Magyar Tudomány, 2005/7 833. o.

Időjárás - éghajlat - biztonság

Veisz Ottó

az MTA doktora, ügyvezető igazgatóhelyettes, MTA Mezőgazdasági Kutatóintézete - veiszo @ mail.mgki.hu

A növények abiotikus stressztűrése és a biztonságos termesztés


Bevezetés

A globális klímaváltozás alapvetően befolyásolhatja a mezőgazdasági növények termésének mennyiségét és minőségét. Míg az üvegházhatást okozó gázok légköri mennyiségének növekedése egyértelmű tény, addig az éghajlat változásának regionális és lokális előrejelzésében számos bizonytalanság van. Az utóbbi évek időjárása igazolni látszik azt a korábbi előrejelzést, mely szerint a klimatikus szélsőségek előfordulásának gyakorisága nő. A Kárpát-medencében leggyakrabban fellépő és a növénytermesztés eredményességét leginkább befolyásoló időjárási szélsőségek: az alacsony vagy magas hőmérséklet és a csapadék hiánya vagy bősége. A klimatikus tényezők változására adott válaszreakciókat befolyásolja a növények tápanyag-ellátottsága is. A biztonságos növénytermesztés egyik legfontosabb feltétele a növények ellenállósága az abiotikus stressztényezőkkel szemben.

A termesztett növények, így a kalászos gabonák termésének mennyisége és minősége számos tényező együttes hatásának eredménye. Ezek közül egyik legfontosabb a fajta potenciális termőképessége, amely az alkalmazkodóképességtől függően realizálódhat eltérő klimatikus és termesztési körülmények között. Egy fajta alkalmazkodóképessége két tényezőtől függ, egyrészt a kedvezőtlen környezeti feltételekhez, másrészt az eltérő földrajzi viszonyokhoz történő adaptálódó képességtől.

Legutóbb a 2002-2003-as év tenyészidőszakának időjárása szolgáltatott példát e téma gyakorlati jelentőségére. A szélsőséges klimatikus viszonyok nagymértékben próbára tették az őszi kalászosok alkalmazkodóképességét. Az átlagosnál szigorúbb és hosy-szabb tél után szinte tavasz nélkül köszöntött be a meleg nyár és a csapadékhiány. Mindez oda vezetett, hogy a régió kedvezőtlen időjárási hatásai halmozottan, tartósan és szélsőségesen jutottak érvényre, melynek következménye az elmúlt évtized legalacsonyabb termésátlaga lett.

A légkör összetételének változása és ennek következményei a növények fejlődésére

A légkör CO2-tartalma folyamatosan nő (Haszpra, 1995), egyes számítások szerint az évszázad végére a jelenlegi szint dupláját is elérheti. A megnövelt légköri CO2 hatását számos növényfajon vizsgálták már (például szójánál, búzánál, kalászosokon [Harnos et al., 1998], fűfajokon és zuzmón [Tuba et al., 2003]). A CO2-koncentráció emelkedésének hatására növekszik a kalászos növények biomassza-produkciója, a növényenkénti kalászszáma, a szemtömege, csökken a szalma és nő a szem aránya, nagyobb a terméshozama (Harnos et al., 1998; Bencze et al., 2000). Ezzel szemben a növényi részekben csökken a fehérje- és a makrotápelem-tartalom, és gyengébb minőségű lesz az ilyen lisztből sütött kenyér (Blumenthal et al., 1996). A légköri CO2-koncentráció emelkedésének közvetlen hatása a gázcserenyílások működésének befolyásolásán keresztül, a csökkent evapotranszspirációban nyilvánul meg (Niklaus et al., 1998). Ugyanakkor a megnövelt CO2-on nevelt növények magasabb turgornyomása következtében javulhat szárazságtűrésük.

A megnövelt CO2-koncentráció a C3-as növényeknél intenzívebb fotoszintézist, nagyobb mértékű asszimilátum-felhalmozódást és testtömeg-növekedést eredményez. A C4-es növények reakciója általában kisebb mértékű. A magasabb légköri CO2-on felnevelt búza növényeknek jobb a fagyállósága (Veisz et al., 1996; Veisz és Tischner, 1995), nagyobb a növényenkénti kalászszám és szemtömeg, csökken a harvest index, és bár a mennyiség összességében nő (Harnos et al., 1998), egyes adatok szerint romolhat a termés minősége.

A megnövelt légköri CO2-koncentráció következtében felgyorsul a növények növekedése, ami maga után vonja a tápanyagigény növekedését is. Ez erős gyökérnövekedést, a talaj tápanyagainak mobilizációját indukálja. A növény azonban esetleg még így sem képes biztosítani testében a tápelemek változatlan arányát, emiatt azok felhígulása következhet be (Niklaus et al., 1998).

Számos kutató modellezte és kísérletesen vizsgálta már - a klímaváltozás lehetséges következményeként - várhatóan fellépő hőmérsékleti változások hatásait. Rowan Mitchell és munkatársai (1995) arról számoltak be, hogy már 4 oC-os hőmérsékletemelkedés hatására csökkent a terméshozam, felgyorsult a növekedés és a fejlődés üteme, ami korábbi éréshez és elhaláshoz vezetett. Normál hőmérsékleti feltételek mellett a légköri CO2-szint emelése a szemszám növekedését eredményezte, ezzel szemben a normál hőmérsékletet 4 oC-kal meghaladó növekedési körülmények között a CO2 hatására a szemek mérete lett nagyobb. A virágzás előtti időszakban fellépő, 31 oC-ot meghaladó hőmérsékleti értékek csökkentik a szemszámot és a termést. Már az átlaghőmérséklet 1 oC-os emelkedésének is lehetnek jelentős kihatásai: évjárattól függően 10-24 %-kal is csökkenhet a biomassza mennyisége. A virágzást követő időszakban az átlaghőmérséklet 5-8 oC-os emelkedése a nagyobb mértékű sterilitás miatt jelentősen csökkenti a szemek kalászonkénti mennyiségét.

Alkalmazkodási stratégia a növénytermesztésben

Mihez kell alkalmazkodnia a növénytermesztésnek az elkövetkező évtizedekben? Fokozódik a felmelegedés, nő az aszály, az időjárás szélsőségesebbé válik, az ezekkel összefüggő természeti csapások gyakorisága és súlyossága nő. A Dunántúl nagy részén óceáni, keleten kontinentális, a déli sávban szubmediterrán, míg északon a szubkárpáti hatás differenciálhatja az általános tendenciákat.

A klímaváltozáshoz történő alkalmazkodás egyik legfontosabb területe az élelmiszer-ellátás biztonsága. Magyarországon, ahol gyakoriak az egymást követő aszályos évek, s egy évben - például 2000-ben - aszály, belvíz, árvíz és fagykár együttesen fordul elő, a várható felmelegedés miatt igen élesen vetődik fel az élelmiszerellátás biztonsága.

Hogyan alkalmazkodjon a megváltozott körülményekhez a növénytermesztés? A stratégia komplex megoldást igényel, ami a fajtától a talajművelésen, a termesztéstechnológián, a biztosításon át a segélyekig terjed. Az éhező, alultáplált, katasztrófa sújtotta térségekhez képest azoknak az országoknak előnyösebb a helyzetük, amelyek képesek termény-, termék-, élelmiszer-"feleslegeket" előállítani, tartalékolni, exportálni. Hazánk ilyen ország, ezért is rendkívül fontos a mezőgazdasági termelőkapacitások megőrzése és fejlesztése.

Az alkalmazkodási stratégia keretében célszerű szorgalmazni a fogyasztási szokások átalakítását is (milyen élelmiszereket, milyen mennyiségben és milyen feldolgozottságban vásárolnak, fogyasztanak), nemcsak az egészségesebb táplálkozás, hanem a termelésre, az energiafogyasztásra, a kibocsátásokra stb. gyakorolt hatásuk miatt is (Láng et al., 2005).

A szántóföldi növénytermelésben meghatározó a stressztűrő fajták fokozott termelésbe vonása, a termőhelyi adottságokhoz és a növény igényeihez igazodó technológiák, valamint technikák alkalmazása, a növénytermelési szerkezetarány módosítása, a stresszeket jobban tűrő növényfajok vetésterületének növelése, a kedvezőbb vetésváltási feltételek előmozdítása. Az eddigi tapasztalatok alapján várható, hogy új növényi kórokozók és kártevők jelennek meg hazánkban is. Ezek a hagyományos kárt okozókhoz képest agresszívebbek, és tömeges megjelenésük is valószínűsíthető. Ezért az alkalmazkodásban megnő a betegségekkel szemben ellenálló fajták nemesítésének jelentősége, az előrejelzés, a szervezett szaktanácsadás, az összefogott és integrált növényvédelem és a korszerű technikai eszközök alkalmazásának szükségessége.

A fitotron, mint a "szabályozott" környezet előállításának helye

Az MTA Mezőgazdasági Kutatóintézetének fitotronja egyedülálló lehetőséget biztosít a növények stressztűrő képességének kutatására. A fitotron klímakamráiban a növényi élet számára fontos környezeti tényezők szabályozhatók, és a kísérletek programozhatóan és reprodukálhatóan végezhetők (Tischner et al., 1997). A fitotron üzembe helyezése (1972) óta vizsgáljuk a fagyállóság és a szárazságtűrés genetikai és élettani hátterét. A fitotron adta lehetőségek kihasználásával a 90-es évek elején kutatásokat kezdtünk a klímaváltozás hatásainak tanulmányozására is. Ennek célja az, hogy meghatározzuk a várható klímaváltozás hatását a kalászos gabonák fejlődésére és termésére. Térségünkre előre jelzett változások, mint például a CO2 növekvő légköri koncentrációja, az átlaghőmérséklet emelkedése, a szélsőségesen magas hőmérsékletű, ún. hőségnapok számának növekedése és a csapadék mennyiségének csökkenése következményeit először külön-külön határoztuk meg, majd a környezeti tényezők együttes változásának hatását elemeztük. Az eltérő genetikai hátterű fajták közül kiválasztottuk azokat, melyek a legkisebb termésveszteséggel és minőségromlással voltak képesek tolerálni a szélsőséges időjárás hatásait.

A globális klímaváltozás hazai hatása és az erre adandó válaszok című kutatási projekt keretében a kalászosok stressztűrő képességének vizsgálatát a környezeti tényezők együttes hatásának elemzésével az alábbi, fitotronban beállított kísérletekben tanulmányoztuk:

1. A talaj nitrogénellátottságának hatása az őszi búza hő-stressztűrésére különböző légköri CO2-koncentrációk mellett.

2. Nitrogén- és foszforhiány okozta stressz hatása az őszi búza fejlődésére és a szemtermés minőségére különböző légköri CO2-koncentrációk mellett.

A kísérletek eredményeiből az alábbi főbb megállapítások vonhatók le:

* A fajta tulajdonságai, a talaj tápanyag-összetétele, a vízellátás, a fényviszonyok, a környező légkör összetétele, a hőmérséklet mind-mind befolyásolják a növények egyedfejlődését, a biomassza-felhalmozás folyamatát és a növény testét felépítő anyagok összetételét.

* Az emelt légköri CO2-koncentráció a legtöbb növényfaj esetében növeli a biomassza-felhalmozást és a termés mennyiségét. E kedvező hatás viszont csak akkor érvényesül, ha a tápelemek közül egyik sem limitálja a növekedést, és a többi környezeti tényező is optimumban van.

* A hőstressz a növények korai kényszeréréséhez vezet, ennek következtében csökken a biomassza és a termés mennyisége, gyengül a tészta minősége. A megnövelt légköri CO2-szint részben vagy teljesen mérsékelni tudja a hőstressz biomassza- és termésmennyiséget csökkentő hatásait.

* Alacsony nitrogénellátottság mellett a légköri CO2-szint emelésének biomassza- és terméshozamnövelő hatása kevésbé, vagy egyáltalán nem jelentkezik.

* A termés minőségét a fajta tulajdonságai nagyobb mértékben határozzák meg, mint a vizsgált környezeti feltételek.

* A kétszeres légköri CO2-koncentráció hatására a termés minősége általában romlik, azonban ennek mértéke csak gyenge tápanyagellátottságnál számottevő. A jó tápanyagellátottság késlelteti az érés folyamatát, amit az emelt légköri CO2-koncentráció még későbbivé tesz.

* A vizsgált őszi búzafajták eltérően reagáltak a környezeti tényezők változására és a különböző tápanyagellátásra.

A kísérleti eredmények azt igazolják, hogy a genotípus-környezet kölcsönhatás jelentős. Ez azt jelenti, hogy az őszi búzafajták genetikai különbözősége lehetővé teszi a nemesítés számára olyan genotípusok kiválogatását, amelyek jobb alkalmazkodóképességük révén sikeresen lesznek termeszthetők a megváltozott környezeti feltételek között is.


Kulcsszavak: kalászos gabonák, abiotikus stresszrezisztencia, rezisztencianemesítés, aszály, hőstressz, fagyállóság, légköri CO2-szint növekedés, biztonságos termesztés


Irodalom

Bencze Szilvia - Veisz O. - Janda T. - Bedő Z. (2000): Effects of Elevated CO2 Level and N and P Supplies on Two Winter Wheat Varieties in the Early Developmental Stage. Cereal Research Communications. 28, 123-130.

Blumenthal, Caron - Rawson, H. M. - McKenzie, E. - Gras, P. W. - Barlow, E. W. R. - Wrigley, C. W. (1996): Changes in Wheat Grain Quality Due to Doubling the Level of Atmospheric CO2. Cereal Chemistry. 73, 762-766.

Harnos Noémi - Veisz O. - Tischner T. (1998): Effects of Elevated CO2 Concentration on the Development and Yield Components of Cereals. Acta Agronomica Academiae Scientiarum Hungaricae. 46, 15-24.

Haszpra László (1995): Carbon Dioxide Concentration Measurements at a Rural Site in Hungary. Tellus. 47, 17-22.

Láng István - Csete L. - Jolánkai M. (2005): "A globális klímaváltozás hazai hatásai és az arra adandó válaszok" Tájékoztató az Országgyűlés Mezőgazdasági Bizottsága részére.

Mitchell, Rowan A. C. - Lawlor, D. W. - Mitchell, C. L. - Gibbard, C. L. - White, E. M. - Porter, J. R. (1995): Effects of Elevated CO2 Concentration and Increased Temperature on Winter Wheat: Test of ARCWHEAT1 Simulation Model. Plant, Cell and Environment. 18, 736-748.

Niklaus, Pascal A. - Spinnler, D. - Körner, C. (1998): Soil Moisture Dynamics of Calcareous Grassland under Elevated CO2. Oecologia. 117, 201-208.

Tischner Tibor - Kőszegi B. - Veisz O. (1997): Climatic Programmes Used in the Martonvásár Phytotron Most Frequently in Recent Years. Acta Agronomica Hungarica. 45, 85-104.

Tuba Zoltán - Raschi, A. - Nagy Z. - Helyes L. - Vodnik, D. - Sanità di Toppi, L. (2003): Vegetations with Various Environmental Constraints under Elevated Atmospheric CO2 Concentrations. In: Sanità di Toppi, Luigi - Pawlik Skowroñska, Barbara (eds.): Abiotic Stresses in Plants. Kluwer Academic Publishers, Dordrecht

Veisz Ottó - Harnos N. - Tischner T. (1996): The Effects of CO2 Levels on the Development and Yield of Cereals. Aspects of Applied Biology. 45, 107-111

Veisz Ottó - Tischner T. (1995): Hardiness of Winter Wheat Varieties as a Function of Changes in Certain Environmental Factors. Biotronics. 24, 73-83


<-- Vissza a 2005/7 szám tartalomjegyzékére