Die Vierte nationale Klimabewertung (NCA4), erstellt von 13 US-Bundesbehörden und in den nationalen Medien weit verbreitet, prognostiziert, dass steigende Temperaturen, extreme Hitze, Dürre und starke Regenfälle den täglichen Betrieb und den saisonalen Ertrag unserer Landwirte und Lebensmittelproduzenten stören werden.1

Zu den Symptomen des Klimawandels gehört eine Zunahme der Häufigkeit extremer Wetterbedingungen, einschließlich ausgedehnter Dürren und Überschwemmungen aufgrund extremer Niederschlagsereignisse2. Nehmen wir zum Beispiel das Jahr 2018 Rekordhochwasser in Zentral-Pennsylvania3;; die Überschwemmung 2008 im Mittleren Westen, dass untergetaucht neun Millionen Morgen von Ackerland4;; und 2015 Dürren in Kalifornien, die die Landwirte zur Vermietung zwangen 540,000 Morgen lagen brach jahrelang5. Klima- und Umweltwissenschaftler sagen voraus, dass es in naher Zukunft noch schlimmer werden wird.

Die Abhängigkeit eines Landwirts von komplexen und Remote-Support-Systemen kann seine Anfälligkeit bei Infrastruktur- oder Systemstörungen erhöhen. Es ist Zeit für uns, in unserem Wettlauf gegen ein chaotisches und unvorhersehbares Klima auf die Natur zu schauen. Der Einsatz natürlicher, ökologischer und organischer Methoden, die seit Jahrhunderten historisch angewendet werden, kann nicht nur eine erhebliche Absicherung gegen den Klimawandel darstellen, sondern auch unsere modernen technologischen Instrumente ergänzen. In dem letzten vier JahrzehntePraktiken des ökologischen Landbaus haben sich als großartige Alternative zu herkömmlichen Praktiken erwiesen, wenn es darum geht, vergleichbare Ernteerträge zu erzielen und gleichzeitig sicherzustellen, dass die Ökosysteme Boden-Ernte gesund, dynamisch und widerstandsfähig sind6.

Regenerativer ökologischer Landbau kann der Schlüssel zur Unterstützung eines sein adaptives und belastbares Nahrungsmittelsystem weil es ökologische Medien und biologische Organismen nutzt7.

Rodale Institute Versuch mit landwirtschaftlichen Systemen
Der Ort des Farming Systems-Versuchs in Rodale Institute

Die Versuch mit dem Landwirtschaftssystem (FST) bei Rodale Institute bietet die perfekte Blaupause, um die Auswirkungen des regenerativen ökologischen Landbaus auf die Hochwasserresilienz und die Trockenresistenz zu untersuchen. In Zusammenarbeit mit Abdel Alfahham, einem MS-Studenten am Department of Earth and Environmental Sciences der University of Pennsylvania, forschten an Rodale Institute analysieren Bodenproben von FST auf Bodenwasserretention, gesättigte hydraulische Leitfähigkeit und organischen Kohlenstoff / Stickstoff.

Was wir studieren

Diagramm mit Messdaten

Wie sind diese Messungen für Landwirte relevant?

Die Bodenwasserretention ist eine Eigenschaft, mit deren Hilfe die Fähigkeit des Bodens quantifiziert werden kann, Wasser unter Bedingungen von nass, feucht bis extrem trocken zu halten und zu speichern. Diese Messung quantifiziert direkt die Menge an Wasser, die unseren Pflanzen zum Wachsen und zur Photosynthese zur Verfügung steht.

Die gesättigte hydraulische Leitfähigkeit kann uns eine Vorstellung davon geben, wie schnell der Boden bei starken Regenfällen Wasser durch den Boden fließen (oder abfließen) lässt, was Überschwemmungen und Ansammlungen auf dem Hof ​​vorhersagen kann. Messungen von organischem Kohlenstoff und Stickstoff im Boden bieten eine robuste Methode zur Quantifizierung der Menge an organischer Substanz, die in die Bodenbiosphäre integriert ist und zur Bestimmung der Bodengesundheit beitragen kann.

Experimentelles Design

Der Versuch mit landwirtschaftlichen Systemen umfasst sechs verschiedene Managementsysteme: (1) konventionelle synthetische Gülle mit Bodenbearbeitung, (2) konventionelle synthetische Direktsaat, (3) organische Gülle mit Bodenbearbeitung, (4) organische Gülle ohne Bodenbearbeitung, (5) organische Hülsenfrüchte mit Bodenbearbeitung und (6) Bio-Hülsenfrüchte ohne Bodenbearbeitung. Jede Behandlung wird viermal über das Feld wiederholt, um sicherzustellen, dass die von FST gesammelten Daten statistisch analysiert werden können. Das heißt, es gibt insgesamt 24 experimentelle Parzellen.

Forscher sammeln Bodenproben
Sammeln von Bodenverbundproben für die Analyse von organischem Kohlenstoff und Stickstoff

Im Jahr 2018 wurden zwei Arten von Bodenproben gesammelt. Insgesamt 72 intakte Bodenkerne und 72 zusammengesetzte Bodenproben wurden aus allen 0 Parzellen aus Tiefen von 10 bis 10 cm, 20 bis 20 cm und 30 bis 24 cm entnommen. Das Sammeln von Proben aus drei verschiedenen Tiefen wird uns helfen, ein umfassenderes Verständnis dafür zu entwickeln, wie das Farmmanagement die Eigenschaften verschiedener Bodenzonen beeinflusst.

Tabelle mit den verwendeten Messwerkzeugen

Die intakten Bodenkerne werden mit dem Instrument METER HYPROP und METER WP4C analysiert, um die Bodenwasserretentionseigenschaften (Verhalten des Bodens von nassen zu trockenen Bedingungen) zu quantifizieren. Dieselben intakten Bodenkerne werden auch auf dem METER KSAT analysiert, der die Geschwindigkeit charakterisiert, mit der sich Wasser durch gesättigten Boden bewegen kann. Die drei verwendeten Instrumente integrieren modernste Sensortechnologie mit quantitativen Computermodellen, um effizient robuste und qualitativ hochwertige Daten zu erzeugen. Verbundbodenproben werden verwendet, um organischen Kohlenstoff und organischen Stickstoff im Boden unter Verwendung eines Elementaranalysators zu bestimmen, eine übliche Methode zur Bestimmung der Menge an Kohlenstoff und Stickstoff im Boden.

Forscher analysiert Bodenprobe im Labor
Abdel Alfahham analysiert Bodenproben im Labor bei Rodale Institute

Projektziele und vorläufige Ergebnisse

Durch Messung der hydraulischen Leitfähigkeit des Bodens, der Wasserretention sowie des Gehalts an organischem Kohlenstoff und Stickstoff in sechs verschiedenen Betriebsmanagementsystemen können wir vergleichen und gegenüberstellen, wie landwirtschaftliche Praktiken zu Trockenresistenz und verbesserter Wasserhaltekapazität führen können.

Unser Ziel ist es festzustellen, inwieweit der ökologische Landbau eine praktische und wirtschaftlich tragfähige Methode zur Klimaanpassung darstellt, indem wir die Veränderungen quantifizieren, die sich in dem Boden entwickelt haben, der in den letzten 40 Jahren bei FST biologisch bewirtschaftet wurde. Durch die Durchführung einer solch umfassenden Bodenanalyse liefern die Daten eine prädiktive Struktur, anhand derer die Landwirte die für ihr geografisches Gebiet, die Ernte ihrer Wahl und die klimatischen Bedingungen geltenden Praktiken zur Bewirtschaftung der landwirtschaftlichen Betriebe mit optimaler Klimaresistenz verstehen können.

Die vorläufigen Ergebnisse dieses Projekts werden am 7. Januar 2019 erstmals auf dem Internationalen Bodentreffen in San Diego, Kalifornien, veröffentlicht und hier veröffentlicht.

Abdel Alfahham ist Absolvent des Penn Program of Environmental Humanities an der University of Pennsylvania. Er kam dazu Rodale Institute als Forschungspraktikant für die Saison 2018.