14.4: Стале сільське господарство
- Page ID
- 3782
Стале сільське господарство - це метод землеробства, який не виснажує природні ресурси та не погіршує навколишнє середовище, і тому може продовжуватися до невизначеного часу. Сталі ферми часто покладаються на компоненти місцевих екосистем. Наприклад, вони можуть сприяти умовам природного розкладання відходів або використовувати природних ворогів для боротьби зі шкідниками через хижацтво або конкуренцію. Більш конкретно, 1977 та 1990 «Законопроекти про фермерське господарство» описують стале сільське господарство як «інтегровану систему практик рослинництва та тваринництва, що має специфічне застосування, яке в довгостроковій перспективі:
- задовольнити потреби людини в їжі і клітковині;
- підвищення якості навколишнього середовища та природно-ресурсної бази, від якої залежить аграрна економіка;
- максимально ефективно використовувати невідновлювані ресурси та внутрішньогосподарські ресурси та інтегрувати, де це доречно, природні біологічні цикли та засоби контролю;
- підтримувати економічну життєздатність фермерських господарств;
- підвищити якість життя фермерів і суспільства в цілому».
Сприяння біорізноманіттю є ключовим фактором сталого сільського господарства, і високі результати біорізноманіття непошкоджених екосистемних послуг, таких як циклічність поживних Це узгоджується з метою сталого сільського господарства: імітувати процеси, що відбуваються в природних екосистемах. На відміну від монокультур промислового сільського господарства, полікультурне землеробство є звичайною практикою в сталому сільському господарстві. Це допомагає регулювати шкідників та підтримувати родючість ґрунту (див. Нижче). Насіннєві банки, місця, в яких зберігається багато різних видів насіння, є ключовими для збереження генетичного різноманіття сільськогосподарських культур. Ці місця зберігання досить холодні, щоб зберегти насіння замороженими природним шляхом (рис.\(\PageIndex{a}\)).

Комплексна боротьба зі шкідниками
Інтегрована боротьба з шкідниками (IPM) відноситься до суміші керованих фермерами екологічно орієнтованих практик боротьби зі шкідниками, які прагнуть зменшити залежність від синтетичних хімічних пестицидів. Він використовує кілька методів одночасно для боротьби з популяціями шкідників. Етапи комплексної боротьби зі шкідниками полягають у (1) виявленні справжніх шкідників, (2) встановленні порогових значень та моніторингу (рис.\(\PageIndex{b}\)) та (3) розробці плану дій. Оскільки багато комах, мікробів та інших організмів, що знаходяться в сільськогосподарській місцевості, мають нейтральну або корисну дію, видаляти їх не потрібно. Справжніми шкідниками є ті, які завдають економічної шкоди, і вони управляються (утримуються нижче економічно шкідливих рівнів), а не викорінюються.

План дій IPM спирається на чотири типи контролю: культурний, механічний, біологічний та хімічний. Ці методи перераховані в порядку найменшого впливу на навколишнє середовище і, таким чином, застосовуються в такому порядку. Наприклад, спочатку робиться спроба культурного контролю. Якщо це не ефективно, до плану додається механічне управління тощо. Хімічний контроль використовується в крайньому випадку і зменшується в плані IPM. Коли необхідно використовувати пестициди, їх підбирають та застосовують таким чином, щоб мінімізувати несприятливий вплив на корисні організми, людину та навколишнє середовище. Прийнято розуміти, що застосування підходу IPM не обов'язково означає усунення використання пестицидів, хоча це часто трапляється, оскільки пестициди часто надмірно використовуються з різних причин.
Альтернатива обприскуванню: Больовий контроль в Шаньдуні
Фермери в Шаньдуні (Китай) використовували інноваційні методи боротьби з зараженням болтовим черв'яком у бавовні, коли ця комаха стала стійкою до більшості пестицидів. Серед реалізованих заходів контролю були:
- Застосування стійких до шкідників сортів і міжсів'я бавовни з пшеницею або кукурудзою.
- Використання ламп і гілочок тополі для уловлювання та вбивства дорослих особин, щоб зменшити кількість дорослих особин.
- Якщо використовувалися пестициди, їх наносили на частини стебла бавовняного рослини, а не шляхом обприскування всього поля (для захисту природних ворогів болчерв'яка).
Ці та деякі додаткові засоби біологічного контролю були ефективними для контролю популяцій комах та стійкості до комах, захисту навколишнього середовища та зниження витрат.
Культурний контроль
Культурний контроль стосується мінімізації умов, які дозволяють шкідникам процвітати та поширюватися. Приклади включають чергування того, які культури висаджуються щороку (сівозміна), посадка декількох видів культур поруч один з одним (перехрещення; малюнок\(\PageIndex{c}\)), вибір стійких до шкідників сортів і посадка підщепи без шкідників (підземних частин рослин). Сівозміна запобігає тому, що шкідники, які спеціалізуються на певному виді культури, продовжуються з року в рік, оскільки їх рослини-господаря доступні лише в певні роки. Аналогічним чином перехрещення просторово обмежує поширення шкідників. Стрічкова обрізка - це вид перехрещування, який передбачає вирощування різних видів культур в чергуються рядах. Шкідники можуть заражати один (або кілька) рядів своїх видів господарів, але їм доведеться рухатися повз декількох рядів негосподарів, щоб отримати доступ до додаткових рослин-господарям. Крім того, культурний контроль може включати оптимізацію зрошення та внесення добрив для сприяння захисту рослин та обмеження поширення хвороб. Методи культурного контролю можуть бути дуже ефективними та економічно ефективними та не представляють ніякого ризику для людей чи навколишнього середовища.

Механічне управління
Механічний контроль відноситься до фізичного видалення шкідників або виключення їх за допомогою бар'єрів (рис.\(\PageIndex{d}\)). Механічні засоби управління, що видаляють шкідників, включають липкі пастки для комах, пастки для кротів та видалення бур'янів вручну. Сітки для виключення птахів, огорожі оленів та тканини від бур'янів, пластикові бар'єри для бур'янів (малюнок\(\PageIndex{c}\)) або мульча є додатковими прикладами механічного контролю.

Біологічний контроль
Біологічний контроль - це використання організмів для зменшення популяції шкідників (також див. Інвазивні види). Одна стратегія біологічного контролю передбачає звільнення природних ворогів, таких як хижаки, паразити або паразитоїди організмів шкідників (паразитоїди схожі на паразитів, але вони послідовно вбивають своїх господарів). Домашні садівники також можуть розраховувати на природних ворогів, купуючи для випуску богомолів, сонечок (жуків-сонечок) або мереживні крила (малюнок\(\PageIndex{e}\)). Успішні приклади включають жуків-сонечок для пригнічення популяції попелиць, паразитоїдних ос для боротьби з білокрилками та гриби, такі як триходерма, для придушення захворювань рослин, спричинених грибками.

Якщо не використовувати обережно, хімічний контроль може мати ненавмисні негативні наслідки для біологічного контролю. У 1887 році шкала бавовняної подушки (родом з Австралії) була руйнівна цитрусові гаї Каліфорнії. Американський ентомолог поїхав до Австралії, щоб знайти природного ворога і повернувся з жуком-ведалією, видом жука-сонечка. Випущений в Каліфорнії жук швидко привів масштаб під контроль, по крайней мере, до 1946 року. У той рік шкідник здійснив драматичне повернення. Це збіглося з першим застосуванням забороненого зараз пестициду дихлордіфенілтрихлоретан (ДДТ) в гаях. ДДТ не тільки вбив цільових комах-шкідників, але й вбив жука-ведалії. Тільки змінюючи процедури розпилення та повторне введення жука, комаха знову контролювалася.
Інша стратегія біологічного контролю передбачає звільнення стерильних самців, які конкурують з родючими самцями за товаришів, в кінцевому підсумку зменшуючи чисельність популяції шкідників Ця методика вперше була застосована проти гвинтовоїчерв'ячної мухи, серйозного шкідника великої рогатої худоби (фігура\(\PageIndex{f}\)). Самка мух відкладає свої яйцеклітини в болячки або інші відкриті рани на тварин. Після вилуплення личинки поїдають тканини свого господаря. Роблячи це, вони піддають ще більшу площу відкладенню яєць, часто нарешті вбиваючи господаря.

До викорінення з південно-східних Сполучених Штатів гвинтовий черв'як спричиняв величезні щорічні втрати худоби. Стерильна чоловіча техніка передбачає вивільнення заводських та стерилізованих мух у природну популяцію. Стерилізація проводиться шляхом піддаючи заводських мух достатньо гамма-випромінювання, щоб зробити їх стерильними, але недостатньо, щоб зменшити їх загальну енергію.
Починаючи з початку 1958 року, до 50 мільйонів стерилізованих мух було випущено щотижня з літаків, що літають над Флоридою та частинами сусідніх штатів. Кожен раз, коли родюча самка в природній популяції спаровувалася зі стерильним самцем, самка відкладала стерильні яйцеклітини. Оскільки самки спаровуються лише один раз, її репродуктивна кар'єра закінчилася. На початку 1959 року шкідник був повністю ліквідований на схід від річки Міссісіпі. Проблема в південно-західних штатах була більш складною, оскільки муха зимує в Мексиці і могла переміщатися через кордон з кожним новим сезоном. Незважаючи на це, розширивши програму, включивши також Мексику, муха гвинтового черв'яка була остаточно ліквідована з Мексики в 1991 році.
Стерильна чоловіча методика також успішно контролювала середземноморську дрозофілу («медфлай»), руйнівну дрозофілу цитрусових, персиків, груш та яблук в Каліфорнії.
Хімічний контроль
Хімічний контроль відноситься до використання пестицидів. Якщо потрібен хімічний контроль, IPM сприяє високоцільовим хімічним речовинам, таким як феромони, щоб порушити спаровування шкідників. Феромони - це хімічні сигнали, що випускаються тваринами для спілкування з іншими представниками свого виду. Люди і багато видів комах, так звільнити феромони, які функціонують в залученні товаришів. Випуск феромонів комах-шкідників може заплутати самців, які шукають товаришів, і в кінцевому підсумку перешкоджати їм розмноження (малюнок\(\PageIndex{g}\)). Ця «чоловіча плутанина» була успішною проти рожевого болчерв'яка, який заражає бавовна і зменшив потребу в звичайних хімічних інсектицидах на 90%. Феромони також були успішними проти шкідників, які атакують помідори, виноград та персики. Якщо цільові хімічні речовини не ефективні, IPM може використовувати звичайні пестициди, в ідеалі наносячи їх лише на ті місця, які вони потрібні, і в найнижчій ефективній концентрації. Трансляція обприскування неспецифічних пестицидів - це крайній захід.

Сталі практики підтримки родючості ґрунту
Різноманітні стійкі практики можуть підтримувати якість ґрунту. Багато з цих стратегій мають додаткові переваги, такі як регулювання шкідників, обмеження зміни клімату та запобігання забрудненню води. Ці методи збагачують ґрунт поживними речовинами, забезпечують належну водоутримуючу здатність (здатність ґрунту утримувати воду) та обмежують процеси, що руйнують ґрунт, такі як ерозія та ущільнення.
Сівозміна
Як вже говорилося раніше, сівозміни - це планові послідовності різних культур з плином часу на одному і тому ж полі (рис.\(\PageIndex{h}\)). Обертові культури забезпечують переваги продуктивності, покращуючи рівень поживних речовин у ґрунті та порушуючи цикли шкідників культур. Фермери також можуть вибрати обертати сільськогосподарські культури, щоб зменшити виробничий ризик за рахунок диверсифікації або керувати дефіцитними ресурсами, такими як робоча сила, під час посадки та збирання врожаю. Ця стратегія зменшує витрати на пестициди, природно порушуючи цикл бур'янів, комах та хвороб. Також трава та бобові в обертанні захищають якість води, запобігаючи надходженню надлишків поживних речовин або хімічних речовин у водопостачання.

Перехрещення
Перехрещення означає вирощування двох або більше культур у безпосередній близькості один від одного протягом частини або всіх їхніх життєвих циклів для сприяння поліпшенню ґрунту, біорізноманіття та боротьбі з шкідниками. Включення принципів взаємодії в сільськогосподарську операцію збільшує різноманітність та взаємодію між рослинами, членистоногими, ссавцями, птахами та мікроорганізмами, що призводить до більш стабільної екосистеми сільськогосподарських культур та більш ефективного використання простору, води, сонячного світла та поживних речовин (малюнок\(\PageIndex{i}\)). Цей спільний тип управління сільськогосподарськими культурами імітує природу і піддається меншій кількості спалахів шкідників, покращенню циклічності поживних речовин та поглинання поживних речовин врожаю, а також підвищенню проникнення води та утримання вологи. Якість ґрунту, якість води та середовище існування дикої природи - все це приносить користь.

Поширений приклад стрічкового обрізки (тип перехрещення; див. Вище) передбачає чергування врожаю рядів, таких як кукурудза, з ґрунтопокривної культурою, такою як люцерна. Грунтопокривна культура сприяє зменшенню стоку води та затримує ґрунт, розмитий від міжрядкової культури. Якщо ця почвопокривна культура є членом сімейства бобових, таких як люцерна або соя, і пов'язана з азотфіксуючими бактеріями, то чергування смуг від однієї посадки до іншої також може допомогти зберегти родючість верхнього шару грунту.
Покривні культури
Покривні культури - це ті, які висаджують в міжсезоння, щоб не залишати грунт голою. Вони можуть запобігти ерозії ґрунту та вітру, покращувати фізичні та біологічні властивості ґрунту, постачати поживні речовини, придушувати бур'яни, покращувати доступність ґрунтової води та порушувати цикли шкідників разом із різними іншими перевагами. Покривні культури часто є членами сімейства бобових і допомагають збагатити грунт корисним азотом. Можна висаджувати окремий вид або суміш покривних видів культури (рис.\(\PageIndex{j}\)).

Агролісомелівництво
Агролісомеліорація - це процес посадки рядів дерев упереміш з грошовою культурою (рис.\(\PageIndex{k-l}\)). Окрім запобігання вітрової та водної ерозії ґрунту, дерева забезпечують тінь, що сприяє збереженню вологи в ґрунті. Гниюча деревна підстилка також забезпечує деякі поживні речовини для міжпосаджених культур. Самі дерева можуть забезпечити грошовий урожай. Наприклад, плодові або горіхові дерева можуть бути висаджені зерновою культурою. Ви можете дізнатися більше про агролісомеліорацію за допомогою цього інтерактивного сайту Міністерства сільського господарства та лісової служби США.

Контурне та терасне землеробство
Контурне землеробство передбачає оранку і посадку рядів культур по природним контурам пологих земель (малюнок\(\PageIndex{l}\)). Лінії посівних рядів перпендикулярно схилу сприяють уповільненню стоку води, гальмують утворення каналів води, обмежують ерозію ґрунту (і результуючу втрату поживних речовин). Терасування - поширена техніка, яка використовується для боротьби з водною ерозією на більш крутих схилах пагорбах і горах (малюнок\(\PageIndex{l}\)). Широкі рівні тераси побудовані по контурах схилів, і вони виступають в ролі гребель, що захоплює воду для посівів, зменшуючи стік і обмежуючи ерозію.


Мінімальний обробіток ґрунту та сільське господарство
У сучасній сільськогосподарській практиці важка техніка використовується для підготовки посівного ложа до посадки, боротьби з бур'янами, збору врожаю. Використання важкого обладнання має багато переваг у економії часу та праці, але може спричинити ущільнення ґрунту та порушення роботи природних ґрунтових організмів. Проблема ущільнення ґрунту полягає в тому, що підвищена щільність ґрунту обмежує глибину проникнення коренів і може перешкоджати правильному росту рослин. Інший аспект обробки ґрунту (змішування ґрунту) полягає в тому, що це може призвести до більш швидкого розкладання органічних речовин через більшу аерацію ґрунту. На великих площах сільськогосподарських угідь це має ненавмисний наслідок виділення більшої кількості оксидів вуглецю та азоту (парникових газів) в атмосферу, тим самим сприяючи зміні клімату.
Одним з найпростіших способів запобігти цим проблемам є мінімізація кількості обробітку грунту, або перевертання грунту. При мінімальному обробітку ґрунту (консерваційний обробіток) або no-till сільському господарстві земля порушується якомога менше, залишаючи рослинні залишки на полах (рис.\(\PageIndex{m}\)). Спеціальні сівалки вводять нове насіння та добрива в нерозораний грунт. Обробка ґрунту полів допомагає розщеплювати грудки, які раніше були ущільнені, тому передовий досвід може відрізнятися на ділянках з різною текстурою та складом ґрунту. При правильному плануванні мінімальний обробіток ґрунту та сільське господарство може одночасно обмежити ерозію та ущільнення ґрунту, захистити ґрунтові організми, зменшити витрати (якщо виконувати правильно) та сприяти інфільтрації води. Крім того, вуглець може фактично потрапляти в грунт за допомогою цих методів, тим самим пом'якшуючи зміни клімату. Мінімалістичне сільське господарство або сільське господарство виявилося великим успіхом в Латинській Америці і використовується в Південній Азії та Африці. Однак недоліком цього методу є те, що рослинні залишки можуть служити хорошим місцем проживання комах-шкідників і хвороб рослин.

Вітровки
Створення вітрозахисних заломів шляхом посадки високих дерев по периметру фермерських полів може допомогти контролювати наслідки вітрової ерозії грунту (малюнок\(\PageIndex{n}\)). Вітроутворення знижують швидкість вітру на рівні землі, важливий фактор вітрової ерозії. Вони також допомагають затримувати сніг у зимові місяці, залишаючи грунт менш оголеним. В якості побічної вигоди вітрові пробки також забезпечують середовище проживання птахів і тварин. Одним з недоліків є те, що вітрові перегородки можуть бути дорогими для фермерів, оскільки вони зменшують кількість наявних сільськогосподарських угідь.

Органічне сільське господарство
Органічне сільське господарство часто включається в стале сільське господарство (рис.\(\PageIndex{o}\)). Щоб бути сертифікованими як органічні, ферми повинні уникати використання синтетичних пестицидів, синтетичних добрив та генетично модифікованих організмів (рис.\(\PageIndex{p}\)). Органічне м'ясо, птиця, яйце та молочні продукти надходять від тварин, яким не дають антибіотиків або гормонів росту. Натомість шкідники можуть контролюватися природними ворогами або природними речовинами, такими як олія німу або діатомова земля. Деякі органічні альтернативи синтетичним пестицидам мають відносно низький вплив на навколишнє середовище (наприклад, сольовий спрей), але є багато природних сполук, які все ще токсичні для людей або завдають екологічної шкоди при широкому використанні. Цікаво, що зовнішнє застосування Bt токсину схвалено для органічного землеробства, але використання генно-інженерних культур Bt не є. Останнє призводить до зниження концентрації Bt токсину в навколишньому середовищі, оскільки він локально виробляється безпосередньо самими рослинами. Підсумовуючи, хоча багато практик органічного сільського господарства приносять користь навколишньому середовищу та відповідають цілям сталого розвитку, деякі органічні ферми не є стійкими, а деякі стійкі ферми не є органічними.


Вибір споживачів, який підтримує стале сільське господарство
Навіть якщо ви не фермер або законодавець, ви маєте право просувати стале сільське господарство як споживача. Як обговорювалося в Food Chains та Food Web, для виробництва м'яса, як правило, потрібно більше землі та енергії в порівнянні з продуктами на рослинній основі через неефективну передачу енергії з одного трофічного рівня на інший. З цієї причини дієти на рослинній основі, як правило, є більш стійкими, але це залежить від видів споживаних продуктів та способу їх виробництва.
Місцева їжа не тільки свіжіша, але і вимагає менше продовольчих миль (цифра\(\PageIndex{q}\)). У певному сенсі органічна їжа спричиняє меншу деградацію навколишнього середовища, але зауважте, що органічна не обов'язково означає стійку (див. Вище). Оскільки він обмежує машини, синтетичні пестициди та синтетичні добрива, він має менший вуглецевий слід (тобто мінімізує внесок у зміну клімату). Clean 15 - це список продуктів з низьким вмістом залишків пестицидів. Якщо ви не можете дозволити собі всі органічні продукти, це найкращі товари для придбання неорганічних. Приклади включають авокадо, солодку кукурудзу та ананас. У списках брудної дюжини виробляється найбільше залишків пестицидів. Якщо ви можете дозволити собі лише кілька органічних предметів, їх найкраще придбати органічні. Приклади включають полуницю, шпинат та нектарини. Нарешті, деякі продукти, такі як яловичина, мають більший вуглецевий слід та водний слід, ніж інші.

Майбутнє концепції сталого сільського господарства
Багато в сільськогосподарському співтоваристві прийняли почуття терміновості та напрямки, на які вказує концепція сталого сільського господарства (рисунок\(\PageIndex{r}\)). Стійкість стала невід'ємною складовою багатьох урядових, комерційних та некомерційних досліджень у сільському господарстві, і вона починає вплітатися в сільськогосподарську політику. Зростаюча кількість фермерів та скотоводов почали власні шляхи до сталого розвитку, включивши інтегровані та інноваційні підходи у власні підприємства.

Атрибуції
Модифікований Мелісою Ха з наступних джерел:
- Стале сільське господарство з екологічної біології Метью Фішер (ліцензований відповідно до CC-BY)
- Грунти з AP Environmental Science за підготовкою до коледжу Каліфорнійського університету, Каліфорнійський університет (ліцензований відповідно до CC-BY). Завантажте безкоштовно на CNX.
- Визначення сталого розвитку. УДА. Доступ до 01-05-2021. (суспільне надбання)
- Біологічний контроль з біології Джона Кімбалла (ліцензований під CC-BY)
- Принципи комплексного управління шкідниками (IPM). ЕПА. Доступ до 01-05-2021 (публічне надбання)
- Покривні культури та здоров'я ґрунту. Служба охорони природних ресурсів, USDA. Доступ до 01-06-2021. (суспільне надбання)
