Разнообразные растительные сообщества дают больший урожай, чем монокультуры
Исследовательская группа под руководством экологов из Цюрихского университета обнаружила, что разнообразные растительные сообщества более продуктивны и обеспечивают более высокие урожаи, чем чистые монокультуры. Учёные убеждены, что выращивание смесей сельскохозяйственных культур будет играть ключевую роль в будущей продовольственной безопасности.
Несмотря на эффективность возделывания, монокультуры далеки от устойчивости: экологический ущерб почве и воде становится всё более очевидным. Однако они остаются основной формой растениеводства, считаясь единственным способом повышения урожайности — и это ошибочно, считает профессор экологии Бернхард Шмид. Новое исследование аспирантки Дебры Цуппингер Дингли показывает, что в случае луговых растений урожайность разнообразных сообществ выше, чем у монокультур.
Шмид видит «возможность для будущего питания человечества в неиспользованном потенциале биоразнообразия». Это важная перспектива, поскольку ОЭСР и Продовольственная и сельскохозяйственная организация ООН (FAO) прогнозируют замедление роста производительности в сельском хозяйстве на фоне увеличения мирового населения, что угрожает продовольственной безопасности.
Эффективное использование ресурсов
В ходе 10-летнего исследования учёные из Швейцарии, Германии и Нидерландов сравнивали урожайность луговых растений, выращенных в виде монокультур и смешанных сообществ. Последние оказались продуктивнее.
«Благодаря своему разнообразию виды растений в сообществе занимают все доступные экологические ниши. Это позволяет им использовать питательные вещества почвы, свет и воду гораздо эффективнее, чем монокультурам, что в конечном итоге приводит к большей урожайности», — объясняет постдок Дэн Флинн.
Ещё одно преимущество: в разнообразных сообществах давление паразитов на растения меньше. Паразиту сложнее найти своего растения-хозяина в биоразнообразном окружении. Разные виды растений действуют как защитные щиты друг для друга, что позволяет им инвестировать ресурсы в рост и размножение, а не в борьбу с вредителями.
«Разнообразие обеспечивает защиту от вредителей и является предпосылкой для более высокой урожайности в растительных сообществах», — говорит Шмид.
Эволюция видов в сообществе
Исследователи также обнаружили, что виды адаптируются к своим растительным сообществам в течение всего нескольких поколений. Эта краткосрочная эволюция приводит к постоянному увеличению урожайности в смесях — возможность, которая, по словам Шмида, была неожиданной как для фундаментальной науки, так и для растениеводства.
В процессе адаптации различные виды специализируются на своих сильных сторонах, улучшая комплементарное использование ресурсов всем сообществом (процесс, называемый смещением признаков). Например:
- Злаки развивают более толстые листья, чтобы использовать прямой солнечный свет в верхнем слое.
- Виды клевера образуют более крупные, но тонкие листья для поглощения слабого света у поверхности земли.
Путь к устойчивому сельскому и лесному хозяйству
Сегодня биоразнообразие в первую очередь ассоциируется с сохранением видов. Результаты исследования, опубликованные в журнале Nature, показывают, что разнообразие стабилизирует функционирование экосистем на высоком уровне с течением времени и в разных условиях.
Положительные эффекты смешанных посевов проявляются не только в сообществах (луга, леса), но и при смешанном выращивании разных сортов или генотипов одной культуры, например, пшеницы.
«Селекция растений и методы выращивания должны быть ориентированы на смеси, а не на повышение продуктивности монокультур», — заявляет эколог.
Это также способствует более устойчивому земледелию, поскольку смеси требуют меньше пестицидов и эффективнее используют удобрения.