Newid cnydau mewn hinsawdd sy’n newid: effaith cynnydd mewn lefelau CO2 ar ansawdd maethol cnydau

2 Awst 2022

Louis Gray, Prifysgol Gorllewin Lloegr a Dr William Stiles, Prifysgol Aberystwyth.

Prif negeseuon:

• Disgwylir y bydd cynnydd yn lefelau CO₂ yn yr atmosffer yn newid cyfansoddiad maethol planhigion, a phatrymau tyfu planhigion
• Mae’n bosibl y bydd hyn yn dechrau cael effaith andwyol ar berfformiad rhai cnydau presennol, a bydd cnydau eraill sy’n llai cyffredin ar hyn o bryd yn dod yn fwy addas
• Mae’n hanfodol ein bod yn deall pa gnydau fydd yn perfformio orau o dan amodau lle bydd lefelau CO₂ yn uwch er mwyn cynnal diogelwch bwyd

Disgwylir y bydd newid hinsawdd yn cael effeithiau sylweddol ar systemau cynhyrchu cnydau, yn sgil ffactorau sy’n cynnwys newidiadau ym mhatrymau tywydd a mwy o achosion o blâu ac afiechydon. Yn ogystal â’r ffactorau yn ymwneud â newid hinsawdd, bydd cynnydd yn lefelau CO₂ yn yr atmosffer yn cael effeithiau uniongyrchol ar botensial planhigion i dyfu a chynhyrchu cnydau, ac ar gyfansoddiad maethol meinweoedd planhigion cnydau. Mae’n hanfodol ein bod yn cael gwell dealltwriaeth o ddylanwad hyn ar batrymau tyfu cnydau er mwyn parhau i gynhyrchu bwyd a sicrhau diogelwch bwyd.

Prif ysgogydd newid hinsawdd yw allyriadau nwyon tŷ gwydr, yn bennaf carbon deuocsid (CO₂), o ganlyniad i weithgareddau dynol. Mae lefel y CO₂ yn yr atmosffer bellach wedi cyrraedd y lefel uchaf erioed yn hanes dyn, ac mae bron yn sicr wedi cyrraedd y lefel uchaf yn ystod y filiwn o flynyddoedd  diwethaf (~420 ppm ar hyn o bryd). Yn ôl y Panel Rhyng-lywodraethol ar Newid Hinsawdd (IPCC), mae’n bosibl y gallai lefelau CO₂ gyrraedd 670 ppm erbyn 2100 ac y gall tymereddau godi tua 3-4 °C. Disgwylir y bydd hyn yn cael dylanwad sylweddol ar botensial cynhyrchu amaethyddol ac ar ddiogelwch bwyd yn y Deyrnas Unedig.

Mae’r cynnydd yn lefel CO₂ yn yr atmosffer yn cyfrannu’n sylweddol at newidiadau ym mhatrymau’r tywydd a ffenomena eraill sy’n gysylltiedig â newid hinsawdd. Disgwylir y bydd lefelau uwch o CO₂ yn yr atmosffer yn newid patrymau tyfu planhigion hefyd, gan fod y nwy hwn yn hanfodol ar gyfer ffotosynthesis. Gallai hyn arwain at gynnydd mewn cynhyrchiant sylfaenol net a chynnydd yng nghyfraddau dal carbon, ond byddai disgwyl i’r broses gael ei chymhlethu hefyd gan amryw o ffactorau fel faint o ddŵr a maetholion sydd ar gael, straen gwres, a ffactorau eraill.

Gall newidiadau ym mhatrymau tyfu planhigion gael effaith arwyddocaol ar ansawdd maethol cnydau a dyfir hefyd, a gall hyn arwain at batrymau newydd wrth i gynhyrchwyr ddewis cnydau, yn amodol ar anghenion a gofynion defnyddwyr. Gall hefyd arwain at newidiadau yn ymwneud ag addasrwydd cnydau, wrth i’r newid yn yr amgylchedd olygu newid yn y math o gnydau fydd yn cynnig y potensial gorau o ran cynhyrchiant a chanlyniadau maethol.

Ar hyn o bryd, mae Cymru a’r Deyrnas Unedig yn dibynnu ar fewnforion bwyd i fodloni anghenion maethol y boblogaeth. O ystyried y cymhlethdodau posibl ar gyfer mewnforion bwyd a achoswyd gan Brexit a’r effeithiau amgylcheddol sy’n gysylltiedig â mewnforio bwyd, gallai newid yn y math o gnydau mae’r Deyrnas Unedig yn eu cynhyrchu fod yn fuddiol i anghenion maethol y boblogaeth.

Effeithiau cynnydd mewn CO₂

Mae’r ffordd mae planhigion yn ymateb i gynnydd mewn CO₂ yn yr atmosffer yn destun dadleuol iawn. Mae cynnydd mewn CO₂ yn cael ei gysylltu’n fwyaf aml â chynnydd yng nghynhyrchiant planhigion oherwydd y cyfraddau ffotosynthesis uwch, ond mae’n debygol bod pob math o ffactorau yn cymhlethu hyn, gan gynnwys faint o ddŵr neu faetholion sydd ar gael. At hyn, mae’r gwahanol fecanweithiau biolegol sy’n cael eu defnyddio ar gyfer ffotosynthesis hefyd yn debygol o gael effaith.

Mae tri phrif fath o ffotosynthesis: C3, C4, a CAM (crassulacean acid metabolism). Mae’r rhan fwyaf o gnydau bwyd yn defnyddio naill ai ffotosynthesis C3 neu C4 (mae CAM yn digwydd mewn planhigion yn yr anialwch ac mae’n strategaeth ar gyfer lleihau faint o ddŵr sy’n cael ei golli o’r planhigyn), ond gall y gwahaniaeth biocemegol yn ystod ffotosynthesis rhwng cnydau C3 ac C4 olygu bod rhai planhigion yn fwy addas  i amodau CO₂ atmosfferig uchel.

C3 yw’r math mwyaf cyffredin o ffotosynthesis yn nheyrnas planhigion, ac mae tua 85% o rywogaethau planhigion yn ei ddefnyddio. Mae’r rhain yn cynnwys grawnfwydydd hanfodol fel gwenith, reis, barlys a cheirch, yn ogystal â chnau mwnci, sbigoglys, ffa soia, tatws, tomatos a llawer o gnydau eraill. Mae C4 yn cael ei ddefnyddio gan tua 3% yn unig o rywogaethau planhigion daearol, ond mae’r planhigion hyn yn cynnwys rhai cnydau bwyd pwysig eraill, fel india-corn, siwgr cansen, milet, sorgwm, a bresych.

Mewn termau syml, mae’r gwahaniaeth rhwng ffotosynthesis C3 ac C4 yn ymwneud â’r ffordd mae planhigion yn defnyddio CO₂ i wneud carbohydradau. Yn ystod ffotosynthesis, mae ensym o’r enw RuBisCO yn cael ei ddefnyddio i ddal CO₂, sydd yna’n cael ei droi’n garbohydradau drwy fiocemeg planhigion. Yn achos ffotosynthesis C3, mae’r broses hon yn digwydd yng nghell y planhigyn y mae’r CO₂ yn mynd i mewn iddo, drwy’r agoriad stomataidd. Yn achos ffotosynthesis C4, unwaith y bydd CO₂ yn mynd i mewn i’r planhigyn mae’n cael ei gludo i ail gell drwy agoriadau rhwng y celloedd o’r enw plasmodesmata. Mae hyn yn cael ei wneud er mwyn crynhoi’r CO₂ yn yr ardal lle mae’r RuBisCO, gan wella effeithlonrwydd y broses. Y fantais i’r planhigyn yw bod hyn yn achosi llai o ffotoresbiradaeth (sy’n gofyn am egni), mae llai o ddŵr yn cael ei golli, ac mae’r defnydd o ddŵr yn fwy effeithlon.

Grawnfwydydd:

Mae grawnfwydydd yn gnydau pwysig tu hwnt, ac maent yn darparu biliynau o dunelli o brotein yn fyd-eang fel bwyd ar gyfer pobl a phorthiant i anifeiliaid. Gwelwyd bod lefelau uwch o CO₂ yn cael effaith negyddol ar ansawdd maethol cnydau grawn. Er enghraifft, dangosodd astudiaethau ar farlys, reis a gwenith, fod lefelau uwch o

CO₂ yn arwain at ostyngiad mewn protein o 15, 10 a 10%, yn y drefn honno. Fodd bynnag, nid yw’r effaith hon yn gyson ar draws pob cnwd grawnfwyd. Wrth ystyried cnydau grawn fel india-corn neu gorn, nid yw’n ymddangos bod lefelau uwch o CO₂ yn effeithio ar lefelau protein a microfaetholion i’r un graddau. Mae’r gwahaniaeth hwn yn eu hymateb yn cael ei briodoli i amrywiadau yn y mecanweithiau biolegol a ddefnyddir gan y planhigion hyn yn ystod y broses ffotosynthesis.

Yn achos grawnfwydydd C3, fel gwenith, gwelwyd bod lefelau uwch o CO₂ yn ysgogi gostyngiad yn lefelau sinc, haearn, nitrogen, a phrotein ym meinweoedd grawn. Gwelwyd bod effaith lefelau uwch o CO₂ ar grynodiad maeth mewn grawn yn amrywio yn ôl y pridd a’r cnydau, a bod yr effaith negyddol ar rawn yn fwy amlwg ar bridd ffrwythlon nag ar bridd anffrwythlon. Nodwyd amrywiadau rhwng genoteipiau a chyltifarau gwahanol o’r un cnwd, gan awgrymu bod rhai straeniau yn fwy addas i amodau CO₂ uchel.

Yn achos grawnfwydydd C4, fel india-corn, er nad yw’n ymddangos bod cynnydd mewn lefelau CO₂ yn achosi’r un math o ostyngiad yng nghrynodiad protein â’r hyn a welwyd mewn grawnfwydydd C3, mae’n bosibl nad yw’r planhigion hyn yn elwa ar y twf ychwanegol a ddaw yn sgil ysgogiad ffotosynthesis. Gan fod cnydau C4 yn gallu crynhoi CO₂ yn fewnol, mae hyn yn golygu y bydd ffotosynthesis yn CO₂-ddirlawn hyd yn oed o dan amodau CO₂ arferol. Felly, ni fydd cynnydd yng nghyfradd cymathu carbon ffotosynthetig ac ni fydd cynnydd yng nghyfradd ffotosynthesis oherwydd lefelau uwch o CO₂, gan arwain at ymatebion gwahanol iawn o ran ansawdd maeth o’i gymharu â chnydau C3. 

Er ei bod yn ymddangos nad oes unrhyw anfantais faethol, neu fawr ddim, yn gysylltiedig â thyfu planhigion C4 o dan amodau CO₂  uwch, mae’n bosibl nad prif gnydau C4 yw’r cnydau gorau i fynd i’r afael â diffyg maeth posibl yn y dyfodol yn sgil lefelau uwch o CO₂. Mae hyn oherwydd nad yw ansawdd maeth y prif gnydau C4 hyn yn uchel yn gyffredinol oherwydd cyfraddau treulio protein gwael, neu grynodiadau isel o gyfansoddion fel lysin. Yn wir, pan gafodd gweiriau C3 ac C4 eu cymharu o ran maeth, gwelwyd bod gweiriau C3 yn cynnwys mwy o brotein ond llai o ffibr na gweiriau C4 pan gawsant eu tyfu o dan amodau CO₂ uwch. Felly, gellid ystyried bod hyn yn dangos y byddai ansawdd maethol  cnydau bwyd C3 yn dal i fod yn uwch na chnydau C4 o dan amodau CO₂ uwch.

Codlysiau:

Mae codlysiau yn grŵp o gnydau sy’n bwysig yn agronomegol oherwydd eu gallu i sefydlogi nitrogen atmosfferig (N). Gall cynnwys codlysiau yn neiet pobl leihau’r risg o nifer o afiechydon sy’n gysylltiedig â deiet, fel gordewdra, diabetes, problemau cardiofasgwlar, a mathau o ganser sydd wedi cynyddu yn ystod y degawdau diwethaf. Disgwylir y bydd amrywiadau yn ansawdd maethol codlysiau hefyd mewn ymateb i lefelau uwch o CO₂, ond gwelwyd bod hyn wedi amrywio ar draws rhywogaethau codlysiau gwahanol.

Gwelodd astudiaeth o amrywogaethau ffa a ffa soia nad oedd lefelau uwch o CO₂ yn effeithio ar grynodiad protein hadau ffa soia, ond roedd yn cynyddu’r crynodiad protein mewn hadau ffa. Ni chafodd lefelau uwch o CO₂ effaith ar grynodiad lipid y ffa na’r ffa soia. Roedd gostyngiad sylweddol yn lefelau manganîs a photasiwm y ffa soia, a chynnydd mewn calsiwm ar lefelau CO₂ uwch o’i gymharu â lefelau CO₂ amgylchol. Roedd gostyngiad hefyd yn lefelau manganîs a photasiwm y ffa hefyd, ynghyd â gostyngiad mewn haearn, a chynnydd mewn magnesiwm.

Fodd bynnag, mae’n ymddangos nad yw newidiadau mewn crynodiad N o dan amodau CO₂ uwch yn cael llawer o effaith ar godlysiau, yn wahanol i’r gostyngiad o 15% a nodwyd mewn rhywogaethau C3 nad ydynt yn godlysiau. Mae hyn oherwydd ffactorau sy’n cynnwys gostyngiad yng nghyfradd ymlifiad N o’r pridd mewn planhigion nad ydynt yn godlysiau, oherwydd bod llai o drydarthiad pan fydd lefelau uwch o CO₂. Mae’n bosibl bod codlysiau yn fwy addas hefyd ar gyfer cyfyngiadau yn y cyflenwad o N, oherwydd gall lefelau uwch o CO₂ gynyddu cyfradd sefydlogi N yng nghnepynnau symbiontiaid. At hyn, gan fod mwy o C ar gael o dan amodau CO₂ uwch bydd hyn yn gwella cyfraddau cymathu N, yn wahanol i’r cyfraddau cymathu N isel a gysylltir â rhywogaethau C3 nad ydynt yn godlysiau. Eto i gyd, mae’r budd o ran sefydlogi N yn sgil lefelau CO₂ uwch a welwyd mewn rhai codlysiau o bosibl wedi’i gyfyngu gan fathau eraill o straen amgylcheddol, fel argaeledd dŵr.

Gallai cynhyrchu mwy o godlysiau gynnig ateb i’r newidiadau a’r cynnydd mewn straen amgylcheddol, oherwydd mae’n ymddangos fod llawer ohonynt yn gallu dygymod yn eithaf da â’r newidiadau sy’n cael eu darogan. Gallai arallgyfeirio i gynhyrchu codlysiau a chynnwys cyltifarau codlysiau newydd fod yn fuddiol hefyd. Er enghraifft, mae ffa llygatddu (cow bean neu Vigna unguiculata), cnwd nad yw’n cael ei dyfu’n gyffredin yn Ewrop, nid yn unig yn uchel o ran protein, gwerth maethol a’i allu i sefydlogi N, mae hefyd yn gallu gwrthsefyll sychder a gwres yn well na llawer o godlysiau a chnydau eraill. Mae ffa llygatddu yn gallu gwrthsefyll priddoedd nad ydynt yn ffrwythlon iawn hefyd ac amrywiaeth o pH, gan olygu ei fod yn gnwd diddorol i’w ystyried ochr yn ochr ag ansefydlogrwydd amgylcheddol sy’n cael ei ysgogi gan newid hinsawdd.

Llysiau (gwreiddlysiau a llysiau deiliog):

Gwelwyd bod  lefelau uwch o CO₂ yn cynyddu faint o ffrwctos, glwcos a siwgr hydawdd sydd mewn llysiau ac yn lleihau’r cynnwys protein, N, magnesiwm, haearn, a sinc.

Yn achos rhywogaethau gwreiddlysiau, gwelwyd bod lefelau uwch o CO₂ yn cynyddu lefelau cynhyrchiant, ond roedd gostyngiadau sylweddol yng nghynnwys protein, fitamin C a braster mewn moron, rhuddygl a maip/erfin. At hyn, yn achos y tri llysieuyn hyn gwelwyd cynnydd yn eu lefelau siwgr a ffibr ar ôl iddynt ddod i gysylltiad â lefelau uwch o CO₂. Roedd lefelau uwch o CO₂ hefyd yn lleihau nifer yr asidau brasterog, asidau amino a nifer o fwynau pwysig. Er bod y llysiau hyn yn cynnwys lefelau uchel o faetholion ar hyn o bryd, mae’r canfyddiadau hyn yn awgrymu y gallai lefelau uwch o CO₂ yn y dyfodol gael effaith niweidiol ar ansawdd maethol gwreiddlysiau ac y bydd angen ystyried cnydau eraill o bosibl mewn systemau bwyd yn y dyfodol. 

Mae’n bosibl na fydd hyn yn wir am lysiau deiliog. Gwelwyd bod gwerth maethol sbigoglys yn cynyddu o dan amodau CO₂ uwch, ac roedd crynodiadau o fitamin C 14% yn uwch mewn sbigoglys o’i gymharu ag amodau confensiynol. Mae hyn yn debygol o amrywio llawer ar draws rhywogaethau a chyltifarau, a dangosodd astudiaeth ehangach a oedd yn edrych ar effeithiau lefelau CO₂ uwch ar ansawdd maethol llysiau deiliog, ar gynnydd safonol o 250-ppm, nad oedd unrhyw effaith ar y cyfan. Cefnogwyd hyn gan ddadansoddiad meta yn canolbwyntio ar haearn, fitamin C a fflafonoidau, gan awgrymu nad oedd lefelau CO₂ uwch yn effeithio ar y paramedrau ansawdd maethol hyn. Fodd bynnag, roedd y dadansoddiad meta hwn yn awgrymu bod lefelau uwch o CO₂ yn arwain at gynnydd yng nghrynodiadau gwrthocsidyddion mewn llysiau deiliog.  

Ffrwythau:

Mae ffrwythau yn ffynhonnell bwysig o faetholion buddiol a hanfodol i boblogaeth y DU hefyd. Mae’n bosibl y gallai llawer mwy o ffrwythau gael eu tyfu yn y DU yn y dyfodol na’r hyn a dyfir ar hyn o bryd, gyda rhai ffrwythau yn debygol o ddod yn fwy ffafriol wrth i’r hinsawdd newid. I ddeall yr effeithiau ar rywogaethau ffrwythau, ystyrir dwy rywogaeth sy’n bwysig yn fasnachol yma: mefus a thomatos.

Yn achos mefus, roedd lefelau uwch o CO₂ a thymheredd uwch yn achosi cynnydd sylweddol  yng nghyfanswm y polyffenol, fflafonoid, anthocyanin a gwrthocsidyddion mewn dwy o amrywogaethau mefus o’i gymharu â phlanhigion a gafodd eu tyfu o dan amodau amgylchol. Newidiwyd ymatebion y mefus yn sylweddol hefyd yn sgil rhyngweithio rhwng y lefelau uwch o CO₂ a thymheredd uwch, ac roedd yr holl ganlyniadau yn amrywiol ar draws yr amrywogaethau mefus, gan awgrymu bod rhai amrywogaethau yn debygol o gynnig gwell canlyniadau o ran cnydau o dan yr amodau newydd hyn. Yn ddiddorol, roedd ffrwythau mefus a gafodd eu tyfu o dan lefelau CO₂ uchel (950 μmol mol⁻¹) a thymheredd uchel (30 °C) yn gyfoethog iawn mewn gwrthocsidyddion a pholyffenolau, a allai fod yn fuddiol i iechyd pobl.

Yn achos tomatos, mae tystiolaeth o’r effaith yn fwy amrywiol. Gwelwyd bod lefelau uwch o CO₂ yn arwain at ostyngiadau sylweddol mewn protein, fitamin C, sinc ac amryw o faetholion a mwynau pwysig eraill. Ar y llaw arall, mae astudiaethau hefyd wedi dangos cynnydd mewn haearn, copr, a rhai cyfansoddion maethlon gan gynnwys asid asgorbig (fitamin C) o dan lefelau CO₂ uwch o’i gymharu ag amodau amgylchol a chaeau agored. O’r herwydd, mae dod i gasgliadau ynglŷn ag effaith newid hinsawdd ar dyfu tomatos yn y DU yn heriol, ond mae’r astudiaethau a gynhaliwyd yn dangos rhai buddion posibl o leiaf. At hyn, byddai disgwyl i ffactorau yn ymwneud â’r math o bridd, tymheredd a straenau amgylcheddol eraill ddylanwadu ar yr effaith gyffredinol.   

Crynodeb

Mae amaethyddiaeth yng Nghymru yn wynebu heriau sylweddol heddiw o ran lleihau nifer y nwyon tŷ gwydr a gynhyrchir o ganlyniad i weithgareddau rheoli tir, tra’n ceisio dod o hyd i ffyrdd o gynnal lefelau cynhyrchu bwyd yn yr hinsawdd hon sy’n newid.

Mae goblygiadau lefelau CO₂ uwch yn yr atmosffer ar gynhyrchu cnydau ac ansawdd maethol planhigion yn gymhleth. Er y gall rhai cnydau ymateb yn negyddol i amodau hinsawdd yn y dyfodol, gall eraill elwa. Gallai hyn ddibynnu ar nifer o ffactorau fel eu llwybrau ffotosynthetig. Mae llawer o’r effeithiau yn debygol o wrth-ddweud ei gilydd yn dibynnu ar blanhigyn y cnwd dan sylw, y cyltifar penodol, a’r amgylchedd lle mae’n tyfu.

Oherwydd bioleg a llwybrau metabolaidd gwahanol y cnydau gwahanol, rhaid bod yn ofalus wrth gymharu ymatebion cyltifarau gwahanol a theuluoedd o gnydau. Mae’n bwysig astudio ymatebion unigol cnydau i lefelau CO₂ uwch a ffactorau amgylcheddol eraill yn ogystal â chymharu grwpiau tebyg er mwyn deall cymhlethdod effaith straenau amgylcheddol ar ansawdd maethol systemau bwyd. Eto i gyd, mae deall effeithiau lefelau CO₂ uwch ar y cnydau rydym yn dibynnu arnynt ar hyn o bryd yn hanfodol er mwyn creu darlun o sut bydd angen i’n dewis o gnydau newid, a pha gnydau dylid eu targedu yn y dyfodol, er mwyn ateb gofynion maethol y wlad a chynnal diogelwch bwyd.

Hoffai Louis Gray gydnabod cefnogaeth garedig yr Ymddiriedolaeth Bwyd Cynaliadwy wrth wneud yr ymchwil hwn.

Os hoffech fersiwn PDF o'r erthygl hon, cysylltwch â heledd.george@menterabusnes.co.uk