В новом исследовании ученые доказывают, что совмещение сельскохозяйственных культур и замена однолетней пшеницы многолетней помогает сохранить здоровье почвы в условиях изменения климата, приводящего к большей изменчивости осадков.
Сельскохозяйственные системы все чаще подвергаются воздействию переменчивого количества осадков, что представляет угрозу для урожайности.
Более высокий, чем в среднем, уровень осадков повышает давление вредителей и патогенов, снизить доступность кислорода для корней и почвенных организмов и привести к эрозии почвы. А более низкий, чем в среднем, уровень осадков может вызвать физиологический стресс у растений, изменить доступность питательных веществ и ресурсов и вызвать осмотический стресс для микробных сообществ.
Такие изменения в микробной среде почвы, вызванные изменением влажности, приводят к нарушению важнейших экосистемных функций, которые обеспечивают почвенные микробные сообщества, такие как секвестрация углерода, биоконтроль и устойчивость растений к стрессу.
На научно-исследовательской ферме агрономии имени Эмиля А. Лодса в Сент-Анн-де-Бельвю при Университете Макгилла, Квебек, Канада, исследователи протестировали два подхода: выращивание нескольких культур рядом друг с другом в чередующихся рядах — один из видов практики, известной как смешанные посевы, — и замена однолетней пшеницы на кернзу, нишевую многолетнюю пшеницу, используемую для таких продуктов, как хлеб и пиво, но отличающуюся от обычной пшеницы по вкусу и составу. Результаты исследования опубликованы в журнале Applied Soil Ecology.
Кернза — это коммерческая торговая марка зерна Kernza, получаемого из окультуренного злака — пырея промежуточного (лат. Thinopyrum intermedium). В отличие от обычной пшеницы, это многолетнее растение, которое сажают один раз, и оно дает урожай несколько лет подряд. Злак выведен американскими учеными с помощью традиционной селекции семян. Мощная корневая система уходит вглубь на 5 метров (у пшеницы — до 1 м). Это защищает почву от эрозии и позволяет растению легче переносить засуху.
В этом эксперименте использовались шесть вариантов обработки культур, включая:
яровая пшеница (Triticum aestivum L.); яровая пшеница, выращенная в смешанных посевах с фасолью обыкновенной (Phaseolus vulgaris L.); яровая пшеница с двумя многолетними видами покровных культур: белым клевером (Trifolium repens) и райграсом (Lolium perenne); яровая пшеница, фасоль, белый клевер и райграс; многолетняя пшеница (Thinopyrum intermedium); многолетняя пшеница, выращенная в смешанных посевах с лядвенцем рогатым (Lotus corniculatus) и белым клевером.Все стратегии повлияли на микробные сообщества почвы, которые играют ключевую роль в здоровье растений и круговороте питательных веществ.
Результаты показывают, что как смешанные посевы, так и система многолетних растений привели к увеличению количества полезных грибов, связанных с корнями растений, и изменили структуру микробного разнообразия в почве.
«Мы обнаружили, что как смешанные посевы, так и замена однолетней пшеницы многолетним зерновым растением увеличивают численность полезного грибного симбионта», — сказала Дениз Даттон, первый автор исследования, которая завершила работу в качестве магистрантки кафедры естественных наук.
Почвенные микроорганизмы играют важнейшую роль в таких процессах, как круговорот питательных веществ, накопление углерода и устойчивость растений. Традиционные системы земледелия, основанные на выращивании одной культуры, могут ослабить эти микробные сообщества и сделать почвы более уязвимыми к засухе и наводнениям.
Исследование также показало, что по мере увеличения разнообразия сельскохозяйственных культур возрастает и изменчивость микробных сообществ. Ученые утверждают, что эта изменчивость может помочь почвам адаптироваться с течением времени, обеспечивая приспособленность некоторых микроорганизмов к меняющимся условиям.
Для получения этих выводов команда провела полевые исследования и лабораторный анализ. На участках имитировались изменения количества осадков: снижение или увеличение на 30%. Затем команда проанализировала ДНК почвы и микробную активность в лаборатории, чтобы понять, как реагируют сообщества.
Данное исследование основано на растущем интересе к сельскохозяйственным практикам, которые могут повысить устойчивость и одновременно снизить воздействие на окружающую среду.
«Научные данные указывают на необходимость изменения нашей сельскохозяйственной практики, чтобы сделать ее более устойчивой к изменению климата и одновременно уменьшить вклад сельского хозяйства в изменение климата», — сказала Даттон.
Исторически сложилось так, что до широкого распространения синтетических пестицидов и более однообразного, ресурсоемкого сельского хозяйства в середине XX века многие системы земледелия опирались на более разнообразные севообороты и экологически чистые методы.
Даттон заявила, что исследование предлагает отправную точку для фермеров, политиков и других заинтересованных лиц в области сельского хозяйства, устойчивого к изменению климата. Она сказала, что надеется, что будущие исследования изучат, как альтернативные системы земледелия проявляют себя с течением времени, особенно по мере усиления экстремальных погодных явлений.
Источник: McGill University. Автор: Клэр Лоуэн.