Агроэкология читать ~30 мин.

Агроэкология объединяет экологические принципы с методами сельскохозяйственного производства. Этот подход стремится создавать сельскохозяйственные системы, имитирующие природные экосистемы, используя их устойчивость и разнообразие.

Агроэкология рассматривается как альтернатива традиционному земледелию, целостная система, гармонично сочетающая экологию и сельское хозяйство. В основе агроэкологии лежит применение экологических принципов для ведения сельского хозяйства. Она направлена на оптимизацию управления продовольственными и сельскохозяйственными системами с акцентом на взаимодействия между растениями, животными и людьми, отдавая приоритет справедливой продовольственной системе.

Агроэкология также определяется как научная дисциплина, набор практик и социальное движение. Как социальное движение, она подчёркивает важность экологических принципов, местных знаний, культуры и традиций для повышения устойчивости и справедливости продовольственной системы. Агроэкологические практики демонстрируют положительные результаты в области продовольственной безопасности и питания, особенно в странах с низким и средним уровнем дохода. Этот подход также рассматривается как средство преобразования продовольственной системы в целом.

Принципы агроэкологии

Фундаментом агроэкологии служат экологические принципы, интегрированные в сельскохозяйственную деятельность. Особое внимание уделяется повышению биоразнообразия в агроэкосистемах, что является ключевой практикой. Улучшение здоровья и плодородия почв — ещё один важный аспект, достигаемый, например, за счёт увеличения органического вещества в почве и стимуляции микробной активности. Агроэкология нацелена на эффективное использование ресурсов и снижение зависимости от внешних невозобновляемых ресурсов или токсичных веществ.

Устойчивость к изменениям климата и адаптация к ним являются важными целями агроэкологических систем. Это достигается через практики, повышающие стабильность урожаев и сохранение биоразнообразия. Комплексность ландшафта, включая живые изгороди, совмещение культур и интеграцию животных, лесов и водно-болотных угодий, способствует многоцелевым выгодам, таким как сохранение биоразнообразия и адаптация к изменению климата. Интеграция научных знаний с местными и традиционными знаниями фермеров также является важным принципом.

Социально-экономические аспекты занимают центральное место. Агроэкология стремится к созданию более справедливых продовольственных систем, расширению прав и возможностей мелких фермеров и повышению их автономии. Это включает улучшение благосостояния фермеров и поддержку общинного сотрудничества. Агроэкология часто противопоставляется технократическому подходу к сельскому хозяйству, который фокусируется на коммодитизации продуктов питания, и обращает внимание на структурные проблемы, такие как зависимость от внешних ресурсов, специализация культур и животноводства, аграрные классовые конфликты и гендерное неравенство.

Биоразнообразие как основа

Сохранение и приумножение биоразнообразия на всех уровнях организации и функционирования систем — от генов до ландшафтов — является краеугольным камнем агроэкологии. Это необходимо для лучшего управления сельскохозяйственными производственными системами и повышения их устойчивости. Повышение биоразнообразия в фермерских системах положительно связано с улучшением разнообразия рациона, продовольственной безопасностью и питанием для мелких производителей продуктов питания и сельских общин. Агроэкологические практики направлены на защиту, восстановление и продвижение биоразнообразия для создания более устойчивых и жизнеспособных агропродовольственных систем.

Для достижения этих целей необходимо глубокое понимание экологии видов и их функций в экосистемах, особенно в более крупных пространственно-временных масштабах и в недостаточно изученных сельскохозяйственных системах и географических регионах. Исследования фокусируются на том, как процессы на уровне ландшафта регулируют закономерности биоразнообразия и функционирование экосистем.

Здоровье почвы

Состояние почвы имеет первостепенное значение в агроэкологических системах. Практики направлены на улучшение структуры почвы, повышение содержания органического вещества и стимулирование биологической активности. Здоровая почва способствует лучшему удержанию воды, обеспечивает растения питательными веществами и повышает их устойчивость к болезням и вредителям. Систематический обзор показал убедительные доказательства того, что агроэкологические практики эффективны для адаптации к изменению климата, используя такие ключевые показатели, как органический углерод почвы и микробная активность почвы.

Например, движение Zero Budget Natural Farming (ZBNF) в Индии, продвигающее агроэкологические практики, показало, что такой подход может уменьшить деградацию почв и улучшить урожайность для фермеров с низким уровнем использования ресурсов. Сохранение и восстановление стратегических фракций почвенного органического вещества является важной задачей для различных систем земледелия.

Эффективное использование ресурсов

Агроэкология стремится к оптимизации использования местных ресурсов и минимизации зависимости от внешних синтетических ресурсов, таких как удобрения и пестициды. Это достигается за счёт использования естественных процессов и взаимодействий внутри агроэкосистемы. Например, бобовые культуры могут использоваться для фиксации азота в почве, снижая потребность в азотных удобрениях. Биологический контроль вредителей помогает уменьшить использование химических пестицидов. Такая стратегия позволяет снизить производственные затраты и уменьшить негативное воздействие на окружающую среду.

Устойчивость и адаптация к климатическим изменениям

Агроэкологические системы проектируются таким образом, чтобы быть более устойчивыми к климатическим стрессам, таким как засухи, наводнения и экстремальные температуры. Разнообразие культур и сортов, агролесоводство и улучшение здоровья почвы способствуют повышению этой устойчивости. Например, агролесоводческие системы могут обеспечивать пищу, средства к существованию и экосистемные услуги, включая связывание углерода. Эти системы демонстрируют большую стабильность урожайности по сравнению с монокультурными системами.

Интеграция знаний

Агроэкология ценит и объединяет различные типы знаний. Это включает научные исследования в области экологии, агрономии и социальных наук, а также практические знания и опыт фермеров, включая традиционные методы ведения сельского хозяйства. Такой подход позволяет разрабатывать решения, которые являются экологически обоснованными, экономически жизнеспособными и социально приемлемыми. Участие фермеров в исследовательском процессе и принятии решений усиливает их роль в продовольственной системе.

Практические методы агроэкологии

Агроэкология воплощается в жизнь через широкий спектр конкретных методов и подходов, которые применяются на уровне поля, фермы и даже целых агроэкосистем. Эти практики направлены на создание самоподдерживающихся и продуктивных систем, которые гармонируют с окружающей средой.

Поликультуры и смешанные посадки

Выращивание нескольких видов культур на одном поле одновременно или в тесной последовательности является распространённой агроэкологической практикой. Этот метод, известный как поликультура или смешанные посадки, имитирует разнообразие природных экосистем. Растения в смешанных посадках могут взаимно дополнять друг друга: например, одни могут отпугивать вредителей других, улучшать структуру почвы или обеспечивать тень. Такой подход повышает общую продуктивность, устойчивость к вредителям и болезням, а также эффективно использует доступные ресурсы, такие как свет, вода и питательные вещества. Сложные смеси растений с различными схемами размещения отличаются от монокультурного подхода традиционного сельского хозяйства.

Агролесоводство

Агролесоводство — это система землепользования, которая целенаправленно интегрирует деревья и кустарники с сельскохозяйственными культурами и/или животноводством на одной и той же территории. Деревья могут обеспечивать множество преимуществ, включая улучшение микроклимата, защиту почвы от эрозии, повышение плодородия почвы за счёт опавших листьев и фиксации азота (для некоторых видов деревьев), а также предоставление дополнительных продуктов, таких как фрукты, орехи, древесина или корм для скота. Агролесоводческие системы способствуют сохранению биоразнообразия и связыванию углерода в почве и биомассе.

Интеграция растениеводства и животноводства

Сочетание выращивания сельскохозяйственных культур и разведения скота на одной ферме является ещё одним важным агроэкологическим методом. В таких интегрированных системах отходы одного компонента могут служить ресурсом для другого. Например, навоз животных используется как органическое удобрение для полей, а растительные остатки или специально выращенные кормовые культуры идут на корм скоту. Такая интеграция способствует замыканию циклов питательных веществ, снижает потребность во внешних удобрениях и кормах, а также может повысить общую экономическую эффективность фермы. Принципы агроэкологии могут быть применены для проектирования устойчивых систем животноводства, направленных на повышение разнообразия внутри животноводческих производств.

Покровные культуры и сидераты

Выращивание покровных культур — растений, которые сажают не для сбора урожая, а для защиты и улучшения почвы — является важным агроэкологическим приёмом. Покровные культуры предотвращают эрозию почвы, подавляют рост сорняков, улучшают структуру почвы и могут накапливать питательные вещества. Некоторые покровные культуры, известные как сидераты (например, бобовые), способны фиксировать атмосферный азот, обогащая им почву для последующих культур. После завершения своего цикла роста покровные культуры обычно запахиваются в почву или оставляются на поверхности в качестве мульчи.

Компостирование и органические удобрения

Вместо синтетических минеральных удобрений агроэкология отдаёт предпочтение использованию органических удобрений, таких как компост, навоз и растительные остатки. Компостирование — это процесс контролируемого разложения органических материалов, в результате которого получается богатое питательными веществами удобрение, улучшающее структуру почвы и её способность удерживать влагу. Использование органических удобрений способствует поддержанию и увеличению содержания органического вещества в почве, что является основой её плодородия и здоровья.

Биологический контроль вредителей и болезней

Агроэкология стремится управлять популяциями вредителей и болезней, используя естественные механизмы регуляции, а не синтетические пестициды. Это включает создание условий, благоприятных для естественных врагов вредителей (например, хищных насекомых и птиц), использование устойчивых сортов культур, севооборот и другие агротехнические приёмы. Понимание взаимодействий между различными видами в агроэкосистеме помогает разрабатывать эффективные стратегии биологического контроля.

Сохранение и использование местных сортов и пород

Местные сорта растений и породы животных часто хорошо адаптированы к конкретным условиям окружающей среды и могут обладать устойчивостью к местным вредителям и болезням. Агроэкология поддерживает сохранение и использование этого генетического разнообразия, поскольку оно является важным ресурсом для обеспечения устойчивости и адаптивности сельскохозяйственных систем. Работа с местными генетическими ресурсами также способствует сохранению культурного наследия и знаний, связанных с сельским хозяйством.

Управление водными ресурсами

Эффективное использование и сохранение водных ресурсов являются неотъемлемой частью агроэкологических практик. Это может включать методы сбора и хранения дождевой воды, капельное орошение, улучшение способности почвы удерживать влагу за счёт увеличения содержания органического вещества и использования покровных культур. Разумное управление водными ресурсами особенно важно в регионах, подверженных засухам или имеющих ограниченный доступ к воде. Исследования затрагивают вопросы влияния разнообразия растений на водные циклы.

Масштабирование агроэкологии

Переход к агроэкологическим подходам требует рассмотрения не только уровня отдельных ферм, но и преобразований всей продовольственной системы. Расширение применения агроэкологии, или её масштабирование, включает несколько аспектов. Один из них — это так называемое горизонтальное распространение, когда все большее число фермерских хозяйств и семей начинают практиковать агроэкологию на все больших территориях. Это также вовлекает больше людей в переработку, распределение и потребление продуктов, произведённых агроэкологическими методами.

Продвижение агроэкологических практик за пределы отдельных ферм может основываться на подходе «снизу вверх», начиная с образцовых агроэкологических хозяйств («маяков»), которые затем формируют сети ферм для усиления внедрения агроэкологии на ландшафтном уровне. Создание сельскохозяйственных ландшафтов, состоящих из полей и ферм, следующих агроэкологическому управлению, требует понимания закономерностей биоразнообразия, биологических взаимодействий и механизмов, которые определяют и усиливают функционирование экосистем для улучшения услуг на ландшафтном уровне.

Однако масштабирование агроэкологии сталкивается с определёнными трудностями. Существуют проблемы с распределением финансирования, а несоответствие агроэкологии некоторым технологическим инновациям может замедлить её распространение. Кроме того, диверсификация сельского хозяйства должна выходить за рамки органических хозяйств и проникать в традиционное сельское хозяйство. Важно повышать осведомлённость заинтересованных сторон о том, что агроэкология не обязательно конфликтует с сельскохозяйственными технологиями.

Агроэкология в различных масштабах фермерских хозяйств

Агроэкологические принципы и практики применимы как к мелким, так и к крупным фермерским хозяйствам, хотя подходы и акценты могут различаться.

Для мелких фермерских хозяйств, особенно в странах с низким и средним уровнем дохода, агроэкология предлагает пути повышения продовольственной безопасности, улучшения питания и увеличения доходов при одновременном снижении зависимости от дорогостоящих внешних ресурсов. Многие агроэкологические практики, такие как смешанные посадки, агролесоводство и интеграция растениеводства и животноводства, хорошо подходят для условий мелкомасштабного земледелия и могут опираться на местные знания и традиции. Агроэкология также способствует расширению прав и возможностей мелких фермеров, повышая их автономию и участие в принятии решений. Исследования показывают, что агроэкологическое земледелие может улучшить благосостояние мелких фермеров.

Применение агроэкологии в крупных фермерских хозяйствах представляет собой более сложную задачу и требует специфических исследований и разработок. Хотя большинство успешных примеров внедрения агроэкологии приходится на мелкие семейные фермы, которые занимают лишь около 30% мировых сельскохозяйственных угодий, распространение агроэкологии среди крупных хозяйств крайне необходимо. Для этого требуется решение специфических вопросов в области исследований, технологий и политики для поддержки устойчивых преобразований. Крупные фермеры могут использовать агроэкологические принципы для комбинированного улучшения как за счёт ресурсов, так и за счёт процессов в своих системах, эффективно используя экосистемные услуги для увеличения доходов и снижения затрат.

Эффекты и преимущества агроэкологии

Применение агроэкологических подходов приносит множество положительных эффектов, затрагивающих как экологические, так и социально-экономические аспекты. Эти преимущества способствуют созданию более устойчивых и справедливых продовольственных систем.

Экологические выгоды

Одним из наиболее значимых результатов внедрения агроэкологии является сохранение и восстановление биоразнообразия. За счёт создания более разнообразных и сложных агроэкосистем, имитирующих природные среды, агроэкология способствует увеличению численности и видового разнообразия полезных насекомых, почвенных микроорганизмов, птиц и других диких животных. Это, в свою очередь, улучшает естественные процессы, такие как опыление и биологический контроль вредителей.

Агроэкологические практики, такие как использование органических удобрений, покровных культур и минимальная обработка почвы, ведут к значительному улучшению здоровья почв. Увеличивается содержание органического вещества, улучшается структура почвы, её способность удерживать влагу и питательные вещества, а также активизируется почвенная биота. Это не только повышает плодородие, но и снижает эрозию и деградацию земель.

Кроме того, агроэкологические системы обладают потенциалом для секвестрации углерода в почве и биомассе, особенно это касается агролесоводческих систем и практик, направленных на увеличение органического вещества в почве. Это способствует смягчению последствий изменения климата. Уменьшение использования синтетических удобрений и пестицидов приводит к снижению загрязнения водных источников и улучшению качества воды.

Социально-экономические выгоды

Агроэкология вносит существенный вклад в повышение продовольственной безопасности и улучшение качества питания, особенно для уязвимых групп населения. Диверсификация сельскохозяйственного производства на уровне фермы обеспечивает более разнообразный и питательный рацион для фермерских семей и местных сообществ. Снижение зависимости от дорогостоящих покупных ресурсов, таких как семена, удобрения и пестициды, может привести к увеличению доходов фермеров и повышению их экономической устойчивости.

Агроэкологические подходы часто способствуют улучшению общего благосостояния фермеров, включая не только экономические показатели, но и такие аспекты, как автономия в принятии решений, сохранение традиционных знаний и укрепление социальных связей в общинах. Создание более справедливых продовольственных систем является одной из целей агроэкологии, что достигается через поддержку мелких производителей, развитие местных рынков и сокращение длинных и сложных цепочек поставок. Сохранение и активное использование местных знаний и культурных традиций в сельском хозяйстве также является важным социальным эффектом.

Многофункциональность агроэкосистем

Агроэкосистемы, управляемые в соответствии с принципами агроэкологии, характеризуются высокой многофункциональностью. Это означает, что они способны одновременно предоставлять широкий спектр услуг, а не только производить продовольствие. Кроме производства сельскохозяйственной продукции, такие системы вносят вклад в сохранение биоразнообразия, регулирование водных потоков, улучшение качества почвы, секвестрацию углерода, а также обеспечивают культурные и рекреационные ценности. Систематическая и количественная оценка многофункциональности агроэкосистем, включая экологические услуги, является важной задачей для проектирования устойчивых систем земледелия.

Агроэкологические переходы

Переход от конвенциональных методов ведения сельского хозяйства к агроэкологическим системам — это сложный, многоуровневый процесс, требующий изменений не только в практиках, но и в мышлении, социальных структурах и политике. Этот процесс часто называют агроэкологическим переходом.

Концепция агроэкологического перехода подразумевает постепенное или радикальное изменение сельскохозяйственных систем в сторону большей экологической целостности и социальной справедливости. Стивен Глиссман, один из пионеров агроэкологии, предложил модель из нескольких уровней перехода. Первые уровни могут включать простые замены — например, замену синтетических пестицидов на биологические аналоги или переход на органические удобрения. Однако эти начальные шаги, направленные на повышение эффективности и замену вредных ресурсов, сами по себе вряд ли приведут к кардинальным изменениям.

Третий уровень по Глиссману представляет собой качественный скачок: вместо незначительных корректировок существующей системы земледелия он предполагает перепроектирование всей системы производства продуктов питания и волокон на основе экологических принципов и естественных процессов. На этом уровне множество агроэкологических практик (таких как смешанные посадки, компостирование, интегрированное хозяйство) рефлексивно внедряются для содействия развитию целенаправленной агроэкологической системы. Более высокие уровни перехода включают изменения на уровне всей продовольственной системы, включая перестройку связей между производителями и потребителями, создание новых рыночных механизмов и развитие более справедливых и устойчивых продовольственных сетей.

Успешные агроэкологические переходы часто опираются на совместные исследования и разработки, в которых фермеры, учёные и другие заинтересованные стороны работают вместе (известные как методы совместного исследования действий, PAR). Такой подход позволяет адаптировать агроэкологические принципы к местным условиям и способствует более широкому принятию инноваций.

Существуют различные факторы, которые могут способствовать или препятствовать агроэкологическим переходам. Политические, коммерческие и даже культурные факторы могут выступать барьерами. Например, существующие субсидии, поддерживающие конвенциональное сельское хозяйство, или доминирование крупных агробизнес-компаний на рынке семян и удобрений могут затруднять переход. С другой стороны, растущий потребительский спрос на экологически чистые продукты, поддержка со стороны общественных движений и целенаправленная государственная политика могут стимулировать эти изменения.

Инновации и технологии также играют роль в агроэкологических переходах. Важно понимать, что агроэкология не обязательно отвергает технологии, а стремится интегрировать их таким образом, чтобы они соответствовали экологическим принципам и социальным целям. Это могут быть как традиционные, так и современные технологии, направленные на улучшение управления ресурсами, мониторинг состояния агроэкосистем или облегчение обмена знаниями между фермерами.

Агроэкология и глобальные вызовы

Агроэкология предлагает значимые решения для ряда наиболее острых глобальных проблем современности, включая изменение климата, потерю биоразнообразия и обеспечение продовольственной безопасности.

Изменение климата

Агроэкологические подходы вносят двойной вклад в борьбу с изменением климата: они способствуют как адаптации сельского хозяйства к уже происходящим изменениям, так и смягчению его последствий. Повышение устойчивости агроэкосистем за счёт диверсификации культур, улучшения здоровья почв и эффективного управления водными ресурсами помогает фермерам справляться с экстремальными погодными явлениями, такими как засухи и наводнения. Одновременно, практики, направленные на увеличение содержания органического вещества в почве и использование агролесоводства, способствуют связыванию атмосферного углерода, тем самым уменьшая выбросы парниковых газов из сельскохозяйственного сектора.

Потеря биоразнообразия

Современное интенсивное сельское хозяйство является одной из главных причин сокращения биоразнообразия во всем мире. Агроэкология предлагает альтернативный путь, активно способствуя сохранению и восстановлению разнообразия видов и экосистем как на уровне ферм, так и на уровне ландшафтов. Создание мозаичных ландшафтов с естественными и полуестественными местообитаниями, использование поликультур и сохранение местных сортов и пород животных — все это способствует поддержанию богатого биоразнообразия, которое, в свою очередь, обеспечивает важные экосистемные услуги.

Продовольственная безопасность и питание

Агроэкология играет важную роль в обеспечении устойчивой продовольственной безопасности и улучшении качества питания, особенно для наиболее уязвимых слоёв населения в развивающихся странах. За счёт диверсификации производства и опоры на местные ресурсы агроэкологические системы могут повысить доступность разнообразных продуктов питания на местном уровне. Это улучшает рацион и снижает зависимость от внешних поставок продовольствия. Улучшение здоровья почв и снижение использования химикатов также способствуют производству более здоровой и питательной пищи.

Устойчивое развитие

Принципы агроэкологии тесно связаны с целями устойчивого развития, сформулированными Организацией Объединённых Наций. Агроэкология способствует созданию экономически жизнеспособных, социально справедливых и экологически безопасных продовольственных систем. Она направлена на улучшение благосостояния фермеров, сохранение природных ресурсов для будущих поколений и построение более устойчивых сельских сообществ. Внедрение агроэкологии является критически важным элементом глобальной трансформации продовольственных систем для достижения устойчивости и решения проблем, связанных с изменением климата и потерей биоразнообразия.

Перспективы и направления исследований в агроэкологии

Для дальнейшего развития и широкого внедрения агроэкологии необходимы целенаправленные исследования по ряду ключевых направлений. Эти исследования должны охватывать как фундаментальные экологические и агрономические вопросы, так и социально-экономические аспекты перехода к устойчивым продовольственным системам.

Разработка новых данных, моделей и знаний

Существует потребность в совершенствовании сбора данных о сельскохозяйственных системах, разработке более точных моделей их функционирования и создании новых знаний, которые могут быть использованы для принятия обоснованных решений. Это включает как улучшение методов мониторинга агроэкосистем, так и разработку инструментов поддержки принятия решений для фермеров и политиков. Новые инициативы в области открытых данных показывают перспективы для решения проблемы доступности информации.

Селекция для разнообразия

Одним из важных направлений является селекция растений и животных, адаптированных к условиям агроэкологических систем, которые характеризуются большим разнообразием и меньшим использованием внешних ресурсов. Вместо фокуса исключительно на урожайности, селекционные программы должны учитывать такие качества, как устойчивость к болезням и вредителям, эффективность использования питательных веществ, адаптация к местным климатическим условиям и способность хорошо расти в смешанных посадках. Необходимо исследовать, возможно ли улучшить не только урожайность, но и экосистемные услуги через селекцию.

Масштабируемая сложность

Агроэкологические системы часто более сложны, чем конвенциональные монокультурные системы. Исследования должны быть направлены на разработку методов управления этой сложностью таким образом, чтобы их можно было применять в различных масштабах — от небольших ферм до крупных агропредприятий. Это включает изучение оптимальных сочетаний культур, пространственного расположения элементов агроэкосистемы и методов интеграции различных компонентов (например, растениеводства, животноводства и лесоводства).

Управление циклами за пределами полей и ферм

Агроэкология рассматривает сельскохозяйственные системы в более широком контексте ландшафтов и даже целых водосборных бассейнов. Поэтому исследования должны выходить за рамки отдельных полей и ферм, изучая, как управлять потоками питательных веществ, воды и энергии на более крупных пространственных масштабах. Это включает вопросы сохранения и восстановления естественных и полуестественных местообитаний в агроландшафтах и их роли в поддержании экосистемных услуг.

Совместное использование культивируемого пространства

Исследования должны быть направлены на оптимизацию использования сельскохозяйственных земель таким образом, чтобы они одновременно обеспечивали производство продовольствия, сохранение биоразнообразия и предоставление других экосистемных услуг. Это требует разработки инновационных подходов к планированию землепользования, которые учитывают потребности различных заинтересованных сторон и способствуют созданию многофункциональных агроландшафтов.

Совместные инновации с фермерами, цепочками создания стоимости и политиками

Успешный переход к агроэкологии требует тесного сотрудничества между различными участниками продовольственной системы. Исследования должны быть организованы таким образом, чтобы вовлекать фермеров, представителей перерабатывающей промышленности, розничной торговли, потребителей и политиков в процесс совместного создания и внедрения инноваций. Эффективность различных подходов к обучению и развитию навыков для внедрения агроэкологии также требует изучения.

Агроэкология и альтернативные источники белка

Принципы агроэкологии могут быть применены для анализа пригодности различных альтернативных источников белка, особенно в контексте стран с низким и средним уровнем дохода. Это включает оценку того, как производство и потребление таких белков могут быть интегрированы в устойчивые и справедливые продовольственные системы, опирающиеся на местные ресурсы и традиции.

Агроэкология и лекарственные растения

Применение агроэкологических принципов в выращивании лекарственных растений является перспективным направлением. Понимание экологических условий, в которых дикорастущие лекарственные растения произрастают естественным образом, может помочь в разработке сельскохозяйственных стратегий, обеспечивающих высокое качество сырья. Сельское хозяйство, основанное на экологических принципах, может гармонизировать рост растений в их экосистемах, что особенно важно для видов, заготавливаемых в больших объёмах.

Исследовательские вопросы

Существует множество агрономических и экологических вопросов, требующих дальнейшего изучения:

Как взаимодействуют надземные и подземные виды для предоставления множественных экосистемных услуг?

Надземные и подземные виды взаимодействуют для предоставления экосистемных услуг через сложные процессы. Почвенные организмы, такие как бактерии и грибы, играют ключевую роль в круговороте питательных веществ, регулировании динамики органического вещества почвы, связывании углерода и изменении физической структуры и водных режимов почвы. Эти подземные процессы напрямую влияют на надземные виды, например, улучшая поглощение растениями питательных веществ и укрепляя их здоровье. В свою очередь, надземная растительность влияет на почвенные организмы через корневые выделения и органические остатки. Такое взаимодействие обеспечивает функционирование природных экосистем и является важным ресурсом для устойчивого управления сельскохозяйственными системами. Учитываются как синергетические, так и негативные побочные эффекты этих взаимодействий.

Какое количество поддерживающих и регулирующих видов необходимо и какие именно?

Точное количество поддерживающих и регулирующих видов, необходимых для экосистемы, не установлено, но их разнообразие важно для стабильности. Ключевые виды, такие как морские выдры или серые волки, оказывают непропорционально большое воздействие на экосистему, регулируя видовое разнообразие и поддерживая баланс. Регулирующие услуги включают контроль климата и болезней, опыление, биологический контроль вредителей и очистку воды. Например, опылители (насекомые, птицы, летучие мыши) важны для 35% мирового производства сельхозкультур. Поддерживающие услуги, такие как почвообразование, круговорот питательных веществ и фотосинтез, являются основой для всех других экосистемных услуг. Биоразнообразие включает опылителей и виды, содействующие борьбе с вредителями.

При каких обстоятельствах биоразнообразие улучшает урожайность, качество продукции и стабильность этих показателей?

Биоразнообразие улучшает урожайность, качество продукции и стабильность через несколько механизмов. Рост количества опылителей напрямую влияет на урожайность многих культур. Наличие диких видов, контролирующих численность вредителей (биологический контроль), снижает потери урожая. Улучшение качества почв за счёт разнообразных почвенных организмов способствует лучшему питанию растений и, следовательно, повышению урожайности и качества продукции. Биоразнообразие также повышает устойчивость сельскохозяйственного производства к негативным внешним воздействиям и способствует адаптации к изменению климата, что обеспечивает стабильность показателей.

В какой степени экосистемные услуги могут заменять, дополнять или синергически взаимодействовать с сельскохозяйственными ресурсами для достижения устойчивого и продуктивного земледелия?

Экосистемные услуги играют значительную роль в устойчивом и продуктивном земледелии, взаимодействуя с сельскохозяйственными ресурсами. Агроэкосистемы зависят от услуг природных экосистем, таких как опыление, биологический контроль вредителей, поддержание структуры и плодородия почвы, круговорот питательных веществ и гидрологические услуги. Эти естественные процессы могут дополнять или даже заменять некоторые антропогенные ресурсы, например, химические удобрения или пестициды, снижая затраты и экологические риски. Сами агроэкосистемы также предоставляют услуги, включая регуляцию качества почвы и воды, секвестрацию углерода и поддержку биоразнообразия, что способствует синергии. Оценка стоимости этих услуг показывает их огромную, часто недооценённую, важность для сельского хозяйства.

Каково воздействие сокращения кормовых ресурсов для полезных организмов в результате использования гербицидов?

Использование гербицидов приводит к сокращению кормовых ресурсов для полезных организмов, что негативно сказывается на экосистемах. Химическое уничтожение видов растений, семена которых служат основным кормом для птиц, является основным негативным фактором для популяций птиц. В результате сокращения источников пищи дикие животные могут быть вынуждены перемещаться, менять рацион или голодать. Гербициды также угнетают почвенную микрофлору, которая участвует в почвообразовании и фиксации азота, что может привести к долговременным негативным последствиям для плодородия почвы. Таким образом, сокращение кормовой базы из-за гербицидов нарушает естественные механизмы и пищевые цепи.

Каково воздействие на вредителей и полезных членистоногих длительного воздействия сублетальных концентраций различных агрохимикатов?

Длительное воздействие сублетальных концентраций агрохимикатов может вызывать физиологические и поведенческие изменения у организмов, включая членистоногих. Хотя прямое исследование воздействия на членистоногих отсутствует в предоставленных результатах, по аналогии с воздействием на рыб, можно предположить схожие эффекты. Например, у рыб повторное воздействие сублетальных доз пестицидов может приводить к отказу от гнёзд и выводков, снижению иммунитета к заболеваниям и уменьшению способности уклоняться от хищников. Это указывает на то, что даже не смертельные дозы агрохимикатов могут негативно влиять на популяции как вредных, так и полезных членистоногих, нарушая их репродуктивные циклы, устойчивость к болезням и поведение, что косвенно сказывается на балансе в агроэкосистеме.

Какая площадь естественных или полуестественных местообитаний необходима внутри фермы или ландшафта, и как эти зоны должны быть распределены?

Количество видов, которое может поддерживать экосистема, зависит от её площади: чем больше площадь, тем больше видов. Однако эта зависимость не прямая; например, увеличение площади вдвое может увеличить количество видов лишь на 23% при определённых условиях. Сокращение площади экосистемы приводит не к уменьшенной копии, а к новой экосистеме с ощутимо меньшим количеством видов. Десять небольших участков дикой природы могут поддерживать лишь половину видов, которые обитали бы на едином участке равной суммарной площади. Органические фермы, например, создают или поддерживают разнообразные места обитания, такие как чёрный пар, залежи и водоёмы, которые служат убежищем и ресурсами для различных видов. Конкретные цифры по необходимой площади и оптимальному распределению не указаны, но подразумевается важность сохранения достаточно крупных и связанных между собой участков.

Какие переменные следует измерять для оценки качества среды обитания?

Для оценки качества среды обитания следует измерять комплекс переменных, отражающих состояние и функционирование экосистемы. Это включает анализ климатических условий, топографии, характеристик почвы, состояния растительности и гидрологического режима. Важно оценивать здоровье почв, так как оно способствует большему разнообразию почвенных организмов, имеющих решающее значение для круговорота питательных веществ и здоровья растений. Разнообразие ландшафтов, создаваемое, например, через севообороты и чередование культур, также является показателем качества, так как обеспечивает пищу и убежище для широкого спектра дикой природы. Сохранение водных ресурсов и защита водных экосистем также являются важными аспектами.

Какое количество почвенного органического вещества необходимо в различных системах земледелия, и какие его фракции являются стратегическими для защиты или восстановления?

Конкретное оптимальное количество почвенного органического вещества (ОВ) варьируется в зависимости от типа почвы и системы земледелия, но его сохранение и увеличение критически важно. Например, в многолетнем опыте на Ротамстедской опытной станции содержание ОВ в варианте с ежегодным внесением навоза составило 6,16%, в то время как с минеральными удобрениями (NPK) — 1,74%. Более высокое содержание ОВ привело к увеличению максимальной урожайности ячменя более чем на 2,5 т/га, особенно для сортов с высоким потенциалом урожайности, и снизило отзывчивость на азотные удобрения. ОВ улучшает структуру почвы, повышая способность корней распространяться и поглощать питательные вещества, особенно азот и фосфор. Хотя стратегические фракции не детализированы, общая цель — поддерживать и увеличивать содержание ОВ, что сложно без внесения значительного количества органических удобрений.

Могут ли методы идентификации биоразнообразия почв на основе анализа ДНК использоваться в качестве индикаторов для поддержки принятия решений в управлении почвой?

Да, методы идентификации биоразнообразия почв на основе анализа ДНК, в частности секвенирование ДНК с использованием нанопор, могут использоваться для быстрой идентификации микробных видов, включая бактериальные и вирусные. Эта технология позволяет проводить метагеномный анализ почвы, характеризуя бактериальные штаммы и выявляя генетические мутации, например, связанные с устойчивостью к антибиотикам. Преимущества такого подхода включают его низкую сложность, сниженную стоимость и возможность анализа в реальном времени. Таким образом, эти методы предоставляют ценную информацию о составе почвенного микробиома, которая может служить индикатором состояния почвы и поддерживать принятие обоснованных решений в управлении почвенными ресурсами.

Как разнообразие растений влияет на водные циклы?

Разнообразие растений оказывает влияние на водные циклы через несколько механизмов. Почвенные организмы, чьё разнообразие и активность связаны с разнообразием растений, регулируют водные режимы почвы. Растения, включая деревья и другую растительность, участвуют в поддержании водного баланса. Различные виды растений имеют разные корневые системы, глубину проникновения и потребности в воде, что влияет на инфильтрацию, удержание влаги в почве и транспирацию. Разнообразный растительный покров может способствовать снижению поверхностного стока, улучшению фильтрации воды и более эффективному использованию доступной влаги, что важно для регуляции гидрологического режима территорий.

Какое сочетание однолетних и многолетних культур необходимо?

Сочетание однолетних и многолетних культур часто является лучшим вариантом для создания устойчивых и разнообразных агроландшафтов или садовых участков. Многолетние растения могут служить основой композиции, особенно для долговременных посадок, в то время как однолетники могут заполнять пустоты, добавлять яркие акценты и позволять ежегодно изменять облик участка. Для больших бордюров лучше подходят невысокие многолетние кустарники, а для маленьких – однолетники. В оформлении зон отдыха многолетние лианы создают долговременную структуру, а плетистые однолетники быстро обеспечивают декоративный эффект. Не существует универсально «необходимого» сочетания, выбор зависит от конкретных целей: от ландшафтного дизайна до агроэкологических задач, где многолетники могут способствовать улучшению почвы и биоразнообразия в долгосрочной перспективе, а однолетники обеспечивают гибкость в севооборотах.

Как местные практики могут дополнять или синергически взаимодействовать при интеграции в проектирование ландшафта?

Местные практики, особенно использование местных растений, играют важную роль в достижении экологической устойчивости при проектировании ландшафта. Местные растения хорошо приспособлены к климатическим условиям и почвенным особенностям конкретного региона. Это обеспечивает их более высокую выживаемость и снижает потребность в уходе, таком как полив или удобрение. Интеграция местных видов в ландшафтный дизайн способствует сохранению местного биоразнообразия, создавая условия для обитания местных видов животных и насекомых. Таким образом, местные практики синергически взаимодействуют с целями экологического ландшафтного дизайна, направленными на создание функциональных, эстетичных и устойчивых пространств, которые сохраняют природные ресурсы.

Каков потенциальный предел продуктивности агроэкологических систем животноводства при различных уровнях использования внешних ресурсов?

Агроэкологические системы животноводства обладают значительным потенциалом для устойчивого производства и вклада в решение экологических проблем, таких как изменение климата и сохранение биоразнообразия. Продуктивность этих систем зависит от уровня использования внешних ресурсов и применяемых методов управления. Более широкое внедрение существующих передовых практик и технологий в области кормления, ветеринарии, зоотехники, а также управления навозом может способствовать сокращению выбросов парниковых газов до 30%. Системы, управляемые на основе принципов экологической устойчивости, могут способствовать круговороту питательных веществ, связыванию углерода и сохранению сельскохозяйственных ландшафтов. Хотя конкретный «предел продуктивности» не указан, акцент делается на повышении эффективности и устойчивости при одновременном снижении зависимости от внешних ресурсов и минимизации негативного воздействия на окружающую среду.

Как можно эффективно учитывать экосистемные услуги и другие внешние эффекты фермерских систем при принятии решений?

Для эффективного учёта экосистемных услуг (ЭС) и внешних эффектов фермерских систем при принятии решений можно использовать поэтапный подход. Этот подход помогает определить и внедрить ЭС в планы, программы и конкретные решения. Первый этап включает установление целей и проектирование процесса. Второй этап направлен на приоритизацию наиболее значимых ЭС (например, 3-6 услуг), которые представляют собой риски или возможности для плана развития, и определение бенефициаров этих услуг. Исследования интенсифицируются в области оценки и управления ЭС для минимизации воздействия на окружающую среду, хотя баланс между антропогенной деятельностью и целостностью экосистем остаётся сложным вопросом.

Как наилучшим образом количественно оценить компромиссы между экономической жизнеспособностью, сохранением биоразнообразия и предоставлением экосистемных услуг в сельскохозяйственных ландшафтах?

Количественная оценка компромиссов между экономической жизнеспособностью, сохранением биоразнообразия и экосистемными услугами требует комплексного анализа. Исследователи оценивают такие компромиссы, например, анализируя влияние различных стратегий сельскохозяйственного производства (интенсификация или расширение земель) на биоразнообразие и рынки. Важно учитывать, что сельскохозяйственные экосистемы предоставляют не только продовольствие, но и другие услуги, такие как регуляция качества почвы и воды, и зависят от услуг природных экосистем. Оценка этих взаимосвязей и потенциальных конфликтов (trade-offs) или синергий помогает принимать более обоснованные решения. Хотя конкретный универсальный метод количественной оценки не приводится, подчёркивается необходимость исследований для лучшего понимания и управления этими сложными взаимодействиями.