Монокультура в сельском хозяйстве: преимущества и недостатки

В современном сельскохозяйственном сообществе активно обсуждаются преимущества и недостатки монокультурных систем земледелия. В основном, речь идет о том, как они способствуют деградации окружающей среды и изменению климата, а также о роли монокультурных систем в обеспечении продовольствием растущего населения планеты, которое, по прогнозам, к 2050 году достигнет 10 миллиардов человек.

Сельское хозяйство находится на таком этапе, когда оно испытывает давление, требующее повышения устойчивости, сокращения выбросов загрязняющих веществ и бережного отношения к почвенным системам, одновременно наращивая производство для обеспечения больших объемов продовольствия быстрорастущих городских районов. Как это связано с монокультурами? Давайте рассмотрим, что означает этот термин и какую роль он играет в меняющейся продовольственной системе.

Что такое монокультура?

Монокультуры — это системы земледелия, при которых на поле одновременно выращивается только один вид культуры, обычно в течение всего сельскохозяйственного сезона. Монокультуры доминируют в большинстве видов производства продуктов питания с тех пор, как в XX веке широко распространилась механизация сельского хозяйства, упростившая выращивание одной культуры за раз.

Согласно результатам исследования, основанного на анализе данных ФАО, пшеница, кукуруза, соя и рис занимают чуть менее 501 тыс. тонн мировых сельскохозяйственных земель и почти всегда выращиваются в монокультурах. В качестве альтернативы, поликультуры представляют собой системы, в которых две или более культуры выращиваются вместе на одном поле одновременно, и являются более традиционным методом управления земельными ресурсами.

Следует помнить, что хотя в монокультурах выращивают только одну культуру за раз, они могут чередовать культуры, высаживаемые на поле, из года в год, и при этом называться монокультурой. Монокультура — это термин, используемый для обозначения хозяйств, которые непрерывно высаживают монокультуры одних и тех же видов растений каждый год на одном и том же месте без чередования.

Преимущества монокультур

Монокультуры возникли в рамках индустриализированной системы производства продуктов питания, которая стремилась удовлетворить потребности глобализирующегося населения, и заложили основу для нашего сегодняшнего доступа ко многим основным продуктам питания. К преимуществам этой системы землепользования относятся:

Простота управления

Выращивание только одной культуры за раз упрощает бизнес-модель для многих фермерских хозяйств и агропромышленных предприятий. Однородность поля, засеянного одним видом растений, означает, что вся подготовка, внесение удобрений, уход за культурой и сбор урожая одинаковы на большой площади, и меньше внимания уделяется потребностям различных видов.

Монокультуры, по сути, значительно упрощают фермерам ведение сельского хозяйства, поскольку в значительной степени устраняют разнообразие и, следовательно, избавляют от необходимости управлять более сложными системными связями, которые с ним связаны.

Максимизация урожайности зерновых культур

Монокультуры, в которых практикуется севооборот от сезона к сезону, позволяют максимизировать урожайность определенных культур, которые давали бы меньший урожай при посадке в смешанных посевах с другими растениями других видов.

Как сообщается, это справедливо для таких зерновых культур, как пшеница, овес и рапс, согласно данным Вашингтонского государственного университета.⁵ Это особенно актуально для прерийных регионов, где климат благоприятствует выращиванию этих видов культур по сравнению с другими, поэтому для их выращивания требуется минимальное количество рабочей силы и ресурсов. урожайность сельскохозяйственных культур.

Однако в монокультурах, где практикуется монокультурное земледелие, урожайность обычно снижается с течением времени из-за деградации и эрозии почвы, что приводит к общему снижению плодородия земель.

Более высокие доходы от специализированного производства

Специализация является ключевым фактором на капиталистическом рынке, а монокультуры по своей природе являются узкоспециализированными, и часто одно фермерское хозяйство сосредотачивается исключительно на производстве своей монокультурной культуры.

Закупка оборудования, семян и других необходимых материалов для выращивания конкретных видов растений может осуществляться оптом, что обычно связано с более низкими ценами.

Фермеры и специалисты также приобретают высокоспециализированные знания о своей конкретной культуре, что делает их лучше подготовленными к решению таких проблем, как вредители или болезни, поскольку они работают в специфической нише, не требующей более широких знаний о многих видах растений.

Монокультуры возникли потому, что считалось, что они минимизируют затраты, оптимизируют производство и максимизируют прибыль, особенно после первоначального инвестиционного периода, и с экономической точки зрения это по-прежнему справедливо для многих предприятий.

Высокая восприимчивость к технологическим инновациям

По тем же причинам, по которым монокультуры проще в управлении, их также легче интегрировать с техникой и все более совершенными технологиями: просто в них меньше переменных факторов.

Один вид сельскохозяйственных культур, высаженный равномерно в одно и то же время, может быть удобрен и собран за один раз механизированными машинами, которые последовательно перемещаются вдоль каждого ряда, без необходимости программирования для учета других культур, которые могут находиться на разных стадиях роста или иметь разные потребности в питательных веществах.

Однородность проще в управлении и проектировании, а стремительный рост монокультур в конце XX века шел рука об руку со стремительным технологическим прогрессом в сельском хозяйстве.

Недостатки монокультур

Основные недостатки монокультур постепенно выявлялись в течение последних нескольких десятилетий, поскольку повышение осведомленности об экологических проблемах и мониторинг показали, насколько сильно промышленное сельское хозяйство влияет на местные экосистемы.

Несмотря на краткосрочные экономические выгоды, в долгосрочной перспективе и с точки зрения экологии это способствует:

Вырубка лесов

Хотя большинство видов сельскохозяйственного развития требуют вырубки лесов, монокультуры, в частности, предполагают полное обезлесение больших участков земли, лишенных растительного разнообразия, для равномерной посадки одной культуры.

Экономические преимущества монокультур, как правило, возрастают с увеличением площади обрабатываемой земли, поэтому они обычно занимают сотни или тысячи акров непрерывно, что в большинстве регионов приводит к необходимости вырубки лесов.

Это вызывает особую тревогу, когда старовозрастные леса, содержащие сложные экосистемы, уничтожаются быстрыми темпами, чтобы освободить место для монокультур; например, на Борнео и Суматре, где древние тропические леса быстро вырубаются, чтобы освободить место для монокультур масличной пальмы.

Утрата биоразнообразия

По своей природе монокультуры противоположны разнообразию. Один вид выращивается на большой площади, иногда на тысячах акров, а для уничтожения сорняков или любых других видов, угрожающих урожаю, применяются пестициды.

Это приводит к очевидному снижению биоразнообразия, что, в свою очередь, может вызвать коллапс пищевой цепи и экосистемы для местных видов флоры и фауны. Потеря многих ключевых видов связана с расширением монокультур, что, в свою очередь, вызывает эффект, известный как ‘трофический каскад’, и приводит к угрозе исчезновения или полному вымиранию многих местных диких видов.

В качестве примера, приведенного выше, следует отметить, что обширные монокультуры масличной пальмы привели к потере среды обитания и, как следствие, к угрозе исчезновения многих местных видов, таких как орангутан.

Сокращение численности опылителей

Применение глифосата, и особенно неоникотиноидных пестицидов, на больших площадях связано с резким сокращением численности пчел во всем мире.

Синдром разрушения пчелиных колоний (CCD) стал тенденцией с начала XXI века, и накапливается все больше свидетельств того, что широкое использование пестицидов играет в этом ключевую роль. Эти типы пестицидов обычно используются в крупномасштабных монокультурах, особенно для выращивания кукурузы.

Но это не единственный фактор: недостаток разнообразия приводит к уменьшению вариативности рациона выживших пчел, и в результате у них не хватает полезных бактерий, которые обеспечивают питательный и долговременный источник пищи для их колоний.

Загрязнение

Управление монокультурами во многом зависит от частого применения синтетических химикатов, таких как пестициды и удобрения, на больших площадях для борьбы с сорняками и вредителями и стимулирования роста сельскохозяйственных культур.

Хотя многие из этих синтетических удобрений считаются необходимыми для широкого распространения некоторых товарных культур, темпы их использования и последующее загрязнение местных водосборных бассейнов сточными водами имеют серьезные последствия.

Смыв удобрений напрямую связан с развитием цветения водорослей и последующим образованием гипоксических мертвых зон, в результате чего водные объекты лишаются морской жизни. Помимо грунтовых вод и водосборных систем, серьезной проблемой для крупномасштабных монокультур, особенно животноводческих хозяйств, является также загрязнение воздуха метаном, закисью азота и углекислым газом.

Восприимчивость к иммунитету вредителей и разрушительным последствиям

Экологам общеизвестно, что разнообразие способствует устойчивости, поскольку многочисленные барьеры и петли обратной связи естественным образом ограничивают ущерб, который один вредитель или патогенная микроорганизм может нанести разнообразной популяции.

Отсутствие видового разнообразия в монокультурах сделало их, в некотором смысле, легкой мишенью для разрушительного воздействия специфических для каждого вида вредителей и болезней, которые внезапно получили огромные площади беспрепятственного доступа к пище и местам размножения без естественных механизмов контроля.

Это вызывает еще большее беспокойство в монокультурах, где практикуется монокультурное земледелие, в результате чего на одной территории размножаются несколько поколений одного и того же насекомого-вредителя, что приводит к разрушительным последствиям.

Постоянное распыление пестицидов фактически повысило агрессивность многих видов вредителей, которые адаптировались и приобрели устойчивость к этим веществам, что усугубило первоначальную ситуацию.

Уплотнение и эрозия грунта

Автоматизация сельского хозяйства и преимущественное использование крупной, тяжелой техники при монокультурном земледелии привели к значительному уплотнению почвы.

Утрата микробного разнообразия и ухудшение структуры почвы также связаны с монокультурными системами, где один вид растений питается в соответствии со своими специфическими предпочтениями в отношении питательных веществ и минералов, в результате чего почва истощается за счет определенных питательных веществ, и восстановить их путем разнообразных посадок невозможно.

Аналогичным образом, посадка одного вида на большой площади приводит к гораздо более нестабильной корневой системе, поскольку для закрепления почвы присутствует только один тип корневой системы, и со временем она становится более восприимчивой к эрозии и потере верхнего слоя почвы.

Кроме того, при монокультурном земледелии весь урожай собирается в определенные сроки, в результате чего огромные площади голой почвы остаются открытыми для воздействия окружающей среды иногда на всю зиму (если не используются покровные культуры), что приводит к высокой эрозии и, в конечном итоге, к опустыниванию.

Снижение плодородия земель и нестабильность источников средств к существованию

Все вышеперечисленные недостатки в совокупности уже привели к тому, что многие фермеры, выращивающие коммерческие монокультуры, столкнулись со снижением урожайности, поскольку их методы ведения сельского хозяйства вышли за рамки пиковых показателей, и теперь они обрабатывают все более опустыненные и эродированные земли.

Потеря общего плодородия почвы и растущая устойчивость вредителей и сорняков к пестицидам на основе глифосата неизбежно приводят к переломному моменту, когда традиционная модель промышленного монокультурного земледелия перестает быть жизнеспособным методом ведения сельского хозяйства.

К сожалению, это приводит к тому, что фермеры и руководители сельскохозяйственных предприятий несут непропорционально большую часть риска, поскольку их средства к существованию становятся все более нестабильными из-за потери плодородия почвы и снижения урожайности.

Фермеры, занимающиеся монокультурой, также полностью зависят от одного вида растений, что делает их очень уязвимыми к потере всего урожая и дохода в течение одного сезона из-за конкретного вредителя, болезни или неблагоприятных погодных условий.

Смягчение негативных последствий монокультурных систем

Точное земледелие способно смягчить и уменьшить некоторые из наиболее вредных последствий монокультурных систем благодаря системам, основанным на данных, которые позволяют точно определять потребности и сокращать потери и загрязнение окружающей среды.

Хотя многие фермеры и агропредприятия стремятся перейти к поликультурным системам, оставшиеся монокультуры можно улучшить с помощью некоторых из следующих стратегий:

Внесение удобрений и орошение с переменной нормой (VRA и VRI)

Уплотнение почвы и загрязнение, связанные с крупномасштабными монокультурами, можно уменьшить за счет внедрения дифференцированного внесения удобрений, что исключает внесение ненужных веществ и, следовательно, ненужное перемещение тракторов с опрыскивающим оборудованием по полям.

Индивидуальный Карты VRA Используйте геопространственные данные для анализа того, какие конкретные области нуждаются в ресурсах и в каких количествах, избегая традиционно неэффективного подхода, заключающегося в распространении одних и тех же ресурсов по всей территории.

Эти карты можно загружать в технику и тракторы, которые способны выполнять очень точное внесение удобрений и средств защиты растений только там, где это необходимо, избегая «мертвых зон» и учитывая топографию и дренаж ландшафта.

Севооборот

Как уже упоминалось в этой статье, монокультура — это отдельная практика, часто ассоциируемая с монокультурами, где культуры не чередуются из года в год. При монокультуре многие недостатки усугубляются, и особенно резко ухудшается качество почвы и общее плодородие земель.

Монокультуры, которые чередуются каждый сезон для стимулирования микробного и питательного разнообразия почвы и прерывания циклов размножения вредителей, являются наилучшим вариантом как для фермеров, так и для земли, и в целом более устойчивы в долгосрочной перспективе.

Интегрированная борьба с вредителями

Интегрированная борьба с вредителями (ИПВ) стремительно развивается в секторе агротехнологий, и множество стартапов и компаний стремятся отказаться от пестицидов на основе глифосата и перейти к альтернативным продуктам, таким как биорациональные пестициды.

Биорациональные продукты, такие как пестициды на основе Bt, не имеют химической основы, а используют живые биологические средства контроля, например, микроб Bt, для уничтожения личинок вредителей без столь же разрушительного воздействия на биоразнообразие почвы.

Bt-пестициды — это лишь один из многих примеров биорациональных продуктов, использующих встречающиеся в природе бактерии и грибы, и есть другие компании, которые выбирают иное направление, применяя феромонные методы борьбы с вредителями. Манипулирование и распыление феромонов вредителей вмешиваются в репродуктивные циклы различных вредителей, нарушая их брачные привычки на видоспецифическом уровне.

Это означает, что данные меры воздействия влияют только на интересующего нас вредителя, оставляя остальную часть экосистемы относительно незатронутой. Использование стратегий и технологий интегрированной защиты растений в масштабах монокультуры потенциально может смягчить некоторые пагубные последствия этой практики для загрязнения окружающей среды, а также для разнообразия опылителей и почв.

Машины и оборудование, работающие на возобновляемых источниках энергии.

Использование электромобилей и возобновляемых источников энергии в монокультурных хозяйствах является важной частью обеспечения их долговечности в сельскохозяйственной системе, поскольку практически все секторы мировой экономики отказываются от зависимости от ископаемого топлива.

Использование дронов и высокоэффективного распылительного оборудования, а также интеллектуальных устройств и машин, может снизить уровень загрязнения и ограничить перемещение техники только там и тогда, когда это необходимо.

Увеличьте количество полос и пространств, необходимых для создания коридоров для дикой природы и биоразнообразия.

Общее сокращение размеров плантаций или, по крайней мере, создание большего количества границ и коридоров в монокультурах также может сыграть ключевую роль в снижении их разрушительного воздействия на местное биоразнообразие и леса.

Многие виды флоры и фауны используют границы и участки различных типов местности для получения тени, поиска разнообразной пищи или в качестве средства передвижения по ландшафту.

Создание лесных коридоров для диких животных, проходящих через обширные монокультурные насаждения, может значительно улучшить усилия по сохранению местных видов, предоставляя им путь для передвижения по полям, не подвергая их опасности воздействия внешних факторов, а лесные массивы обеспечивают общий охлаждающий эффект для окружающего ландшафта.

Покровные культуры

Покровные культуры — это традиционный метод сохранения структуры почвы и предотвращения эрозии почвы в течение зимы, который не часто используется в коммерческих системах земледелия на западе США.

Люцерна, клевер и различные бобовые являются популярными покровными культурами, которые можно высевать осенью до первых заморозков, а затем использовать в качестве зеленого удобрения весной, обогащая почву богатым органическим веществом после оттаивания.

Использование покровных культур легко осуществимо в монокультурах с применением практически того же оборудования и обеспечивает защиту, изоляцию и органическое вещество для и без того уязвимых почвенных систем.

Будущее сельскохозяйственных систем: поликультуры

Будущее устойчивого сельского хозяйства заключается в общем переходе от традиционно интенсивных монокультур к более разнообразным и устойчивым поликультурным системам.

Однако для оставшихся монокультур или тех селективных монокультур, которые, как доказано, дают более высокие урожаи зерновых и других подобных культур, крайне важно внедрение покровных культур, севооборота, улучшения почвы и разделения тысяч акров земли на участки с лесными коридорами.

Многие агротехнологии разработаны таким образом, чтобы эффективно функционировать как в поликультурах, так и в монокультурах, например, технологии VRA и VRI, созданные для удовлетворения различных потребностей и специфики.

Благодаря передовым технологиям картирования, поликультурные ландшафты, включающие агролесоводство и местные растения, сегодня позволяют выращивать большие объемы продовольствия гораздо эффективнее, чем раньше. Кроме того, они диверсифицируют источники дохода и создают планы действий на случай непредвиденных обстоятельств для фермеров, ранее зависевших от одной культуры.

Доступность соответствующих технологий является важнейшим шагом вперед, и инвестиции должны быть направлены на создание устойчивых решений, специально ориентированных на окружающую среду и потребности фермеров, чтобы избежать ошибок, допущенных в прошлом.