Az éghajlatváltozás hatása a mezőgazdasági kártevőkre

A légköri szén-dioxid szintjének és a levegő hőmérsékletének emelkedése, a változó csapadékviszonyok és a gyakori szélsőséges időjárási események közvetlen és közvetett hatást gyakorolnak a növényi károsítókra. Szakirodalmi adatokra támaszkodva jártuk körbe a témát.

Az elkövetkező 100 évben átlagosan 2 ^oC-os hőmérséklet-növekedés várható a világ legtöbb régiójában

Az előrejelzett éghajlati változások eltérő mértékben befolyásolják a károsítók elterjedését és túlélését, sőt, az éghajlatváltozás a patogenitásukra is hatással lehet, így növelve a járványok megjelenésének gyakoriságát és súlyosságát. Az előttünk álló kihívásokra jobb járvány-előrejelzési rendszer fejlesztése és hatékony ellenőrzési stratégiák kidolgozása lehet a válasz, melyek a biztonságos élelmiszer-termelést garantálják a jövőben. Az éghajlatváltozás okozta változások modern távérzékelési technikákkal (pl. drón) jól kimutathatók a növényeken, ugyanis reflexiós spektrumuk megváltozása betegség vagy kártevő jelenlétét jelzi. A légköri szén-dioxid (CO₂)-koncentrációja az előrejelzések szerint 2100-ra a jelenlegi szint kétszeresére növekszik, ezzel egyidejűleg pedig az elkövetkező 100 évben átlagosan 2 °C-os hőmérséklet-növekedés várható a világ legtöbb régiójában. A lehetséges globális felmelegedés biológiai következményeit nemcsak a hőmérséklet növekedése, hanem sokkal inkább a hőmérséklet növekedési üteme okozza. A károsítók biológiájának megváltozása a környezet fizikai változásaihoz kapcsolódik, amikor a légkörben nő a CO₂-koncentráció. Az ilyen növekedés más üvegházhatású gázokkal együtt (például metán, dinitrogén-oxid) felszíni hőmérséklet-növekedést, változó csapadékeloszlást és napi hőmérséklet-ingadozást okoz, valamint növeli a szélsőséges időjárási események előfordulását (Khan és mtsai., 2020). A növekvő CO₂-szintnek lényeges következménye a C3-as növények fotoszintézisére gyakorolt „pozitív” hatása. Ezeknek a növényfajoknak – beleértve az invazív gyomfajokat is – a növekedését és a szaporodását a légköri CO₂-növekedés pozitívan befolyásolja (Kimball, 2016).

Kártevőkre gyakorolt hatás

Az éghajlatváltozásnak lényeges hatása lehet a rovarpopulációkra. A hőmérséklet közvetlenül befolyásolhatja a rovarok növekedését és fejlődését (Bale és mtsai., 2002), míg a CO₂-koncentrációja közvetett módon, a gazdanövényeken keresztül befolyásolja a rovarokat (Netherer és Schopf, 2010). A hőmérséklet szerepe a rovarok biológiájára jól ismert, mint elsődleges környezeti tényező befolyásolja a fenológiát, a szaporodást és a fejlődést (Das és mtsai., 2008). A minimum-hőmérséklet különösen fontos paraméter, mert ez határozhatja meg a rovarok elterjedését (Charles és mtsai., 2006).

Mivel a károsítók ektoterm állatok – a környezetből származó hőenergia (a napsugárzás) szolgáltatja a testhőmérséklet fenntartásához szükséges energiát –, számukra a magasabb hőmérséklet előnyös. Ennek következményeként távolabbi területeken, földrészeken és magasabb régiókban is megjelenhetnek, ezen túlmenően a generációk száma is nőhet, a hosszabb vegetációs periódus eredményeként (Porter és mtsai., 1991; Andrew és Hughes, 2005). Yamamura és Kiritani (1998) szerint a környezeti hőmérséklet 1 ^oC-os emelkedéskor 2-3 plusz generáció várható, 4-5 további generáció 2 ^oC-os felmelegedés és 7 további generáció 3 ^oC-os emelkedéskor. A klímaváltozás miatti magasabb hőmérséklet gyorsíthatja a kifejlődést, és ezzel együtt rövidítheti a rovar életciklusát (Bale, 2002, Harrington és mtsai., 2001, Porter és mtsai., 1991).

Ez bizonyos fajok számára előnyös lehet, mivel a gyorsabb fejlődési sebesség javítja a túlélési esélyt, csökkentve a sérülékeny nimfa- és lárvaszakasz idejét. A mérsékelt éghajlaton a melegebb hőmérséklet több alfaj/típus és nagyobb számú rovarpopulációk létrejöttét segítheti elő (Neumeister, 2010). Lewis (1997) arról számolt be, hogy csökkenhet a parazitizmus, ha a gazda rovarpopulációk – a magasabb környezeti hőmérséklet miatt – már előbb megjelennek, és emiatt a kritikus életszakaszokon túljutottak, mire a parazitoidok megjelennek.

Megfigyelték a tripszek nemi arányának változását is a hőmérséklet miatt. A melegebb téli hőmérséklet alacsonyabb téli mortalitást eredményez, ami szintén hozzájárul a rovarállomány növekedéséhez (Harrington és mtsai, 2001). A magasabb évi átlaghőmérséklet kedvező környezetet teremthet egyes növények számára, azok sikeresen termeszthetők északibb területeken, így a kártevő rovarok közül néhányra ez is hatást gyakorol. Az emelkedő hőmérséklet következményeként több rovarfaj több gazdanövényt károsít a mérsékelt éghajlati övben.

A fosszilis vizsgálatok alapján arra a következtetésre jutottak, hogy a rovarfajok sokféleségét és táplálkozásuk intenzitását a növekvő hőmérséklet kedvezően befolyásolta (Bale és mtsai., 2002). A zöld vándorpoloska (Nezaria viridula, tápnövénykör: polifág kártevő) kifejlett egyedek mortalitása pl. 15%-kal csökkent minden 1 °C-os hőemelkedésnél. Magyarországon – az éghajlatváltozás következtében – az elmúlt időszakban a szubtrópusi-trópusi régiókból ismert adventív poloskafajok megjelenése volt megfigyelhető, és ezek mára már a magyar fauna állandó résztvevőivé váltak (Kondorosy, 2012). Több mint 50 lepkefaj esetében figyeltek meg északi irányú terjeszkedést, és korábban migráns lepkék tíz faja is megjelent Japánban (Nansei-szigetek) 1966–1987 között (Kiritani, 2006). Ronkay (2017) tanulmányában ismertette, hogy a klímaváltozás kapcsán egyre több vándorlepkefaj jelenik meg a Kárpát-medencében, melyek át is telelnek nálunk. A levéltetűfajok esetében is erős pozitív összefüggés van a hőmérséklet és a fejlődés között 7–25 ^oC hőmérsékleti tartományban, míg efelett a kapcsolat negatívvá válik (Awmack és mtsai., 1997). Kevésbé direkt módon figyelhető meg a csapadék hatása a kártevő rovarokra. A klímaváltozás következményeként gyakoribb a heves esőzések és az aszályos időszakok váltakozása. Egy rendkívüli szárazságot követően az utóbbi 30 év első jelentősebb gyapjaslepke- (Lymantria dispar, tápnövénykör: polifág kártevő) invázióját figyelték meg az Egyesült Államok északkeleti részén 2015–16 között.

A növényi minőségromlás következményei

A kártevőkre a CO₂-növekedés hatása nehezen megítélhető, az biztos, hogy a rovarokra is hatással lesz a gazdanövény anyagcseréjében a CO₂ által kiváltott anyagcsere-változás. Számos lepkefaj esetében (gyapottok-bagolylepke (Helicoverpa armigera); amerikai dohányszender (Manduca sexta) kimutatták, hogy azok érzékelik a CO₂-koncentrációját, ez alapján választják ki a tápnövényt, illetve döntik el, hogy alkalmas-e az lárváik táplálékául. A megemelkedett CO₂ hatását a rovarok viselkedésére elsősorban a tápnövényben bekövetkezett változások okozzák, vagyis érzékelik a növényben megnövekedett C : N arányt, a megváltozott szénhidrát-, keményítő- és oldhatófehérje-koncentrációt (Zhang és mtsai., 2003). Ennek ellensúlyozására a rovarok válasza az ún. kompenzáló táplálkozás lehet (Hunter, 2001), így az alacsony tápérték ellensúlyozására nagyobb lesz a fogyasztásuk, azaz a károsításuk mértéke. A növény tápértékének romlása mellett annak ellenálló képessége is csökken a kártevőkkel szemben az emelkedett CO₂-koncentráció miatt (Stiling és mtsai., 2013, Himanen és mtsai, 2008). Valószínűleg kedvező lesz a változás a polifág rovarfajok számára, míg specializált kártevők esetében ez a folyamat negatív és pozitív hatású is lehet. A legutóbbi vizsgálatok szerint a gazdanövény minőségének romlása, a levélzet nitrogéntartalmának csökkenésében fog megnyilvánulni, és ez a rovarpopuláció csökkenéséhez is vezethet.

További ízeltlábú-növény interakciók eredményei szerint a relatív növekedési ráta (a rovar esetében) jelentősen, 4,5%-kal csökkent, és ezzel egyidejűleg jelentősen emelkedett a táplálkozási aktivitás (14%). Általános tendencia a csökkent termékenység (fekunditás) az Orthoptera, Lepidoptera és Coleoptera rendekben (34%, 13% és 13% csökkenés), míg ez jelentősen, mintegy 8,5%-kal nőtt a Homoptera rend esetében (Robinson és mtsai., 2012). A Hemiptera fajok túlélését és abudanciáját (elterjedését) a jövőbeni CO₂-szint pozitívan befolyásolja (Robinson és mtsai., 2012). Ismert, hogy sok Hemiptera faj jelentős kártevő, hiszen nemcsak a közvetlen kártételük számottevő, hanem vírusvektorok is. A levéltetvek közül: az uborka levéltetű (Aphis gossypii, tápnövénykör: polifág kártevő), zöldborsó-levéltetű (Acyrthosiphon pisum, tápnövénykör: borsó, lucerna, lóhere) és a gabona-levéltetű (Sitobion avenae, tápnövénykör: gabonafélék) abundanciája nőtt a megemelkedett CO₂-szint esetén. Kimutatták, hogy a zselnicemeggy-levéltetű (Rhopalosiphum padi, tápnövénykör: gabonafélék, kukorica) növekedési üteme és az egyednagyság (súly) a búzanövényeken szintén nőtt (Oehme és mtsai., 2013).

Ezzel szemben a káposzta-levéltetű (Brevicoryne brassicae, tápnövénykör: káposztafélék) telepnagysága magasabb CO₂-szint esetén csökkent, bimbóskel tápnövényen (Klaiber és mtsai, 2013), hasonlóan a megnövekedett CO₂-szint negatívan befolyásolta az A. pism abudanciáját lóbabon (Ryan és mtsai., 2014).

Trebicki és mtsai. (2016) tanulmánya szerint a búzanövényen a R. padi fekunditása csökkent (33%) a megnövekedett légköri CO₂-szint esetén, míg táplálkozása a floémból 34%-kal nőtt. Összegezve az irodalmi eredményeket, az egyik legfontosabb kérdésre – hogy a jövőbeli éghajlat segíti vagy gátolja a kártétel növekedését – nehéz megadni a választ. Mindez nemcsak a megemelkedett hőmérséklet- és CO₂-szinttől függ, hanem attól is, hogy hogyan alkalmazkodik az ökoszisztéma a megváltozott környezethez. A rovarok esetében a klímaváltozás egyetlen elemét megvizsgálva a hatás lehet pozitív vagy negatív, esetleg nem kimutatható. Ami biztosan tudható, hogy ezek a reakciók erősen fajspecifikusak (Robinson és mtsai, 2012).

Növényi patogénekre gyakorolt hatás

A növényi kórokozók esetében – gombák, baktériumok és vírusok – a hőmérséklet, a relatív páratartalom és a csapadék határozza meg leginkább a betegségek előfordulását és súlyosságát. A nedvességtartalom (pára, vízborítottság stb.) hatással van a fertőzésre, a kórokozók megtelepedésére és növekedésére. A melegebb telek lehetővé teszik az inokulumok fennmaradását és a korai fertőzést pl. a lisztharmatgombafajok, a levélrozsda (Puccinia recondita) és a rizománia betegség (répa nekrotikus sárgaerűség vírus, Beet necrotic yellow vein virus, BNYVV) esetében. A burgonyavész (fitoftóra) kórokozója a Phytophthora infestans esetében kimutatták, hogy a napi hőmérséklet-ingadozás és az átlagos napi középhőmérséklet hatással van az inkubáció idejére és a micélium növekedési ütemére (Shakya és mtsai., 2015).

Az éghajlatváltozás következménnyel lehet a növényi kórokozók földrajzi elterjedésére is. Valószínűsíthető, hogy a CO₂ által a gazdanövényben kiváltott változások hatással vannak a kórokozók biológiájára. A növények számára a fotoszintézishez szén-dioxid szükséges, ezért ha megváltozik a CO₂-koncentráció, az befolyásolja a növények növekedését, így ez hatással lesz a betegségek megjelenésére is. Árpa-sárgatörpülésvírussal (Barley yellow dwarf, BYDV) fertőzött árpanövényekben magasabb CO₂-koncentráció esetén magasabb volt a víruskoncentráció a levelekben, amely súlyosabb BYDV-tüneteket és csökkenő hozamot okozott (Nancarrow és mtsai, 2014).

Mivel a vírusfertőzések előfordulását nagyrészt a vektorpopulációk nagysága befolyásolja, a fertőzés mértéke várhatóan nagyobb azokban az években, amikor az éghajlati viszonyok lehetővé teszik a szokásosnál nagyobb vektoregyedszámot, továbbá kedvezőek a vírusrezervoár növényeknek, amelyek biztosítják a vírusok fennmaradását (Luck és mtsai, 2011). A klímaváltozásnak köszönhetően a mérsékelt éghajlati övben a hideg kemény telek elmaradása kedvező a vírusok és a vírusvektorok számára, pl. télen a búzán anholociklikus szaporodású zselnicemeggy-levéltetű- (Rhopalosiphum padi) populációk betelepülését diagnosztizálták (Trebicki, 2020). A vírus epidemiológiára a hőmérséklet vagy a vízellátás hatását többen, míg a megnövekedett CO₂ hatását kevesen vizsgálták. Trebicki (2020) tanulmánya szerint a klímaváltozás hatásáról a növényi vírusok epidemiológiájára általános megállapításokat nem lehet tenni, mert a hatás nagyon összetett: befolyásolja azt a vírus, a gazdanövény, a növény-vírus interakció, a vírusvektor, a földrajzi elhelyezkedés.

A gombabetegségek kórokozóinak összességében eltérő a válasza a hőmérséklet vagy a CO₂-szint emelkedésére. Abban az esetben, amikor a növény csak részben ellenálló a gombafertőzéssel szemben, az éghajlatváltozási tényezők szerepe jelentősebb. A Colletotrichum gloeosporioides fertőzése esetén a nagyobb CO₂-koncentráció az izolátumokban nagyobb növekedést (egységnyi lézióra jutó spóraszám) is okozott. A nagyobb CO₂-koncentráció hatására kialakult magasabb C : N-arány az Alternaria alternata megnövekedett sporulációját okozta a gazdanövényben (Wolf és mtsai, 2010). Másik oldalról viszont a magasabb CO₂-szint csökkentheti a növény légzőnyílásméretét, így korlátozhatja a kórokozó levélbe jutását. Megfigyelték, hogy a jobb szárazságtűrő és/vagy magasabb CO₂-kibocsátású növény egészségesebb, és így korlátozza a kórokozó bejutását (Mcelrone és mtsai, 2005).

Ismert, hogy az éghajlat már enyhe változásai is járványokhoz vezethetnek. A közelmúltbeli hőmérséklet-emelkedés és az átlagosnál kevesebb csapadék hozzájárulhatott új sárgarozsdatörzs (Puccinia striiformis Westend.) megjelenéséhez, amely már a melegebb hőmérsékleten is képes spórákat termelni (Hovmøller és mtsai., 2011). A kórokozó példátlan adaptációja lehetővé tette, hogy a 2000-es évek óta a mérsékelt égövben a melegebb területeken is megjelenjen, míg korábban a sárgarozsdajárványok egyáltalán nem vagy főleg a hűvös, párás nyarakon fordultak elő.

Megoldások

A jobb előrejelzési rendszer és a hatékonyabb növény-egészségügyi ellenőrzési stratégiák kidolgozása indokolt. Erre a célra a távérzékelési módszerek alkalmazása szóba jöhet, hiszen ezekkel vizuálisan, objektíven, nem destruktív és nem invazív módon értékelhetőek a növényeken tapasztalt károsítások/fertőzések hatásai (Jung és mtsai., 2021). A távérzékelésnek erre a célra is a leghatékonyabban alkalmazható és egyszerűen kezelhető eszköze a pilóta nélküli repülőgép vagy drón (Hassler és Baysal-Gurel, 2019). A drónok által készített felvételek alapján a növények biotikus/abiotikus stresszorokra adott válaszreakciói jól kimutathatóak.

Ezek a válaszreakciók számszerűsíthetőek is (Mazur, 2016). Miután a növény fotoszintézise és fizikai szerkezete károsodik, a növény felületéről visszaverődő elektromágneses sugárzás megváltozik, így a megváltozott fényenergia-abszorpció megváltoztatja a növények reflexiós spektrumát (Moran és mtsai., 1997). A növényi betegségek pl. a fotoszintetikus pigmentkoncentráció csökkenését okozzák, emiatt csökken a fényelnyelés a látható fény spektrumában, ami magasabb reflexiót eredményez. Ezzel szemben a rovarkártevők miatt sérült levélszerkezet reflexiója az infravörös (NIR-közeli infravörös) hullámhosszon csökken (Nilsson, 1980).

A szakirodalmi összefoglaló a Magyar Tudományos Akadémia Pécsi területi Bizottságának IV. Agrártudományok Szakbizottságának ÉGHAJLATVÁLTOZÁS AZ AGRÁRIUMBAN c. kiadványában jelent meg eredetileg, 2021-ben. A teljes forrásjegyzék a szerzőnél és a szerkesztőségben is elérhető.

Holló Gabriella; Magyar Agrár- és Élettudományi Egyetem, Kaposvári Campus,

Takács András Péter; Magyar Agrár- és Élettudományi Egyetem, Georgikon Campus