Munich, Germany
February 1, 2024
Climate change poses a threat to yields and food security worldwide, with plant diseases as one of the main risks. An international team of researchers surrounding Prof. Senthold Asseng from the Technical University of Munich (TUM) has now shown that further spread of the fungal disease wheat blast could reduce global wheat production by 13% until 2050. The result is dramatic for global food security.
Climate change threatens global food security.
wheat is an essential food crop. Like all plant species, it is also struggling with diseases that are spreading more rapidly compared to a few years ago because of climate change. One of these is wheat blast. In warm and humid regions, the fungus "Magnaporthe oryzae" has become a serious threat to wheat production since it was first observed in 1985. It initially spread from Brazil to neighboring countries. The first cases outside of South America occurred in Bangladesh in 2016 and in Zambia in 2018. Researchers from Germany, Mexico, Bangladesh, the USA and Brazil have now modeled for the first time how wheat blast will spread in the future.
Regionally up to 75% of total wheat acreage affected
According to the researchers, South America, southern Africa and Asia will be the regions most affected by the future spread of the disease. Up to 75% of the area under wheat cultivation in Africa and South America could be at risk in the future. According to the predictions, wheat blast will also continue to spread in countries that were previously only slightly impacted, including Argentina, Zambia and Bangladesh. The fungus is also penetrating countries that were previously untouched. These include Uruguay, Central America, the south-eastern USA, East Africa, India and eastern Australia. According to the model, the risk is low in Europe and East Asia - with the exception of Italy, southern France, Spain and the warm and humid regions of south-east China. Conversely, where climate change leads to drier conditions with more frequent periods of heat above 35 °C, the risk of wheat blast may also decrease. However, in these cases, heat stress decreases the yield potential.
Dramatic yield losses call for adapted management
The affected regions are among the areas most severely impacted by the direct consequences of climate change. Food insecurity is already a significant challenge in these areas and the demand for wheat continues to rise, especially in urban areas. In many regions, farmers will have to switch to more robust crops to avoid crop failures and financial losses. In the Midwest of Brazil, for example, wheat is increasingly being replaced by maize. Another important strategy against future yield losses is breeding resistant wheat varieties. CIMMYT in collaboration with National Agricultural Research Systems (NARs) partners have released several wheat blast-resistant varieties which have been helpful in mitigating the effect of wheat blast. With the right sowing date, wheat blast-promoting conditions can be avoided during the ear emergence phase. Combined with other measures, this has proven to be successful. In more specific terms, this means avoiding early sowing in central Brazil and late sowing in Bangladesh.
First study on yield losses due to wheat blast
Previous studies on yield changes due to climate change mainly considered the direct effects of climate change such as rising temperatures, changing precipitation patterns and increased CO2 emissions in the atmosphere. Studies on fungal diseases have so far ignored wheat blast. For their study, the researchers focused on the influence of wheat blast on production by combining a simulation model for wheat growth and yield with a newly developed wheat blast model. Environmental conditions such as the weather are thus included in the calculations, as is data on plant growth. In this way, the scientists are modeling the disease pressure in the particularly sensitive phase when the ear matures. The study focused on the influence of wheat blast on production. Other consequences of climate change could further reduce yields.
Publications
Pequeno D., Ferreira T., Fernandes J., Singh P., Pavan W., Sonder K., Robertson R., Krupnik T., Erenstein O., Asseng A. Production vulnerability to wheat blast disease under climate change. Nature Climate Change (2024). https://www.nature.com/articles/s41558-023-01902-2
The study was conducted by researchers from:
- CIMMYT (Mexico and Bangladesh)
- Technical University of Munich (Germany)
- University of Florida (USA)
- Brazilian Agricultural Research Corporation (Brazil)
- International Fertilizer Development Center (USA)
- International Food Policy Research Institute (USA)
Erstmals Verbreitung von Wheat Blast im Klimawandel modelliert
Der Klimawandel bedroht Erträge und Ernährungssicherheit weltweit – unter anderem durch Pflanzenkrankheiten. Ein internationales Team von Forschenden um Prof. Senthold Asseng von der Technischen Universität München (TUM) hat nun festgestellt, dass die weitere Ausbreitung der Pilzkrankheit Wheat Blast die globale Weizenproduktion bis 2050 um 13 % reduzieren könnte. Für die globale Ernährungssicherheit ist das Ergebnis dramatisch.
Mit einer weltweiten Anbaufläche von 222 Millionen Hektar und einer Erntemenge von 779 Millionen Tonnen ist Weizen eine bedeutende Nahrungspflanze. Wie alle Pflanzenarten kämpft auch sie mit Krankheiten, die sich im Zuge des Klimawandels rascher als noch vor einigen Jahren ausbreiten. Eine davon ist Wheat Blast. In feuchtwarmen Regionen hat sich der Pilz „Magnaporthe oryzae“ seit seiner ersten Beobachtung im Jahr 1985 zu einer ernsthaften Gefahr für die Weizenproduktion entwickelt. Von Brasilien aus verbreitete er sich zunächst in den Nachbarländern. Die ersten Fälle außerhalb Südamerikas traten 2016 in Bangladesch, weitere 2018 in Sambia auf. Forschende aus Deutschland, Mexiko, Bangladesch, den USA und Brasilien haben nun erstmals modelliert, wie sich Wheat Blast künftig ausbreiten wird.
Regional bis zu 75 % der Weizenanbauflächen betroffen
Am stärksten betroffen von der künftigen Ausbreitung sind laut den Forschenden Südamerika sowie der Süden von Afrika und Asien. Bis zu 75 % der Weizenanbaufläche in Afrika und Südamerika könnten künftig gefährdet sein. In bisher geringfügig betroffenen Ländern, darunter Argentinien, Sambia und Bangladesch, breitet sich Wheat Blast laut der Vorhersagen ebenfalls weiter aus. Auch in bisher verschonte Länder drängt der Pilz. Dazu gehören unter anderem Uruguay, Zentralamerika, die südöstliche USA, Ost-Afrika, Indien und Ost-Australien. Gering ist das Risiko gemäß dem Modell in Europa und Ost-Asien – mit Ausnahme von Italien, Süd-Frankreich, Spanien sowie feuchtwarmen Regionen Südost-Chinas. Wo der Klimawandel für trockenere Bedingungen mit häufigeren Hitzeperioden über 35 °C sorgt, kann umgekehrt das Risiko für Wheat Blast auch sinken. Dann reduziert allerdings der Hitzestress das Ertragspotenzial.
Dramatische Ertragseinbußen erfordern angepasste Bewirtschaftung
Die betroffenen Regionen gehören zu den Gebieten, die am stärksten von den direkten Auswirkungen des Klimawandels betroffen sind. Die unsichere Ernährungssituation ist dort bereits heute eine erhebliche Herausforderung und der Weizenbedarf steigt weiter an, besonders in urbanen Gegenden. In vielen Regionen werden Landwirt:innen zu robusteren Pflanzen wechseln müssen, um Ernteausfälle und finanzielle Verluste zu vermeiden. Im Mittleren Westen Brasiliens wird beispielsweise Weizen zunehmend durch Mais ersetzt. Eine weitere wichtige Strategie gegen künftige Ertragseinbußen ist es, resistente Weizensorten zu züchten. An neuen Züchtungen wird bereits gearbeitet. Mit dem passenden Aussaat-Termin lässt es sich vermeiden, dass Wheat Blast-fördernde Bedingungen während der Phase des Ährenschiebens vorherrschen. Kombiniert mit anderen Maßnahmen hat sich dies bewährt. Konkret bedeutet das, frühe Aussaat in Zentral-Brasilien und späte Aussaat in Bangladesch zu vermeiden.
Erste Studie zu Ertragseinbußen durch Wheat Blast
Bisherige Studien zu Ertragsveränderungen im Klimawandel berücksichtigten vor allem direkte Effekte des Klimawandels wie steigende Temperaturen, veränderte Niederschlagsmuster und erhöhte CO2-Emissionen in der Atmosphäre. Studien zu Pilzkrankheiten ließen Wheat Blast bisher außen vor. Für ihre Studie führten die Forscher nun ein Simulationsmodell für Weizenwachstum und –ertrag mit einem neu entwickelten Wheat Blast-Modell zusammen. Umweltbedingungen wie das Wetter fließen somit genauso wie Daten zum Pflanzenwachstum mit in die Berechnungen ein. So modellieren die Wissenschaftler den Krankheitsdruck in der besonders sensiblen Phase, wenn die Ähre reift. Fokus der Studie lag auf dem Einfluss von Wheat Blast auf die Produktion. Weitere Folgen des Klimawandels können den Ertrag zusätzlich mindern.
Publikationen
Pequeno D., Ferreira T., Fernandes J., Singh P., Pavan W., Sonder K., Robertson R., Krupnik T., Erenstein O., Asseng A. Production vulnerability to wheat blast disease under climate change. Nature Climate Change (2024). https://www.nature.com/articles/s41558-023-01902-2
An der Studie beteiligt waren Forscher von:
- International Maize and Wheat Improvement Center (Mexiko und Bangladesch)
- Technische Universität München (Deutschland)
- University of Florida (USA)
- Brazilian Agricultural Research Corporation (Brasilien)
- International Fertilizer Development Center (USA)
- International Food Policy Research Institute (USA)
Topics
Species
