온대골목의 다기능성 - 고무 그로밋 그룹

커뮤니케이션 지구 및 환경 4권, 기사 번호: 20(2023) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

집중적으로 관리되는 개방형 농경지는 생산성이 높지만 환경에 해로운 영향을 미치는 경우가 많습니다. 비록 포괄적인 분석이 부족하더라도 온대 혼농임업은 잠재적으로 생태계 기능을 향상시킵니다. 여기서 우리는 농경지의 7가지 생태계 기능에 대한 47개 지표와 초원의 4가지 생태계 기능에 대한 16개 지표에 대한 1차 데이터를 측정하여 골목 경작 혼농임업이 개방형 농경지 및 초원과 비교하여 어떻게 수행되는지 평가했습니다. 농경지 혼농임업의 경우 탄소 격리, 토양 생물학적 활동 서식지 및 풍식 저항성이 개선된 반면(P < 0.03), 초원 혼농임업의 경우 탄소 격리만 개선되었습니다(P < 0.01). 농경지 혼농임업에서는 관례적인 높은 시비율로 인해 토양 영양 순환, 토양 온실가스 감소 및 수질 규제가 개선되지 않았습니다. 골목 경작 혼농임업은 개방형 경작지에 비해 다기능성을 높였습니다. 혼농임업의 환경적 이점을 개선하려면 영양소의 보다 효율적인 사용이 필요합니다. 재정적 인센티브는 개방된 농지를 골목 경작 혼농임업으로 전환하고 비료 관리를 통합하는 데 초점을 맞춰야 합니다.

산업화된 국가의 현재 농업 관행은 높은 농장 수준의 생산성과 이익에 초점을 맞추고 있습니다. 그러나 외부 비용(예: 토양 악화, 수질 오염, 온실가스(GHG) 배출 증가, 생물 다양성 손실)1,2,3,4은 가격에 포함되지 않으며 사회 전체가 부담합니다. 그럼에도 불구하고, 집중적으로 관리되는 농경지 단일재배는 의심할 여지 없이 농업 생산에서 놀라운 성과를 보여줍니다5. 환경에 해로운 몇 가지 결과로 인해 현대 농업 시스템은 높은 생산량뿐만 아니라 생물 다양성과 탄소 격리를 촉진하고 환경 오염과 토양 황폐화를 줄이는 중요한 생태계 기능과 경관 특징을 제공하는 데 초점을 맞춰야 한다는 인식이 높아졌습니다. 건강한 토양과 그 기능을 유지하는 것은 지속 가능한 집약적 농업 시스템을 추구하는 데 핵심 요건입니다8.

혼농임업은 농생태학 관리의 유망한 형태로 예상됩니다9. 현재, 농경지 단일재배와 비교하여 혼농임업의 환경 성과와 연계된 재정적 인센티브를 포함시키려는 논의가 있습니다(예: 유럽 공동 농업 정책10). 이러한 재정적 인센티브에는 여러 생태계 기능을 동시에 제공할 수 있는 능력("다기능성"11이라고도 함)을 포함하여 생태계 기능에 대한 포괄적인 평가가 필요합니다. 우리의 연구는 온대 골목 경작 혼농임업의 다기능성(즉, 짧은 회전 나무 열과 번갈아 가며 작물 또는 풀을 기계화하여 재배하는 것12,13,14)을 농경지를 개방하고 아무런 조치도 취하지 않고 초원을 개방하는 것과 비교함으로써 이러한 지식 격차를 메웁니다. 나무. 개별 연구에서는 토양 유기 탄소 증가12, 토양 미생물 및 거시 유기체의 다양성13,15, 영양분 활용 효율성14, 풍식 저항16, 질산염 침출 감소17 등 온대 혼농임업의 개선된 토양 특성 및 생태계 기능에 대한 인식이 높아지는 반면, 이는 복제된 현장 기반 설계를 사용하는 단일 종합 연구 내에서 온대 혼농임업과 개방형 농경지 또는 초원 간의 결합된 생태계 기능에 대한 체계적인 비교가 부족하다는 것입니다.

이 연구는 독일의 다양한 토양 유형과 기후 조건에 걸쳐 단회전 나무와 개방형 농경지 및 개방형 초원을 갖춘 골목 경작 혼농임업의 다기능성을 정량화하는 것을 목표로 했습니다. 우리 연구에서 열린 농경지는 나무가 없는 작물 단일 재배(비료 및 농약의 관례적인 적용, 보충 표 1)의 순환을 전통적으로 관리했습니다. 열린 초원은 나무가 없는 영구 초원이었습니다. 우리는 개방형 농경지와 짝을 이루는 농경지 혼농복합경영뿐만 아니라 개방형 초원과 짝을 이루는 초원 혼농복합경영의 다기능성을 평가하기 위해 5개 현장에서 4년 동안 수집된 다양한 생태계 기능9에 대한 여러 가지 뚜렷한 지표를 사용했습니다(보충 그림 1). 모든 혼농임업 시스템은 2007년에서 2010년 사이에 개방된 경작지나 개방된 초원의 전환을 통해 확립되었습니다(보충 표 1). 우리는 골목 경작 혼농임업이 개방형 경작지나 개방형 초원에 비해 유익한 생태계 기능을 촉진하고 다기능성을 촉진할 것이라는 가설을 세웠습니다. 혼농임업9의 이점을 평가하는 데 중요하다고 간주되는 생태계 기능을 기반으로 우리는 농경지의 7가지 생태계 기능에 대한 47개 지표와 초원의 4가지 생태계 기능에 대한 16개 지표를 정량화했습니다(보충 표 2-4). 여기에는 다음이 포함됩니다. 섬유 및 연료, 탄소 격리, 토양 영양분 순환, 토양 생물학적 활동을 위한 서식지, 토양 GHG 감소, 수분 조절 및 침식 저항.

0.05, Supplementary Table 4). Conversion of open cropland to agroforestry improved the soil biological habitat (P = 0.03, Fig. 1) as shown by greater earthworm biomass (P < 0.01, Supplementary Fig. 2b) and soil bacterial and fungal population sizes (P ≤ 0.03, Supplementary Table 4). In cropland agroforestry, the tree rows greatly reduced wind speed and number of days with wind erosion risk compared to open cropland (Supplementary Fig. 2c), which resulted in a substantial increase in wind erosion resistance (P < 0.01, Fig. 1). Although soil nutrient cycling, soil GHG abatement and water regulation functions did not change following conversion of open cropland or grassland to agroforestry (P > 0.05, Supplementary Table 5), two indicators improved: larger plant-available P in grassland agroforestry than in open grassland (P = 0.02) and greater gross rates of nitrous oxide (N2O) uptake in the soil under cropland agroforestry compared to open cropland (P = 0.01, Supplementary Table 4). In summary, conversion to agroforestry enhanced carbon sequestration, habitat for soil biological activity and erosion resistance functions in croplands (Fig. 1) and improved carbon sequestration in grasslands (Fig. 2). Implementation of agroforestry did not lead to a decrease in any of the measured indicators of ecosystem functions (Figs. 1 and 2 and Supplementary Tables 4 and 5)./p> 0.05, Supplementary Table 5), which we attribute to the fact that both systems have perennial plants, manifesting permanent roots28 and high plant species diversity29 combined with low fertilizer application at the studied sites30. Third, susceptibility of soil to wind erosion is not only common in Central Europe31 but is a serious global problem32 that reduces SOC, nutrient stocks, and agricultural productivity33,34. The strong reduction of wind speeds to levels below risk of wind erosion (Supplementary Fig. 2c) was a direct result of the introduction of tree rows (Fig. 1), a positive effect that is well known from shelterbelts35. This is a major motivation mentioned by farmers for their acceptance of agroforestry36./p>

6)75. The water sub-model inputs of Expert-N were climate (global radiation, temperature, precipitation, relative humidity and wind speed), soil (texture, bulk density, and Ks), all measured at our study sites, and vegetation characteristics (root biomass and leaf area index), specific to the crops or trees at the sites. Modeled soil water contents were validated with measured soil moisture contents, conducted monthly by gravimetric measurements. Nutrient leaching fluxes were calculated by multiplying the nutrient concentrations with the water drainage fluxes during the sampling period and summed for the entire year74,76./p>