Questa revisione della letteratura sull'integrazione di colture e bestiame in un sistema biologico è stata compilata dai ricercatori di Rodale Institute, Iowa State University e University of Minnesota per una proposta di sovvenzione 2014 all'USDA National Institute of Food and Agriculture, Organic Research and Extension Initiative. Tale sovvenzione è stata finanziata con la sovvenzione n. 2014-51300-22541. Clicca qui per saperne di più sulla ricerca e sui risultati.
Colture biologiche e bestiame
Spinte dalla domanda dei consumatori, le vendite di alimenti biologici sono aumentate da $ 3.6 miliardi nel 1997 a $ 31.5 miliardi nel 2013 (OTA, 2014) e $ 52.5 miliardi nel 2018 (OTA, 2019). Diversi fattori hanno portato a questo aumento del consumo di alimenti biologici negli Stati Uniti, tra cui la preferenza dei consumatori per residui di pesticidi inferiori (Baker et al., 2002), problemi di nutrizione e salute (The Hartman Group, 2006), impatti ambientali negativi associati a produzione (Venterea e Rolston, 2000) e la garanzia dell'integrità biologica attraverso standard biologici federali coerenti (USDA-AMS, 2014). Gli agricoltori sono anche interessati a produrre colture biologiche che soddisfino la "tripla linea di fondo" di sostenibilità ambientale, fattibilità economica ed equità sociale. Negli ultimi anni, gli agricoltori biologici sono diventati sempre più preoccupati per la sicurezza alimentare / dei prodotti agricoli, particolarmente importante per gli agricoltori che praticano una produzione agricola / zootecnica integrata (Pereira et al., 2013). Garantire la sicurezza alimentare è fondamentale in qualsiasi operazione agricola e, nel caso dei prodotti, è stata oggetto della recente legge federale, "FDA Food Safety Modernization Act" (21 USC 2201; FDA, 2011), che avrà ampia portata effetti sull'intera filiera alimentare.
L'aumento della domanda di prodotti biologici ha superato l'adozione della produzione biologica a livello nazionale con gli agricoltori statunitensi che producono $ 7.28 miliardi di vendite organiche (USDA NASS, 2018), solo il 13.8% del settore biologico da $ 52.5 miliardi di dollari. Attualmente, la produzione biologica negli Stati Uniti è dominata da colture di cereali da reddito, con la maggior parte degli agricoltori biologici nel Midwest e in Pennsylvania che utilizza acquisti fuori dalla fattoria per nutrire le loro mandrie di animali biologici. Nell'indagine più recente, c'erano 366,881 acri di mais e soia biologici tra i 5.4 milioni di acri biologici negli Stati Uniti (USDA-ERS, 2013). I benefici produttivi, ambientali ed economici possono essere aumentati migliorando la multifunzionalità dell'azienda agricola attraverso l'integrazione di colture da reddito con colture foraggere per il pascolo e colture da fieno per l'alimentazione del bestiame. In Iowa, i pascoli organici di erba e legumi forniscono fino a 6,000 libbre / acro di materia secca all'anno (Acevedo et al., 2006). In Florida, le prestazioni del bestiame sui pascoli di bahiagrass hanno portato a un breakpoint medio giornaliero del guadagno compreso tra 1.4 e 2.0 kg di massa secca di foraggio per kg di peso vivo animale al giorno (Stewart et al., 2007). In Minnesota, i manzi da latte biologico che pascolano prevalentemente su pascoli di bromegrass lisci hanno registrato guadagni da 0.6 a 0.9 kg al giorno (Bjorklund et al., 2013). Inoltre, incorporare un legume nei pascoli a base di erba aumenterà la qualità complessiva del foraggio e fornirà azoto per migliorare la salute e la stabilità del pascolo. Sebbene sia noto che la produzione di fieno rimuove una quantità significativa di nutrienti, inclusi N e P dal suolo, il pascolo aiuta il riciclaggio dei nutrienti attraverso l'urina e l'escrezione di letame. Con pressioni di pascolo moderate, il suolo P e K sono per lo più conservati e rimangono in equilibrio con le esigenze colturali, mentre il suolo N tende a perdersi. Le interazioni tra i sistemi di coltivazione e pascolo nelle fattorie biologiche e convenzionali non sono completamente comprese (Franzluebbers, 2007), in particolare nei sistemi biologici, dove la raccolta e la distribuzione del letame è fondamentale per l'equilibrio nutritivo della coltura.
Base storica dell'integrazione delle colture e del bestiame
Il movimento verso la specializzazione della produzione agricola e animale ha separato i sistemi integrati coltura-bestiame dalle loro radici storiche nel secolo scorso (Russelle et al., 2007). I bovini erano parte integrante del paesaggio dell'azienda agricola dove riciclavano i nutrienti dall'erba e dal grano prodotti nella fattoria (Flora, 2003) e gli agricoltori gestivano le loro risorse terrestri per mantenere un'adeguata fertilità del suolo per sostenere la produzione agricola e animale. Nel 1996, meno del 10% delle aziende agricole statunitensi integravano colture e bestiame (Krall e Schumann, 1996). Tuttavia, i modelli contemporanei di integrazione redditizia di colture e bestiame, noti come agricoltura ley, si trovano in Nuova Zelanda e Australia, dove la rotazione di diversi anni di colture di grano con 2-5 anni di pascoli di erba e legumi al pascolo aiuta a raggiungere obiettivi di autosufficienza ( Haynes e Francis, 1990; Carr et al., 2005) e aumenta la produzione di energia (Nguyen e Haynes, 1995).
Miglioramento della qualità del suolo e ciclo dei nutrienti: costruire o mantenere riserve di carbonio e azoto nel suolo per l'uso delle colture è una considerazione importante nella valutazione dei sistemi di agricoltura sostenibile. Gli effetti benefici dell'integrazione del bestiame nelle rotazioni colturali sono stati associati a miglioramenti nella qualità del suolo, compreso il miglioramento della materia organica del suolo, delle condizioni fisiche del suolo e della soppressione delle malattie (Jawson et al., 1993). Sistemi colturali-zootecnici ben integrati imitano i cicli naturali di energia e nutrienti attraverso la conversione dei ruminanti di mangimi cellulosici in proteine e il riciclaggio dei nutrienti dal letame del bestiame nella struttura cellulare del raccolto (Gates, 2003; Oltjen e Beckett, 1996). L'incorporazione di letame e input di residui colturali sequestra il carbonio nel suolo, migliora la funzione del suolo e mitiga l'erosione (Russelle e Franzluebbers, 2007). Franzluebbers (2005) ha riscontrato che l'accumulo di carbonio dopo l'insediamento di pascoli erbosi era in media di 1 Mg / ha / anno. Katsvairo et al. (2006) hanno anche riferito che una rotazione dell'erba perenne del bestiame ha aumentato il contenuto di materia organica e ridotto la lisciviazione dei nitrati nei sistemi di coltivazione di arachidi e cotone. La gestione dei nutrienti disponibili è necessaria per supportare la produzione vegetale sostenibile, in particolare nei sistemi organici, dove gli input di fertilità sono limitati (Goulding et al., 2008). La complessità del ciclo e della disponibilità dei nutrienti nei sistemi di pascolo è influenzata dai processi del suolo, dalla composizione delle specie vegetali, dai tassi di stoccaggio, dall'alimentazione supplementare e da molti altri fattori che influenzano gli input, le esportazioni e le perdite (Rotz et al., 2005). Una maggiore ritenzione ed efficienza nell'uso dei nutrienti all'interno dei sistemi di produzione lattiero-casearia, ad esempio, può avere feedback positivi per la produzione di latte e l'economia agricola (Fanguerio et al., 2008; Ryan et al., 2011). Al fine di stabilire nuovi sistemi di pascolo economici e vantaggiosi per l'ambiente, è necessario stabilire una comprensione del ciclo dei nutrienti e dell'efficienza in questi sistemi di produzione. I modelli dell'intera azienda agricola e gli approcci di bilancio dei nutrienti, che richiedono la valutazione dei pool di nutrienti, degli input, delle esportazioni e delle perdite, possono essere utilizzati per valutare e stabilire i migliori sistemi di gestione per la produzione di ruminanti (Dou et al., 1996; Rotz et al., 2007).
Miglioramento della resa del raccolto
La letteratura suggerisce che con un pascolo integrato / rotazione delle colture, i rendimenti delle colture rimangono paragonabili o superiori alla coltivazione continua. Franzluebbers e Stuedemann (2004) non hanno riportato alcun effetto negativo del pascolo sulla biomassa del raccolto cerealicolo successivo. La resa in granella di mais è stata trovata in media di 3.6 Mg / ha dopo un pascolo di 5 anni di festuca o bermudagrass in Georgia e South Carolina (Parks et al., 1969). Adams et al. (1970) hanno ottenuto dall'11 al 24% una resa di mais maggiore in seguito a raccolti di zolle rispetto al mais continuo, mentre Franzluebbers e Stuedemann (2004) hanno ottenuto rese di frumento di 3.8 Mg / ha e rese di sorgo di 5.1 Mg / ha a seguito di colture di miglio perlato e segale , rispettivamente. La resa del grano era maggiore nelle varietà di grano invernale alto a cui era stata fornita un'adeguata fertilità e umidità e che venivano pascolate solo allo stadio congiunto rispetto al grano non coltivato (Redmon et al., 1995). Hill et al. (2004) hanno riportato un'aggiunta di 0.1 Mg / ha di resa di cotone e arachidi in rotazioni che contenevano segale o loietto al pascolo prima del raccolto. Le colture di cereali interrate in foraggi perenni dipendono fortemente da un'umidità adeguata e da una concorrenza minima tra foraggio e colture (Franzluebbers, 2007). Questo progetto utilizzerà piantagioni sequenziali di colture di cereali e foraggi / pascoli per ottenere rese costanti.
Pascolo che fornisce servizi ecosistemici: la compattazione del suolo dovuta al movimento del bestiame è citata come un potenziale problema nelle rotazioni integrate coltura-bestiame, ma Studdert at el. (1997) hanno trovato che tutti gli indicatori di qualità del suolo, inclusa la ridotta densità apparente, che indica una bassa compattazione, aumentavano con il pascolo perenne nelle rotazioni a lungo termine. Krenzer et al. (1989) hanno scoperto che la resistenza del suolo aumenta con il pascolo del grano invernale. Diaz-Zorita et al. (2002) e Garcia-Prehac et al. (2004) hanno riportato la maggiore riduzione della compattazione del suolo ottenuta quando la lavorazione conservativa è stata inclusa in queste rotazioni. Franzluebbers e Stuedemann (2004) hanno scoperto che la resistenza alla penetrazione del suolo era maggiore sotto il pascolo rispetto alle colture foraggere non pascolate, a seconda del contenuto di acqua del suolo, ma che maggiori quantità di carbonio nel suolo dall'incorporazione del letame e dall'aggiunta di colture di copertura possono mitigare i problemi di compattazione del suolo (Franzluebbers e Stuedemann, 2005). Nei sistemi in cui è stato applicato fertilizzante azotato, più del 64% dell'azoto applicato si accumula come N organico del suolo nei pascoli bermudagrass rispetto ai pascoli non pascolati (Franzluebbers e Stuedemann, 2003b). Anche la biomassa microbica del suolo, un altro indicatore della qualità del suolo, si è accumulata in misura maggiore sotto i pascoli bermudagrass (Franzluebbers e Stuedemann, 2003a). Pertanto, sono necessarie ulteriori ricerche sugli effetti delle colture di pascolo al pascolo e non durante le rotazioni colturali a lungo termine in sistemi organici in cui la lavorazione del terreno è tipicamente utilizzata per la gestione delle infestanti (Delate e Cambardella, 2004).
Interruzione dei cicli di parassiti
Sono stati segnalati insetti nocivi delle colture e interruzione di malattie da colture di cereali rotanti con foraggio o colture di copertura (Snapp et al., 2005). Le riduzioni del marciume degli steli di arachidi (Brenneman et al., 2003) e dei nematodi nelle verdure (Sumner et al., 1999) e nella soia (Rodriquez-Kabana et al., 1988, 1989) sono state maggiori dopo il pascolo di bahiagrass. È stato dimostrato che anche segale, lupino, canapa, semi di velluto e sorgo respingono i nematodi. Hartzog e Balkcom (2003) hanno riferito che bahiagrass e bermudagrass in un sistema di cotone o arachidi aiutavano a ridurre i nematodi e altri parassiti. È stato anche dimostrato che le rotazioni colturali basate sulle zolle interrompono i cicli parassitari degli animali (Franzluebbers, 2007). Loomis e Conner (1992) hanno riportato una riduzione dei parassiti quando le colture foraggere pascolate venivano ruotate con le colture di grano. Infine, il pascolo del bestiame al pascolo riduce al minimo il rischio di epidemie di malattie spesso osservate nelle aree di alimentazione del bestiame concentrate (Flora, 2003).
Riduzione della pressione delle infestanti
È stato riportato che molte specie di colture foraggere aiutano a rompere i cicli di infestanti nelle colture annuali di cereali attraverso la competizione, l'allelopatia e le alterazioni microclimatiche (Gardner e Faulkner, 1991). Sebbene le interazioni tra erbacce e pascolo-pascolo non siano ben comprese, le indicazioni sono che il pascolo del bestiame può controllare alcune erbe invasive; tuttavia, gli animali possono anche veicolare semi di piante infestanti vitali in altre aree attraverso i loro escrementi. Entz et al. (1995) hanno riportato riduzioni della pressione delle infestanti quando i foraggi sono stati integrati con il grano e altre colture di cereali, con benefici che continuano a maturare quando è stato incluso il pascolo (Entz et al., 2002). Martin (1996) ha citato la riduzione delle erbe infestanti quando il grano veniva ruotato con un raccolto di pascolo al pascolo.
Prestazioni e salute degli animali
I bovini allevati con una dieta a base vegetale in condizioni esterne forniscono vantaggi economici e ambientali. Franzluebbers e Stuedemann (2004) hanno rilevato che l'aumento di peso del bestiame è stato in media di 287 kg / ha e 419 kg / ha, rispettivamente, sui raccolti invernali di segale e miglio perlato. Le prestazioni di manzo sul grano invernale pascolato per 84-115 giorni erano di circa 2 libbre / animale / giorno a un tasso di stoccaggio di 2 capi / acro (Horn et al., 1995). Il pascolo delle andane ha anche portato a un'elevata efficienza alimentare per le vacche da carne durante un periodo di pascolo invernale di 54 giorni nel Nord Dakota (Neville et al., 2007). L'UI Livestock Integrated Focus Team ha trasferito la Schuette Farm di Breese, Illinois, a un sistema integrato e ha ridotto il fabbisogno di mangime immagazzinato da 5,000 lb / vacca / anno a meno di 1,000 lb, senza perdita di produttività (Univ. Of Illinois, 2008 ). I benefici nutrizionali di una dieta a base vegetale per i bovini includono concentrazioni più elevate di acidi grassi omega-3, come l'acido linoleico coniugato, che hanno proprietà anti-infiammatorie e anticoagulanti (Daley e Abbott, 2006; Flora, 2003; French et al. ., 2000).
Problemi di sicurezza alimentare
Le pratiche di sicurezza alimentare per ridurre le tossine e la contaminazione microbica sono nella mente di tutti gli agricoltori, ma in particolare per gli agricoltori che integrano animali e colture nello stesso sistema. Studi di confronto tra bestiame biologico e allevato convenzionalmente e colture da pascolo non hanno rilevato, in generale, differenze significative di sicurezza alimentare tra sistemi convenzionali e biologici (Bourn e Prescott, 2002; Maffei et al., 2013; Oliveira et al., 2012; Blanco-Penedo et al., 2012). In uno studio, è stato scoperto che il grano convenzionale aveva maggiori micotossine in un progetto pilota, ma non sono state trovate differenze significative in un esperimento più ampio. In un confronto del bestiame in Spagna, non ci sono state differenze di sicurezza alimentare nei bovini da carne biologici o convenzionali, ma è stato riportato che la carne biologica ha una qualità superiore. In un'indagine comparativa tra polli da carne biologici e convenzionali, non sono state riscontrate differenze significative nella presenza di Salmonella, ma il Campylobacter era più alto nei polli da carne allevati biologicamente. I sistemi di pascolo che riducono il carico larvale o capannone dei parassiti interni miglioreranno la produttività del bestiame sui pascoli organici (Larsen, 2006). I pascoli a pascolo continuo non riescono a interrompere il ciclo di vita di questi parassiti, mentre i pascoli a pascolo a rotazione spesso riducono il carico larvale del parassita (Stromberg e Averbeck, 1999). Questo progetto esplorerà un'area di ricerca relativamente nuova sull'integrazione del bestiame nei sistemi di coltivazione e sull'esame degli effetti sulla salute delle piante e degli animali e sulla sicurezza dei prodotti.
Benefici economici
Stuedemann et al. (2003) hanno stimato che la conversione del 10% delle pianure costiere meridionali al pascolo si tradurrebbe in un guadagno annuo del 40% in più di bovini da carne e in maggiori benefici economici, attraverso una riduzione dei costi di input e una maggiore produttività della terra. Gardner e Faulkner (1991) hanno scoperto che il reddito dell'intera azienda agricola è stato aumentato del 20% con l'aggiunta di bestiame nel sistema agricolo. Hill et al. (2004) hanno riportato un reddito agricolo aggiuntivo di $ 311 / ha da bestiame che pascola un raccolto invernale di segale o loietto, mentre Gamble et al. (2005) hanno ottenuto da $ 185 a $ 200 / ha ogni anno di bestiame al pascolo con colture invernali. Carr et al. (2005) ha registrato un ritorno medio di $ 65 / acro al lavoro e alla gestione in un sistema integrato rispetto ai valori negativi per le sole colture di cereali. Le prestazioni economiche dell'azienda possono essere migliorate quando i produttori alimentano il loro foraggio in piedi o in andane, pascolano o imballano il raccolto in eccesso per l'alimentazione invernale o lo immagazzinano per la vendita successiva. Acevedo et al. (2006) hanno riscontrato che i costi annuali del pascolo biologico di erba e legumi erano di $ 114 / acro, con il fieno biologico che ottiene un premio del 10-30% rispetto ai prezzi convenzionali. Attraverso un coordinamento più efficace tra i vari partecipanti al mercato, sono emersi miglioramenti nella qualità media della carne bovina (Hueth e Lawrence, 2002), sia come membri di una cooperativa di marketing biologico, come Organic Valley / Organic Prairie, vendendo individualmente, sia tramite marketing diretto a negozi al dettaglio. I vantaggi di mercato in un sistema alternativo includono la partecipazione attiva da parte del produttore all'intera catena del valore, in contrasto con il sistema convenzionale in cui esistono relazioni disgiunte e diffidenti tra gli operatori vacca / vitello e gli allevamenti / confezionatori (Flora, 2003). Gli incentivi per la produzione di carne bovina biologica includono prezzi premium biologici, che spesso guadagnano il 50% in più rispetto ai prezzi convenzionali, e il potenziale di esportazione in paesi, come l'UE, che hanno vietato gli ormoni artificiali (Flora, 2003).
La necessità di ulteriori ricerche sui sistemi integrati
Attualmente, ci sono informazioni limitate sull'abbinamento dei cicli di coltivazione e pascolo con le condizioni climatiche per una produzione ottimale di colture e bestiame (Franzluebbers, 2007). La reintegrazione del bestiame nel paesaggio agricolo avrebbe molteplici vantaggi, tra cui il miglioramento della qualità del suolo e la potenziale mitigazione dei parassiti. La protezione o il miglioramento del carbonio e di altri nutrienti nella materia organica del suolo è al centro delle normative organiche, al fine di mantenere la fertilità e la struttura del suolo in sistemi sostenibili (Manley et al., 2007). I produttori biologici intervistati nella nostra regione si sforzano di ottenere aziende agricole biologiche chiuse e integrate, che si affidano il più possibile a fattori produttivi in azienda o prodotti localmente per soddisfare le esigenze di cibo e nutrizione delle colture e del bestiame. La costruzione o la manutenzione delle vasche C e N del suolo per il successivo utilizzo delle colture è una considerazione importante nello sviluppo di sistemi di agricoltura sostenibile. Nelle indagini nazionali sugli agricoltori biologici (OFRF, 2007), la gestione delle infestanti e la fertilità del suolo sono state citate come aree importanti di preoccupazione. I ricercatori hanno confermato che l'incorporazione di letame e residui di colture sequestranti C nel suolo, migliora la funzione del suolo e mitiga l'erosione (Russelle e Franzluebbers, 2007) e che l'agricoltura biologica a lungo termine e l'applicazione di letame migliorano il ciclo dei nutrienti e la soppressione dei parassiti promuovendo la qualità del suolo e biodiversità (Birkhofer et al., 2008; Carpenter-Boggs et al., 2000; Pimentel et al., 2005). I meccanismi alla base del miglioramento delle condizioni ambientali nelle fattorie biologiche includono una migliore ritenzione di acqua e nutrienti del suolo grazie al contenuto di materia organica del suolo (SOM) migliorato derivante da diverse sequenze di colture e l'applicazione di emendamenti a base organica come colture di copertura e letame (Liebig e Doran, 1999 ). I sistemi integrati coltura-bestiame offrono opportunità per ottimizzare i servizi dell'agroecosistema, compreso il riciclaggio dei nutrienti dal letame del bestiame per l'assorbimento del raccolto e di nuovo al bestiame come mangime e foraggio. Anche la rimozione del carbonio dall'atmosfera e il riciclaggio attraverso sistemi a base vegetale possono rivelarsi un fattore significativo per mitigare il tasso di cambiamento climatico globale. Con il declino delle materie prime a basso costo, è necessario sviluppare fonti alternative di fertilità, basate sui principi ecologici della fissazione biologica dell'azoto dai legumi da foraggio e sul riciclaggio dei nutrienti, per le fattorie biologiche e convenzionali (Badgley et al., 2007). Attraverso un maggiore utilizzo di strategie che aumentano o sequestrano il carbonio nei suoli agricoli attraverso letame e residui vegetali (Gaskell et al., 2000), l '"impronta di carbonio" dell'agricoltura sarà notevolmente ridotta. Teasdale et al. (2007) hanno scoperto che i miglioramenti del suolo si sono verificati quando le pratiche agricole convenzionali, senza aratura, sono state sostituite con metodi di agricoltura biologica, anche se la lavorazione del terreno è stata utilizzata nei sistemi biologici. Il C e l'N del suolo erano più alti dopo nove anni in un sistema biologico rispetto a tre sistemi convenzionali senza lavorazione, due dei quali includevano colture di copertura.
Sebbene spesso coltivate per attributi diversi, colture foraggere, colture da pascolo, colture di zolle, colture da fieno e colture di copertura possono essere utilizzate in sistemi integrati coltura-bestiame. Le colture di copertura che dimostrano il potenziale per il pascolo del bestiame nella nostra regione includono grano, segale, avena, orzo, loietto annuale, veccia pelosa, veccia comune, trifoglio cremisi, erba del frutteto e festuca (Sojka et al., 1984), pisello invernale, sotterraneo clover, lespedeza (Duck e Tyler, 1991; Rao e Phillips, 1999; Rao et al., 2003; Reeves e Delaney, 2002). Hendrickson et al. (1963a) ha stimato che la perdita di suolo potrebbe essere ridotta da 45 Mg / ha in un sistema di coltivazione (cotone) a meno di 1 Mg / ha in erba perenne, ma anche senza una conversione completa in pascolo, integrando una rotazione di 3 anni di avena / lespedeza forage-lespedeza-cotton ha portato a una riduzione della perdita di suolo di 55 Mg / ha rispetto alle perdite nel cotone continuo (Carreker, 1946), e una riduzione di 10 Mg / ha in un foraggio avena / veccia / sunnhemp-arachidi rotazione rispetto all'arachide continua (Hendrickson et al., 1963b). È stato riscontrato che l'effetto della coltura foraggera nella rotazione dura diversi anni. Come Giddens et al. (1971a, 1971b) hanno dimostrato che l'azoto organico del suolo rilasciato a seguito di un raccolto foraggero di festuca è stato utilizzato da un raccolto di mais per un massimo di 5 anni. Le operazioni di pascolo integrate potrebbero anche portare a una migliore qualità dell'aria e dell'acqua attraverso la distribuzione uniforme del letame attraverso la matrice del paesaggio in contrasto con le aree concentrate (Grierson et al., 1991). Le colture foraggere e da pascolo riducono il deflusso di acqua e sostanze nutritive e migliorano l'infiltrazione dell'acqua (Gardner e Faulkner, 1991) e, come hanno scoperto Hartzog e Balkcom (2003), l'acqua è stata conservata nel profilo del suolo quando bahiagrass e bermudagrass sono stati integrati nel cotone e rotazioni di arachidi.
Il sovrapascolamento è un problema che richiede attenzione, in particolare dove la copertura vegetativa, la diversità, la qualità del suolo, la qualità delle acque sotterranee e superficiali sono influenzate negativamente (Flora, 2003). Sebbene sia noto che la produzione di fieno rimuove una quantità significativa di nutrienti, inclusi N e P dal suolo, il pascolo può aiutare nel riciclaggio dei nutrienti attraverso l'urina e l'escrezione di letame. Ad esempio, con pressioni di pascolo moderate, il suolo P e K sono per lo più trattenuti e rimangono in equilibrio con le esigenze delle colture, mentre il suolo N tende a perdersi. Inoltre, il comportamento al pascolo dei singoli animali può influenzare la distribuzione dei nutrienti attraverso il campo, influenzando la successiva produzione di cereali, mentre l'aumento della rotazione del pascolo aiuta ad alleviare gli effetti della congregazione animale sulla distribuzione dei nutrienti nel suolo. Franzluebbers e Stuedemann (2004) hanno riportato un effetto neutro del bestiame sulla successiva biomassa delle colture cerealicole e un aumento proporzionale del peso degli animali sulle colture foraggere integrate in un sistema di coltivazione del sorgo e del frumento, con la produttività del sistema derivante dalla combinazione di componenti di coltura e bestiame che migliora i ritorni economici. I vantaggi produttivi, ambientali ed economici possono essere ottenuti aumentando la multifunzionalità dell'azienda agricola attraverso l'integrazione delle colture foraggere con le colture cerealicole, ma c'è una scarsità di informazioni sull'integrazione delle colture foraggere di breve stagione nei sistemi colturali-zootecnici (Gardner e Faulkner , 1991) e praticamente nessuna informazione su questi effetti all'interno dei sistemi organici. Anche lo sviluppo di un controllo efficace dei parassiti nei sistemi integrati non è ben compreso ed è incluso in questo progetto.
Effetti sociali
Le conoscenze e le abilità che possono essere migliorate integrando colture e bestiame includono la gestione e la salute della mandria, le pratiche di recinzione, la tecnologia di approvvigionamento idrico, il bilanciamento delle forniture di foraggio e del lavoro durante tutto l'anno e la sicurezza di terra aggiuntiva potenziale per tenere conto delle esigenze di pascolo (Gardner e Faulkner, 1991 ). Diversi studi hanno associato i cambiamenti nell'uso del suolo agricolo con usi concorrenti (Moak et al., 1994), cambiamenti strutturali del settore agricolo (Offutt, 1997) e mutevoli opportunità di occupazione agricola (Hines e Rhoades, 1994). Poiché la maggior parte delle aziende agricole statunitensi, comprese quelle con attività a base di erba, consiste in operazioni di piccole e medie dimensioni che sono più diversificate e sottolineano i rapporti familiari, facendo meno affidamento sul lavoro assunto (Winrock International, 2001), è fondamentale capire i loro sistemi di valori e contrastano il modo in cui negoziano il profitto rispetto ad operazioni più grandi e meno diversificate (Johnson, 1994). Questo progetto si concentra principalmente sulle operazioni biologiche di vacche / vitelli in aziende di piccole e medie dimensioni, poiché i produttori di vacche / vitelli normalmente fanno affidamento sul pascolo (Flora, 2003). In un sondaggio del 2002 sugli atteggiamenti e sui limiti dei produttori di un sistema a base di erba in Iowa, l'84% degli intervistati ha dichiarato che sarebbe disposto a includere i foraggi perché si tratta di un "uso più rispettoso dell'ambiente della terra" e il 32% ha indicato che sarebbero disposti a cambiare perché ridurrebbe il rischio (Hanson et al., 2002).
Oltre ai valori economici, i valori sociali alla base di sistemi organici integrati, come la massimizzazione degli investimenti nel capitale naturale; ridurre l'inquinamento e gli effetti nocivi sulla salute derivati da prodotti chimici per l'agricoltura persistenti nell'agricoltura convenzionale; miglioramento del benessere degli animali da un ambiente a base di erba; e le interazioni famiglia-comunità intorno ai paesaggi mutevoli e le loro implicazioni saranno valutate in questo progetto. Di fondamentale importanza è la manodopera, poiché si è scoperto che il fabbisogno di manodopera aumentava del 50% quando il bestiame veniva aggiunto al sistema agricolo nel Nord Dakota, con il 15% di tale aumento del tempo che si sovrapponeva ai tempi di gestione delle colture (Gardner e Faulkner, 1991). Poiché l'educazione e l'esperienza sono citate come i metodi più promettenti per superare molte barriere sociali all'adozione di sistemi integrati coltura-bestiame (Franzluebbers, 2007), verranno stabiliti processi iterativi, in cui i partecipanti condivideranno aspetti positivi e negativi dei sistemi integrati.
Contrariamente agli attuali programmi di ricerca ed estensione che enfatizzano una maggiore produzione per azienda agricola (Flora e Francis, 2000), questo progetto ispirerà innovazione, resilienza e più alternative per le operazioni agricole di piccole e medie dimensioni che migliorano il flusso di informazioni tra i produttori e gli utenti finali di i loro prodotti (Flora, 2001). Le barriere sociali devono essere valutate, tuttavia, affinché i sistemi integrati coltura-bestiame possano progredire. La mancanza di supporto infrastrutturale e le informazioni insufficienti sul bilanciamento delle esigenze di lavoro devono essere affrontate per accelerare l'accettazione di questi sistemi (Hardesty e Tiedman, 1996). Gli indicatori di sostenibilità delle aziende agricole e delle famiglie derivanti dall'integrazione di componenti di colture biologiche e bestiame saranno valutati attraverso indagini e focus group. Gli indicatori includeranno, ma non si limitano a, stabilità economica, qualità del suolo e dell'acqua, prestazioni e salute delle colture e del bestiame, uso di energia, condizioni di lavoro e accettazione sociale. Il tentativo di comprendere le dimensioni e le dinamiche delle decisioni dei produttori può contribuire alla formulazione di politiche agricole più efficaci nell'interesse di sostenere pratiche basate sull'erba (Dixon, 2000). Esempi di successo di conversione e domanda di mercato, dimostrati attraverso questo progetto, aiuteranno i produttori a determinare se questi mercati di nicchia sono appropriati per loro (Acevedo et al., 2006). Poiché la ricerca per costruire un'agricoltura più sostenibile richiede una prospettiva sistemica con un'elevata partecipazione degli agricoltori (Flora, 1992), gli agricoltori biologici sono inclusi nella progettazione, esecuzione e valutazione del progetto. Utilizzando la definizione di agricoltura sostenibile proposta da Francis e Youngberg (1990), questo progetto ridurrà il degrado ambientale, manterrà la produttività agricola, promuoverà la redditività economica a breve e lungo termine e aiuterà a mantenere comunità rurali stabili e qualità della vita .