Selekcja zmienia wykorzystanie wody przez pszenicę ozimą w całej Europie

Dlaczego to ma znaczenie dla żywności i wody

W całej Europie pola pszenicy ozimej rozciągają się na milionach hektarów i żywią setki milionów ludzi. To badanie stawia pozornie proste pytanie o dalekosiężnych konsekwencjach: czy wraz z systematycznym poprawianiem plonów przez hodowców na przestrzeni ostatniego stulecia zmieniło się też to, ile wody te uprawy pobierają z gleby i oddają do atmosfery? Odpowiedź ma znaczenie nie tylko dla rolników i bezpieczeństwa żywnościowego, lecz także dla naszego rozumienia obiegu wody i klimatu w skali kontynentalnej.

Stara pszenica, nowa pszenica i ukryte cechy

Naukowcy skupili się na dwóch niemieckich odmianach pszenicy ozimej, które wyznaczają ramy ponad 100 lat hodowli: starej odmianie wprowadzonej w 1895 r. oraz współczesnej z 2002 r., dawniej powszechnie uprawianych. Wcześniejsze prace wykazały, że nowoczesna pszenica daje większe plony dzięki zmianom w alokacji biomasy, tempie rozwoju i sposobie, w jaki liście wychwytują światło. Mniej oczywiste są zmiany podziemne i fizjologiczne — takie jak powierzchnia liści czy „instalacja korzeniowa” — które mogą wpływać na to, ile wody pole pszenicy zużyje w ciągu sezonu wegetacyjnego.

Od parcell polowych do mapy Europy

Aby rozplątać te efekty, zespół najpierw skalibrował szczegółowy model uprawowy, korzystając z danych z eksperymentów polowych w pobliżu Bonn w Niemczech. Mierzono wzrost obu odmian nad i pod ziemią, zmiany powierzchni liści w czasie oraz ilość wody traconej przez transpirację, używając czujników przepływu soku przymocowanych do źdźbeł pszenicy. Model dobrze odwzorował te pomiary, co dało autorom pewność przy skalowaniu. Następnie uruchomili model na obszarach głównych upraw pszenicy w Europie, na gęstej siatce przez 30 lat (1990–2020), zasilając go realistycznymi danymi pogodowymi i glebowymi oraz dostosowując terminy faz rozwojowych do warunków regionalnych.

W jaki sposób hodowla przekształciła wykorzystanie wody

We wszystkich lokalizacjach i latach nowoczesna odmiana konsekwentnie zużywała mniej wody niż jej historyczny odpowiednik — średnio o około 17% mniej transpiracji w każdym sezonie wegetacyjnym. Mimo to nowoczesne rośliny produkowały podobną lub nieco wyższą całkowitą biomasę nadziemną, co oznacza, że bardziej efektywnie przekształcały wodę w materię roślinną. Największe różnice pojawiały się w regionach o klimacie śródziemnomorskim z gorącymi, suchymi latami, zwłaszcza w częściach Hiszpanii, południowej Francji, Włoszech i Grecji. Tam bardziej intensywne pobieranie wody przez starszą odmianę, w połączeniu z niskimi opadami i ograniczonym magazynowaniem wody w glebie, prowadziło do znacznie wyższego sezonowego zużycia wody niż przez odmianę nowoczesną. W ciągu trzech dekad objętych badaniem obie odmiany wykazywały trend zwiększonej transpiracji, napędzany głównie przez wyższe temperatury i większe zapotrzebowanie parowania, pomimo rosnącego stężenia dwutlenku węgla, które zwykle zmniejsza utratę wody na poziomie liścia.

Z czego w roślinie wynika ta różnica

Model pozwolił badaczom sprawdzić, które cechy roślin najlepiej wyjaśniają lukę w wykorzystaniu wody. Wyłoniły się trzy główne: powierzchnia liści, przewodność wodna korzeni oraz termin kwitnienia. Nowoczesna odmiana miała wyraźnie mniejszą maksymalną powierzchnię liści, co zmniejszało powierzchnię, z której może następować parowanie. Jej korzenie wykazywały znacznie niższą przewodność hydrauliczną, czyli wodę mniej chętnie przepływała z gleby do rośliny; ten efekt był szczególnie istotny w suchych warunkach o dużym zapotrzebowaniu parowania. Fenologia — moment wystąpienia kluczowych faz, jak kwitnienie — odgrywała mniejszą, lecz zauważalną rolę, ponieważ dłuższy okres wegetacji daje więcej czasu na utratę wody. Razem te cechy sprawiały, że historyczne odmiany pszenicy miały tendencję do dłuższego transpirowania podczas suszy, potencjalnie wyczerpując wilgoć glebową wcześniej w sezonie.

Co to znaczy dla rolnictwa i klimatu

Porównując scenariusze modelowe z jedyną zmienioną cechą — odmianą — autorzy stwierdzili, że związane z hodowlą przesunięcia fizjologiczne w pszenicy mogą zmieniać kontynentalne strumienie wody o wielkość porównywalną do istotnych decyzji zarządczych, takich jak dodanie nawodnienia w modelach. Ponieważ pszenica zajmuje około 4% powierzchni lądowej Europy, 17-procentowy spadek transpiracji między starą a nowoczesną odmianą wpływa na regionalne wymiany wody i energii w sposób, który obecne modele klimatu i hydrologii często pomijają. Badanie konkluduje, że nowoczesna hodowla poprawiła efektywność wykorzystania wody bez zwiększania całkowitego jej zużycia oraz że cechy takie jak powierzchnia liści i hydraulika korzeni zasługują na większą uwagę w przyszłym rozwoju pszenicy. Szerzej, autorzy argumentują, że duże modele lądowe i klimatyczne powinny uwzględniać cechy specyficzne dla odmian, a nie tylko ogólne „pszenica”, jeśli chcemy wiarygodnie prognozować interakcje między rolnictwem a atmosferą w ocieplającym się i wysychającym świecie.

Cytowanie: Behrend, D., Nguyen, T.H., Baca Cabrera, J.C. et al. Breeding changes water use of winter wheat across Europe. npj Sustain. Agric. 4, 29 (2026). https://doi.org/10.1038/s44264-026-00135-y

Słowa kluczowe: pszenica ozima, hodowla roślin, transpiracja, efektywność wykorzystania wody, rolnictwo w Europie