Пятница, 23 февраля, 2024
ДомойНаукаРазгадка загадки сельского хозяйства: как разнообразие растений повышает урожайность в сельском хозяйстве

Разгадка загадки сельского хозяйства: как разнообразие растений повышает урожайность в сельском хозяйстве

- Advertisement -

Исследователи обнаружили, что посадка различных культур, в отличие от монокультур, увеличивает урожайность сельскохозяйственных культур за счет ограничения роста почвенных патогенов. Исследование подчеркивает продуктивность и стабильность разнообразных растительных сообществ и предполагает, что эти принципы могут быть применены к домашнему садоводству. Фото: SciTechDaily.com

Исследование Университета Канзаса показывает, что посадка разнообразных культур повышает урожайность за счет снижения эффективности почвенных патогенов, бросая вызов традиционным практикам монокультуры и предоставляя идеи, применимые к домашнему садоводству.

Исследование, опубликованное в журнале Природные коммуникации на основе полевых и тепличных экспериментов в Университете Канзаса показано, как повышение урожайности в сельском хозяйстве достигается за счет посадки разнообразных культур, а не только одного растения. разновидность: Почвенным патогенам, вредным для растений, труднее процветать.

«Обычно замечено, что разнообразные растительные сообщества могут со временем стать более продуктивными и стабильными», — сказал корреспондент Джеймс Бевер, старший научный сотрудник Канзасского биологического исследования и Центра экологических исследований, а также заслуженный профессор экологии и эволюционной биологии Калифорнийского университета. «Земли пастбищ с многочисленными видами могут демонстрировать повышенную продуктивность. Но причина этого остается загадкой».

Соавтор Пегги Шульц собирает данные о участках с участием студентов-студентов. Кредит: КУ Маркетинг

Механизмы, лежащие в основе преимуществ разнообразия растений

Хотя севооборот и другие методы ведения сельского хозяйства и садоводства уже давно отражают преимущества сочетания растений, новое исследование предоставляет достоверные данные об одном важном механизме, лежащем в основе этого наблюдения: количестве микроорганизмов в почве, которые поедают растения.

«Различные сельскохозяйственные сообщества обладают потенциалом сдерживать патогены, что приводит к увеличению урожайности», — сказал Бевер. «Мы показываем, что основной движущей силой является специализация патогенов, особенно тех, которые специфичны для разных видов растений. Эти патогены подавляют урожайность в сообществах с низким разнообразием. Значительным преимуществом разнообразия пастбищ является то, что патогены потребляют меньше биомассы, что позволяет использовать больше биомассы для других целей, например, для выращивания крупного рогатого скота. Тот же процесс имеет решающее значение для сельскохозяйственного производства».

Джеймс Бевер, старший научный сотрудник Канзасской биологической службы и Центра экологических исследований, а также заслуженный профессор экологии и эволюционной биологии Калифорнийского университета. Кредит: КУ Маркетинг

Методология и совместные усилия

Новые данные были получены в Университете Канзаса с использованием полевых экспериментов на полевой станции KU, а также парникового анализа и моделирования обратной связи с использованием компьютеров. Этот проект был поддержан крупными совместными грантами KU от Национального научного фонда и Министерства сельского хозяйства США.

Результаты изучения почвенно-патогенного микробиома

«Мы провели эксперимент, манипулируя количеством растений на участке и варьируя уровень осадков — у нас на участке было от одного до шести видов», — сказал Бевер. «Затем мы оценили состав почвенно-патогенного микробиома. Мы обнаружили, что изменение состава патогенов в монокультурах значительно предсказывает урожайность при их объединении. Когда существуют отдельные сообщества патогенов, их смешивание приводит к большему распространению патогенов от ваших соседей. Худший сценарий — когда соседняя культура имеет те же патогены. В этом случае вы испытываете двойную плотность — патогенов вашего урожая и патогенов соседнего урожая».

Эти полевые эксперименты на полевой станции Университетского университета, наряду с парниковыми анализами и моделированием обратной связи с использованием компьютеров, привели исследователей к выводу, что разнообразие видов растений приводит к более высокой урожайности в сельском хозяйстве. Кредит: КУ Маркетинг

В Калифорнийском университете в число сотрудников Бевера входили старший специалист Пегги Шульц, а также Хейли Беррилл и Лора Подзиковски, которые получили докторские степени в Калифорнийском университете и сейчас являются постдокторантами в Университете. Университет Орегона и КУ соответственно. Ведущий автор Гуанчжоу Ван работал в КУ в качестве постдокторанта, а сейчас сотрудничает с Китайским сельскохозяйственным университетом в Пекине, где он работал над исследованием вместе с соавторами Фусуо Чжан и Цзюньлин Чжан. К ним присоединился соавтор Маартен Эппинга из Цюрихского университета, Швейцария.

Критика практики монокультуры

По словам Бевера, исследование выступает против индустриально-сельскохозяйственной практики посадки одной продовольственной культуры на многих акрах земли, часто называемой «монокультурой».

«Что касается практики монокультуры, философия продвижения разнообразия растений, похоже, противоречит преобладающей практике», — сказал он. «Монокультура — засев огромных площадей одной культурой — обусловлена ​​технологическими причинами, а не биологическими. Такой подход мотивирован практическими аспектами посадки и сбора урожая. Традиционное сельское хозяйство и практика коренных американцев в тропиках включают поликультуры с несколькими видами. В Китае наблюдается движение в сторону механизированного производства поликультуры, бросающее вызов преобладающей модели монокультуры в Соединенных Штатах. Очень важно рассматривать монокультуру как модель затрат и выгод с увеличенными затратами и изучать альтернативные методы, такие как севооборот, для борьбы с патогенами с течением времени».

Приложение для домашних садовников

Бевер сказал, что смешивание растений на разных участках будет полезно домашним садоводам и другим, кто выращивает растения.

«Когда вы занимаетесь садоводством, вы не полагаетесь на механическую посадку и сбор урожая», — сказал он. «Вам определенно выгодно смешивать культуры — сажать их на участке разнородными смесями. Для удобства мы можем посадить чередующиеся ряды разных культур. Это позволит лучше контролировать патогены, чем если бы у вас было просто много рядов одной и той же культуры рядом друг с другом.

«Если бы у вас на заднем дворе было четыре отдельных участка, вы бы не хотели сажать все помидоры на один, все кабачки на другой, а третий с травами — вы бы хотели смешать их. Вы уменьшите количество патогенов. делая это. Это то, что показывают наши данные».

Влияние биоразнообразия на патогены

Наконец, Бевер сказал, что выводы его команды, которые показывают, что биоразнообразие препятствует росту патогенов, не так однозначны за пределами царства растений. На самом деле, эта идея является спорной для животных систем, таких как болезнь Лайма.

«Наши четкие результаты в растительном мире контрастируют со сложностью этой литературы в животном мире», — сказал он. «В контексте недавнего внимания к патогенам, таким как COVID, изучение патогенов в экологии вызывает споры. Влияние разнообразия на воздействие патогенов, независимо от того, увеличивается оно или уменьшается, обсуждается.

«Наши результаты по растениям показывают, что большую озабоченность вызывает сокращение распространения патогенов при увеличении разнообразия, а не увеличение. В нашем исследовании были изучены патогены, в том числе обитающие в почве. Аналогичные закономерности наблюдались и с лиственными патогенами, как подробно описано в предстоящей статье. Споры возникают из-за различий между тем, как патогены влияют на животный мир и на растения».

Ссылка: «Разбавление специализированных патогенов повышает продуктивность за счет разнообразия растительных смесей», Гуанчжоу Ван, Хейли М. Беррилл, Лаура Ю. Подзиковски, Маартен Б. Эппинга, Фусуо Чжан, Цзюньлин Чжан, Пегги А. Шульц и Джеймс Д. Бевер , 18 декабря 2023 г., Природные коммуникации.
DOI: 10.1038/s41467-023-44253-4

Исходная ссылка

- Advertisement -

Популярное по теме