Культуры, выращенные вместе, «взаимодействуют» лучше всего за два поколения — ScienceDaily

Выращивание нескольких продовольственных культур вместе является более устойчивой практикой ведения сельского хозяйства, имитирующей высокопродуктивные сообщества диких растений. Этот процесс, известный как совмещение культур, использует преимущества взаимодополняющих свойств различных видов культур, чтобы максимизировать производство и свести к минимуму потребность в удобрениях и других вредных для окружающей среды методах. Например, коренные жители Северной Америки уже давно выращивают кукурузу, бобы и кабачки вместе, чтобы максимизировать урожай каждого растения и уменьшить потребность в поливе или удобрениях.

«Большинство коммерческих культур, однако, были выведены по признакам, которые делают их высокопродуктивными в условиях выращивания одной культуры», — объясняет ведущий автор Лаура Стефан, бывший аспирант ETH Zurich, а ныне научный сотрудник Agroscope, Института исследований Швейцарской Конфедерации. Сельскохозяйственные исследования. «Эти культуры могут не подходить для выращивания в системах с несколькими культурами, что может уменьшить преимущества совмещения культур».

Чтобы узнать больше о способности различных культур адаптироваться, команда выращивала пшеницу, овес, чечевицу, лен, рыжик и кориандр на небольших участках. Участки включали 13 комбинаций двух видов, четыре смеси четырех разных видов, растения, растущие индивидуально или в одновидовых парцеллах, на удобренных или неудобренных участках. Команда повторила эксперименты в течение трех лет подряд, каждый год используя семена, собранные с участков предыдущего года, чтобы оценить влияние выращивания в разных системах на поколения. На третий год они измерили признаки и продуктивность растений.

Они обнаружили, что растения, выращенные в одной и той же среде с несколькими культурами в течение двух поколений, приспособились меньше конкурировать и больше сотрудничать друг с другом. Однако преимущество в урожайности этих многовидовых культур по сравнению с монокультурными культурами увеличивалось только на удобренных участках. В течение двух поколений растения, выращенные вместе на участках монокультур или смешанных видов, становились выше. Они также производили «более дешевые» или более тонкие листья, что указывает на стратегию роста, связанную с быстрым производством биомассы.

«Наше исследование показывает, что однолетние культуры быстро адаптируются к сотрудничеству всего за два поколения, но это не приводит к повышению урожайности без удобрений», — говорит соавтор Надин Энгберсен, которая работала над исследованием в качестве аспиранта в Институт сельскохозяйственных наук ETH Zurich, Швейцария. «Неожиданно все растения стали иметь более схожие черты, а не специализироваться, чтобы заполнить уникальную нишу».

Авторы предполагают, что короткие сроки исследования — всего за три года — могут объяснить, почему не произошло большей дифференциации. Маловероятно, что за это время произошло много генетических изменений. Однако генетический отбор конкретных генотипов мог иметь место для тех видов с существующей генотипической изменчивостью. Более того, эпигенетические модификации, которые включают или выключают гены, могут объяснить некоторые из наблюдаемых адаптаций растений. Микробы или питательные ресурсы, передаваемые от одного поколения растений к другому через семена, также могут объяснить некоторые из этих быстрых адаптаций.

Более долгосрочные исследования могут обнаружить больше адаптаций, вызванных генетическими мутациями или генетической рекомбинацией, перестройкой последовательностей ДНК растений. Текущие результаты показывают, что селекционное разведение может дать признаки, которые оптимизируют сотрудничество и урожайность на многовидовых участках.

«Наши результаты имеют важное значение для перехода к более диверсифицированному сельскому хозяйству», — заключает старший автор Кристиан Шёб, руководитель группы экологии сельского хозяйства, ранее работавший в ETH Zurich, а теперь работающий в Университете Рей Хуана Карлоса. «Они предполагают, что выращивание растений на участках со смешанными видами может еще больше повысить урожайность и снизить потребность в удобрениях и других вредных методах».

Источник истории:

Материалы предоставлено электронная жизнь. Примечание. Содержимое может быть изменено по стилю и длине.