В сельском хозяйстве поликультура — это практика выращивания более чем одного вида сельскохозяйственных культур вместе в одном и том же месте в одно и то же время, в отличие от монокультуры , которая стала доминирующим подходом в развитых странах к 1950 году. Традиционные примеры включают совмещение трех сестер . , а именно кукуруза , фасоль и кабачки , коренными народами Центральной и Северной Америки, рисово-рыбными системами Азии и сложными смешанными системами земледелия в Нигерии.
Поликультура предлагает множество преимуществ, включая увеличение общей урожайности, поскольку с одной и той же земли можно собирать несколько культур, а также снижает риск неурожая. Ресурсы используются более эффективно, требуя меньше удобрений и пестицидов, поскольку посеянные культуры подавляют сорняки, а бобовые могут фиксировать азот . Увеличение разнообразия имеет тенденцию снижать потери от вредителей и болезней . Поликультура может давать несколько урожаев в год и может улучшить физические, химические и структурные свойства почвы, например, поскольку стержневые корни создают поры для воды и воздуха. Улучшение почвенного покрова снижает высыхание и эрозию почвы. Кроме того, увеличение разнообразия сельскохозяйственных культур может обеспечить людям более здоровый рацион.
К недостаткам относятся навыки, необходимые для управления поликультурами; механизировать может быть сложно, когда культуры имеют разные потребности в глубине посева, интервалах и времени посева, могут потребоваться разные удобрения и пестициды, а также может быть сложно собирать урожай и разделять посевы. Найти подходящие комбинации растений может быть непросто. Конкуренция между видами может снизить урожайность.
Однолетние поликультуры включают совмещение культур , когда две или более культур выращиваются рядом друг с другом; в садоводстве это называется посадкой-компаньоном . Вариантом является полосовая обрезка , при которой несколько рядов культуры образуют полосу рядом с полосой другой культуры. Покровная культура предполагает посадку рядом с культурой видов, не являющихся сельскохозяйственными культурами, таких как травы и бобовые. Покровные растения помогают уменьшить эрозию почвы , подавляют сорняки, удерживают воду и фиксируют азот. Живая мульча , в основном используемая в садоводстве, включает в себя второй урожай, используемый для подавления сорняков; Популярным выбором являются бархатцы , поскольку они имеют денежную ценность и производят химические вещества, отпугивающие вредителей . При смешанном выращивании все семена высеваются вместе, имитируя естественное разнообразие растений; Сбор урожая прост: все культуры используются одинаково.
Многолетние поликультуры могут включать многолетние сорта однолетних культур, например, рис , сорго и голубиный горох ; их можно выращивать вместе с бобовыми, такими как люцерна . В агролесоводстве некоторые культуры представляют собой деревья; например, кофе , любящий тень, традиционно выращивается под тенистыми деревьями. Рисово-рыбные системы Азии производят пресноводную рыбу, а также рис, что дает ценный дополнительный урожай; В Индонезии сочетание риса, рыбы, уток и водяного папоротника создает устойчивую и продуктивную систему пермакультуры.
Поликультура – это выращивание нескольких культур одновременно в одном месте. Традиционно это была наиболее распространенная форма сельского хозяйства. [1] Регионы, где поликультуры составляют значительную часть сельского хозяйства, включают Гималаи, Восточную Азию, Южную Америку и Африку. [2] Другие названия этой практики включают смешанное земледелие и совмещение культур. Это можно противопоставить монокультуре , когда на поле одновременно выращивается одна культура. [3] Как поликультуры, так и монокультуры могут подвергаться севооборотам или другим изменениям со временем (таблица). [4]
Хорошо известным традиционным примером является совмещение культур кукурузы , фасоли и тыквы в группе под названием « Три сестры ». В этой комбинации кукуруза обеспечивает структуру для роста бобов, фасоль обеспечивает азот для всех растений, а тыква подавляет сорняки на земле. Эту смесь культур можно проследить примерно 3000 лет назад до цивилизаций Мезоамерики. Он показывает, как виды в поликультурах могут поддерживать друг друга и сводить к минимуму необходимость вмешательства человека. [3] [5] Большинство латиноамериканских фермеров продолжают совмещать кукурузу, фасоль и тыкву. [6]
В Китае зерновые выращивали вместе с другими растениями на протяжении 1000 лет; эта практика продолжается и в 21 веке на 28–34 миллионах гектаров. [3] Поликультуры с использованием рыбы и растений также были распространены в Восточной Азии на протяжении многих веков. В Китае, Японии и Индонезии традиционные системы включают рис-рыба , рис-утка и рис-рыба-утка; современные системы аквакультуры в том же регионе включают креветок и других моллюсков. [7] [8]
В Африке поликультура практикуется уже много веков. Это часто касается бобовых, особенно вигны , наряду с другими сельскохозяйственными растениями. В Нигерии сложное смешанное выращивание может включать до 13 культур: между холмами выращивается рис, в котором растут маниока, вигна, кукуруза, арахис, тыква, лагенария , голубиный горох, дыня и некоторые виды ямса . [3]
Внедрение пестицидов , гербицидов и удобрений сделало монокультуру преобладающей формой сельского хозяйства в развитых странах с 1950-х годов. [6] В то время популярность поликультуры значительно снизилась в более экономически развитых странах, где считалось, что она дает меньший урожай, но требует больше рабочей силы. Поликультурное земледелие не исчезло полностью, и традиционные поликультурные системы продолжают оставаться важной частью системы производства продуктов питания, особенно в развивающихся странах. [3] [2] По оценкам, от 15% до 20% мирового сельского хозяйства опирается на традиционные системы поликультуры. [1] Из-за изменения климата поликультуры вновь обретают популярность в более развитых странах, поскольку производители продуктов питания стремятся уменьшить их воздействие на окружающую среду и здоровье. [6]
Поликультуры могут извлечь выгоду из множества агроэкологических эффектов. [9] Его основными преимуществами, по мнению Адамчевской-Совиньской и Совиньского 2020, являются: [3]
Поликультура более эффективно использует ресурсы и в целом производит больше биомассы, чем монокультура. Это происходит из-за синергии между сельскохозяйственными культурами и создания экологических ниш для других организмов. [3] [6] [10] Однако урожайность каждой культуры внутри поликультуры ниже, не в последнюю очередь потому, что ей доступна только часть площади поля. [11]
Взаимодействия между культурами сложны, но в основном конкурентны, поскольку каждый вид изо всех сил пытается получить место для роста, солнечный свет, воду и питательные вещества почвы. Многие растения выделяют из своих корней и других частей вещества, угнетающие другие растения ( аллелопатия ); однако некоторые из них полезны для других растений. Другие взаимодействия полезны, обеспечивая взаимодополняемость (например, обеспечение азотом других растений бобовыми) или облегчение. Взаимодействия сильно различаются в зависимости от пары видов; было дано множество рекомендаций относительно подходящих и неподходящих растений-компаньонов . Например, кукуруза хорошо сочетается с амарантом, бобовыми, кабачками и подсолнечником, но не с капустой, сельдереем или помидорами. С другой стороны, капуста хорошо сочетается с фасолью, морковью, сельдереем, бархатцами и помидорами, но не с луком или картофелем. [3]
Поликультуры могут принести пользу почве, улучшая ее плодородие, структуру и биологическую активность. Плодородие почвы зависит как от неорганических питательных веществ, так и от органических веществ или гумуса . Сопутствующие культуры с глубокой корневой системой, такие как бобовые, могут улучшить структуру почвы: при разложении они оставляют поры в почве, улучшая дренаж и пропуская воздух в почву. Некоторые из них, такие как белый люпин, помогают злакам, таким как пшеница, усваивать фосфор — питательное вещество, которое часто ограничивает рост сельскохозяйственных культур. Поликультура приносит пользу почвенным микроорганизмам; в некоторых формах, таких как живая мульча, он также может стимулировать появление дождевых червей (которые, в свою очередь, приносят пользу структуре почвы), скорее всего, за счет увеличения количества органического вещества в почве. [3]
Поликультура может сократить выбросы пестицидов [12] [13] и искусственных удобрений в окружающую среду. [14] Воздействие на окружающую среду, такое как эвтрофикация пресной воды, значительно снижается. [12]
В некоторых формах поликультуры, особенно пермакультуры, можно избежать обработки почвы , при которой из почвы удаляются необходимые микробы и питательные вещества. [1] [11] Земля используется более продуктивно. [6]
Поликультура увеличивает местное биоразнообразие . Увеличение разнообразия сельскохозяйственных культур может увеличить опыление близлежащих территорий, поскольку разнообразные растения привлекают более широкий круг опылителей. [6] Это пример экологии примирения , учитывающей биоразнообразие в человеческих ландшафтах, и может стать частью программы биологической борьбы с вредителями . [15]
На рост сорняков в поликультурах влияет как плотность, так и разнообразие посевов . Большая плотность растений снижает концентрацию доступной воды, солнечного света и питательных веществ в окружающей среде. Такое сокращение усиливается по мере увеличения разнообразия сельскохозяйственных культур по мере полного использования большего количества потенциальных ресурсов. Такой уровень конкуренции делает поликультуры особенно неблагоприятными для сорняков. [2] Когда сорняки растут, они могут помочь поликультурам, помогая в борьбе с вредителями, привлекая естественных врагов вредителей. [1] Кроме того, они могут выступать в качестве хозяев для членистоногих, которые полезны для других растений в поликультуре. [2]
Вредители менее преобладают в поликультурах, чем в монокультурах, из-за разнообразия сельскохозяйственных культур. Снижение концентрации целевых видов в поликультуре привлекает меньше вредителей, специфичных для этой культуры. [1] [16] Этим специализированным вредителям часто труднее найти растения-хозяева в поликультуре. Вредители с более общими предпочтениями тратят меньше времени на поликультуру, что приводит к меньшим потерям урожая (ассоциативная устойчивость). [1] Поскольку поликультуры имитируют природные разнообразные экосистемы, [15] обычные вредители с меньшей вероятностью различают поликультуры и окружающую среду и могут иметь меньшее присутствие в поликультуре. [16] Естественных врагов или хищников вредителей часто привлекает разнообразие растений в поликультуре, что помогает подавлять популяции вредителей. [1]
Болезни растений менее распространены в поликультурах, чем в монокультурах. Гипотеза разнообразия болезней утверждает, что большее разнообразие растений приводит к снижению тяжести заболевания. [14] Поскольку разные растения восприимчивы к разным заболеваниям, если болезнь отрицательно влияет на одну культуру, она не обязательно распространится на другую, и поэтому общее воздействие на урожайность сдерживается. [14] [16] Однако болезни и вредители не обязательно оказывают меньшее воздействие на конкретную культуру. Если культура в поликультуре подвергнется воздействию специализированного вредителя или болезни, она, скорее всего, понесет такие же потери урожая, как и ее монокультурный аналог. [14] [16]
Многие из потребляемых сегодня сельскохозяйственных культур содержат большое количество калорий и могут привести к таким заболеваниям, как ожирение, гипертония и диабет второго типа . [11] Поскольку поликультуры способствуют разнообразию растений, они могут помочь увеличить разнообразие рациона и улучшить питание людей за счет включения нетрадиционных продуктов в рацион людей. [1]
Основными недостатками поликультуры, по мнению Адамчевской-Совиньской и Совиньского 2020, являются: [3]
Эффекты конкуренции могут повредить растениям в определенных поликультурах. Разнообразные виды, выбранные для совместного роста, должны иметь взаимодополняющие потребности. [5] Из-за большого количества культивируемых видов растений поиск и тестирование подходящих комбинаций растений затруднены; альтернативой является использование существующей проверенной комбинации. [16]
Виды выращиваемых растений, их пространственное распределение и время, которое они проводят вместе, определяют конкретный тип реализуемой поликультуры. Нет ограничений на типы растений и животных, которые можно выращивать вместе для образования поликультуры. Временное перекрытие между растениями также может быть асимметричным: одно растение зависит от другого дольше, чем происходит взаимное движение, часто из-за различий в продолжительности жизни. [16]
Когда две или более культур выращиваются с полным пространственным и временным совпадением друг с другом, в сельском хозяйстве этот подход описывается как совмещение культур , а в садоводстве - как сопутствующие посадки . Совмещение культур особенно полезно на участках с ограниченным количеством земли. [2] Совмещение культур может быть смешанным, рядным, многорядным или эстафетным, когда культуры пересаживаются в разное время. [3]
Полосное выращивание предполагает выращивание разных растений чередующимися полосами, часто поочередно. Их можно вспахивать по контурам крутого склона холма, и они обычно значительно шире, чем один ряд зерновых культур. Хотя полосное земледелие не предполагает полного смешивания видов растений, оно дает многие из тех же преимуществ, таких как уменьшение эрозии почвы и содействие круговороту питательных веществ. [16]
Бобовые относятся к числу наиболее часто совмещенных культур, особенно бобово-зерновых смесей. [5] Бобовые фиксируют атмосферный азот в почве, чтобы он был доступен для потребления другими растениями в процессе, известном как фиксация азота . Присутствие бобовых, следовательно, исключает необходимость внесения искусственных азотных удобрений в междурядьях. [2] [18] [19]
Когда культура выращивается рядом с другим растением, которое не является культурой, такая комбинация является формой покровных культур . Если некультурное растение является сорняком, то сочетание называется сорной культурой. [16] Травы и бобовые являются наиболее распространенными покровными культурами. Покровные культуры очень полезны, поскольку они могут помочь предотвратить эрозию почвы , физически подавить сорняки, улучшить удержание поверхностных вод и, в случае бобовых, также обеспечить соединения азота. Выращивание покровных культур одного вида в чередовании с товарными культурами увеличивает разнообразие агроэкосистем; Поликультура покровных культур еще больше увеличивает это разнообразие, и есть свидетельства того, что использование ряда обработок покровных культур с бобовыми или без них увеличивает функциональность экосистемы с точки зрения подавления сорняков, удержания азота и надземной биомассы. [20]
Живая мульча — это поликультура с участием второй культуры, используемая в основном в садоводстве . Основная культура выращивается для сбора урожая; Под ним сеют второй урожай, чтобы покрыть почву, уменьшить эрозию и сформировать сидерат . Живая мульча популярна под садовыми деревьями и под многолетними овощами , такими как спаржа и ревень . Он также считается подходящим для однолетних культур, которые растут в течение длительного периода до сбора урожая и сбор урожая приходится на поздний год, таких как баклажаны , капуста , сельдерей , лук-порей , кукуруза , перец и помидоры . Бархатцы занимают особое место среди живой мульчи, подавляющей сорняки, поскольку они производят тиофены , которые отпугивают вредителей, таких как нематоды, и обеспечивают вторую товарную культуру . [3]
Требуется осторожность, чтобы свести к минимуму конкуренцию между живой мульчирующей культурой и основной культурой. Косвенные методы включают подбор сроков посева или внесение воды и удобрений непосредственно под основную культуру, либо выбор быстрорастущих сортов основной культуры. Прямые методы включают скашивание живой мульчи для подавления роста ее корней или нанесение на живую мульчу сублетального количества гербицида. [3]
Для пахотных целей зерновые , такие как пшеница и ячмень, или широколиственные культуры, такие как рапс , можно выращивать с живой мульчей из клевера , вики или других бобовых. Однако, поскольку урожайность основной культуры снижается, этот подход не получил широкого распространения среди фермеров, выращивающих зерновые. В частности, живая мульча, такая как клевер, конкурирует с молодыми всходами основной культуры, и ее необходимо соответствующим образом подавлять. [3]
Смешанное земледелие отличается от совмещения тем, что все семена смешиваются и высеваются вместе. Результат имитирует естественное разнообразие растений. Обращение с ними простое, но между культурами может возникнуть конкуренция, и любые внесенные пестициды или удобрения поражают все культуры. Сбор урожая также представляет собой единую операцию, и все посевы затем используются для одного и того же использования. [3]
Во многих странах Латинской Америки популярной формой поликультуры является агролесоводство , при котором деревья и сельскохозяйственные культуры выращиваются вместе. [1] Деревья создают тень для сельскохозяйственных культур наряду с органическими веществами и питательными веществами, когда они сбрасывают листья или плоды. Сложная корневая система деревьев также помогает предотвратить эрозию почвы и увеличить присутствие микробов в почве. Помимо того, что деревья приносят пользу урожаю, они служат сырьем для производства бумаги, лекарств, древесины и дров. [2]
Кофе — тенелюбивая культура, и его традиционно выращивают в тени . В Индии его часто выращивают под пологом естественного леса, заменяя кустарниковый ярус. [21] [22] Другая система поликультуры используется для кофе в Мексике, где кусты Coffea выращиваются под бобовыми деревьями рода Inga . [21]
Многолетние сорта традиционных однолетних пахотных культур могут повысить устойчивость. Они требуют меньше обработки почвы и часто имеют более длинные корни, что снижает эрозию почвы и переносит засуху. Такие сорта разрабатываются для риса, пшеницы, сорго, голубиного гороха, ячменя и подсолнечника. Их можно комбинировать с покровными бобовыми культурами, такими как люцерна, для фиксации азота и снижения количества удобрений. [23] [24]
В Юго-Восточной Азии и Китае рисово-рыбные системы на рисовых полях позволяют выращивать пресноводную рыбу , а также рис, что дает ценный дополнительный урожай и снижает эвтрофикацию соседних рек. [26]
Выращивание риса и уток практикуется в тропической и субтропической Азии. Вариант в Индонезии сочетает в себе рис, рыбу, уток и водяной папоротник для создания устойчивой и продуктивной системы пермакультуры; утки поедают сорняки, которые в противном случае ограничивали бы рост риса, сокращая трудозатраты и гербициды, а утиный и рыбий помет снижают потребность в удобрениях. [25]
Интегрированная аквакультура — это форма аквакультуры, при которой культуры рыбы или креветок выращиваются вместе с морскими водорослями, моллюсками или микроводорослями. Моновидовая аквакультура создает проблемы для фермеров и окружающей среды. Сбор урожая морских водорослей в моновидовой аквакультуре приводит к выбросу нитратов в воду и может привести к эвтрофикации. В моновидовой аквакультуре морепродуктов самой большой проблемой является высокая стоимость кормов, более половины которых выбрасывается в отходы, вызывая выброс азота и эвтрофикацию или цветение водорослей. [7] [1] Технологические решения, такие как бактериальные биофильтры, оказались дорогостоящими. Интегрированная аквакультура использует растения как в качестве пищи для морских животных, так и для фильтрации воды, поглощая нитраты и углекислый газ. Это снижает потребность в химических веществах. Такие растения, как морские водоросли, выращиваемые вместе с морепродуктами, имеют коммерческую ценность. [7] Регенеративное океаническое земледелие улавливает углерод, выращивая смесь морских водорослей и моллюсков для сбора урожая, одновременно помогая регенерировать и восстанавливать местные среды обитания, такие как рифовые экосистемы. [27]