Diese Literaturübersicht über die Integration von Kulturpflanzen und Vieh in ein ökologisches System wurde von Forschern aus zusammengestellt Rodale Institute, Iowa State University und University of Minnesota für einen Zuschussvorschlag 2014 an das USDA National Institute of Food and Agriculture, Initiative für organische Forschung und Erweiterung. Dieser Zuschuss wurde unter der Zuschussnummer 2014-51300-22541 finanziert. Klicken Sie hier, um mehr über die Forschung und Ergebnisse zu erfahren.
Bio-Pflanzen und Vieh
Aufgrund der Verbrauchernachfrage stieg der Umsatz mit Bio-Lebensmitteln von 3.6 Mrd. USD im Jahr 1997 auf 31.5 Mrd. USD im Jahr 2013 (OTA, 2014) und 52.5 Mrd. USD im Jahr 2018 (OTA, 2019). Mehrere Faktoren haben zu diesem erhöhten Konsum von Bio-Lebensmitteln in den USA geführt, darunter die Präferenz der Verbraucher für geringere Pestizidrückstände (Baker et al., 2002), Ernährungs- und Gesundheitsbedenken (The Hartman Group, 2006) und negative Umweltauswirkungen im Zusammenhang mit intensiven konventionellen Lebensmitteln Produktion (Venterea und Rolston, 2000) und Gewährleistung der organischen Integrität durch einheitliche föderale Bio-Standards (USDA-AMS, 2014). Die Landwirte sind auch daran interessiert, ökologische Pflanzen zu produzieren, die das „dreifache Endergebnis“ von ökologischer Nachhaltigkeit, wirtschaftlicher Lebensfähigkeit und sozialer Gerechtigkeit erfüllen. In den letzten Jahren haben sich Biobauern zunehmend Sorgen um die Sicherheit von landwirtschaftlichen Erzeugnissen und Lebensmitteln gemacht, was besonders für Landwirte wichtig ist, die eine integrierte Pflanzen- / Tierproduktion betreiben (Pereira et al., 2013). Die Gewährleistung der Lebensmittelsicherheit ist in jedem landwirtschaftlichen Betrieb von entscheidender Bedeutung und war im Fall von Erzeugnissen Gegenstand des jüngsten Bundesgesetzes „FDA Food Safety Modernization Act“ (21 USC 2201; FDA, 2011), das weitreichende Auswirkungen haben wird Auswirkungen auf die gesamte Lebensmittelversorgungskette.
Die gestiegene Nachfrage nach Bio-Produkten hat die Akzeptanz der Bio-Produktion im Inland übertroffen, da US-amerikanische Landwirte einen Bio-Umsatz von 7.28 Milliarden US-Dollar erwirtschafteten (USDA NASS, 2018), was nur 13.8% der 52.5-Milliarden-Dollar-Bio-Industrie entspricht. Gegenwärtig wird die ökologische Produktion in den USA von Getreide in bar dominiert, wobei die Mehrheit der ökologischen Landwirte im Mittleren Westen und in Pennsylvania Einkäufe außerhalb der Landwirtschaft zur Fütterung ihrer ökologischen Tierherden verwendet. In der jüngsten Umfrage befanden sich 366,881 Hektar Bio-Mais und Sojabohnen unter den 5.4 Millionen Hektar Bio-Hektar in den USA (USDA-ERS, 2013). Der produktive, ökologische und wirtschaftliche Nutzen kann gesteigert werden, indem die Multifunktionalität des Betriebs durch die Integration von Geldernten mit Futterpflanzen für Weideflächen und Heukulturen für Viehfutter verbessert wird. In Iowa wird berichtet, dass organische Gras-Hülsenfrüchte-Weiden bis zu 6,000 lb / acre Trockenmasse pro Jahr liefern (Acevedo et al., 2006). In Florida führte die Leistung von Rindern auf Bahiagrass-Weiden zu einem durchschnittlichen täglichen Gewinnbruchpunkt zwischen 1.4 und 2.0 kg Futtertrockenmasse pro kg Lebendgewicht pro Tag (Stewart et al., 2007). In Minnesota verzeichneten Bio-Milchkühe, die überwiegend glatte Bromgrasweiden weiden ließen, Zuwächse von 0.6 bis 0.9 kg pro Tag (Bjorklund et al., 2013). Darüber hinaus erhöht die Einarbeitung einer Hülsenfrucht in grasbasierte Weiden die Futterqualität insgesamt und liefert Stickstoff, um die Gesundheit und Stabilität der Weiden zu verbessern. Obwohl bekannt ist, dass die Heuproduktion eine erhebliche Menge an Nährstoffen, einschließlich N und P, aus dem Boden entfernt, hilft die Beweidung beim Nährstoffrecycling durch Urin- und Mistausscheidung. Unter moderaten Weidedrücken bleiben die Böden P und K größtenteils erhalten und bleiben im Gleichgewicht mit den Erntebedürfnissen, während Boden N dazu neigt, verloren zu gehen. Die Wechselwirkungen zwischen Anbau- und Weidesystemen in ökologischen und konventionellen Betrieben sind nicht vollständig bekannt (Franzluebbers, 2007), insbesondere in ökologischen Systemen, in denen das Sammeln und Verteilen von Gülle für die Nährstoffbilanz der Kultur von entscheidender Bedeutung ist.
Historische Grundlagen der Integration von Nutzpflanzen und Nutztieren
Die Tendenz zur Spezialisierung der Pflanzen- und Tierproduktion hat im vergangenen Jahrhundert integrierte Systeme für Nutzpflanzen und Nutztiere von ihren historischen Wurzeln getrennt (Russelle et al., 2007). Rinder waren ein wesentlicher Bestandteil der Farmlandschaft, in der sie Nährstoffe aus Gras und Getreide recycelten, die auf der Farm erzeugt wurden (Flora, 2003), und die Landwirte verwalteten ihre landgestützten Ressourcen, um eine ausreichende Bodenfruchtbarkeit aufrechtzuerhalten, um die Pflanzen- und Tierproduktion aufrechtzuerhalten. Bis 1996 haben weniger als 10% der US-Farmen Nutzpflanzen und Vieh integriert (Krall und Schumann, 1996). In Neuseeland und Australien gibt es jedoch zeitgenössische Modelle für eine rentable Integration von Kulturpflanzen und Nutztieren, die als Ley-Landwirtschaft bekannt sind. Dort hilft das Rotieren von mehrjährigen Getreidekulturen mit 2 bis 5 Jahren Weidefläche für Gras-Hülsenfrüchte, die Selbstversorgungsziele zu erreichen ( Haynes und Francis, 1990; Carr et al., 2005) und erhöht die Energieabgabe (Nguyen und Haynes, 1995).
Verbesserung der Bodenqualität und des Nährstoffkreislaufs: Der Bau oder die Pflege von Kohlenstoff- und Stickstoffpools im Boden für die Nutzung durch Nutzpflanzen ist ein wichtiger Gesichtspunkt bei der Bewertung nachhaltiger landwirtschaftlicher Systeme. Vorteilhafte Effekte durch die Integration von Nutztieren in Fruchtfolgen wurden mit Verbesserungen der Bodenqualität in Verbindung gebracht, einschließlich der Verbesserung der organischen Bodensubstanz, des physischen Zustands des Bodens und der Unterdrückung von Krankheiten (Jawson et al., 1993). Gut integrierte Pflanzen-Vieh-Systeme ahmen natürliche Energie- und Nährstoffkreisläufe nach, indem sie Zellulose-Futtermittel in Eiweiß umwandeln und Nährstoffe aus Viehdung in Zellstruktur der Pflanzen recyceln (Gates, 2003; Oltjen und Beckett, 1996). Der Einbau von Gülle und Ernterückständen bindet Kohlenstoff in Böden, verbessert die Bodenfunktion und mildert die Erosion (Russelle und Franzluebbers, 2007). Franzluebbers (2005) stellte fest, dass die Kohlenstoffanreicherung nach der Grasweide durchschnittlich 1 Mg / ha / Jahr betrug. Katsvairo et al. (2006) berichteten auch, dass eine mehrjährige Grasrotation den Gehalt an organischer Substanz erhöhte und die Nitratauswaschung in Erdnuss- und Baumwollkulturen verringerte. Das Management der verfügbaren Nährstoffe ist notwendig, um eine nachhaltige Pflanzenproduktion zu unterstützen, insbesondere in organischen Systemen, in denen der Fruchtbarkeitseinsatz begrenzt ist (Goulding et al., 2008). Die Komplexität des Nährstoffkreislaufs und die Verfügbarkeit in Weidesystemen werden durch Bodenprozesse, Pflanzenartenzusammensetzung, Besatzraten, Ergänzungsfütterung und viele andere Faktoren beeinflusst, die Inputs, Exporte und Verluste beeinflussen (Rotz et al., 2005). Eine höhere Retention und Effizienz der Nährstoffnutzung in Milchproduktionssystemen kann beispielsweise positive Rückmeldungen für die Milchproduktion und die landwirtschaftliche Wirtschaft haben (Fanguerio et al., 2008; Ryan et al., 2011). Um neue, wirtschaftliche und umweltfreundliche Weidesysteme zu etablieren, muss ein Verständnis des Nährstoffkreislaufs und der Effizienz in diesen Produktionssystemen geschaffen werden. Ganzbetriebsmodelle und Nährstoffbilanzansätze, die die Bewertung von Nährstoffpools, Inputs, Exporten und Verlusten erfordern, können verwendet werden, um die besten Managementsysteme für die Wiederkäuerproduktion zu bewerten und zu etablieren (Dou et al., 1996; Rotz et al., 2007).
Ernteertragssteigerung
Aus der Literatur geht hervor, dass bei einer integrierten Weide- / Fruchtfolge die Ernteerträge vergleichbar oder dem kontinuierlichen Anbau überlegen bleiben. Franzluebbers und Stuedemann (2004) berichteten über keine negativen Auswirkungen der Beweidung auf die nachfolgende Biomasse von Getreide. Nach einer 3.6 Jahre alten Weide mit Schwingel oder Bermudagrass in Georgia und South Carolina wurde ein durchschnittlicher Maisgetreideertrag von 5 Mg / ha festgestellt (Parks et al., 1969). Adams et al. (1970) erzielten nach Grasnarben einen um 11 bis 24% höheren Maisertrag als nach kontinuierlichem Mais, während Franzluebbers und Stuedemann (2004) nach Weidekulturen aus Perlhirse und Roggen Weizenerträge von 3.8 Mg / ha und Sorghumerträge von 5.1 Mg / ha erzielten , beziehungsweise. Der Getreideertrag war bei hohen Winterweizensorten höher, die eine ausreichende Fruchtbarkeit und Feuchtigkeit aufwiesen und im Vergleich zu nicht weidendem Weizen nur bis zum gemeinsamen Stadium weideten (Redmon et al., 1995). Hill et al. (2004) berichteten über eine Zugabe von 0.1 Mg / ha Baumwolle und Erdnussertrag in Rotationen, die vor der Ernte weidenden Roggen oder Weidelgras enthielten. Getreidepflanzen, die in mehrjähriges Futter eingemischt werden, sind in hohem Maße von ausreichender Feuchtigkeit und minimaler Konkurrenz zwischen Futter und Kulturpflanzen abhängig (Franzluebbers, 2007). In diesem Projekt werden nacheinander Getreide und Futter / Weiden gepflanzt, um gleichbleibende Erträge zu erzielen.
Beweidung, die Ökosystemleistungen erbringt: Die Bodenverdichtung durch Tierbewegungen wird als potenzielles Problem bei integrierten Fruchtfolgen zwischen Nutzpflanzen und Nutztieren angeführt, Studdert at el. (1997) fanden heraus, dass alle Bodenqualitätsindikatoren, einschließlich einer verringerten Schüttdichte, die eine geringe Verdichtung anzeigt, mit der mehrjährigen Weide in Langzeitrotationen zunahmen. Krenzer et al. (1989) fanden heraus, dass die Bodenfestigkeit mit der Beweidung von Winterweizen durch Rinder zunahm. Diaz-Zorita et al. (2002) und Garcia-Prehac et al. (2004) berichteten über die größte Verringerung der Bodenverdichtung, die sich aus der Einbeziehung der konservierenden Bodenbearbeitung in diese Rotationen ergab. Franzluebbers und Stuedemann (2004) stellten fest, dass der Widerstand gegen das Eindringen von Boden in Weideflächen je nach Bodenwassergehalt höher war als in nicht weidenden Futterpflanzen. 2005). In Systemen, in denen Stickstoffdünger ausgebracht wurde, sammelten sich mehr als 64% des angewendeten Stickstoffs als organisches N im Boden auf Weiden mit Bermudagrass im Vergleich zu Weiden ohne Beweidung an (Franzluebbers und Stuedemann, 2003b). Auch die mikrobielle Bodenbiomasse, ein weiterer Indikator für die Bodenqualität, sammelte sich in größerem Maße auf Weideflächen aus Bermudagrass an (Franzluebbers und Stuedemann, 2003a). Daher sind zusätzliche Untersuchungen zur Auswirkung von weidenden und nicht weidenden Weidekulturen bei langfristigen Fruchtfolgen in organischen Systemen erforderlich, in denen die Bodenbearbeitung typischerweise für die Unkrautbekämpfung verwendet wird (Delate und Cambardella, 2004).
Unterbrechung der Schädlingszyklen
Über Pflanzenschädlinge und Krankheitsunterbrechungen durch rotierende Getreidekulturen mit Futter- oder Deckkulturen wurde berichtet (Snapp et al., 2005). Die Reduktion der Erdnussstammfäule (Brenneman et al., 2003) und der Nematoden in Gemüse (Sumner et al., 1999) und Sojabohnen (Rodriquez-Kabana et al., 1988, 1989) war nach der Weide auf Bahiagrass größer. Es wurde auch gezeigt, dass Roggen, Lupine, Sonnenhanf, Samtbohne und Sorghum Nematoden abwehren. Hartzog und Balkcom (2003) berichteten, dass Bahiagrass und Bermudagrass in einem Baumwoll- oder Erdnusssystem zur Reduzierung von Nematoden und anderen Schädlingen beitrugen. Es wurde auch gezeigt, dass Fruchtfolgen auf Grasnarbenbasis die parasitären Zyklen der Tiere unterbrechen (Franzluebbers, 2007). Loomis und Conner (1992) berichteten über eine Verringerung der Parasiten, wenn Weidefutterkulturen mit Weizenkulturen gedreht wurden. Schließlich minimiert das Weiden von Rindern auf der Weide das Risiko von Krankheitsepidemien, die häufig in konzentrierten Viehfütterungsgebieten auftreten (Flora, 2003).
Unkrautdruckreduzierung
Es wurde berichtet, dass viele Futterpflanzenarten dazu beitragen, Unkrautzyklen in jährlichen Getreidekulturen durch Konkurrenz, Allelopathie und mikroklimatische Veränderungen zu durchbrechen (Gardner und Faulkner, 1991). Während die Wechselwirkungen zwischen Unkraut und Weideland nicht gut verstanden sind, gibt es Hinweise darauf, dass das Weiden von Rindern einige invasive Gräser kontrollieren kann. Tiere können jedoch auch lebensfähige Unkrautsamen durch ihre Exkremente in andere Bereiche übertragen. Entz et al. (1995) berichteten über eine Verringerung des Unkrautdrucks, wenn Futter in Weizen und andere Getreidekulturen integriert wurde, wobei sich die Vorteile weiterhin fortsetzten, wenn die Beweidung einbezogen wurde (Entz et al., 2002). Martin (1996) zitierte die Reduzierung von Grasunkräutern, wenn Weizen mit einer Weidefläche gedreht wurde.
Tierleistung und Gesundheit
Rinder, die auf pflanzlicher Basis unter Außenbedingungen aufgezogen werden, bieten wirtschaftliche und ökologische Vorteile. Franzluebbers und Stuedemann (2004) stellten fest, dass die Gewichtszunahme von Rindern bei Winterkulturen von Roggen und Perlhirse durchschnittlich 287 kg / ha bzw. 419 kg / ha betrug. Die Lenkleistung auf Winterweizen, der 84 bis 115 Tage lang weidete, betrug ungefähr 2 Pfund / Tier / Tag bei einer Besatzrate von 2 Kopf / Morgen (Horn et al., 1995). Das Weiden von Schwaden führte auch zu einer hohen Futtereffizienz für Rinder während einer 54-tägigen Winterweideperiode in North Dakota (Neville et al., 2007). Das UI Livestock Integrated Focus Team stellte die Schuette Farm in Breese, Illinois, auf ein integriertes System um und reduzierte den Bedarf an eingelagertem Futter von 5,000 lb / Kuh / Jahr auf weniger als 1,000 lb ohne Produktivitätsverlust (Univ. Of Illinois, 2008) ). Zu den ernährungsphysiologischen Vorteilen einer pflanzlichen Ernährung für Rinder gehören höhere Konzentrationen von Omega-3-Fettsäuren wie konjugierter Linolsäure, die entzündungshemmende und gerinnungshemmende Eigenschaften haben (Daley und Abbott, 2006; Flora, 2003; French et al ., 2000).
Fragen der Lebensmittelsicherheit
Lebensmittelsicherheitspraktiken zur Reduzierung von Toxinen und mikrobieller Kontamination sind allen Landwirten ein Anliegen, insbesondere aber Landwirten, die Tiere und Pflanzen in dasselbe System integrieren. Studien zum Vergleich von ökologischen und konventionell gezüchteten Nutztieren und Weiden haben im Allgemeinen keine signifikanten Unterschiede in der Lebensmittelsicherheit zwischen konventionellen und ökologischen Systemen ergeben (Bourn und Prescott, 2002; Maffei et al., 2013; Oliveira et al., 2012; Blanco-Penedo et al., 2012). In einer Studie wurde in einem Pilotprojekt festgestellt, dass herkömmlicher Weizen größere Mykotoxine aufweist, in einem umfangreicheren Experiment wurden jedoch keine signifikanten Unterschiede festgestellt. Bei einem Tiervergleich in Spanien gab es keine Unterschiede in der Lebensmittelsicherheit bei Bio- oder konventionellen Rindern, aber es wurde berichtet, dass Bio-Rindfleisch eine höhere Qualität aufweist. In einer Vergleichsstudie von Bio- und konventionellen Masthühnern wurden keine signifikanten Unterschiede in der Salmonellenpräsenz festgestellt, aber Campylobacter war bei den Bio-Masthühnern höher. Weidesysteme, die die Larven- oder Schuppenbelastung interner Parasiten verringern, erhöhen die Produktivität von Rindern auf organischen Weiden (Larsen, 2006). Kontinuierlich beweidete Weiden können den Lebenszyklus dieser Parasiten nicht unterbrechen, wohingegen rotierende Weiden häufig die Larvenbelastung der Parasiten verringern (Stromberg und Averbeck, 1999). In diesem Projekt wird ein relativ neues Forschungsgebiet untersucht, in dem Nutztiere in Anbausysteme integriert und die Auswirkungen auf die Gesundheit von Pflanzen und Tieren sowie die Produktsicherheit untersucht werden.
Wirtschaftliche Vorteile
Stuedemann et al. (2003) schätzten, dass die Umwandlung von 10% der südlichen Küstenebenen in Weideland zu einem jährlichen Gewinn von 40% mehr Rindern und einem höheren wirtschaftlichen Nutzen führen würde, indem die Inputkosten gesenkt und die Landproduktivität erhöht würden. Gardner und Faulkner (1991) stellten fest, dass das gesamte landwirtschaftliche Einkommen durch die Aufnahme von Vieh in das landwirtschaftliche System um 20% gesteigert wurde. Hill et al. (2004) berichteten über ein zusätzliches landwirtschaftliches Einkommen von 311 USD / ha durch Rinder, die eine winterliche Deckfrucht aus Roggen oder Weidelgras weiden lassen, während Gamble et al. (2005) erhielten jedes Jahr 185 bis 200 US-Dollar pro ha Vieh, das auf Winterdeckfrüchten weidete. Carr et al. (2005) erzielten in einem integrierten System eine durchschnittliche Rendite von 65 USD / Morgen für Arbeit und Management im Vergleich zu negativen Werten für Getreidekulturen allein. Die wirtschaftliche Leistung des Betriebs kann verbessert werden, wenn die Erzeuger ihre Futterpflanzen stehend oder mit Schwaden füttern, die überschüssige Ernte für die Winterfütterung weiden oder ballen oder für den späteren Verkauf lagern. Acevedo et al. (2006) stellten fest, dass die jährlichen Kosten für Bio-Gras-Hülsenfrüchte 114 USD / Morgen betrugen, wobei Bio-Heu eine Prämie von 10 bis 30% gegenüber herkömmlichen Preisen erhielt. Durch eine effektivere Koordination zwischen den verschiedenen Marktteilnehmern haben sich Verbesserungen der durchschnittlichen Rindfleischqualität ergeben (Hueth und Lawrence, 2002), entweder als Mitglieder einer Bio-Marketing-Genossenschaft wie Organic Valley / Organic Prairie, die einzeln verkauft werden, oder durch direkte Vermarktung an Einzelhandelsgeschäfte. Zu den Marktvorteilen in einem alternativen System gehört die aktive Beteiligung des Erzeugers an der gesamten Wertschöpfungskette im Gegensatz zum herkömmlichen System, bei dem unzusammenhängende und misstrauische Beziehungen zwischen Kuh- / Kälberbetreibern und Futterpartien / Packern bestehen (Flora, 2003). Zu den Anreizen für die Herstellung von Bio-Rindfleisch zählen Bio-Prämienpreise, die häufig 50% über den herkömmlichen Preisen liegen, und das Potenzial für den Export in Länder wie die EU, in denen künstliche Hormone verboten sind (Flora, 2003).
Bedarf an zusätzlicher Forschung zu integrierten Systemen
Derzeit gibt es nur begrenzte Informationen darüber, wie Ernte- und Weidezyklen mit den klimatischen Bedingungen für eine optimale Ernte- und Tierproduktion in Einklang gebracht werden können (Franzluebbers, 2007). Die Wiedereingliederung von Nutztieren in die Farmlandschaft hätte mehrere Vorteile, einschließlich einer Verbesserung der Bodenqualität und einer möglichen Schädlingsbekämpfung. Der Schutz oder die Verbesserung von Kohlenstoff und anderen Nährstoffen in organischen Bodensubstanzen steht im Mittelpunkt der organischen Vorschriften, um die Fruchtbarkeit und Struktur des Bodens in nachhaltigen Systemen zu erhalten (Manley et al., 2007). Die in unserer Region befragten Bioproduzenten streben nach geschlossenen, integrierten Biobetrieben, die sich so weit wie möglich auf landwirtschaftliche oder lokal produzierte Betriebsmittel stützen, um den Bedarf an Nutzpflanzen und Nutztieren für Lebensmittel und Ernährung zu decken. Der Bau oder die Pflege von C- und N-Pools für die spätere Nutzung von Kulturpflanzen ist ein wichtiger Aspekt bei der Entwicklung nachhaltiger landwirtschaftlicher Systeme. In nationalen Erhebungen bei Biobauern (OFRF, 2007) wurden Unkrautbekämpfung und Bodenfruchtbarkeit als wichtige Problembereiche genannt. Forscher haben bestätigt, dass der Einbau von Gülle und Ernterückständen C in Böden bindet, die Bodenfunktion verbessert und die Erosion mildert (Russelle und Franzluebbers, 2007) und dass ein langfristiger ökologischer Landbau und die Anwendung von Gülle den Nährstoffkreislauf und die Schädlingsbekämpfung verbessern, indem sie die Bodenqualität fördern und Biodiversität (Birkhofer et al., 2008; Carpenter-Boggs et al., 2000; Pimentel et al., 2005). Zu den Mechanismen, die verbesserten Umweltbedingungen in ökologischen Betrieben zugrunde liegen, gehören eine verbesserte Wasser- und Bodennährstoffretention aufgrund eines erhöhten Gehalts an organischer Bodensubstanz (SOM) aufgrund unterschiedlicher Erntesequenzen und die Anwendung von Änderungen auf organischer Basis wie Deckfrüchten und Gülle (Liebig und Doran, 1999) ). Integrierte Systeme für Nutzpflanzen bieten die Möglichkeit, die Dienstleistungen des Agrarökosystems zu optimieren, einschließlich des Recyclings von Nährstoffen aus Viehdung zur Aufnahme in die Kultur und zurück zum Vieh als Futtermittel und Futter. Die Entfernung von Kohlenstoff aus der Atmosphäre und das Recycling durch pflanzliche Systeme kann sich ebenfalls als wesentlicher Faktor für die Abschwächung des globalen Klimawandels erweisen. Angesichts des Rückgangs billiger Rohstoffe müssen alternative Fruchtbarkeitsquellen entwickelt werden, die auf den ökologischen Prinzipien der biologischen Stickstofffixierung aus Futterhülsenfrüchten und dem Nährstoffrecycling beruhen und sowohl für ökologische als auch für konventionelle Betriebe gelten (Badgley et al., 2007). Durch den verstärkten Einsatz von Strategien zur Verbesserung oder Bindung von Kohlenstoff in landwirtschaftlichen Böden durch Gülle und Pflanzenreste (Gaskell et al., 2000) wird der „CO2007-Fußabdruck“ der Landwirtschaft erheblich verringert. Teasdale et al. (XNUMX) stellten fest, dass Bodenverbesserungen auftraten, wenn konventionelle Direktsaatverfahren durch ökologische Anbaumethoden ersetzt wurden, obwohl in den ökologischen Systemen Bodenbearbeitung verwendet wurde. Boden C und N waren nach neun Jahren in einem organischen System höher als in drei konventionellen Direktsaat-Systemen, von denen zwei Deckfrüchte enthielten.
Während sie häufig für unterschiedliche Eigenschaften angebaut werden, können Futterpflanzen, Weidekulturen, Grasnarben, Heukulturen und Deckkulturen in integrierten Nutztiersystemen verwendet werden. Zu den Deckfrüchten, die das Potenzial für die Beweidung von Nutztieren in unserer Region aufweisen, gehören Weizen, Roggen, Hafer, Gerste, einjähriges Weidelgras, Haarwicke, Gemeine Wicke, Purpurklee, Obstgartengras und Hochschwingel (Sojka et al., 1984), Wintererbse, unterirdisch Clover, Lespedeza (Duck und Tyler, 1991; Rao und Phillips, 1999; Rao et al., 2003; Reeves und Delaney, 2002). Hendrickson et al. (1963a) schätzten, dass der Bodenverlust von 45 Mg / ha unter einem Anbausystem (Baumwolle) auf weniger als 1 Mg / ha unter mehrjährigem Gras reduziert werden könnte, jedoch auch ohne vollständige Umstellung auf Weide, wobei eine 3-jährige Rotation des Hafers integriert wird / Lespedeza-Futter-Lespedeza-Baumwolle führte zu einer Verringerung des Bodenverlusts von 55 Mg / ha im Vergleich zu Verlusten bei kontinuierlicher Baumwolle (Carreker, 1946) und zu einer Verringerung von 10 Mg / ha bei einer Hafer- / Wicken- / Sunnhemp-Futter-Erdnuss Rotation im Vergleich zu kontinuierlicher Erdnuss (Hendrickson et al., 1963b). Es wurde festgestellt, dass die Wirkung der Futterpflanze in der Fruchtfolge mehrere Jahre anhält. Wie Giddens et al. (1971a, 1971b) zeigten, dass organischer Stickstoff aus dem Boden, der nach einer hohen Schwingelfutterernte freigesetzt wurde, von einer Maisernte bis zu 5 Jahre lang genutzt wurde. Integrierte Weidevorgänge könnten im Gegensatz zu konzentrierten Gebieten auch zu einer Verbesserung der Luft- und Wasserqualität durch gleichmäßige Verteilung des Düngers über die Landschaftsmatrix führen (Grierson et al., 1991). Futter- und Weidekulturen reduzieren den Wasser- und Nährstoffabfluss und verbessern die Wasserinfiltration (Gardner und Faulkner, 1991). Wie Hartzog und Balkcom (2003) feststellten, blieb Wasser im Bodenprofil erhalten, als Bahiagrass und Bermudagrass in Baumwolle und Baumwolle integriert wurden Erdnussrotationen.
Überweidung ist ein Thema, das besondere Aufmerksamkeit erfordert, insbesondere wenn Vegetationsbedeckung, Vielfalt, Bodenqualität, Grund- und Oberflächenwasserqualität negativ beeinflusst werden (Flora, 2003). Während bekannt ist, dass die Heuproduktion eine erhebliche Menge an Nährstoffen, einschließlich N und P, aus dem Boden entfernt, kann die Beweidung das Nährstoffrecycling durch Urin- und Mistausscheidung unterstützen. Beispielsweise bleiben unter moderatem Weidedruck die Böden P und K größtenteils erhalten und bleiben im Gleichgewicht mit den Erntebedürfnissen, während Boden N dazu neigt, verloren zu gehen. Darüber hinaus kann das Weideverhalten einzelner Tiere die Verteilung der Nährstoffe auf dem Feld beeinflussen und die nachfolgende Getreideproduktion beeinflussen, während eine Erhöhung der Weiderotation dazu beiträgt, die Auswirkungen der Tiergemeinde auf die Nährstoffverteilung im Boden zu verringern. Franzluebbers und Stuedemann (2004) berichteten über einen neutralen Effekt von Rindern auf die nachfolgende Biomasse von Getreide und eine angemessene Gewichtszunahme von Tieren auf Futterpflanzen, die in ein Sorghum- und Weizenanbausystem integriert sind, wobei die Systemproduktivität aus kombinierten Ernte- und Viehbestandteilen die wirtschaftlichen Erträge steigert. Produktions-, Umwelt- und wirtschaftliche Vorteile können erzielt werden, indem die Multifunktionalität des Betriebs durch die Integration von Futterpflanzen in Getreidekulturen erhöht wird. Es gibt jedoch nur wenige Informationen zur Integration von Kurzzeitfutterpflanzen in Nutztiersysteme (Gardner und Faulkner) , 1991) und praktisch keine Informationen über diese Effekte in organischen Systemen. Die Entwicklung einer wirksamen Parasitenbekämpfung in integrierten Systemen ist ebenfalls nicht gut verstanden und in diesem Projekt enthalten.
Soziale Auswirkungen
Zu den Kenntnissen und Fähigkeiten, die durch die Integration von Kulturpflanzen und Nutztieren verbessert werden können, gehören Herdenmanagement und Gesundheit, Zaunpraktiken, Wasserversorgungstechnologie, das Gleichgewicht zwischen ganzjähriger Futterversorgung und Arbeitskräften sowie die Sicherung potenzieller zusätzlicher Flächen zur Deckung des Weidebedarfs (Gardner und Faulkner, 1991) ). Mehrere Studien haben Veränderungen in der landwirtschaftlichen Landnutzung mit konkurrierenden Nutzungen (Moak et al., 1994), strukturellen Veränderungen im Agrarsektor (Offutt, 1997) und veränderten Beschäftigungsmöglichkeiten auf dem Bauernhof (Hines und Rhoades, 1994) in Verbindung gebracht. Da die Mehrheit der US-Farmen, einschließlich der Betriebe mit Grasbetrieb, aus kleinen und mittleren Betrieben besteht, die stärker diversifiziert sind und familiäre Beziehungen betonen und weniger auf Leiharbeit angewiesen sind (Winrock International, 2001), ist es wichtig zu verstehen ihre Wertesysteme und die Art und Weise, wie sie Gewinne verhandeln, im Vergleich zu größeren, weniger diversifizierten Betrieben (Johnson, 1994). Dieses Projekt konzentriert sich hauptsächlich auf biologische Kuh- / Kälberbetriebe in kleinen und mittleren Betrieben, da Kuh- / Kälberproduzenten normalerweise auf Weideland angewiesen sind (Flora, 2003). In einer Umfrage aus dem Jahr 2002 über die Einstellungen und Einschränkungen der Erzeuger eines grasbasierten Systems in Iowa gaben 84% der Befragten an, dass sie bereit wären, Futter aufzunehmen, da dies eine „umweltfreundlichere Nutzung des Landes“ darstellt, und 32% gaben dies an Sie wären bereit, sich zu ändern, weil dies das Risiko verringern würde (Hanson et al., 2002).
Zusätzlich zu den wirtschaftlichen Werten sind die sozialen Werte, die integrierten organischen Systemen zugrunde liegen, wie die Maximierung der Investitionen in Naturkapital; Verringerung der Umweltverschmutzung und der gesundheitsschädlichen Auswirkungen persistenter Agrochemikalien in der konventionellen Landwirtschaft; verbesserter Tierschutz in einer grasbasierten Umgebung; In diesem Projekt werden Interaktionen zwischen Familie und Gemeinschaft in Bezug auf sich verändernde Landschaften und ihre Auswirkungen bewertet. Von zentraler Bedeutung ist die Arbeit, da festgestellt wurde, dass der Arbeitskräftebedarf um 50% steigt, wenn dem landwirtschaftlichen System in North Dakota Vieh hinzugefügt wird, wobei sich 15% dieser erhöhten Zeit mit den Erntezeiten überschneiden (Gardner und Faulkner, 1991). Da Bildung und Erfahrung als die vielversprechendsten Methoden zur Überwindung vieler sozialer Hindernisse für die Einführung integrierter Nutztiersysteme genannt werden (Franzluebbers, 2007), werden iterative Prozesse eingerichtet, in denen die Teilnehmer positive und negative Aspekte integrierter Systeme austauschen.
Im Gegensatz zu aktuellen Forschungs- und Erweiterungsprogrammen mit Schwerpunkt auf einer höheren Produktion pro Betrieb (Flora und Francis, 2000) wird dieses Projekt zu Innovationen, Belastbarkeit und mehr Alternativen für kleine und mittlere landwirtschaftliche Betriebe anregen, die den Informationsfluss zwischen Erzeugern und Endnutzern von ihre Produkte (Flora, 2001). Soziale Barrieren müssen jedoch bewertet werden, damit die integrierten Systeme für Nutzpflanzen und Nutztiere Fortschritte machen können. Mangelnde infrastrukturelle Unterstützung und unzureichende Informationen zum Ausgleich des Arbeitskräftebedarfs müssen behoben werden, um die Akzeptanz dieser Systeme zu beschleunigen (Hardesty und Tiedman, 1996). Indikatoren für die Nachhaltigkeit von landwirtschaftlichen Betrieben und Haushalten aus der Integration von Bestandteilen aus biologischem Anbau und Vieh werden anhand von Umfragen und Fokusgruppen bewertet. Zu den Indikatoren gehören unter anderem wirtschaftliche Stabilität, Boden- und Wasserqualität, Leistung und Gesundheit von Nutzpflanzen und Nutztieren, Energieverbrauch, Arbeitsbedingungen und soziale Akzeptanz. Der Versuch, die Dimensionen und die Dynamik von Erzeugerentscheidungen zu verstehen, kann zur Formulierung einer wirksameren Agrarpolitik im Interesse der Aufrechterhaltung grasbasierter Praktiken beitragen (Dixon, 2000). Erfolgreiche Beispiele für Konversion und Marktnachfrage, die durch dieses Projekt demonstriert werden, werden den Herstellern helfen, festzustellen, ob diese Nischenmärkte für sie geeignet sind (Acevedo et al., 2006). Da die Forschung zum Aufbau einer nachhaltigeren Landwirtschaft eine Systemperspektive mit hoher Beteiligung der Landwirte erfordert (Flora, 1992), werden Biobauern in die Projektgestaltung, -durchführung und -bewertung einbezogen. Unter Verwendung der von Francis und Youngberg (1990) vorgeschlagenen Definition einer nachhaltigen Landwirtschaft wird dieses Projekt die Umweltzerstörung verringern, die landwirtschaftliche Produktivität erhalten, kurz- und langfristig die Wirtschaftlichkeit fördern und zur Erhaltung stabiler ländlicher Gemeinschaften und der Lebensqualität beitragen .