Biomi ed Ecosistemi che sostengono l'agricoltura

Dal ciclo di nutrienti eseguito dai microrganismi del suolo ai modelli climatici regionali plasmati da vasti sistemi forestali, l'agricoltura dipende da una complessa rete di processi naturali. Capire come i biomi e gli ecosistemi differenti sostengono l'agricoltura è essenziale per ottimizzare la produttività, costruire resilienza contro i cambiamenti climatici e sviluppare pratiche sostenibili di gestione del territorio che lavorano con la natura piuttosto che contro di essa.

Il rapporto tra agricoltura e ecosistemi naturali non è unilaterale, mentre l'agricoltura si basa sui servizi ecosistemici, le pratiche agricole rimodellano anche i paesaggi, alterano la composizione del suolo e influenzano la biodiversità. Riconoscendo questa interdipendenza permette agli agricoltori, agli agronomisti e ai politici di prendere decisioni informate che bilanciano la produzione alimentare con la gestione ecologica.

Biomi principali che sostengono l'agricoltura

I biomi sono comunità ecologiche su larga scala definite dal clima, dalla vegetazione e dalle caratteristiche del suolo. Non tutti i biomi sono altrettanto adatti all'agricoltura, ma diversi forniscono condizioni che hanno sostenuto l'agricoltura umana per millenni. I biomi più significativi agrari includono foreste temperate, praterie, savane, regioni mediterranee e aree selezionate all'interno delle zone subtropicali.

Foreste temperate

Le foreste temperate, che si trovano in gran parte d'Europa, nell'America del Nord orientale e in alcune parti dell'Asia orientale, sono caratterizzate da temperature moderate, precipitazioni ben distribuite e suoli profondi e fertili. Queste condizioni favoriscono una vasta gamma di colture, tra cui cereali come il grano e l'orzo, semi oleosi come la canola e i soia, e frutti perenni come mele e pere.

I terreni sono naturalmente fertili e ben strutturati, fornendo una buona infiltrazione d'acqua e la penetrazione delle radici. Tuttavia, l'agricoltura intensiva in queste regioni ha portato al declino della materia organica del suolo, alla compattazione e all'erosione in molte aree, sottolineando la necessità di conservazione del terreno e alla copertura della covatura per mantenere la salute del suolo.

Terremoto

Le praterie, comprese le praterie del Nord America, le steppe dell'Eurasia e i pampi del Sud America, sono tra le regioni agricole più produttive della terra. Questi biomi ricevono precipitazioni moderate, tipicamente tra i 250 e gli 800 millimetri all'anno, e sperimentano estati calde e inverni freddi. La vegetazione nativa, dominata da erbe e forbici, ha oltre millenni creato terreni ricchi di cereali profondi e biologici, ben fertili.

Il significato agricolo delle praterie non può essere sovrastante. La regione della prateria nordamericana, ad esempio, produce una porzione sostanziale del grano, del mais e delle soia del mondo. I sistemi di radice profonda delle erbe prateria native hanno contribuito a livelli di carbonio organici del suolo che rimangono alti anche dopo decenni di coltivazione.

L'agricoltura di Grassland affronta sfide, in particolare l'erosione del vento e dell'acqua quando il sod nativo è rotto per cropping annuale. Il Dust Bowl degli anni '30 negli Stati Uniti rimane un richiamo fermo dei rischi associati alla conversione delle praterie in agricoltura intensiva senza adeguate misure di conservazione del suolo.

Savannas

I Savannas, che coprono grandi porzioni di Africa subsahariana, Sud America e Australia settentrionale, sono caratterizzati da un mix di erbe e alberi sparsi con distinte stagioni umide e secche. Questi biomi sostengono sia l'agricoltura delle colture che la produzione di bestiame, sebbene l'agricoltura sia spesso costretta da basse e imprevedibili precipitazioni, alte temperature e suoli che sono meno fertili di quelli in regioni temperate.

L'agricoltura nelle regioni savana dipende fortemente dal tempo e dall'affidabilità delle precipitazioni. Gli agricoltori devono navigare nel rischio di siccità e di eventi di pioggia intensi che possono causare erosione del suolo e levigazione dei nutrienti. Le pratiche agroforestali, che integrano gli alberi con le colture e il bestiame, hanno dimostrato efficace nei sistemi savana migliorando la fertilità del suolo attraverso la fissazione dell'azoto, fornendo l'ombra che riduce lo stress idrico e diversificando il reddito agricolo attraverso la siccità delle varietà di produzione di colture.

Biomedie del Mediterraneo

I biomi mediterranei, presenti in regioni come l'Europa meridionale, la California, il Cile centrale, la Regione del Capo del Sud Africa e l'Australia sudoccidentale, sono definiti da inverni miti, umidi e estati calde e secche. Queste condizioni sono ideali per coltivazioni che prosperano in una stagione invernale e tollerano la siccità estiva, tra cui frumento, orzo, olive, uva, agrumi e varie noci.

L'irrigazione è una caratteristica fondamentale dell'agricoltura mediterranea, poiché le precipitazioni estive sono insufficienti per la maggior parte delle colture annuali. Lo sviluppo di sistemi di irrigazione efficienti, come l'irrigazione a goccia e micro-rughe, ha permesso agli agricoltori di mantenere alti rendimenti minimizzando l'uso dell'acqua. Tuttavia, la scarsità dell'acqua e la concorrenza per le risorse idriche da parte degli utenti urbani e industriali sono sfide in corso.

Biomi tropicali e subtropicali

Le foreste tropicali e le zone subtropicali presentano sia opportunità che vincoli per l'agricoltura. Mentre queste regioni ricevono abbondanti precipitazioni e calore tutto l'anno, permettendo una crescita continua delle piante, i suoli sono spesso molto atmosferici, acidi e bassi nella fertilità nativa a causa di una rapida decomposizione e di un'accresciuta coltura di nutrienti. La maggior parte dei nutrienti nelle foreste tropicali sono immagazzinati nella biomassa vivente piuttosto che nel terreno, rendendo più praticanti e snelle.

Nonostante queste limitazioni, i biomi tropicali sostengono una significativa produzione agricola di prodotti come olio di palma, gomma, cacao, caffè, canna da zucchero e frutta tropicale. I sistemi di piantagione sono comuni, ma possono portare alla deforestazione, alla perdita di biodiversità, e alla degradazione del suolo se non gestiti in modo sostenibile.

Condizioni di suolo e clima

La produttività del terreno agricolo è determinata principalmente dalla qualità del suolo e dalle condizioni climatiche, che interagiscono in modi complessi, influenzando quali colture possono essere coltivate, quanto si può aspettare il rendimento e quali pratiche di gestione sono necessarie per sostenere la produzione nel lungo periodo.

Tipi di terreno e potenziale agricolo

Le sue proprietà fisiche, chimiche e biologiche variano ampiamente attraverso i biomi e anche all'interno di singoli campi. I terreni più fertili per l'agricoltura, come i mollisol trovati nelle praterie e negli alfisol trovati nelle foreste temperate, sono caratterizzati da un alto contenuto di materia organica, una buona struttura, una disponibilità di nutrienti adeguata e una capacità favorevole di irrigazione.

Al contrario, gli ossisol, comuni nelle regioni tropicali, sono molto atmosferici e acidi, con bassa fertilità nadina. Richiedono significativi input di calce, fertilizzante e materia organica per diventare produttivi per cropping annuale. I vertisol, trovati in regioni con distinte stagioni umide e secche, hanno alto contenuto di argilla che li fa gonfiare quando bagnato e crepa quando si asciugano, ponendo sfide per il saliaggio e la crescita radicale.

La consistenza del terreno, che si riferisce alle proporzioni relative di sabbia, liquami e argilla, influenza l'infiltrazione dell'acqua, il drenaggio e la ritenzione di nutrienti. I suoli loami, con un mix equilibrato di dimensioni delle particelle, sono generalmente considerati ideali per l'agricoltura.

Fattori climatici

Il clima determina l'energia e l'acqua disponibili per la crescita delle piante, la durata della stagione in crescita e i rischi associati a eventi meteorologici estremi. Le variabili climatiche chiave che interessano l'agricoltura includono temperatura, precipitazioni, radiazione solare e umidità atmosferica.

La temperatura influenza il tasso di sviluppo delle piante, tra cui germinazione, espansione delle foglie, fioritura e maturazione dei frutti. I crostini sono spesso classificati secondo le loro esigenze di temperatura, come colture di stagione fredda come il grano e l'orzo, che svolgono il meglio a temperature tra i 15°C e i 20°C, e le colture di calore-stagionale come il mais e il cotone, che prosperano a temperature tra i 25°C e i 35°C.

Le regioni con precipitazioni adeguate e ben distribuite, come foreste temperate e praterie, sono generalmente più adatte per l'agricoltura piovana rispetto alle zone con precipitazioni basse o altamente variabili, come le savane e le zone mediterranee. Dove le precipitazioni sono insufficienti o inaffidabili, l'irrigazione diventa necessaria, ma la disponibilità dell'acqua per l'agricoltura è sempre più contratta.

Le radiazioni solari provocano la fotosintesi e determinano la produzione di biomassa potenziale. Le colture coltivate in regioni con radiazioni solari elevate, come le zone tropicali e subtropicali, hanno il potenziale per alte rese se l'acqua e i nutrienti non limitano. Tuttavia, la radiazione eccessiva può anche causare stress termico e fotoinibizione, in particolare nelle colture che sono adattate agli ambienti leggeri più bassi.

Variabilità microclima e locale

All'interno di un dato biome, topografia locale, elevazione, aspetto del pendio, e la prossimità di corpi idrici creano microclimi che possono differire significativamente dal clima regionale. Questi microclimi influenzano il potenziale agricolo a scala agricola. Le piste di sud-faccia nell'emisfero settentrionale ricevono più radiazioni solari e sono più calde e più asciutte, rendendole adatte per colture di raffreddore, mentre le piste di nord-fanti sono più fresche e più propulse.

Servizi ecosistemici Sostegno all'agricoltura

L'agricoltura non opera in isolamento dagli ecosistemi naturali che la circondano. Gli ecosistemi sani forniscono una vasta gamma di servizi essenziali per la produttività agricola e la sostenibilità. Questi servizi includono impollinazione, regolazione del parassiti, ciclisti nutrienti, filtrazione e ritenzione idrica, formazione del suolo e conservazione, e la regolazione del clima. Il valore di questi servizi è enorme, ma sono spesso dati per scontati fino a quando non sono disturbati da perdita di habitat, inquinamento, o pratiche agricole insostenibili.

Pollinizzazione

L'inquinamento è uno dei servizi ecosistemici più critici per l'agricoltura. Si stima che il 75% delle colture alimentari più importanti del mondo, tra cui frutta, verdura, noci e oli, beneficiano di impollinazione animale. Le api, ambedue le api autoctone gestite e le api autoctone, sono i più importanti impollinatori, ma le farfalle, i cole, le mosche, gli uccelli e i pipistrelli contribuiscono anche.

I servizi di impollinazione selvatica sono particolarmente preziosi perché spesso completano l'impollinazione gestita e forniscono un buffer contro le perdite di colonie di api. Gli habitat naturali adiacenti alla terra agricola, come i ricci, i margini di campo e le strisce fiorite, supportano diverse comunità di impollinatori fornendo siti di nidificazione e risorse di foraggio durante la stagione in crescita.

Le pratiche agricole che riducono l'uso di pesticidi, soprattutto di insetticidi tossici alle api, e che forniscono risorse floreali attraverso la copertura di ritaglio e intercropping possono sostenere la salute e l'abbondanza di impollinatori. L'integrazione dell'habitat impollinatore nei paesaggi agricoli è sempre più riconosciuta come componente chiave dei sistemi agricoli sostenibili.

Controllo Pest naturale

Gli ecosistemi sostengono predatori naturali e parassitari che regolano le popolazioni di parassiti, riducendo la necessità di pesticidi sintetici. Uccelli, pipistrelli, insetti predatori come i coleotteri e le lacewings, ragni, e vespe parassita contribuiscono alla soppressione dei parassiti nei campi agricoli. La diversità e l'abbondanza di questi organismi benefici sono influenzati dalla disponibilità di habitat, prede alternative e risorse agricole non-cropache.

Gli studi sul campo mostrano costantemente che le aziende con diversi habitat naturali intorno a loro sperimentano una pressione più bassa e richiedono meno applicazioni di pesticidi rispetto alle aziende che sono isolate dalle aree naturali. Questo perché i nemici naturali si muovono dagli habitat ai campi per forare gli insetti pest. Tuttavia, le applicazioni di insetticida a ampio spettro possono interrompere questo servizio uccidendo sia i parassiti che i nemici naturali, portando a strategie di resurgence e di controllo dei parassiti secondari.

Il controllo biologico della conservazione, che prevede la gestione dell'ambiente agricolo per migliorare la sopravvivenza e l'efficacia dei nemici naturali, è un approccio pratico per sfruttare i servizi ecosistemici per la gestione dei parassiti. Pratiche come il mantenimento delle banche di scarafaggi, la semina di strisce di fioritura, la riduzione della resistenza per proteggere gli habitat di sovraffollamento, e la fornitura di siti di nidificazione artificiale per uccelli e pipistrelli possono tutti contribuire a una migliore regolamentazione.

Nutriente ciclismo

Il ciclismo nutriente è il processo attraverso il quale gli elementi essenziali come azoto, fosforo, potassio e carbonio vengono trasformati e spostati attraverso l'ambiente. Nei sistemi agricoli, il ciclismo nutriente è guidato da organismi del suolo, compresi batteri, funghi, protozoi, nematodi e lombrichi, così come da radici vegetali e residui vegetali.

Migliora la struttura del suolo, la capacità di trattenere l'acqua e lo scambio di cationali, rendendo più disponibili le sostanze nutritive alle colture. La decomposizione della materia organica da parte dei microbi del suolo rilascia le sostanze nutritive lentamente nel tempo, sincronizzando la disponibilità di nutrienti con la domanda di colture.

Pratiche agricole che costruiscono materia organica del suolo, come il compostaggio, l'applicazione del letame, la copertura di ritaglio, la riduzione del carico e la rotazione delle colture, migliorare il ciclismo dei nutrienti e migliorare la fertilità del suolo. Al contrario, la tortuosità intensiva, la rimozione dei residui delle colture, e la continua monocoltura esauriscono la materia organica del suolo e disgregano il ciclo dei nutrienti, portando a diminuire la fertilità del terreno e ad una maggiore dipendenza dagli input esterni.

Filtrazione e conservazione dell'acqua

Gli ecosistemi naturali regolano il flusso dell'acqua attraverso i paesaggi, filtrando gli inquinanti, ricaricando le acque sotterranee e moderando gli estremi di alluvione e siccità. Le terre, le zone ripariane e le foreste sono particolarmente efficaci nel conservare l'acqua e rimuovere sedimenti, nutrienti e contaminanti dal deflusso.

I suoli sani con alto contenuto di materia organica e buona struttura agiscono come una spugna, assorbendo le precipitazioni e rilasciando lentamente le piante e le acque sotterranee. Questo riduce il disgelo e l'erosione durante gli eventi di pioggia pesanti e estende la disponibilità di umidità del suolo durante i periodi di secco.

Le pratiche agricole che mantengono o migliorano la salute del suolo, come l'agricoltura senza limiti, la copertura di cropping e l'uso di vegetazione perenne, migliorano l'infiltrazione e la ritenzione idrica, riducendo la necessità di irrigazione e migliorando la resilienza alla siccità.

Formazione del suolo e conservazione

La formazione del suolo è un processo lento guidato dalle intemperie del materiale genitore e dall'accumulo di materia organica da residui vegetali e animali. Gli ecosistemi naturali mantengono i processi di formazione del suolo e impediscono la perdita del suolo attraverso l'erosione. La copertura di vegetazione protegge la superficie del terreno dall'impatto della caduta, riduce la velocità del vento e lega il terreno con i sistemi di radice.

La conservazione del suolo è uno dei più importanti servizi ecosistemici per la sostenibilità agricola a lungo termine. L'erosione del suolo, causata dall'acqua e dal vento, rimuove il topsoil ricco di nutrienti che sostiene la crescita delle colture. Una volta perso, il topsoil può richiedere centinaia o migliaia di anni per rigenerarsi. La perdita di terreno da campi agricoli ha costi diretti attraverso rese ridotte e maggiori esigenze di ingresso, così come gli impatti off-site come sedimentazione delle vie d'acqua e degrado.

Le pratiche di conservazione che imitano le funzioni ecosistemiche naturali, tra cui l'agricoltura di contour, il terracing, la ritagliatura di strisce, il mantenimento della conservazione e la copertura permanente delle colture, aiutano a mantenere l'integrità del suolo e prevenire l'erosione. L'integrazione di alberi, arbusti e erbe perenni nei paesaggi agricoli attraverso tamponi agroforestali e ripariani fornisce una protezione supplementare del suolo e contribuisce alla sostenibilità a lungo termine dei sistemi agricoli.

Gestione umana e gestione ecosistema

Il rapporto tra agricoltura e ecosistemi è caratterizzato da decisioni e pratiche di gestione umane, mentre gli ecosistemi naturali forniscono servizi essenziali all'agricoltura, l'agricoltura intensiva o gestita in modo da poter declassare questi servizi e minare la produttività a lungo termine.

Molte delle pratiche gestionali che sostengono i servizi ecosistemici sono ben comprese e sempre più adottate dagli agricoltori di tutto il mondo, tra cui:

  • Riservazione dei sistemi agricoli[[]] che minimizzano il disturbo del suolo, mantengono la copertura dei residui delle colture e diversificano le rotazioni delle colture per costruire la salute del suolo e ridurre l'erosione
  • Agroforestry[]] che integra alberi con colture e bestiame per fornire ombra, focolai, habitat per organismi benefici, e flussi di reddito aggiuntivi
  • Gestione dei parassiti integrata[[] che sottolinea il controllo biologico, le pratiche culturali e l'uso selettivo dei pesticidi per mantenere la regolazione naturale dei parassiti
  • Gestione acquere[[]] che utilizza in modo efficiente l'irrigazione, protegge la qualità dell'acqua e mantiene la funzione idrologica nel paesaggio
  • Riservazione degli habitat[[]] che mantiene aree naturali all'interno dei paesaggi coltivati per sostenere gli impollinatori, i nemici naturali e altre fauna selvatica benefica

Le politiche e gli incentivi economici che sostengono queste pratiche, come i pagamenti per i servizi ecosistemici, i programmi di conservazione e l'assistenza tecnica, sono importanti per incoraggiare l'adozione diffusa.

In attesa: Agricoltura ed Ecosistemi in un clima in evoluzione

Il cambiamento climatico sta alterando le condizioni in cui l'agricoltura opera. L'aumento delle temperature, il cambiamento dei modelli di precipitazioni, l'aumento della frequenza degli eventi meteorologici estremi, e la variazione della pest e delle dinamiche di malattia influenzeranno la capacità dei biomi e degli ecosistemi di sostenere la produzione agricola. Alcune regioni possono diventare più adatte a determinate colture, mentre altre possono sperimentare una riduzione della produttività o della perdita del potenziale agricolo.

Le strategie di adattamento basate sull'ecosistema che sfruttano i processi naturali per contrastare gli impatti climatici stanno attirando l'attenzione: il ripristino delle zone umide per assorbire le acque di inondazione e ricaricare le acque sotterranee, il mantenimento della copertura forestale a un clima moderato e la riduzione dell'erosione, la diversificazione dei sistemi agricoli per diffondere il rischio e aumentare la resilienza.

La gestione sostenibile dei biomi e degli ecosistemi offre opportunità di mitigazione dei cambiamenti climatici, in particolare attraverso la sequestrazione del carbonio nei suoli e nella biomassa. Pratiche come l'agroforestazione, la copertura dei rifiuti, la riduzione dei tenori e la migliore gestione dei pascoli possono aumentare la conservazione del carbonio nei paesaggi agricoli, compensare alcune emissioni e contribuire al ripristino della biodiversità.