Table of Contents

Оригинальное название: The Hidden Engine of Agriculture

Современное сельское хозяйство сталкивается с парадоксом: стремление к высокой урожайности часто упрощает ландшафты, но долгосрочная производительность тех же самых полей зависит от сложной сети жизни прямо под поверхностью, на полях и в воздухе выше. Биоразнообразие - разнообразие жизни на всех уровнях, от генов до экосистем - не роскошь для защитников природы; это критически важный актив для фермеров, владельцев ранчо и глобальной продовольственной системы. Здоровые экосистемы в сельскохозяйственных ландшафтах предоставляют услуги на сумму триллионы долларов ежегодно, от естественного контроля за вредителями и опыления до круговорота питательных веществ и очистки воды.

В этой статье исследуется глубина этих отношений, угрозы, с которыми они сталкиваются, и практические стратегии, которые могут превратить фермы в производительные двигатели, которые также поддерживают биоразнообразие. Понимание этих связей имеет важное значение для обеспечения устойчивого производства продуктов питания при сохранении природного наследия, которое поддерживает жизнь на Земле.

Почему биоразнообразие важно для каждой фермы

Биоразнообразие в сельском хозяйстве часто неправильно понимается как просто количество видов, присутствующих в нем. На самом деле оно охватывает генетическое разнообразие в пределах сельскохозяйственных культур и домашнего скота, разнообразие самих видов и разнообразие типов экосистем, которые составляют сельскохозяйственный регион. Каждый уровень способствует устойчивости и производительности работы.

Услуги опыления: невидимая рабочая сила

По оценкам, 75% мировых продовольственных культур полагаются, по крайней мере частично, на опылителей животных. Пчелы, бабочки, птицы и даже летучие мыши передают пыльцу между цветами, обеспечивая плодоносный набор, развитие семян и более высокие урожаи. Экономическая ценность опыления в глобальном сельском хозяйстве оценивается в диапазоне от 235 до 577 миллиардов долларов США в год, согласно Межправительственной научно-политической платформе по биоразнообразию и экосистемным услугам IPBES .

Без разнообразного сообщества опылителей такие культуры, как яблоки, миндаль, черника и кофе, понесли бы резкое снижение производства. Более того, разнообразие опылителей обеспечивает стабильность; если один вид снижается, другие могут выполнять экологические роли, поддерживая опыление. Например, дикие пчелы часто дополняют управляемых медоносных пчел, особенно при изменяющихся условиях окружающей среды.

Регулирование природных вредителей: команда по борьбе с вредителями

Хищные насекомые, пауки, птицы и летучие мыши помогают держать вредителей сельскохозяйственных культур под контролем. Исследование, опубликованное в Nature , показало, что птицы и насекомые уменьшают ущерб от урожая в среднем на 30% во многих сельскохозяйственных системах. Ладибуги, шнурки, паразитические осы и наземные жуки — это лишь некоторые из полезных организмов, которые могут подавлять популяции вредителей, уменьшая потребность в синтетических инсектицидах.

Когда фермеры уничтожают изгороди или распыляют пестициды широкого спектра действия, они часто непреднамеренно убивают этих естественных врагов, что приводит к вспышкам вредителей и увеличению химических затрат. Например, удаление хищных птиц может привести к всплескам популяций грызунов, нанося ущерб культурам и увеличивая риск заболеваний. Поддержание мест обитания, которые поддерживают этих естественных врагов, является экономически эффективной и устойчивой стратегией борьбы с вредителями.

Здоровья почвы и питательных циклов

Под землей биоразнообразие еще более важно. Одна чайная ложка здоровой почвы может содержать миллиарды микроорганизмов - бактерий, грибов, простейших, нематод, - которые разлагают органическое вещество, фиксируют азот, делают фосфор доступным и строят структуру почвы. Земные черви создают каналы для воздуха и воды; микоризные грибы расширяют корневую систему сельскохозяйственных культур, улучшая поглощение питательных веществ. Это микробное разнообразие является основой плодородия почвы.

Без этого биоразнообразия фермеры должны в значительной степени полагаться на синтетические удобрения, которые могут утекать в водные пути и наносить ущерб водным экосистемам. Кроме того, разнообразная почвенная биота усиливает секвестрацию углерода в почве, смягчая последствия изменения климата. Такие практики, как сокращение обработки почвы и органические поправки, могут способствовать этому подземному биоразнообразию, повышая устойчивость почвы к засухе и эрозии.

Регулирование воды и фильтрация

Водно-болотные угодья, прибрежные буферы и разнообразная растительность в сельскохозяйственных ландшафтах действуют как естественные губки. Они замедляют стоки, уменьшают эрозию и фильтруют загрязняющие вещества, прежде чем они достигают рек и озер. Ферма, которая поддерживает неповрежденные водно-болотные угодья или поля прудов , может значительно уменьшить воздействие засух и наводнений. Наличие глубоко укоренившихся многолетних трав и деревьев также помогает перезаряжать подземные водоносные горизонты.

Например, прибрежные буферы, засаженные местной растительностью, могут удалять до 90% азота и фосфора из сельскохозяйственного стока. Эти экосистемы также обеспечивают критическую среду обитания для амфибий и рыб, улучшая общее биоразнообразие ландшафта. Интеграция чувствительных к воде методов ведения сельского хозяйства улучшает качество воды и устойчивость к экстремальным погодным явлениям.

Виды экосистем, встречающихся в сельскохозяйственных ландшафтах

Сельскохозяйственные регионы представляют собой мозаику различных экосистем, каждая из которых выполняет уникальные функции. Понимание этих функций может помочь фермерам целостно управлять своими землями, чтобы сбалансировать производство с сохранением.

Поля для посева

В то время как монокультурные поля имеют низкое биоразнообразие, включающее покрывающие культуры , посевы и , вращение растений может увеличить разнообразие растений и обеспечить пищу и убежище для полезных насекомых и почвенных организмов. Даже в поле, оставляя участки местной растительности или «банки жуков» могут повысить естественный контроль вредителей.

Например, покровные культуры, такие как клевер или рожь, не только защищают почву от эрозии, но и служат средой обитания и источниками пыльцы для опылителей и хищных насекомых. Вращение культур нарушает циклы вредителей и болезней, уменьшая зависимость от химических веществ. Такие комбинации, как кукуруза и бобы, могут повысить эффективность использования питательных веществ и увеличить урожайность.

Хеджроу и полевая маржа

Эти линейные полосы кустарников, деревьев и трав действуют как коридоры, соединяющие различные места обитания. Они обеспечивают места гнездования птиц, места зимовки полезных насекомых и источник нектара и пыльцы. Хорошо управляемая изгородь может поддерживать более 500 видов насекомых, птиц и млекопитающих. Они также улавливают почву и питательные вещества, предотвращая сток в ручьи.

Сеянцы, посаженные с местными видами, такими как боярышник, чернокожая и бузина, создают слоистые среды обитания, которые поддерживают разнообразную фауну. Они также служат ветровыми ветками, уменьшая эрозию почвы и защищая посевы от повреждения ветром. Поддержание сеянцев является традиционной практикой во многих регионах, которая поддерживает как биоразнообразие, так и культурное наследие.

Водно-болотные угодья и пруды

Часто осушенные для сельского хозяйства, водно-болотные угодья являются одними из самых ценных экосистем в ландшафте. Они регулируют поток воды, фильтруют отложения и питательные вещества и поддерживают высокую плотность дикой природы, включая амфибий, водоплавающих птиц и водных насекомых. Построенные водно-болотные угодья могут быть интегрированы в планировки ферм для обработки сельскохозяйственного стока и обеспечения среды обитания.

Водно-болотные угодья служат естественными зонами контроля за наводнениями, поглощая избыток воды во время проливных дождей и медленно высвобождая ее. Богатое биоразнообразие включает такие виды, как лягушки, стрекозы и перелетные птицы. Было показано, что восстановление осушенных водно-болотных угодий улучшает качество воды и увеличивает биоразнообразие, предлагая беспроигрышную выгоду для сельского хозяйства и природы.

Леса и леса

Лесные участки в пределах или рядом с сельхозугодьями предлагают тень для скота, древесины и недревесных продуктов. В них обитают хищники, которые помогают контролировать сельскохозяйственных вредителей и служат убежищами для опылителей. Глубокие корни деревьев также стабилизируют почву и улучшают проникновение воды.

В системах агролесоводства интеграция деревьев с культурами или пастбищами создает многофункциональный ландшафт. Например, в системах Сильвопастория деревья сочетаются с пастбищами животных, улучшая благосостояние животных и улавливание углерода. Лесные края часто содержат богатые подлесковые растения, которые поддерживают различные сообщества насекомых.

Травы и пастбища

Хорошо управляемые пастбища со смесью трав и бобовых поддерживают здоровье скота и почвы. Ротационное выпас скота, который имитирует естественные движения стада, может увеличить разнообразие растений, усилить поглощение углерода и уменьшить эрозию. Местные остатки лугов важны для опылителей и птиц лугов.

Правильное управление выпасом поддерживает мозаику высот растений и видов, которая поддерживает насекомых, птиц и мелких млекопитающих. Разнообразные пастбища естественным образом фиксируют азот и улучшают органическое вещество почвы. Защита остатков местных лугов помогает сохранить виды, адаптированные к открытым средам обитания, многие из которых сокращаются во всем мире.

Основные угрозы для сельскохозяйственного биоразнообразия

Несмотря на огромную ценность, биоразнообразие в сельскохозяйственных ландшафтах находится под сильным давлением. Понимание этих угроз является первым шагом к тому, чтобы обратить вспять спад.

Потеря среды обитания и фрагментация

Расширение монокультурных полей привело к выносу изгородей, водно-болотных угодий и лесных массивов. Эти места обитания заменяются обширными, однородными полями, которые предлагают мало укрытия или пищи для дикой природы. Фрагментация изолирует популяции, делая их более уязвимыми для местного вымирания. Например, пчелы, которые не могут найти места гнездования в пределах дальности полета урожая, будут отсутствовать на этом поле.

Фрагментированные среды обитания снижают генетический обмен и увеличивают пограничные эффекты, такие как воздействие пестицидов и инвазивных видов. Этот процесс приводит к сокращению численности населения и потере экосистемных услуг. Восстановление связи между участками среды обитания имеет решающее значение для поддержания биоразнообразия в сельскохозяйственных ландшафтах.

Интенсивное химическое использование

Синтетические пестициды и удобрения предназначены для широкого спектра или для изменения доступности питательных веществ, но они имеют глубокие побочные эффекты. Неоникотиноидные пестициды , например, были связаны с расстройством коллапса колонии у медоносных пчел и снижением популяций диких опылителей.

Избыток азота и фосфора из удобрений вызывает эвтрофикацию в водных экосистемах, убивая рыбу и создавая мертвые зоны. Чрезмерное использование химических веществ также может привести к устойчивости к вредителям и деградации почвы, создавая порочный круг увеличения входных данных. Интегрированные и точные методы применения могут смягчить эти воздействия.

Монокультура и генетическая однородность

Посадка одного и того же сорта урожая из года в год устраняет генетическое разнообразие, делая всю культуру уязвимой для болезней и вредителей. Ирландский картофельный голод 1840-х годов является классическим примером опасности генетического единообразия. Сегодня многие основные культуры, такие как пшеница, рис и кукуруза, выращиваются из узкой генетической базы, требуя постоянных химических входов для управления угрозами, которым разнообразная популяция сельскохозяйственных культур может противостоять естественным образом.

Сохранение и использование традиционных видов и диких родственников сельскохозяйственных культур может привести к появлению таких ценных признаков, как устойчивость к вредителям и засухоустойчивость. Семенные банки и программы разведения с участием населения помогают поддерживать это генетическое разнообразие, которое имеет жизненно важное значение для адаптации сельского хозяйства к изменению климата.

Изменение климата

Повышение температуры, изменение структуры осадков и экстремальные погодные явления создают стресс как для сельскохозяйственных культур, так и для диких видов, которые их поддерживают. Опылители могут появиться раньше, чем цветут цветы, нарушая синхронность. Вредители и болезни распространяются в новые регионы. Водно-болотные угодья высыхают. Изменение климата усиливает существующее давление на сельскохозяйственное биоразнообразие.

Для смягчения этих последствий необходимы стратегии адаптивного управления, такие, как высадка различных сортов сельскохозяйственных культур с различным временем цветения и восстановление мест обитания, которые буферизируют климатические экстремальные явления.

Инвазивные виды

Неместные виды, часто вводимые случайно или намеренно, могут вытеснить местную флору и фауну. Инвазивные растения, такие как гигантский борщевик или канадский чертополох, могут доминировать на полях, сокращая пищевые ресурсы для полезных насекомых. Инвазивные насекомые, такие как пятнистая фонарная муха или осенний армейский червь, вызывают прямой ущерб урожаю и требуют более широкого использования пестицидов.

Программы раннего обнаружения и быстрого реагирования в сочетании с продвижением местных видов, которые вытесняют инвазивные, могут помочь справиться с этими угрозами. Фермеры играют ключевую роль в мониторинге и отчетности инвазивных видов.

Практические стратегии содействия биоразнообразию на ферме

Хорошая новость заключается в том, что многие методы сохранения не только защищают биоразнообразие, но и повышают рентабельность и устойчивость ферм. Доказано, что следующие стратегии работают в разных масштабах и регионах.

Вращение и диверсификация культур

Вращающиеся культуры нарушают циклы вредителей, улучшают здоровье почвы и обеспечивают различные среды обитания каждый сезон. Добавление бобовых, таких как клевер или люцерна, фиксирует азот, уменьшая потребности в удобрениях. Диверсификация путем пересечения - выращивание двух или более культур вместе - может привлечь полезных насекомых и сделать систему более устойчивой к рыночным или погодным потрясениям.

Фермеры могут проектировать ротации, чтобы включить покровные культуры, которые цветут в разное время, поддерживая опылителей круглый год. Например, интеграция подсолнечника или гречки привлекает хищных насекомых и опылителей, естественным образом улучшая экосистемные услуги.

Создание Хеджроу и буферных зон

Посадка местных кустарников и деревьев вдоль краев полей и водных путей создает постоянную среду обитания. Выберите виды, которые цветут в разное время, чтобы обеспечить непрерывные источники нектара. Сломанные буферные полосы вдоль потоков улавливают осадок и питательные вещества. Служба сохранения природных ресурсов USDA предоставляет программы совместного использования затрат для установки этих практик.

Хеджроу также выступают в качестве коридоров для движения диких животных, соединяя фрагментированные среды обитания. В том числе ягодоносные кустарники поддерживают птиц, а цветущие растения поддерживают опылителей. Регулярное содержание обеспечивает сохранение этих особенностей здоровыми и эффективными.

Искусно сокращать химические вводы

Комплексное управление вредителями (ИПМ) представляет собой структуру, которая сводит к минимуму использование пестицидов путем мониторинга уровней вредителей, использования биологического контроля и применения химических веществ только при превышении пороговых значений. Аналогичным образом, точное сельское хозяйство может применять удобрения только там, где это необходимо, уменьшая стоки. Принятие органического или низковходного сельского хозяйства может резко увеличить биоразнообразие на местах.

Например, использование феромонных ловушек и полезных выделений насекомых может естественным образом уменьшить популяцию вредителей. Тестирование почвы позволяет точно применять питательные вещества, избегая излишеств, которые наносят вред экосистемам. Обучение сельскохозяйственных рабочих принципам ИПМ повышает принятие и успех.

Создаем коридоры среды обитания

Изолированные участки среды обитания гораздо менее эффективны, чем связанные сети. Коридоры изгородей, полосы местных трав или покровные культуры позволяют дикой природе перемещаться по ферме. Это особенно важно для опылителей, которым необходимо перемещаться между местами гнездования и источниками пищи. Дорожные вергезы и заборы также могут управляться для биоразнообразия.

Связь поддерживает генетическое разнообразие и популяционную стабильность полезных видов. Планирование коридоров в ландшафтном масштабе с соседними фермами усиливает эти преимущества. В некоторых регионах разработаны «пути опылителей», связывающие городские и сельские среды обитания.

Управляйте пастбищами для разнообразия

Ротационные системы выпаса, которые успокаивают пастбища между периодами выпаса, позволяют растениям расти и цветить, принося пользу опылителям и почвенной жизни. Перевыпас сокращает почву и уменьшает разнообразие растений. Имитируя движение диких стад, фермеры могут поддерживать богатую смесь трав и форбов.

Многовидовое выпасание, объединяющее крупный рогатый скот, овец и коз, может улучшить использование пастбищ и биоразнообразие. Планы выпаса, которые корректируют темпы заготовки сезонно, предотвращают деградацию и способствуют среде обитания диких животных. Мониторинг состояния пастбищ помогает точно настроить управление.

Сохранение и восстановление водно-болотных угодий

Если ферма имеет существующие водно-болотные угодья, сохранение их нетронутыми и защищенными буфером является очень эффективным. Там, где водно-болотные угодья были осушены, восстановление даже небольшой площади может обеспечить огромные преимущества для качества воды и дикой природы. Продовольственная и сельскохозяйственная организация подчеркивает восстановление водно-болотных угодий в качестве ключевого решения на основе природы для сельского хозяйства.

Восстановленные водно-болотные угодья могут быть разработаны для обработки богатых питательными веществами стоков, сокращения загрязнения вниз по течению. Они также создают среду обитания для амфибий и перелетных птиц, интегрируя сохранение биоразнообразия с продуктивностью ферм. Проекты восстановления водно-болотных угодий под руководством фермеров показали положительные экономические результаты за счет улучшения экосистемных услуг.

Обложка для елки On-Farm

Агролесоводство — интеграция деревьев в системы сельского хозяйства — сочетает в себе преимущества лесного хозяйства и сельского хозяйства. Силвопастюра (деревья + пастбища) оттеняет домашний скот и улучшает их благосостояние. Сельскохозяйственная культура на аллее (деревья + культуры) обеспечивает защиту от ветра и органическое вещество. Фруктовые и ореховые деревья добавляют дополнительный поток дохода, поддерживая птиц и насекомых.

Системы агролесоводства повышают неоднородность ландшафта и углеродного хранения, способствуя смягчению последствий изменения климата. Деревья могут обеспечивать недревесные продукты, такие как грибы, мед и лекарственные растения, диверсифицируя доходы фермеров. Выбор местных видов деревьев повышает местное биоразнообразие и функцию экосистемы.

Измерение успеха: как отслеживать изменения в биоразнообразии

Фермерам и землеустроителям нужны практические способы оценки того, работают ли их усилия.Простой мониторинг может осуществляться без специализированного оборудования, что позволяет осуществлять адаптивное управление и демонстрировать преимущества.

  • Би-опросы: Устанавливать пан-ловушки или наблюдать цветущие растения во время пикового цветения для подсчета видов опылителей и их изобилия. Регулярный мониторинг может отслеживать тенденции с течением времени.
  • Птицы считают: Проводят точечные подсчеты или трансектируют прогулки для идентификации видов птиц с использованием изгородей, лесных массивов и полей.
  • Показатели здоровья почв : Измерение органического вещества почвы, численности дождевых червей и скорости инфильтрации для оценки улучшения биоразнообразия и функционирования почвы.
  • Обследования растительности: Запись видового разнообразия растений на полях и покровах сельскохозяйственных культур для оценки качества среды обитания.
  • Мониторинг вредителей и полезных насекомых: Используйте липкие ловушки или визуальные осмотры для измерения давления вредителей и естественных популяций врагов.

Собранные данные могут способствовать корректировке управления и способствовать обеспечению сертификации или стимулированию платежей за использование методов, учитывающих биоразнообразие. Сотрудничество с местными университетами или службами распространения знаний может обеспечить дополнительные знания и ресурсы.