljinskog istraživanja koje koriste GPS (Global Positioning Systems), GIS (Geographic Information Systems) i VRT (Variable Rate Technology). 

Sustav GPS omogućuje preciznu navigaciju na polju i točno mapiranje područja izloženih napadima bolesti i štetnika, čime se omogućuje ciljano i učinkovito upravljanje zaštitom usjeva. Na taj se način sredstva za zaštitu bilja primjenjuju samo ondje gdje je to potrebno, čime se smanjuje ukupna količina agrokemikalija u ekosustavu, štite se prirodni neprijatelji i bioraznolikost te se doprinosi postizanju cilja EU-a o smanjenju upotrebe pesticida za 50%. Upravo na tu temu pišem novi rad koji objašnjava mogućnost suzbijanja štetnika u pšenici korištenjem ovih naprednih tehnologija. 

Što u tom slučaju s ekološkom proizvodnjom? Hoće li ona i dalje biti moguća?

Ekološka proizvodnja može se i dalje održavati, iako s nižim prinosima, uz primjenu alternativnih metoda suzbijanja štetnika. To uključuje korištenje prirodnih neprijatelja, plodored, primjenu pripravaka na prirodnoj bazi te integrirane strategije koje smanjuju potrebu za kemikalijama. Ključ će biti u pronalaženju ravnoteže između zaštite usjeva i očuvanja ekoloških principa.