Afgrøder dyrket sammen samarbejder bedre på kun to generationer

At dyrke flere fødevareafgrøder sammen er en mere bæredygtig landbrugspraksis, der efterligner højproduktive vilde plantesamfund. Denne proces, kendt som intercropping, udnytter komplementære egenskaber ved forskellige typer afgrøder for at maksimere produktionen og minimere behovet for gødning og andre miljøskadelige metoder. For eksempel har oprindelige folk i Nordamerika længe dyrket majs, bønner og squash sammen for at maksimere udbyttet af hver plante og reducere behovet for vanding eller gødning.

"De fleste kommercielle afgrøder er dog blevet avlet for egenskaber, der gør dem meget produktive i enkeltafgrøder," forklarer hovedforfatter Laura Stefan, en tidligere ph.d. studerende ved ETH Zürich og nu postdoc-forsker ved Agroscope, det schweiziske forbunds institut for landbrugsforskning. "Disse afgrøder er muligvis ikke velegnede til dyrkning i multi-afgrødesystemer, hvilket kan reducere fordelene ved interkultur."

For at lære mere om forskellige afgrøders evne til at tilpasse sig, dyrkede holdet hvede, havre, linser, hør, camelina og korianderarter i små parceller. Parcellerne omfattede 13 kombinationer af to arter, fire blandinger af fire forskellige arter, planter, der voksede enkeltvis eller i enkelt-arts parceller, i gødskede eller ugødede parceller. Holdet gentog eksperimenterne i tre på hinanden følgende år, hvert år ved at bruge frø indsamlet fra parcellerne fra det foregående år for at vurdere generationseffekterne af dyrkning i forskellige systemer. I det tredje år målte de planternes egenskaber og produktivitet.

De fandt ud af, at planter dyrket i samme multi-afgrøde-miljø i to generationer tilpassede sig til at konkurrere mindre og samarbejde mere med hinanden. Udbyttefordelen ved disse multiartsafgrøder sammenlignet med monokulturafgrøder blev dog kun øget i befrugtede parceller. Over to generationer voksede planter, der var dyrket sammen i enten monokulturer eller blandede arter, højere. De producerede også "billigere" eller tyndere blade, hvilket indikerer en vækststrategi forbundet med hurtig produktion af biomasse.

"Vores undersøgelse viser, at etårige afgrøder hurtigt tilpasser sig til at være mere samarbejdsvillige over blot to generationer, men det fører ikke til øgede udbyttefordele uden gødning," siger medforfatter Nadine Engbersen, der arbejdede på undersøgelsen som ph.d. studerende ved Institut for Jordbrugsvidenskab ved ETH Zürich, Schweiz. "Uventet voksede planterne alle til at have flere lignende egenskaber i stedet for at specialisere sig til at udfylde en unik niche."

Forfatterne foreslår, at undersøgelsens korte tidsramme - over blot tre år - kan forklare, hvorfor der ikke opstod mere differentiering. Det er usandsynligt, at der skete mange genetiske ændringer i løbet af den tid. Imidlertid kan genetisk udvælgelse af bestemte genotyper have fundet sted for de arter med eksisterende genotypisk variation. Desuden kan epigenetiske modifikationer, der tænder eller slukker gener, forklare nogle af de observerede plantetilpasninger. Mikrober eller næringsressourcer, der overføres fra en plantegeneration til den næste via frø, kan også forklare nogle af disse hurtige tilpasninger.

Længerevarende undersøgelser kan observere flere tilpasninger forårsaget af genetiske mutationer eller genetisk rekombination, omarrangering af plante-DNA-sekvenser. De nuværende resultater tyder på, at selektiv avl kunne give anledning til egenskaber, der optimerer samarbejde og udbytte i flerarter.

"Vores resultater har vigtige konsekvenser for skiftet til mere diversificeret landbrug," konkluderer seniorforfatter Christian Schöb, leder af Agricultural Ecology Group, tidligere ved ETH Zürich og nu ved University Rey Juan Carlos. "De foreslår, at forædling af planter til at vokse i blandede arter kan yderligere forbedre udbyttet og reducere behovet for gødning og andre skadelige metoder."

Forskningen blev offentliggjort i eLife . + Udforsk yderligere

Blandede kulturer for et større udbytte