Multifuncionalidade do beco temperado - Grupo de ilhós de borracha

Communications Earth & Environment volume 4, Número do artigo: 20 (2023) Citar este artigo

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As terras de cultivo abertas manejadas intensivamente são altamente produtivas, mas muitas vezes têm impactos ambientais deletérios. A agrossilvicultura temperada melhora potencialmente as funções do ecossistema, embora falte uma análise abrangente. Aqui, medimos dados primários sobre 47 indicadores de sete funções do ecossistema em terras de cultivo e 16 indicadores de quatro funções do ecossistema em pastagens para avaliar o desempenho da agrofloresta de cultivo em aléias em comparação com terras de cultivo abertas e pastagens. O sequestro de carbono, o habitat para a atividade biológica do solo e a resistência à erosão eólica melhoraram para a agrofloresta (P ≤ 0,03), enquanto apenas o sequestro de carbono melhorou para a agrofloresta (P < 0,01). Na agrossilvicultura, a ciclagem de nutrientes do solo, a redução dos gases de efeito estufa do solo e a regulação da água não melhoraram devido às altas taxas de fertilização costumeiras. A agrossilvicultura em aléias aumentou a multifuncionalidade, em comparação com as lavouras abertas. Para melhorar os benefícios ambientais da agrofloresta, é necessário um uso mais eficiente dos nutrientes. Os incentivos financeiros devem se concentrar na conversão de terras de cultivo abertas em sistemas agroflorestais de cultivo em aléias e incorporar o manejo de fertilizantes.

As práticas agrícolas atuais nos países industrializados concentram-se em alta produtividade e lucro no nível da fazenda; no entanto, os custos externos (por exemplo, degradação do solo, poluição da água, aumento das emissões de gases de efeito estufa (GEE), perda de biodiversidade)1,2,3,4 não são incluídos no preço e são cobrados por toda a sociedade. No entanto, as monoculturas de terras cultivadas intensivamente mostram, sem dúvida, conquistas extraordinárias na produção agrícola5. Várias consequências ambientais prejudiciais despertaram a consciência de que os sistemas agrícolas modernos não devem apenas se concentrar em alta produção, mas também em fornecer funções ecossistêmicas importantes e características da paisagem, que estimulam a biodiversidade e o sequestro de carbono e reduzem a poluição ambiental e a degradação do solo. A manutenção de solos saudáveis e suas funções são requisitos essenciais6,7 na busca de sistemas agrícolas intensivos sustentáveis8.

A agrofloresta é projetada como uma forma promissora de manejo agroecológico9. Atualmente, discute-se a inclusão de incentivos financeiros vinculados ao desempenho ambiental da agrofloresta em comparação com as monoculturas de terras agrícolas, por exemplo, na Política Agrícola Comum Europeia10. Esses incentivos financeiros requerem uma avaliação abrangente das funções do ecossistema, incluindo sua capacidade de fornecer várias funções do ecossistema simultaneamente (também chamado de "multifuncionalidade"11). Nosso estudo preenche essa lacuna de conhecimento comparando a multifuncionalidade da agrofloresta de cultivo em aléias de clima temperado (ou seja, o cultivo mecanizado combinado de fileiras de culturas ou grama alternadas com fileiras de árvores de rotação curta12,13,14) com terras de cultivo abertas e pastagens abertas sem qualquer árvores. Considerando que estudos individuais fomentam uma consciência cada vez maior das propriedades melhoradas do solo e das funções do ecossistema na agrossilvicultura temperada, por exemplo, aumentos no carbono orgânico do solo12, diversidade de micro e macroorganismos do solo13,15, eficiência de utilização de nutrientes14, resistência à erosão eólica16 e reduções na lixiviação de nitrato17, há é a falta de comparações sistemáticas de funções ecossistêmicas combinadas entre sistemas agroflorestais temperados e áreas de cultivo abertas ou pastagens dentro de um único estudo multidisciplinar que emprega um projeto baseado em campo replicado.

Este estudo teve como objetivo quantificar a multifuncionalidade da agrofloresta de cultivo em aléias com árvores de rotação curta versus terras de cultivo abertas e pastagens abertas em diferentes tipos de solo e condições climáticas na Alemanha. As terras de cultivo abertas em nosso estudo eram rotações de monoculturas manejadas convencionalmente (recebendo aplicações habituais de fertilizantes e agroquímicos; Tabela Suplementar 1) sem árvores; pastagens abertas eram pastagens permanentes sem árvores. Usamos vários indicadores distintos de diferentes funções do ecossistema9 coletados durante quatro anos em cinco locais para avaliar a multifuncionalidade da agrofloresta de terras agrícolas que foram emparelhadas com terras de cultivo abertas, bem como agrossilvicultura de pastagem emparelhada com pastagens abertas (Suplementar Fig. 1). Todos os sistemas agroflorestais foram estabelecidos entre 2007 e 2010 por conversões de terras de cultivo abertas ou pastagens abertas (Tabela Suplementar 1). Nossa hipótese é que a agrofloresta de cultivo em aléias promoverá funções ecossistêmicas benéficas em comparação com terras de cultivo abertas ou pastagens abertas e promoverá a multifuncionalidade. Com base nas funções ecossistêmicas consideradas vitais para avaliar os benefícios da agrofloresta9, quantificamos 47 indicadores de sete funções ecossistêmicas em terras de cultivo e 16 indicadores de quatro funções ecossistêmicas em pastagens (Tabelas complementares 2–4), que incluíam o seguinte: provisão de alimentos, fibra e combustível, sequestro de carbono, ciclagem de nutrientes do solo, habitat para atividade biológica do solo, redução de GEE no solo, regulação da água e resistência à erosão.

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>