Смешанные культуры представляют собой потенциальную альтернативу монокультурам. Вместо того, чтобы иметь большие площади земли, засеянные только одним видом или разновидностью, несколько разновидностей или разновидностей сеют рядом друг с другом.
Однако, поскольку этот метод мало изучен, особенно с точки зрения сельского хозяйства, смешанные культуры в пахотном земледелии встречаются редко.
Команда под руководством профессора ETH Zurich Кристиана Шоба теперь показала, что смешанные культуры на самом деле дают гораздо более высокий урожай, чем монокультуры в пахотном земледелии. Их исследование было недавно опубликовано в журнале Nature Plants.
Применение экологического принципа
Смешанные культуры основаны на экологическом принципе, согласно которому экосистемы могут более эффективно выполнять свои функции там, где больше биоразнообразия. Эти функции включают регулирование водного баланса, поддержание плодородия почвы и повышение продуктивности растений.
Это также касается сельскохозяйственных экосистем: «Исследования сельскохозяйственных угодий показали, что районы с большим количеством растений более продуктивны, чем районы с одним или несколькими видами», – говорит Шоб.
До сих пор практически никакие сопоставимые исследования касались земледелия. Вот почему вместе со своими коллегами Шоб решил исследовать, будет ли этот основной экологический механизм влиять на пахотные земли, особенно в отношении урожайности.
Исследователи создали два испытательных сада: один в Швейцарии, в кампусе Цюрихского университета в Ирчеле, а другой в испанской провинции Эстремадура. В последнем климате гораздо более сухой и теплый, чем в Цюрихе, что позволяет исследователям изучить, как растения будут расти в потенциальных будущих климатических условиях.
Повышение урожайности от смешивания всего двух культур
В своем эксперименте исследователи протестировали смеси двух или четырех различных культур, выбранных из восьми выбранных видов, включая пшеницу, овес, киноа, чечевицу, люпин, лен и ложный лен (масличные семена, похожие на рапс), а также кориандр.
Использовались только семена разных видов. Растения высевали на расстоянии 12 см друг от друга чередующимися параллельными рядами.
Исследователи сравнили массу семян смешанных культур с массой семян монокультур. Они также измерили биомассу растений на основе их роста над землей.
Результат говорит сам за себя: по сравнению с монокультурным сельским хозяйством даже смесь двух видов повысила урожайность на 3 процента в Испании и на 21 процент в Швейцарии. Если исследователи высеяли четыре вида рядом друг с другом, прирост урожайности составил 13 и 44 процента в Испании и Швейцарии соответственно.
Исследователи объяснили, что этот дополнительный урожай в первую очередь связан с эффектом биоразнообразия: большее разнообразие растений приводит к более эффективному использованию доступных ресурсов и более эффективной естественной борьбе с вредителями – эксперименты проводились без пестицидов.
Растения вкладывают много энергии в листья и стебли
Однако исследователи также отметили, что у растений в смешанных культурах появилось больше листьев или стеблей, чем в монокультурах. Другими словами, растения вкладывали больше энергии и вещества в производство растительной биомассы и пропорционально меньше – в производство семян. Шоб объяснил, что растениям приходилось идти на компромисс: чем больше усилий они вкладывают в растительную биомассу, тем меньше у них остается семян. «Несмотря на это, растения все равно дали больше семян, чем в монокультуре», – говорит сельскохозяйственный исследователь.
Тот факт, что растения вкладывали больше энергии в создание растительной биомассы, он объяснил сортами, использованными в экспериментах. «Семена выведены специально для монокультур. Это означает, что растения предназначены для наилучшего роста, когда они растут среди других растений того же сорта."
Шоб считает вероятным, что потенциал дополнительного урожая еще больше, если семена подходят для смешанных культур.
Со временем люди изменили большинство культур, чтобы дать более крупные плоды и более высокий урожай в условиях монокультур. Выращиваемые сегодня помидоры огромны по сравнению с их дикими собратьями, плоды которых размером с чернику. Чтобы получить максимально возможный урожай от растений, выращиваемых в смешанных культурах, существующие методы селекции – нацеленные на выращивание в монокультурах – должны быть немного скорректированы.
Посев правильных семян
В настоящее время семена не производятся и не продаются специально для использования в смешанных культурах. Поэтому исследователи заняты сбором и тестированием семян в собственных экспериментах. «Мы хотим повторить наши эксперименты с использованием этих семян собственного производства, чтобы мы могли проверить, действительно ли отбор в смешанной культуре приносит плоды», – говорит Шоб.
Однако необходимо изменение сельскохозяйственной практики, чтобы смешанные культуры получили распространение.
Среди прочего, машины должны иметь возможность собирать разные культуры одновременно, а также разделять разные продукты урожая. «Эти машины существуют, но их немного, не говоря уже о дорогих. В настоящее время на них просто слишком мало спроса », – говорит Шоб.
Вместе с оптимизированными семенами и подходящими машинами смешанные культуры предоставят фермерам реальные возможности для будущего.