Многофункциональность умеренной аллеи - Группа резиновых прокладок

Коммуникации Земля и окружающая среда, том 4, Номер статьи: 20 (2023 г.) Цитировать эту статью

3613 Доступов

43 Альтметрика

Подробности о метриках

Интенсивно управляемые открытые пахотные земли высокопродуктивны, но часто оказывают пагубное воздействие на окружающую среду. Агролесомелиорация умеренного пояса потенциально улучшает функции экосистем, хотя комплексный анализ отсутствует. Здесь мы измерили первичные данные по 47 показателям семи функций экосистемы на возделываемых землях и 16 показателям четырех функций экосистемы на пастбищах, чтобы оценить, как работает агролесомелиорация с аллейным земледелием по сравнению с открытыми возделываемыми землями и пастбищами. Связывание углерода, среда обитания для биологической активности почвы и устойчивость к ветровой эрозии улучшились для агролесомелиорации пахотных земель (P ≤ 0,03), тогда как для агролесомелиорации пастбищ улучшилась только секвестрация углерода (P <0,01). В агролесомелиорации пахотных земель круговорот питательных веществ в почве, сокращение выбросов парниковых газов в почве и регулирование водных ресурсов не улучшились из-за традиционно высоких норм внесения удобрений. Аллейное агролесомелиорирование повысило многофункциональность по сравнению с открытыми пахотными землями. Чтобы улучшить экологические преимущества агролесомелиорации, необходимо более эффективное использование питательных веществ. Финансовые стимулы должны быть направлены на преобразование открытых пахотных земель в аллейное агролесомелиорирование и включать управление удобрениями.

Текущая сельскохозяйственная практика в промышленно развитых странах ориентирована на высокую производительность и прибыль на уровне ферм; однако внешние издержки (например, деградация почвы, загрязнение воды, увеличение выбросов парниковых газов (ПГ), потеря биоразнообразия)1,2,3,4 не включены в цену и несут все общество. Тем не менее, интенсивно управляемые монокультуры возделываемых земель, несомненно, демонстрируют выдающиеся достижения в сельскохозяйственном производстве5. Ряд пагубных экологических последствий повысил понимание того, что современные сельскохозяйственные системы должны быть ориентированы не только на высокую производительность, но и на обеспечение важных функций экосистем и особенностей ландшафта, которые стимулируют биоразнообразие и секвестрацию углерода, а также уменьшают загрязнение окружающей среды и деградацию почв. Поддержание здоровых почв и их функций является ключевым условием6,7 в создании устойчивых интенсифицированных сельскохозяйственных систем8.

Агролесомелиорация прогнозируется как перспективная форма агроэкологического управления9. В настоящее время обсуждается вопрос о включении финансовых стимулов, связанных с экологическими показателями агролесоводства, по сравнению с монокультурами возделываемых земель, например, в Европейскую общую сельскохозяйственную политику10. Такие финансовые стимулы требуют комплексной оценки функций экосистем, в том числе их способности одновременно обеспечивать несколько функций экосистемы (также называемой «многофункциональностью»11). Наше исследование заполняет этот пробел в знаниях, сравнивая многофункциональность умеренного аллейного агролесоводства (т.е. комбинированное механизированное выращивание рядов сельскохозяйственных культур или травы, чередующихся с рядами деревьев с коротким вращением12,13,14) с открытыми пахотными землями и открытыми лугами без каких-либо деревья. В то время как отдельные исследования способствуют повышению осведомленности об улучшенных свойствах почвы и функциях экосистем в агролесоводстве умеренного пояса, например, увеличении содержания органического углерода в почве12, разнообразии почвенных микро- и макроорганизмов13,15, эффективности использования питательных веществ14, устойчивости к ветровой эрозии16 и сокращению выщелачивания нитратов17, Это отсутствие систематических сравнений комбинированных функций экосистем между агролесомелиорацией умеренного пояса и открытыми возделываемыми землями или лугами в рамках одного междисциплинарного исследования, в котором используется повторяемый полевой дизайн.

Это исследование было направлено на количественную оценку многофункциональности аллейного агролесоводства с деревьями с коротким вращением по сравнению с открытыми пахотными землями и открытыми лугами в различных типах почв и климатических условиях в Германии. Открытые пахотные земли в нашем исследовании представляли собой традиционно управляемые севообороты монокультур (с обычным применением удобрений и агрохимикатов; дополнительная таблица 1) без деревьев; открытые луга представляли собой постоянные луга без деревьев. Мы использовали несколько различных показателей различных функций экосистем9, собранных в течение четырех лет на пяти участках, чтобы оценить многофункциональность агролесомелиорации возделываемых земель, которые сочетались с открытыми пахотными землями, а также агролесомелиорации пастбищ в сочетании с открытыми пастбищами (дополнительный рисунок 1). Все системы агролесомелиорации были созданы в период с 2007 по 2010 год путем преобразования открытых пахотных земель или открытых пастбищ (дополнительная таблица 1). Мы предположили, что аллейное агролесоводство будет способствовать полезным функциям экосистемы по сравнению с открытыми пахотными землями или открытыми лугами и будет способствовать многофункциональности. На основе экосистемных функций, которые считаются жизненно важными для оценки выгод от агролесоводства9, мы определили количественно 47 показателей семи экосистемных функций на пахотных землях и 16 индикаторов четырех экосистемных функций на пастбищах (дополнительные таблицы 2–4), которые включали следующее: обеспечение продовольствием, волокно и топливо, секвестрация углерода, круговорот питательных веществ в почве, среда обитания для биологической активности почвы, борьба с выбросами парниковых газов в почве, регулирование водных ресурсов и устойчивость к эрозии.

0.05, Supplementary Table 4). Conversion of open cropland to agroforestry improved the soil biological habitat (P = 0.03, Fig. 1) as shown by greater earthworm biomass (P < 0.01, Supplementary Fig. 2b) and soil bacterial and fungal population sizes (P ≤ 0.03, Supplementary Table 4). In cropland agroforestry, the tree rows greatly reduced wind speed and number of days with wind erosion risk compared to open cropland (Supplementary Fig. 2c), which resulted in a substantial increase in wind erosion resistance (P < 0.01, Fig. 1). Although soil nutrient cycling, soil GHG abatement and water regulation functions did not change following conversion of open cropland or grassland to agroforestry (P > 0.05, Supplementary Table 5), two indicators improved: larger plant-available P in grassland agroforestry than in open grassland (P = 0.02) and greater gross rates of nitrous oxide (N2O) uptake in the soil under cropland agroforestry compared to open cropland (P = 0.01, Supplementary Table 4). In summary, conversion to agroforestry enhanced carbon sequestration, habitat for soil biological activity and erosion resistance functions in croplands (Fig. 1) and improved carbon sequestration in grasslands (Fig. 2). Implementation of agroforestry did not lead to a decrease in any of the measured indicators of ecosystem functions (Figs. 1 and 2 and Supplementary Tables 4 and 5)./p> 0.05, Supplementary Table 5), which we attribute to the fact that both systems have perennial plants, manifesting permanent roots28 and high plant species diversity29 combined with low fertilizer application at the studied sites30. Third, susceptibility of soil to wind erosion is not only common in Central Europe31 but is a serious global problem32 that reduces SOC, nutrient stocks, and agricultural productivity33,34. The strong reduction of wind speeds to levels below risk of wind erosion (Supplementary Fig. 2c) was a direct result of the introduction of tree rows (Fig. 1), a positive effect that is well known from shelterbelts35. This is a major motivation mentioned by farmers for their acceptance of agroforestry36./p>

6)75. The water sub-model inputs of Expert-N were climate (global radiation, temperature, precipitation, relative humidity and wind speed), soil (texture, bulk density, and Ks), all measured at our study sites, and vegetation characteristics (root biomass and leaf area index), specific to the crops or trees at the sites. Modeled soil water contents were validated with measured soil moisture contents, conducted monthly by gravimetric measurements. Nutrient leaching fluxes were calculated by multiplying the nutrient concentrations with the water drainage fluxes during the sampling period and summed for the entire year74,76./p>