Изменение климата и картофель - Википедия - Climate change and potatoes

Глобальное потепление по прогнозам, окажет значительное влияние на глобальные картофель производство.[1] Как и многие другие культуры, картофель, вероятно, будет подвержен влиянию атмосферных изменений. углекислый газ, температура и осадки, а также взаимодействие между этими факторами.[1] Помимо прямого воздействия на картофель, изменение климата также повлияет на распространение и популяцию многих болезней и вредителей картофеля. Картофель является одной из самых важных продовольственных культур в мире.[2] Производство картофеля необходимо адаптировать к изменению климата, чтобы избежать сокращения урожайность.

Воздействие изменения климата на производство картофеля

Углекислый газ

Согласно прогнозам, рост урожайности картофеля и картофеля улучшится от повышения концентрации углекислого газа в атмосфере.[3]Основным преимуществом повышения содержания углекислого газа в атмосфере для картофеля (и других растений) является увеличение их содержания. скорость фотосинтеза Также прогнозируется повышение урожайности картофеля, так как картофель выделяет больше крахмала в съедобные клубни при повышенном уровне углекислого газа.[1]Более высокий уровень углекислого газа в атмосфере также приводит к тому, что картофель должен меньше открывать устьица, чтобы принять такое же количество углекислого газа для фотосинтеза,[1] что означает меньшую потерю воды за счет транспирации из устьица. В результате эффективность водопользования (количество ассимилированный углерод на единицу потеря воды ) растений картофеля увеличится.[1]

Температура

Картофель лучше всего растет в умеренных условиях.[4] Рост клубней и урожайность могут сильно снизиться из-за колебаний температуры выше 5-30 ° C.[5] В межправительственная комиссия по изменению климата прогнозирует повышение глобальной температуры на 1,1–6,4 ° C к 2100 году.[6] Влияние повышенных температур на производство картофеля в определенных регионах будет зависеть отчасти от текущей температуры в этих местах. Температура выше 30 ° C может иметь ряд негативных последствий для картофеля.[7] включая:

  • Замедление роста и зарождения клубней.
  • Меньше распределения крахмала по клубням.
  • Физиологические повреждения клубней (например, коричневые пятна).
  • Укороченный / отсутствующий покой клубней, из-за чего клубни прорастают слишком рано.

Эти эффекты могут снизить урожайность, количество и вес клубней. В результате районы, где текущие температуры близки к диапазону температур картофеля (например, большая часть Африки к югу от Сахары,[1] вероятно, в будущем урожайность картофеля значительно снизится.[4]При низких температурах картофель может пострадать от мороза, что может замедлить рост и серьезно повредить клубни.[1] В районах, где рост картофеля в настоящее время ограничен или невозможен из-за риска повреждения морозами (например, на больших высотах и ​​в странах с высокими широтами, таких как Россия и Канада), повышение температуры, вероятно, принесет пользу урожаю картофеля, продлив вегетационный период и увеличив потенциал выращивания картофеля земельные участки.[5]

Наличие воды

Прогнозы изменения климата МГЭИК включать вероятные изменения доступности водных ресурсов на большей части земного шара.[6] Во многих районах ожидается сокращение водных ресурсов, особенно в полузасушливых районах.[1] Прогнозируется увеличение количества экстремальных погодных явлений, включая внезапные наводнения, даже в районах, где общее среднее количество осадков, согласно прогнозам, уменьшится.[1]

Картофель чувствителен к дефициту влаги в почве по сравнению с другими культурами, такими как пшеница,[8] и нуждаются в частом поливе, особенно во время роста клубней. Согласно прогнозам, уменьшение количества осадков во многих районах приведет к увеличению потребности в орошении посевов картофеля. Например, в Великобритании сумма пахотная земля подходит для богарный Ожидается, что производство картофеля сократится как минимум на 75%.[9]Помимо сокращения общего количества осадков, посевы картофеля также сталкиваются с проблемами, связанными с изменением сезонных режимов выпадения осадков. Например, в Боливии сезон дождей за последние десятилетия сократился, что привело к сокращению вегетационного периода картофеля.[5]

Вредители

Прогнозируется, что изменение климата не только напрямую повлияет на картофель, но и затронет многие вредители и болезни картофеля. К ним относятся:

  • Насекомые-вредители, такие как картофельная моль и Колорадский жук, которые, как ожидается, распространятся на районы, в настоящее время для них слишком холодные.[1]
  • Тли которые действуют как переносчики для многих вирусов картофеля, а также могут распространяться при повышенных температурах.[10]
  • Несколько патогенов, вызывающих болезнь черной ножки картофеля (например, Дикея ) могут расти и воспроизводиться быстрее при более высоких температурах, и поэтому, вероятно, станет более серьезной проблемой.[11]
  • Бактериальные инфекции, такие как Ralstonia solanacearum прогнозируется, что они выиграют от более высоких температур и смогут легче распространяться в результате внезапных наводнений.[1]
  • Фитофтороз выигрывает от более высоких температур и более влажных условий.[12] По прогнозам, фитофтороз станет более серьезной угрозой в некоторых регионах (например, в Финляндии). [1]) и стать меньшей угрозой для других (например, в Соединенном Королевстве.[3])

Адаптация производства картофеля к изменению климата

Адаптация методов выращивания картофеля и сортов картофеля к меняющимся условиям, вызванным изменением климата, может помочь сохранить урожайность и позволить выращивать картофель в районах с прогнозируемыми условиями, не подходящими для текущих коммерческих сортов картофеля. Методы адаптации картофеля к изменению климата включают смещение производственных площадей, улучшение использования воды и выведение новых устойчивых сортов картофеля.

Смещение зон выращивания

Прогнозируется снижение урожайности картофеля в некоторых регионах (например, в странах Африки к югу от Сахары).[1]) при увеличении в других (например, север России[4]), в основном из-за изменения водного и температурного режимов. В то же время, по прогнозам, выращивание картофеля станет возможным в высокогорных и широтных районах, где ранее оно было ограничено морозом. Прогнозируется, что эти изменения в урожайности вызовут сдвиг в областях, на которых картофель может быть выращен.[4]В некоторых странах снижения урожайности, вызванного повышением температуры и уменьшением водообеспеченности, можно в значительной степени избежать, сместив участки выращивания картофеля.[4]Потенциальная проблема при переносе производства картофеля - это конкуренция за землю между посевами картофеля и другими культурами и другими видами землепользования.

Улучшение сбора, использования и орошения воды

Картофель требует частого полива во время роста клубней для поддержания урожайности. В связи с прогнозируемым сокращением водообеспеченности в некоторых районах (например, на большей части территории Соединенного Королевства) для поддержания урожайности картофеля без чрезмерной нагрузки на водоснабжение необходимо совершенствование методов орошения и водозабора. Примером метода орошения, направленного на сокращение использования воды, который был опробован на картофеле, является Подземное капельное орошение (SDI).[13]

Создание новых сортов картофеля

Для создания новых сортов картофеля используются два основных подхода: «традиционный» методы селекции растений и генетическая модификация. Эти методы могут сыграть важную роль в создании новых сортов, способных сохранять урожайность в условиях стресса, вызванного изменением климата.

Характеристики, которые могут быть полезны для снижения негативного воздействия климата на производство картофеля, включают:

  • Устойчивость к тепловому стрессу, в частности способность поддерживать рост клубней и их зарождение при высоких температурах. Выведение сортов с более высокой устойчивостью к тепловому стрессу имеет решающее значение для поддержания урожайности в странах, где площади выращивания картофеля близки к максимальным температурным пределам для существующих сортов (например, в Африке к югу от Сахары, Индия).[14]
  • Засухоустойчивость. Это включает в себя более высокую эффективность использования воды (количество произведенной пищи на количество используемой воды), а также картофель, который может подвергаться коротким периодам засухи, восстановиться и дать приемлемый урожай. Более глубокие корневые системы также могут быть полезны, поскольку большинство коммерческих сортов картофеля нуждаются в частом поливе из-за их неглубоких корней.[15]
  • Быстрый рост / скороспелость. Картофель, который растет быстрее, может помочь приспособиться к более короткому вегетационному периоду в некоторых регионах[5] а также уменьшить количество вредителей жизненного цикла, таких как картофельная моль, которые могут завершиться за один вегетационный период.
  • Устойчивость к болезням. Картофель, устойчивый к местным вредителям и болезням, может оказаться полезным, особенно в адаптации к болезням, распространяющимся на новые территории.

Основным источником генетического материала для создания новых сортов картофеля являются многие виды, тесно связанные с картофелем (Solanum tuberosum), многие из которых могут быть помесь с картофелем. Есть также много разновидностей Solanum tuberosum с потенциально полезным генетическим материалом, которые являются эндемичными для Анд, первоначальной среды обитания коммерческого картофеля.[16]

Примеры сортов

Ниже перечислены некоторые примеры сортов, гибридов и родственных видов картофеля, которые обладают характеристиками, которые могут помочь уменьшить негативное прямое и косвенное воздействие изменения климата на производство картофеля.

  • Захов - жаростойкий полиплоид гибрид между картофель и несколько видов дикого картофеля.[7] Было обнаружено, что несколько видов дикого картофеля более теплостойкие, чем Solanum tuberosum.[4]
  • Куфри Сурья - теплостойкий, раннеспелый сорт картофеля, выведенный в Индии.[17]
  • Solanum verrucosum - дикий вид картофеля с генами, придающими ему хорошую устойчивость к фитофторозу.[18]
  • Сулу, андский сорт картофеля с повышенной устойчивостью к засухе.[19]
  • SpuntaG2 - генетически модифицированный сорт сорта картофеля Spunta, устойчивый к картофельной моли из-за наличия гена cry1Ia1 из Bacillus thuringiensis.[20]

Рекомендации

  1. ^ а б c d е ж грамм час я j k л м Haverkort, A.J .; Верхаген, А. (октябрь 2008 г.). «Изменение климата и его последствия для цепочки поставок картофеля». Картофельные исследования. 51 (3–4): 223–237. Дои:10.1007 / s11540-008-9107-0.
  2. ^ "Картофель". CIP. Получено 7 ноября 2012.
  3. ^ а б «Изменение климата и картофель: риски, воздействия и возможности для производства картофеля в Великобритании» (PDF). Крэнфилдский институт водных наук. Архивировано из оригинал (PDF) 10 сентября 2012 г.. Получено 7 ноября 2012.
  4. ^ а б c d е ж Хиджманс, Роберт Дж. (2003). «Влияние изменения климата на мировое производство картофеля». Американский журнал исследований картофеля. 80 (4): 271–280. Дои:10.1007 / bf02855363.
  5. ^ а б c d «Изменение климата - выдержит ли картошка жару?». WRENmedia. Получено 7 ноября 2012.
  6. ^ а б «Изменение климата 2007: Обобщающий отчет» (PDF). Межправительственная комиссия по изменению климата. Получено 7 ноября 2012.
  7. ^ а б Леви, Дэвид; Вейле, Р. Э. (2007). «Обзор адаптации картофеля к высоким температурам и засолению». Американский журнал исследований картофеля. 84 (6): 487–506. Дои:10.1007 / bf02987885.
  8. ^ «Информация о воде для сельскохозяйственных культур: картофель». Отдел развития и управления водными ресурсами ФАО. Получено 7 ноября 2012.
  9. ^ Daccache, A .; К. Кей; R.J.A. Джонс; E.K. Weatherhead; M.A. Stalham; J.W. Нокс (2012). «Изменение климата и пригодность земель для выращивания картофеля в Англии и Уэльсе: воздействия и адаптация». Журнал сельскохозяйственных наук. 150 (2): 161–177. Дои:10,1017 / с0021859611000839. HDL:1826/8188.
  10. ^ Панди, С.К. «Приоритеты исследований картофеля в Азиатско-Тихоокеанском регионе». ФАО. Получено 7 ноября 2012.
  11. ^ Чайковский, Роберт. «Почему Dickeya spp. (Син. Erwinia chrysanthemi) берет верх? Экология патогена черной ножки» (PDF). Получено 7 ноября 2012.
  12. ^ Форбс, Г.А. «Последствия для более теплого и влажного мира для патогена фитофтороза: как меры CIP могут снизить риск для фермеров, выращивающих картофель с низким уровнем затрат» (PDF). CIP. Архивировано из оригинал (PDF) 5 января 2011 г.. Получено 7 ноября 2012.
  13. ^ «История успеха картофеля, Китай». Netafirm. Архивировано из оригинал 31 марта 2013 г.. Получено 7 ноября 2012.
  14. ^ «Основные информационные материалы Всемирного картофельного конгресса, Куньмин, Китай, апрель 2004 г.» (PDF). Всемирный картофельный конгресс. Получено 7 ноября 2012.
  15. ^ «Картофель и водные ресурсы». ФАО. Архивировано из оригинал 20 июня 2012 г.. Получено 7 ноября 2012.
  16. ^ «Генбанк». CIP. Получено 7 ноября 2012.
  17. ^ Минхас, Дж; S Rawat; Премьер-министр Говиндакришнан; Д. Кумар (2011). «Возможности увеличения производства картофеля в нетрадиционных областях». Картофельный журнал. 38: 14–17.
  18. ^ Лю, Чжэньюй; Холтерман (2006). «Идентификация и характеристика RB-ортологов генов устойчивого к фитофторозу вида дикого картофеля Solanum verrucosum». Физиологическая и молекулярная патология растений. 69 (4–6): 230–239. Дои:10.1016 / j.pmpp.2007.05.002.
  19. ^ «Охота за генами засухоустойчивости у древних андских местных сортов». Американец Общества биологов растений. Архивировано из оригинал 20 июня 2010 г.. Получено 7 ноября 2012.
  20. ^ Зарка, К. А .; Грейлинг, Газендам; Олефсе, Фельхер; Ботма, Бринк; Ouemada, Douches (2010). «Вставка и характеристика гена cry1Ia1 в Spunta сорта картофеля на устойчивость к картофельной клубневой моли». Журнал Американского общества садоводческих наук. 135 (4): 317–324. Дои:10.21273 / JASHS.135.4.317.