Rolnictwo wpływa na klimat, klimat wpływa na rolnictwo

Rolnictwo jest działem gospodarki szczególnie zależnym od warunków pogodowych. Zmiana klimatu wpływa więc i będzie wpływać w coraz większym stopniu na sposób prowadzenia gospodarki rolnej, a adaptacja do rosnących temperatur jest konieczna, aby utrzymać rentowność gospodarstw i przede wszystkim – ciągłość produkcji żywności. W przypadku rolnictwa wiele technik zwiększających odporność gospodarstw na skutki wzrostu globalnej temperatury Ziemi (adaptacja) może jednocześnie ograniczać ilość emitowanych gazów cieplarnianych (mitygacja), a także przynosić dodatkowe korzyści w postaci np. wzrostu plonu uprawianych zbóż. 

Adaptacja – przystosowanie się do zmiany klimatu, ograniczanie jej skutków. Mitygacja – hamowanie zmiany klimatu, ograniczanie wzrostu koncentracji gazów cieplarnianych w atmosferze.

Globalne ocieplenie powoduje niższe plony

Lądy ogrzewają się szybciej niż obszary nad oceanami. W dekadzie 2011–2020 temperatury nad nimi były o 1,59° wyższe niż w okresie 1850-1900 (IPCC, 2021). Powoduje to, wraz ze zmianami częstotliwości i rodzaju opadów:

• przesunięcia początku i końca sezonu wegetacyjnego,
• redukcję dostępności wody,
• czy zmianę składu gatunkowego i liczebności owadów zamieszkujących dane tereny (zarówno pożytecznych, takich jak zapylacze, jak i tych, które powodują szkody w uprawach). 

Im szybciej następują te zmiany, tym przystosowanie się do nich jest trudniejsze. Stosowane środki czy techniki mogą okazać się niewystarczające dla utrzymania wysokości produkcji w gospodarstwach już w ciągu najbliższych kilku lat. Utrudnia to planowanie upraw czy prowadzenie hodowli w sposób opłacalny. Rolnictwu dużo trudniej jest też zaadaptować się do ekstremów pogodowych, niż do zmieniających się średnich temperatur czy sum opadów. Tropikalne noce, fale upałów czy susze mogą całkowicie zniszczyć plony, a silne opady czy zalania utrudniać lub uniemożliwiać prowadzenie prac agrotechnicznych, powodować straty w związku z pojawianiem się warunków beztlenowych w  glebie (obumieranie korzeni, rozwój chorób korzeni) oraz znacznie nasilać erozję, niszcząc żyzną warstwę gleby. 

Wzrost temperatury Ziemi już teraz kształtuje wysokości plonów na całym świecie powodując np. ich globalny spadek o ok. 13% w przypadku palmy oleistej czy wzrost o ok. 3,5% dla soi.  Negatywy wpływ globalnego ocieplenia widoczny jest przede wszystkim w Europie (w zachodniej i południowej części kontynentu plony głównych upraw zmniejszyły się o ok. 6-21%), południowej części Afryki i Australii, natomiast pozytywny w Ameryce Łacińskiej. Przykładowo w Chinach straty w przypadku upraw kukurydzy i soi (łącznie) związane ze zmianą klimatu wyniosły ok. 820 mln dolarów pierwszej dekadzie XXI w., a w USA straty sektora hodowlanego wynikające z upałów szacowane są na 1,7-2,4 mld dolarów rocznie.

W przypadku Europy dużym problemem są i będą coraz częstsze i silniejsze susze. Przy wzroście globalnej temperatury o 3^oC – co przy obecnych politykach nastąpi przed 2100 rokiem – obszar objęty suszami zwiększy się o 40%, będzie też pojawiać się coraz więcej susz ekstremalnych.  Ograniczenie tempa wzrostu temperatury Ziemi jest więc kluczowe z punktu widzenia rolnictwa, a utrzymanie progu ocieplenia dobrze poniżej 2^o pozwoli zmniejszyć ilość negatywnych konsekwencji zmiany klimatu  (Chen i in., 2016, Samaniego i in. 2018, Grillakis 2019, raport IPCC Climate Change and Land, 2019, Ray i in., 2019, Cheng i in., 2022).

Zmiany użytkowania terenu zmieniają klimat

Mimo że dla rolnictwa ograniczenie zmiany klimatu jest kluczowe, to niestety w coraz większym stopniu przyczynia się ono do nasilania problemu. W ostatnich dekadach emisje gazów cieplarnianych (szczególnie metanu, CH₄ i podtlenku azotu, N₂O) związane z działalnością rolniczą, gwałtownie rosną, przyczyniając się do nasilania efektu cieplarnianego i ocieplenia klimatu. W skali globalnej głównymi przyczynami są coraz większe pogłowie hodowanych przeżuwaczy (krowy, owce itp.), oraz powiększanie areału ziem uprawnych i pastwisk kosztem lasów i terenów trawiastych wynikające ze wzrostu liczby ludzi i – przede wszystkim – zwierząt hodowlanych do wyżywienia. Wzrost zapotrzebowania na ziemię rolnąjest częściowo kompensowany poprawą wydajności upraw, wynikającą m.in. z zastosowania coraz lepszych technik. Jednak w ostatnich dekadach, w wielu regionach świata, raportuje się spadek tempa wzrostu lub stagnację plonów. 

Przekształcanie terenów naturalnych w rolne wiąże się z bezpośrednim uwalnianiem CO₂ z rozkładu/spalania roślin porastających te tereny i z naruszonej gleby, może także powodować zmniejszanie pochłaniania zarówno CO₂, jak i CH₄ i N₂O. To wynik zastąpienia wielogatunkowych ekosystemów, skutecznie „wyciągających” CO₂ z atmosfery monokulturami składającymi się najczęściej z roślin jednorocznych, ale także osuszania/niszczenia gleby, wprowadzania do niej nawozów i środków ochrony roślin itp. Z tego powodu ziemia rolna, obok obszarów wodno-lądowych (np. bagien), jest jednym z głównych źródeł gazów cieplarnianych innych niż CO₂. Istnieje jednak wiele technik rolniczych, które mogą chociaż częściowo rekompensować te emisje (Grillakis 2019, raport IPCC Climate Change and Land, 2019, Ray i in., 2019). O niektórych z nich przeczytasz w naszym kolejnym artykule.

Zmiany użytkowania terenu mają znaczenie także dla albedo danych obszarów.  Zastąpienie ciemnej powierzchni lasu jasną powierzchnią upraw może więc mieć teoretycznie „chłodzący” wpływ na klimat. Problem w tym, że może on zostać łatwo zniwelowany zarówno w związku z emisjami gazów cieplarnianych ale także ze zmianą wielkości ewapotranspiracji. Ewapotranspiracja nad lasami jest większa niż nad terenami pokrytymi niską roślinnością, co powoduje że obszary zalesione są chłodniejsze. Ma to znaczenie dla lokalnego mikroklimatu. Badania naukowe pokazały też, że suche, nagrzane masy powietrza tworzące się latem nad polami i obszarami pokrytymi niską roślinnością mogą przenosząc się nad inne regiony powodować lub nasilać na nich susze (zobacz: Drzewka pomarańczowe? Raczej susze i grad oraz Podniebne rzeki: jak wylesianie wpływa na globalny cykl hydrologiczny).

Z drugiej strony zimą, jeśli pada śnieg, albedo pól będzie niższe niż lasów. Pewnym rozwiązaniem może być więc używanie jasnych gatunków/odmian roślin na terenach z ciemnymi glebami i ogólnie utrzymywanie pokrywy roślinnej na polach (np. poprzez wysiewanie międzyplonów, czyli roślin, które zdążą urosnąć między zbiorami jednych a porą wysiewu kolejnych „głównych” upraw). Suma tych efektów może być jednak w skali świata trudna do policzenia (Kaye i Quemada, 2017, raport IPCC Climate Change and Land, 2019).

Erozja i nawożenie

Pokrycie terenu ma też wpływ na erozję gleby. Odsłonięta gleba jest w dużo większym stopniu narażona na wywiewanie i wymywanie najbardziej żyznej, wierzchniej warstwy. Procesy erozji (wietrznej i wodnej) są o tyle istotne z klimatycznego punktu widzenia, że zubażają glebowe magazyny węgla organicznego (więcej na ten temat przeczytasz w kolejnym artykule). Obniżają także plony, gdyż niszczona jest struktura gleby, a jednocześnie tracone są cenne dla roślin składniki odżywcze. Coraz więcej badań naukowych wskazuje na to, że zdrowie gleby jest kluczowe dla wytwarzania żywności, a obecność w niej m.in. symbiotycznych grzybów mikoryzowych wspomaga lepszy rozwój roślin.   

Do składników odżywczych należą między innymi azot i fosfor, dostarczane na pola uprawne głównie w formie nawozów. Jeśli nie zostaną pobrane przez rośliny, są łatwo wymywane z odkrytego pola przez wodę. Trafiają ostatecznie do mórz i oceanów, gdzie przyczyniają się do powstawania tzw. martwych stref. Oprócz negatywnego wpływu na rybołówstwo, te strefy to także duże źródło podtlenku azotu. Im więcej jest w glebie  niewykorzystanych przez rośliny składników takich jak azot, tym ten problem jest bardziej dotkliwy.

W ograniczaniu tego zjawiska pomagają wspomniane wcześniej międzyplony. Pobierają część składników odżywczych, które pozostały w glebie po zebraniu plonu głównego. Dodatkowo korzenie roślin „wiążą” cząsteczki gleby ograniczając ich przemieszczanie, a liście tworzą korzystniejszy mikroklimat zmniejszając np.: stopień nasłonecznienia gleby latem, a więc i jej przesuszania, które ułatwia wywiewanie ziemi (erozja wiatrowa).

Międzyplony mogą też służyć jako tak zwane „zielone nawozy”, czyli rośliny wzbogacające glebę w substancje odżywcze – klasycznym przykładem są rośliny motylkowe, które w warstwie korzeniowej zawierają symbiotyczne bakterie wiążące azot. Takie uprawy mogą być też przeznaczane na paszę dla zwierząt hodowlanych, co umożliwia ograniczenie wielkości obszarów przeznaczanych wyłącznie na uprawy paszowe. Widać więc, że odpowiednie techniki i właściwie gospodarowanie nawozami (mineralnymi i organicznymi) może mieć znaczenie nie tylko dla wysokości plonów, budżetu gospodarstwa, emisji gazów cieplarnianych na polu (głównie podtlenku azotu), ale i procesów zachodzących w dużej odległości od pól (więcej o tym przeczytasz jednym z kolejnych artykułów). 

Spalanie biomasy i akwakultura

Choć wielu z nas „spalanie biomasy” kojarzy się przede wszystkim z energetyką, to w rzeczywistości tego rodzaju aktywności często realizuje się w związku z rolnictwem. Chodzi o tradycyjne wypalanie ściernisk, lasów czy traw, ale także domowe piece na biomasę (używane do ogrzewania i gotowania posiłków).  Spalanie biomasy odpowiada za ok. 11% całkowitych emisji antropogenicznych N₂O, do tego jest jednym z głównych światowych źródeł aerozoli węglanowych (carbonaceous aerosols). Aerozole węglanowe mają negatywny wpływ na ludzkie zdrowie. Dodatkowo, zawarty w nich „czarny węgiel” (black carbon, czy po prostu sadza) absorbuje promieniowanie słoneczne nasilając ocieplenie klimatu (zarówno wtedy, gdy unosi się w powietrzu, jak i wtedy gdy osiada na powierzchni Ziemi i pokrywa jaśniejsze powierzchnie).

Emisje N₂O związane są także z akwakulturą, czyli hodowlą organizmów wodnych (głównie ryb i „owoców morza”). Choć są niewielkie, to rosną najszybciej ze wszystkich źródeł N₂O (ok. 7% rocznie). Ze względu na gwałtownie postępujące wyczerpywanie łowisk morskich, prognozowany jest coraz większy rozwój akwakultury, przez co emisje N₂O z nią związane mogą osiągnąć w 2030 r. ponad 5,5% całości emisji antropogenicznych tego gazu. Bezpośrednim źródłem są tu mikroorganizmy wodne przetwarzające związki azotu pochodzące np.: z resztek wysokobiałkowej paszy dla ryb (Hu i in., 2012, raport IPCC Climate Change and Land, 2019, MacLeod i in., 2020, Zhou i in., 2021). 

Krowy i ryżowiska

Pisząc o wpływie rolnictwa na klimat nie można zapomnieć także o hodowli innych zwierząt. Od 2000 r. ok. 1/3 całkowitych światowych antropogenicznych emisji metanu pochodzi z fermentacji jelitowej przeżuwaczy. Choć podejmowane są różne próby wpływania na ilość metanu produkowanego przez zwierzęta na przykład poprzez: 

• zmianę diety (lepsza jakość, bardziej strawna pasza),
• podawanie suplementów i dodatków paszowych do paszy (zmniejszających  produkcję metanu poprzez pozytywne oddziaływanie na mikroorganizmy w układzie pokarmowym przeżuwaczy),
• odpowiedni chów i hodowlę (lepsze praktyki utrzymania zwierząt, hodowla nowych lub starych ras odporniejszych na warunki środowiskowe),

to największy potencjał ograniczenia tych emisji jest jednak po stronie popytu. Mniejsze zapotrzebowanie na mięso i produkty mleczne obniżyłoby pogłowie przeżuwaczy (obecnie na świecie żyje np.: ok. 1,5  mld krów). Ponieważ zwierzęta potrzebują ogromnych ilości paszy (przeznacza się na nią np.  3/4 światowych plonów soi), to  pozwoliłoby to także „uwolnić” ziemię na inne cele np.: pochłanianie CO₂ (zobacz też: Klimatyczny ślad kotleta).

Innym dużym źródłem metanu są pola ryżowe. Odpowiednio stosowana technika ich osuszania i nawadniania pomaga jednak obniżać ten emisje. Eksperymenty na Filipinach pokazały, że można  zarządzać ścierniskiem (dobierać momenty zwożenia słomy i zalewania pól) w taki sposób, że emisje CH₄ z pola spadają nawet o ok. 70%. I choć „zysk” z takich zabiegów był częściowo niwelowany przez rosnące emisje N₂O, to ostatecznie i tak pola eksperymentalne wypadały dużo lepiej pod względem klimatycznym niż uprawy konwencjonalne. 

Skuteczne w ograniczaniu emisji są także tradycyjne techniki rolnicze takie jak praktykowane w Chinach łączenie upraw ryżu z hodowlą ryb (np.: tilapii i karpi). Pozwala to zmniejszać emisje CH₄  nawet o 30-40% w stosunku do konwencjonalnych upraw, gdyż ryby zjadając część roślin zmniejszają ilość biomasy ulegającej później beztlenowemu rozkładowi w wodzie. Dodatkowo żywią się owadami żerującymi na ryżu, liśćmi zainfekowanymi chorobami oraz chwastami, co umożliwia ograniczenie zużycia pestycydów. Łączenie upraw z hodowlą zwierząt jest także sposobem na zwiększenie odporności gospodarstwa na klęski naturalne, co  poprawia również lokalne bezpieczeństwo żywnościowe.

Sam sposób postępowania z glebami może też wpływać na bilans metanu, pozwalając chociażby zmniejszać jego ilość w atmosferze poprzez zabiegi zwiększające jego pochłanianie przez gleby. Podobnie jak w przypadku N₂O, kluczowe jest tu ograniczenie nawożenia i poprawa struktury gleby. Duży potencjał mitygacyjny w przypadku metanu ma utrzymanie naturalnych lasów i ekosystemów trawiastych, badania pokazują, że mogą one w XXI w. „pobrać” ok. 1 Tg metan CH₄ (Lu i Li, 2006, Altieri  i in., 2017, Singh i Singh, 2017, Samoy-Pascual i in., 2019, Hou i in., 2020, Sander i in., 2020).  

Transformacja rolnictwa – adaptacja i mitygacja jednocześnie

Wiele technik ograniczania emisji gazów cieplarnianych w gospodarstwach rolnych przynosi bezpośrednie lub pośrednie korzyści finansowe i jednocześnie pozwala na adaptację do zmiany klimatu. Transformacja rolnictwa, która jest potrzebna ze względu na obecną sytuację systemów ziemskich, może więc godzić zarówno cele gospodarcze (zysk rolnika), społeczne (dostarczanie żywności) jak i środowiskowe (zmniejszenie presji na środowisko naturalne) (zobacz też: To nie jest „tylko” kryzys klimatyczny. To kryzys planetarny).

Działania mitygacyjne w rolnictwie są o tyle istotne, że prognozy dotyczące zmian w światowych zasobach zgromadzonego w glebach węgla organicznego w XXI w. są bardzo rozbieżne: od straty 37 Gt do zyskania 146 Gt. Kluczową niepewnością jest różnica między wynikającym z ocieplenia nasileniem emisji CO₂ (oddychanie roślin i mikroorganizmów), a zwiększonym tempem pobieraniem węgla przez rośliny.

Większe emisje z roślinności i gleb będą neutralizowały potencjalny wzrost pochłaniania na skutek „nawożenia” CO₂, do tego mała dostępność składników odżywczych, takich jak azot i fosfor, może ograniczać wzrost roślin i tempo gromadzenia przez nie węgla nawet o ok. 65%. Co więcej, odpowiedź roślinności i rezerwuaru węgla organicznego w glebach na wzrost ilości CO₂ w atmosferze i zmianę klimatu nie jest dobrze potwierdzona obserwacjami. Przy tylu niepewnościach techniki stosowane w rolnictwie mogą pomóc przechylić szalę w którąś stronę albo chociaż przyczynić się do zrównoważenia emisji z systemu żywnościowego, które z oczywistych powodów są niemożliwe do całkowitego wyeliminowania, jednocześnie podnosząc odporność gospodarstw na konsekwencje zmiany klimatu. 

Techniki rolnicze sprzyjające adaptacji i mitygacji globalnego ocieplenia

Celem zarządzania ziemią powinno być zapewnienie jej długoterminowej produktywności i funkcjonalności środowiskowej, tak by produkcja rolna mogła trwale odpowiadać na potrzeby społeczeństwa (takie gospodarowanie nazywamy „zrównoważonym”). Z tego powodu IPCC wśród technik przyszłości wymienia m.in.:

• agroekologię,
• różne systemy bazujące na ochronie gleby,
• technologie precyzyjnego zarządzania gospodarstwem,
• włączanie metod opartych na naturalnych rozwiązaniach (np.: ochrona przed szkodnikami z wykorzystaniem ich naturalnych wrogów, czyli biologiczną ochronę upraw)
• zwiększanie agroróżnorodności (płodozmian, międzyplony, odmiany/rasy lokalne, polikultury roślin). 

Ostatni wymieniony sposób jest bardzo istotny z punktu widzenia adaptacji i bezpieczeństwa żywnościowego. W ciągu XX w. 75% roślin jadalnych zostało utraconych na skutek zastępowania ich jednolitymi genetycznie, wysokowydajnymi odmianami, a ok. 80% światowej powierzchni pól jest obsianych garstką zbóż takich jak kukurydza, pszenica, ryż, soja i parę innych. Ma to swoją cenę  – w przypadku bardzo wyspecjalizowanych gospodarstw wystąpienie jakiegoś ekstremum – późnych przymrozków, gradu, upałów czy suszy, może całkowicie zniszczyć uprawy, a epidemie chorób mogą mieć katastrofalne skutki nawet na skalę całego kontynentu (np.:  afrykański pomór świń). Większe zróżnicowanie genetyczne jest pewnego rodzaju polisą ubezpieczeniową, pozwalającą selekcjonować w przyszłości gatunki, rasy i odmiany lepiej przystosowane do nowego, ziemskiego klimatu.

W przypadku farmerów z państw rozwijających się, gospodarujących na małym areale, powrót do lub utrzymanie tradycyjnych technik, bardziej opartych na współdziałaniu z naturą, ponownym połączeniu upraw roślin z hodowlą zwierząt, może wspomóc adaptację, a także poprawić funkcjonowanie lokalnych ekosystemów i społeczeństw. Takie systemy rolnicze są najczęściej dużo bardziej odporne na ekstremalne zdarzenia pogodowe, epidemie chorób czy też pojawy organizmów żerujących na uprawach (tak zwanych szkodników). Wymagają też minimalnego użycia zewnętrznych środków co zmniejsza uzależnienie gospodarstwa od wahań cen/dostępności produktów na światowych rynkach, takich jak nawozy sztuczne, czy też chemiczne środki ochrony upraw, zmniejszając jednocześnie mechnizację rolnictwa oraz zużycie paliw kopalnych używanych przy stosowaniu tego rodzaju środków chemicznych. 

Dodatkowo intensyfikacja polegająca na łączeniu produkcji roślinnej i zwierzęcej (np.: pola ryżowe wykorzystywane do hodowli ryb lub skorupiaków czy sylwopastoralizm) może podnieść produktywność gospodarstw, zmniejszyć intensywność emisji z nimi związanych i działać jako dodatkowa opcja adaptacji do zmiany klimatu. Ogólnie zróżnicowanie produkcji jest szansą utrzymania choć części dochodu gospodarstwa w przypadku ekstremalnych zdarzeń. Ważne jest jednak aby rozwiązania były dostosowane do lokalnego kontekstu i warunków, zarówno klimatycznych, jak i społecznych.

W przypadku rolnictwa nie można tak naprawdę rozdzielić mitygacji i adaptacji – wszystkie elementy są ze sobą powiązane i wymagają skoordynowanych działań na różnych szczeblach. Rozwiązanie problemu emisji i zapewnienia żywności w dużo większym stopniu może się jednak opierać nie na wielkoskalowych projektach, ale na aspektach społecznych rolnictwa. Bez dialogu z rolnikami, bez uwzględnienia ich wiedzy i doświadczenia, a także – w skali świata – bez zadbania o prawa ludzi, dostęp do ziemi kobiet i ludności rdzennej, trudno będzie bowiem wdrożyć jakiekolwiek zmiany techniczne (Mbow i in., 2014, Thornton i Herrero, 2015, Kaye i Quemada, 2017, Singh i Singh, 2017, raport IPCC Climate Change and Land, 2019).

Anna Sierpińska, konsultacja merytoryczna: dr hab. Paulina Kramarz