帖子:气候变化将如何加快作物疾病的威胁

随着全球人口的增加,人类把地球上要求增加土地,食物和水。农业实践了,但是,尽管如此,二十亿年的近八十亿人仍然在地球上经历了2019年粮食不安全。

虽然粮食不安全源于一系列政治、经济和农业的原因,气候变化也带来了威胁。例如,增加温度可能改变地区是否适合特定的作物,和极端天气事件可能对收成严重和不可预知的影响。

气候也会影响害虫和病原体的传播,它可以减少和毁掉的收益率,其农业的抑制是一个永久的战场。

在审查的论文,发表在自然的食物,我和埃克塞特大学的同事在探索气候变化的潜在影响对新兴植物病原体及其对粮食安全的影响。一个新兴的病原体被定义为一个新的病原体或先前已知的病原体在一个新地方或主机。

产量损失而言,新兴病原真菌是最重要的。作物真菌病害严重程度和规模升序排列20世纪中叶以来,现在对全球粮食安全构成严重的威胁生态系统健康。

农作物病原体的毁灭性的影响

主食热量作物,如谷物和土豆,显然是关键的对食品安全的重要性。我们分析了数据从联合国粮食及农业组织(FAO),以确定哪些是最重要的热量作物在世界各地。

简而言之——基于人均每天的卡路里——米饭排在第一位的。换句话说,水稻是主要的饮食在全球人口最多的作物。这是紧随其后的是小麦、甘蔗、玉米、大豆和土豆。

全球产量数据表明,这六个作物也生长在世界范围内最大数量。今天在农业环境,三个前六,小麦,大豆,土豆,受到新兴的真菌病原体的威胁。

土豆,这可能是一个熟悉的故事。今天的威胁来自相同的生物造成了毁灭性的爱尔兰马铃薯饥荒1845 - 49(也称为“大饥荒”),导致一百万人死亡在爱尔兰和推动另一个百万移民。

这是一个fungus-like生物称为oomycete。卵菌纲可以感染植物、海洋生物和动物(包括人类)。oomycete负责爱尔兰马铃薯饥荒——俗称土豆或晚——被称为“枯萎”5种。适当命名的:希腊的植物(芬多精)和破坏(phthora)。感染疫霉使植物叶片枯萎,变成褐色,土豆腐烂(它也有一个类似的影响番茄植物)。

1845年,一个应变的病原体作为新出现的病原体从墨西哥抵达欧洲,土豆从未遇到过,非常敏感。今天,不同菌株在全球范围内正重新。

威胁全球主要粮食作物

小麦和大豆面临的主要病原体,也许,比马铃薯晚疫病鲜为人知,但他们的出现和威胁也同样引人注目。

大豆是一种非常重要的热量作物食品和牲畜饲料和威胁锈真菌可以旅游全球气流。在到达条件合适,大豆锈病导致产量损失80%。

频率的增加恶劣天气事件下的气候变化可能使这个病原体难以预测和减轻——它已经认为搭车呀从哥伦比亚到美国伊万飓风在2004年。

与此同时,小麦受到许多真菌的威胁。例如,在欧洲,最重要的是Septoria tritici污斑(机顶盒),成本仅英国种植者€240每年的产量损失。机顶盒是由真菌引起的Zymoseptoria tritici和被认为传播被风吹拂的孢子。

从另一个真菌——机顶盒的排名Stagonospora nodorum污斑——拒绝在英国流行。Stagonospora被认为——间接受益于酸雨因此,已变得不那么著名的反污染立法在1970年代看到大气硫水平的下降。

这个相当惊人的相关性小麦病原体和大气污染了农作物的敏感性病原体人为环境的变化。

然而,小麦是更为迫切的威胁”小麦爆炸”——这种疾病已成为一种新颖的病原体在巴西和美国,从其他草地物种。小麦爆炸——wheat-specific毒株引起的真菌Pyricularia oryzae——达到亚洲最近,导致孟加拉国减产50%。

在这种背景下,全球人口严重有关,所以热量严重依赖很少有农作物。由于全球贸易和气候变化是否适合作物,全球粮食供应变得更加均匀,人口更多的相互依存。

举例来说,我们的研究表明,大豆种植面积大幅增加自1980年以来,广泛生长在单作(作为一个单一的农作物)。相比之下,小米和高粱等作物领域减少。小麦,与此同时,净减少全球种植面积与搬迁的。全球产量并没有下降,这表明新小麦种植面积可能比旧的更有效率。

下表显示了最大损失(左)和收益(右)在收获作物地区1980年至2007年在世界各地。

在作物生产领域最大的收益和损失
损失			收益
国家	作物	区(尼古拉斯)	国家	作物	区(尼古拉斯)
印度	高粱	-9.48	巴西	大豆	19.3
美国	小麦	-8.16	中国	玉米	18.99
印度	小米	-6.83	阿根廷	大豆	15.71
中国	小麦	-4.68	印度	大豆	9.66
加拿大	小麦	-3.84	美国	大豆	7.01
巴西	大米	-3.30	美国	玉米	6.95
中国	红薯	-3.27	印度	小麦	6.83
美国	高粱	-2.82	巴西	甘蔗	6.40
美国	燕麦	-2.81	加拿大	油菜籽	5.53

收获的作物地区最大的变化在世界各地超过1980 - 2017。总的来说,108年202个国家和地区作物使用的数据进行分析FAOSTAT数据集。来源:丰et al。(2020年)

产量的增加可能的气候变化对农业的一线希望。但是我的一些同事在埃克塞特大学的已经证明了作为作物转移到新的领域,他们是他们的病原体——紧随其后应对气候变化和主机的可用性。增加疾病风险补偿的收益率涨幅。

威胁商品作物

同样重要的是要记住,粮食安全不仅仅是对主要农作物。出口商品作物许多经济体的基石。我们分析了粮农组织数据,以确定哪些作物可以被描述为世界上最重要的商品。

我们发现木薯作物在非洲最多的商品;咖啡和香蕉在中美洲和南美洲;西红柿在亚洲;在欧洲葡萄;大麦在大洋洲;在北美和西红柿和杏仁。

许多这样的农作物也受到威胁来自新兴作物病原体和其他可能容易随着气候变暖。

例如香蕉,受到“巴拿马病”(萎凋病)和“黑香蕉叶斑病”(球腔菌属fijiensis),这两者都是新兴的真菌疾病。巴拿马的传播疾病甚至需要更换全球占主导地位的各种香蕉——被称为“Gros米歇尔”——与抗性品种“卡文迪什“在1950年代。

然而,巴拿马病的新菌株(被称为“TR4”)随后出现在1960年代,全球逐渐蔓延。如下图所示,这种传播加速最近和TR4进入香蕉种植大国,哥伦比亚,2019年。这引发了媒体报道即将到来”bananageddon”,那个国家进入紧急状态。

模拟未来疾病风险

预测作物病原体在气候变化下的行为是不简单。疾病取决于被称为“三角形”,受到病原体的宿主和营养等都受到环境因素的影响可用性和气候。

最简单的模型寻求关联观察疾病的天气数据。这样的模型可以有效地预测疾病风险,简单的天气因素控制疾病。

例如,机顶盒小麦疾病是受到热,干燥的天气,部分原因是真菌孢子的传播依赖于雨水在树叶飞溅。预测频率和持续时间的增加这样的法术可以用来预测减少了机顶盒的风险。

在更复杂的情况下,然而,这些相关的模型往往会分解。这就需要“机械模型“考虑到复杂的生物宿主和病原体的运作。

改进的高分辨率气候再分析数据的可用性,结合观测数据和模型输出——也使我们获得信息的温度等因素冠层温度和叶片湿润时间。这些数据使得生产复杂模型的一个可行的选择。

我的同事,丹贝伯教授,产生了这样的模型数真菌疾病。例如,在咖啡叶锈病,模型显示气候变化可能是在哥伦比亚不负责最近的一次爆发。然而,黑香蕉叶斑病病模型表明,气候变化增加了叶片湿度和温度更有利于这种真菌在香蕉种植地区,疾病风险增加了44%。

然而,尽管模型可以告诉我们关于气候变量的重要性,让我们来测试假设观察到的变化在疾病流行的原因,准确预测模型对许多疾病仍然不存在。

这是因为气候与所有其他方面疾病的三角形。不仅影响何时何地种植作物,但决定,工厂压力或者健康,进而影响抗病性。与此同时,它控制病原体生存和传播。与此同时,农业社会经济影响可能觉得,这可能反过来影响植物健康和疾病的结果。

之间复杂的交互更加难以预测气候、人类行为和气候环境因素如空气污染。就像硫磺气体影响小麦病原体在1970年代,大气的其他气体,如臭氧浓度和氮的氧化物——也改变植物防御病原体的性能。

正如我们所见,病原体倾向于迁移到遵循合适的气候条件下,只要宿主。这意味着人类应对气候变化改变了农业实践,作物疾病可能会保持同步。