多样化的作物轮作:可持续农业生产的一种方法

文摘

多样化的作物轮作(DCR)改善世界各地的农业系统的效率。它有潜力改善土壤条件和提高系统效率。改善土壤属性,如增加土壤水分吸收和储存,和更多的有益的土壤生物,可以提高产量耐干旱和其他努力生长条件不同的作物轮作。作物轮作和各种作物的农民受益,降低生产风险和不确定性,提高土壤和生态的可持续性。农民可以多元化的收入来源采用多样化的作物轮作。此外,由于独特的结构、功能、及植物群落与土壤的关系,它对土壤健康的长远发展减少昆虫,杂草,发病率和增加土壤的物理和化学结构。DCR正变得越来越流行的方式维持可持续作物生产。本文提供了证据的意义DCR,适应挑战,克服的挑战和可能的出路。

1。介绍

农业供应不足,满足人口不断增长的粮食需求是一个巨大的挑战在国家和全球范围内(1,2]。由于粮食需求的增加和降低作物产量由于人口增长,农业是解决生产力危机的关键。农业效率而言,土壤质地或生育能力是至关重要的维持一个健康的环境。在未来,不断上涨的食品需求和农业土地的稀缺性将需要更大的作物产量和土壤生产力3]。越来越感兴趣,高效和创新农业实践引发了一个务实的战略农业土地管理,尤其是考虑到人为水土流失加剧的担忧行为和不可持续的农业实践。近年来,专家们越来越担心土壤枯竭造成的集约农业(4,5]。自1950年代以来,几乎60%的土壤枯竭归因于不同程度的土壤生态过程,随着农业实践的主要贡献者之一(6,7]。研究人员将研究在全球重要地位的弹性农业目的通过将科学土壤信息转换为实际的技术,增加农民的理解他们的农业活动的可行性[8]。可持续农业管理的方法之一是针对日益严重的土壤有机质和土壤侵蚀减少轮作。轮作扰乱昆虫和病原体繁殖,因此他们的生命周期。植物营养恢复当某些植物物种都包含在轮作,需要更少的化学肥料。轮作是一个有用的技术在可持续农业的实践(9]。与单一栽培或双养殖旋转,多样化的作物轮作(DCR)是指一组或多个旋转三个或更多作物(10]。仔细选择一个轮作计划有可能减少作物可行性和环境影响之间的权衡,保持长期的土壤肥力,扰乱杂草和疾病周期过程内在营养循环(11]。DCR在食品安全的好处和土壤健康维护如图1。不同种植制度也作为高效农业的一个有前途的选择(12),这种多样化的作物轮作方法为土壤质量提供了许多好处通过加强世界各地的土壤条件和增加系统生产(13]。土壤多兰和蔡司说,“作为一个至关重要的生命周期内维持植物和动物的生态系统和土地利用限制增长,控制或增加水的质量或环境,和培养植物和动物健康,”(14]。土壤健康(15),或土地来维持作物生产的能力,尽管土壤枯竭或环境恶化、确定的数量和一致性soil-based有机食物16]。土壤健康是定义为一个函数的能力和维护生态系统资源(15),或土壤的能力提高农作物开发没有土壤恶化或损害环境。土壤健康决定soil-based农产品的质量和性能17]。旋转后,扩大异质性的作物生产系统将维持或改善土壤性能通过增加作物残留物和多样化的根系统,以及增加和扩大微生物活动(18]。DCR促进土壤节水、湿的土壤总平衡(是)和土壤酶的活动。恢复土壤的物理和化学质量已报告在各种研究[19- - - - - -22]。DCR有助于水土流失管理和作物生产增强[23),显著提高了土壤属性和使用水和养分在土壤剖面来维持生产率(24]。然而,没有任何一个文学作品,涵盖DCR的主题。认识到这一点,本研究的目的是总结DCR的概念,它的重要性,调整DCR在不同地点的问题,适应农业生产力及背后的原因和可持续性。

本研究将深入土壤农业系统的质量,并提供一个清晰的理解及如何帮助改善土壤健康疾病的中断周期通过增强土壤系统的物理和化学性质,同时保留土壤质量和采用更好的农业实践的基础。此外,这项研究强调了挑战,障碍,影响影响的适应和实现DCR的农业生产系统。这些专题领域简要描述在下面的小标题。

2。影响因素采用多样化的作物轮作

不同的研究(25- - - - - -29日)表明,土地碎片也被视为主要因素影响的采用多样化的作物轮作归因于资源分配不足,这是与生产成本;理想的使用因素的输入,减少总回报率土地由于额外的旅行时间损失,浪费的空间跨越边界,监测不足,不愿使用预定义类型的机械;阻碍农业发展和重组计划调整不利影响,等等。小农的激励提高生产力通过区域扩张是在农田,农民不愿多元化作物由于温和的输出来自不同指定作物,由于人口膨胀和随后的碎片的土地规模和消耗自然资源30.]。

根据(31日),农民越来越小的情节更喜欢雇佣更少的现有技术,单一作物,和减少地块之间的平均距离,同时农场规模的增加提高了农民的兴趣选择不同的作物与旋转,整个每件成品的生产成本降低。影响因素(即采用这些技术和实践。,DCR), the diffusion of information (cultivation knowledge and adoption technique), and the impact of the interventions that facilitate them (improved production and benefit to farmers) have all been highlighted, although there are substantial gaps in knowledge (training and outreach programs). In low-income nations, there are numerous dramatic market swings in outputs, production variables, and awareness; as a result, the mechanisms of diffusion, adoption potential, and profitability are likely to be diverse across a wide range of technologies, which have been the primary barrier to agricultural practice acceptance [32,33]。在农业风险和不确定性普遍存在,有脱节的决策和利润的实现。DCR收养许多因素影响,包括作物保险范围、采用新技术经验,经济水平,和决策者时代,所有这些都必须考虑在开发策略和程序。

3所示。作物轮作的例子

轮作增加收益和利润,并允许持续生产。轮作与豆类不仅增加种植密度也增加了食品的可用性和网络总回报的销售。使用豆类在轮作可以提供大量的氮(N)成功的作物。尼泊尔农业系统和种植模式是高度由地理。常见的作物轮作普遍在尼泊尔在桌子上1。

4所示。角色的多样化的作物轮作

4.1。土壤健康改善

研究人员和农民一直在开发和维护土壤健康的方法。农业生产者和院士发挥重要作用在防止无意土壤损耗通过关注长期可持续性。土壤健康和质量是影响农业生产方法等多样化的作物种植,轮作和相关间作从各种各样的空间和时间的角度(35]。多样化的作物轮作不仅对作物生产的优化至关重要,而且对提高土壤健康通过增加土壤肥力,养分效率,防止土传疾病的传播(36,37]。所涉及的广泛主题的主题增加土壤健康探索进一步下降。

4.2。抵抗疾病

在不同作物轮作,打破疾病周期在一个土壤剖面是极其有益的。病原体形成单一的协助下在同一农田。没有旋转,这种感染可以在土壤和超越传播扩散,引起植物病害暴发变得更加严重。单一的耕作方法可以作为疾病的寄主植物茁壮成长。病原体旋转周期中断,导致植物的生长属于一个不同的家庭,作为植物病原体不能感染属于一个不同的家庭。因此,土壤中的病原体人口迅速下降。考虑七年不同轮作周期,其中包括三年的苜蓿,两年的智利胡椒粉,和前两年的棉花回到紫花苜蓿。紫花苜蓿、智利、和棉花三个植物对应各种各样的农作物。这三个plants-alfalfa、智利和cotton-belong不同作物的家庭,所以他们可以帮助打破疾病周期和提高生产力38,39]。通过将害虫周期,降低杂草和疾病,改善土壤质量,维护生态系统,DCR艾滋病害虫管理(40]。

通过缩短的生命周期土传病菌与一种植物或农作物的基因型,及提供了一个发展的好机会一定soil-functional微生物(41]。例如,不同基因型的鹰嘴豆(品种)或旋转营养作物(豌豆、鹰嘴豆等)会影响土壤的微生物功能以及脉冲作物和随后的小麦作物的性能(42]。不同植物物种,特别是产生残留物和根分泌物,可以改善土壤的微生物种群的多样性和效率以及土壤C、N循环(17,36,43]。及实现的目标是提高微生物种群和土壤异质性(35]。不同微生物与植物根系,促进土壤质量与更大范围的土壤微生物(44]。

4.3。土壤理化性质的改善

多样化的作物轮作方法作为覆盖作物播种两种形式之间的经济作物集成根系分泌物和生物量维持土壤侵蚀的物理化学成分。通过创建和根际土壤的分泌或出现,根和相关菌丝的交互或降解稳定和不稳定的组件,建立弹性biopores,可能会影响这些植物的根和残余部分众多元素保留土壤质量。这项研究在45]报道小和不一致的土壤地下水面和体积的差异聚集配套使用的作物如小麦或卢平在南澳大利亚。同样,在工作46)发现后油菜和卢平种植;土壤是更多的渗透和减少土壤硬度。后收获多样化的作物根部后豌豆和大麦和占土壤大孔隙的生产的积累,土壤固体和更持久的粒子。值得注意的是,non-AMF(丛枝菌根真菌)主机都是卢平和油菜,这使得它难以解释的变化累积稳定支持glomalin发展匹配的AMF (47关于其他作物的近代史。此外,某些nonmycorrhizal植物物种,如油菜、芥菜,可能无法形成共生关系与特定rhizobacterial特性随着越来越多的化肥是必需的,因此改变生理土壤结构和生育能力在不久的将来48]。

4.4。土壤质量维护

不言而喻,土壤与完美的物理、化学和生物特性改善土壤质量的农业系统。例如,wheat-pulse轮作可以改善土壤条件和提高系统效率49- - - - - -51]。

的作者(52- - - - - -55)发现,四年wheat-fallow紫花豌豆(Pisum一)旋转提供足够的覆盖保护,防止土壤退化的土地的物理结构。根据某些记录研究[56];多元化与+轮作种植制度有利于增加土壤水分保护和提高土壤氮的供应。这项研究在55]发现作物肥田黑麦和钟穗(钟穗tanacetifolia L。)成功地吸收氮和水,减少硝酸浸出在灌溉西兰花(芸苔属植物oleraceavar。italica)70%,减少化肥消费在土壤中。

多样化的作物系统有很多实质性的优势已经记录了世界各地。多元化种植计划,例如,提高水分利用效率和粮食生产结合谷物与阔叶作物(57]。据两位全球研究[24,56,58),轮作多样化或更好的作物轮作与土壤有机碳(SOC)水平高于单作[59,60]。一般来说,作物轮作系统的不同的丰度,均匀性和色散作物残留导致的土壤酶活性高于轮作系统(61年]。

高土壤组件质量已被证明对作物生产力(有积极的影响62年]。农民可以提高管理的杂草、昆虫和疾病,减少土壤枯竭,促进SOC和固氮作用在农业生产过程中通过种植不同作物在同一位置(轮作)。例如,在两个电流长期旋转测试一致的玉米、一致的大豆,玉米,和corn-soybean-wheat旋转,最多元化的旋转corn-soybean-wheat旋转土壤的有机碳能力增加了7%一致的大豆相比,旋转和耕作与土壤有机碳的相互作用大于7%标准农业(22]。相互保留或增强这些植物的输出能力可以提供一个额外的好处32,63年]。采用一个更广泛的各种各样的农作物,SOC封存,土壤成分,可以增强而提高生产和质地,减少土壤和环境破坏49,56,64年]。

5。农艺作物轮作的影响

通过替换休耕期种植不同的作物,补充土壤养分,作物轮作有助于提高生产力。轮作也在对抗艾滋病的侵蚀力。作物轮作的农艺影响表给出2。

6。多样化的作物轮作的好处

6.1。经济利益的多样化的作物轮作

早在当前农业系统的发展,其经济和生态价值被认可。不同作物轮作包括杂草、疾病、昆虫和线虫管理;减少水土流失;土壤肥力的维护和提高效率;生态资源保护;和更低的威胁,市场风险(66年- - - - - -72年]。

6.2。减少生产风险

作物多样化是最具成本效益的解决方案之一,减少农民之间的收入不稳定,特别是在贫困的小农(73年]。防止生产风险或控制资源有限当播种或收获,农民经常使用这种策略之前通过选择多样化的作物轮作。最新数据的经济净回报从美国中西部作物轮作表明,增加土地效率降低外部投资,同时增加作物产量(74年]。农民可以得到混凝土带来极大的好处,alfalfa-containing作物轮作同时最小化耐除草剂的风险巨大的豚草害虫,根据随机研究的结果(75年]。及与生产各种农业投入的增加以及系统性的经济转型中,农业占GDP的一个更大的部分合同(76年]。持续的金融危机,快速的需求波动,增加了技术突破提供一个清晰的激励使作物多样化,降低农业系统风险。

6.3。增加农民的收入

许多研究人员,包括(77年在津巴布韦,[78年在萨尔瓦多和洪都拉斯,(79年在巴西亚马逊河,发现了一个重要的有益作物多样化旋转和总农业产量之间的关系。根据(77年从不同轮作系统),增加产量导致更高的全年收入的农民。同样的,(78年)显示,农业收入平均增长21%在所有样本在这项研究中,尽管[79年)发现了一个普遍良好关系多元化和收入在巴西亚马逊河。此外,集成在同一地区不同的农作物可以提高农民收入和稳定他们(80年,81年]。

6.4。提高农作物产量

在世界各地不同种植农业生态系统管理是一种常见的元素,生产力通常是更健壮的和一致的整个时间66年,82年]。相比标准double-crop旋转,DCR野外研究2003年至2011年在爱荷华州地区发现作物产量提高,农业投入下降,杂草已经减少。与单个系统相比,使用不同轮作策略可以有协同效应,导致增强的奖励(58]。在轮作,从土壤中养分的可用性提供了充足的营养植物,确保成功产生的收益。

6.5。高韧性位置

多年作物轮作,需要更少的商业化肥和其他农业投入包括肥料和作物养分循环,带状施肥,和化学害虫控制输入,可以帮助减少依赖外部输入(83年]。采用DCR在一个特定的序列,如corn-soybean-wheat-oats corn-soybean-wheat, corn-soybean-wheat, corn-soybean-oats,土壤和覆盖作物,有助于保持健康减少化肥的使用。深红色的三叶草,年度黑麦草、燕麦、黑麦、谷物和油类萝卜是覆盖作物的例子,可以改善土壤结构,提高土壤有机质,提高水的渗流,抑制杂草,减少水土流失,修复后残余氮粮食收成(84年]。这些积极的覆盖作物效应可以提高农场盈利能力通过降低费用(例如,通过减少需要商业肥料)或增加产量(通过提高土壤质量和肥力)。例如,在密歇根,(85年)发现,使用覆盖作物corn-soybean-wheat旋转减少硝酸浸出,同时保持盈利能力。因此,整合不同作物轮作好处农民通过减少他们依赖外部输入,导致财务收益。因此,实施多样化的作物轮作使农民为了减少外部输入的弹性,支持他们与经济效益。

7所示。及采用的障碍

7.1。资源的限制

由于缺乏必要的机器,投资基础设施和专业知识,以及研究证明,及措施很少应用(72年,86年- - - - - -90年]。最重要的挑战之一的采用这个策略是金融,作为额外的作物融入正常的旋转可能需要农民进行巨大的前期投资,如在新机器,和强加额外的短期成本。此外,大多数农民从其他人短期合同,租赁土地不允许长期计划或激励土壤或生产的发展。缺乏经验,融资获得投资有限,缺乏技术支持和知识通过利益相关者和农民都被确认为重要采用多样化的作物轮作障碍(89年,91年]。此外,缺乏市场被广泛承认的形式障碍扩展旋转不同的作物,与一些农民参与生物质市场,尽管这些市场目前非常规范(89年]。尽管保护性农业的潜在好处,多样化的作物轮作等提高农作物产量,通过减少土壤侵蚀、土壤健康中水回用效率,以及其他因素,其采用率较低。

信息获取问题和缺乏理解可以阻碍广泛采用(68年]。此外,由于预算分配不足,流动性的不足,过时的知识,人员配备不足,和较低的员工士气,基本障碍新保护方法是沟通技巧的应用和技术扩散(92年]。农作物保险和信贷限制其他重要障碍是这种方法的采用,因为银行不熟悉长周期的盈利潜力和不同种植制度有时在复杂的旋转和在这个领域不愿发放贷款。农民通常需要保证新方法是可行的,可以有效地实现他们的位置,可以有利于他们的底线。

同样,DCR收养是受限于缺乏强化和机构协调,包括公共和私人机构,缺乏投资和生产风险的顾虑,和缺乏战略研究解决传播和实现。除了这些以外,气候问题、技术及适应问题,农民发展模式、曝光和展览和示范局限性的主要障碍是DCR适应规模更大、更广泛的(89年,93年]。因为DCR概念是一种相对较新的系统在农业社区,他们可能不愿接受它因担心经济损失从新任旋转相比他们的旧的旋转更少的作物,他们已经熟悉了很长一段时间。

8。结论

多样化的作物轮作越来越流行的工具保持可持续作物生产随着人们越来越关注环境影响最小的需要提供高质量的食品。DCR鼓励有益的土壤微生物及其交互作用,打破了疾病周期,减少杂草的数量。及改善土壤理化性质,提高土地利用效率和作物生产力。这是一个宝贵的实践长期盈利能力。农民需要灵活和经济多样化的作物轮作,为了应对市场需求。政策和组织支持需要采用多样化的作物轮作实践在农夫的水平。科学界应该集中他们的当前和未来的研究策略和努力发展则受轮作制度,适应不断变化的气候条件。

数据可用性

数据支持这个研究的发现可以要求从相应的作者。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

作者想表达他们的巨大的快乐和深刻的承认刑警库,AFU图书馆,图书馆事业单位为本文提供信息和数据。

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