Örtü Bitkilerinin Islahındaki Gizli Arazi Kullanım Maliyeti

Bazı örtücü bitkileri kullanarak yabancı ot kontrolü, sürdürülebilir tarımda temel bir uygulama olarak kabul edilir. Ancak, mahsul üretimi ve tedarik zincirine çok az dikkat edilir. Bu perspektifte, ABD mısır üretim alanına erozyon örtü bitkisi tohumu tedarik etmek için arazi kullanım gereksinimlerini tahmin ediyor ve 18 ürünün, mevcut üretim alanının ortalama % 3.8’inin (medyanı % 2.0), popüler erozyon örtü bitkileri için gerekli olacağını düşünüyoruz. Sırasıyla % 4.5 ve % 11.9 ‘luk arazi gerektiren çavdar ve tüylü fiğ bitkileri. İkinci arazi gereksinimi, ABD’de hastalıktan kaybedilen yıllık mısır tanesi miktarıyla karşılaştırılabilir. Bu yüksek arazi kullanım maliyetlerini azaltmanın yollarını vurguluyoruz.

Bitkileri Büyütmenin Fırsatları ve Zorlukları

Erozyon örtü bitkileri, tarımsal üretim sistemlerinin sürdürülebilirliğini artırmaya yönelik stratejilere yaygın olarak dahil edilmektedir. Nakit ekin hasat ve sonraki dikim arasında yetiştirilen, erozyon örtü bitkileri toprak tutma, yabancı ot kontrolü, toprak fiziksel özellikleri, karbon sekestrasyonu, biyo-kontrol hizmetleri, su kalitesi ve besin döngüsünü geliştirmektedir. Bu bitkiler daha yaygın hale geliyor: 2012’den 2017’ye kadar % 50 artış gösterdi ve ABD’de erozyon bitki örtü alanı 6.2 milyon hektar alana ulaştı. Yöntemin iyileştirilmesi benimsenmesini daha teşvik edici kılmaktadır. Üniversiteler, kar amacı gütmeyen, sanayi tarafından büyük ve koordineli yatırımlar, kısmen araştırma ve eğitim yoluyla erozyon bitki örtüsünün halka ulaşma nedeni oldu. Benimsenmesindeki bu artışa rağmen, ABD tarım arazilerinin sadece % 1.7’si şu anda bu örtüyü içermektedir, bu da stratejinin endüstri mahsulü üretim sistemlerinde yaygın bir etkiye sahip olmadığını göstermekte. Bu büyüme potansiyelini bilerek, koruyucu bitkilerin alan ölçeğindeki faydalarından yararlanamayıp geri adım atıyoruz ve bunun yerine ABD üretim alanlarında yaygın olarak mahsul yetiştirmek için hangi altyapının gerekli olacağını ve bu ölçeğe ulaşmak için hangi engelleri aşmamız gerektiğini düşünüyoruz.

Fotoğraf 1: a Güney Minnesota’da mısır kalıntısında bir örtü olarak yetiştirilen çavdar (Michael Kantar tarafından fotoğraf), b Arizona’da fasulyesi alanda buğday ve fasulye sıraları arasında iç içe börülce örtü bitkileri  (Todd Horst), c örtü mahsul olarak yetiştirilen kıllı fiğ Güney Minnesota’da (fotoğraf David Hanson).

Belki de örtü bitkilerini büyütmenin en temel ihtiyacı üreticiler için uygun fiyatlı, kaliteli bir girdi sağlayabilen sağlam bir tohum endüstrisidir. Ilıman tarımsal sistemlerde tohum için büyüyen örtü bitkileri genellikle aynı yıl aynı arazide geleneksel endüstri bitkilerinin üretimini gerektirir. Bunun nedeni, mevcut örtü bitkisi türlerinin çoğalma olgunluğuna ulaşmak için ılıman bir büyüme mevsimine ihtiyaç duymasıdır. Sonuç olarak, yaygın endüstri bitkilerinin benimsenmesi büyük olasılıkla tohum üretimi için önemli miktarda ekilebilir arazi tahsisi gerektirecek ve potansiyel olarak tarım arazilerinin endüstri mahsullerinden, meradan veya doğal sistemlerden mahsul için tohum üretimini kapsayacak şekilde dönüştürülmesini zorunlu kılacaktır (Şekil  2 ). Bu tür arazi kullanım değişikliklerinin potansiyel kapsamı ve etkileri ölçülmemiştir.

Fotoğraf 2: Bir yayınlanmış literatürde ve USDA uzantısında yaygın olarak rapor edilen örtü bitki-ürün verimleri ve tohumlama hızlarına göre bir tek hektar tohum üretim potansiyelinin aralığı, b düşük tohum verimi ve örtü bitkiler, c yaygın olarak rapor edilen örtü bitkilere göre destek tohum üretimi için gerekli olan alanın aralığı (literatürde ve USDA yayımlanan belgelerde) mahsul verimleri ve tohumlama oranları. Yapılan tüm bu tahminler Amerika Birleşik Devletleri genelinde mısır üretiminin alansal boyutlarına yöneliktir.

Bu nedenle şunu soruyoruz: ABD mısır üretimine ayrılan 37 milyon hektar gibi büyük bir endüstri bitkisi üretim alanında yaygın olarak örtü bitkisi mahsulü üretiminin benimsenebilmesi için ne kadar arazi bu bitkilerin tohum üretimi için gerekir? Bu soruyu cevaplamak için, devlet veri denemelerinden, yayınlanmış yazılardan, ticari tohum kataloglarından ve çiftçi bültenlerinden 18 farklı örtü bitkisi için tohum verimi ve tohumlama oranlarını derledik (Ek Veriler  1). Bu örtü bitkileri, ABD’nin kullanıma uygun olarak pazarlanmaktadır. Her bir örtü bitkisi için, hektar başına minimum ve maksimum tohum verimi ve hektar başına tohumlanma oranı, tek hektarlık tohum üretiminden örtü bitkisi ile yetiştirilebilecek alanı belirlemek için kullanılmıştır (şekil  2a)) ve tüm ABD mısır ekili arazilerde dikmek için örtü bitkisinin tohum üretimi için gereken toplam hektar sayısı (Şekil  2b)).

Toplam mısır hektarının bu geçişin doğasında herhangi bir nedenle değişmediğini varsayarsak, örtü bitkisi tohumu üretimi için arazi gereksinimlerinin ortalama% 3,8 (medyan 746,000 hektar alan), yani% 3,8’e eşit olduğunu görüyoruz. ABD mısır tarım arazileri; Çavdar ( Secale cereale L.) – orta derecede bir tohum veren örtü mahsulü ve mısır kuşağında en yaygın olarak kullanılanlardan biri, kıllı fiğ ( Vicia villosa Roth) 1.661.000 hektar kadar (mısır tarım alanlarının% 4.5’i )bir alan gerektirir, 4.415.000 hektar (mısır tarım alanlarının% 11.9’u) kadar gerektirir ( en düşük tohum veriminde).

Bitkisel Tohum Üretim Senaryoları

Örnekleme amacıyla, örtü bitkisi tohumu üretimi için arazi kullanımı için iki varsayımsal senaryo sunuyoruz, bu senaryoların tohum üretimi için tohum üretiminin gerçek dünyaya yükseltilmesine giren tüm değişkenleri dikkate almış olmanız uyarısını yapıyoruz. Birinci senaryoda, mısır üretimi ile örtü bitkisi tohumu üretimi arasında toprak içeriği için yapılacak olan doğrudan rekabeti ele alıyoruz ve örtü bitkisi nedeniyle verimde herhangi bir değişiklik olmadığını varsayıyoruz. 2019 yılında ortalama mısır verimi verilerine dayanarak, mısır üretimi için kullanılan araziyi tohum üretimini kapsayacak şekilde dönüştürdüğümüzde, çavdar tohumu üretimi ile piyasadan 16.459.200 metrik ton mısır tahılı düşüş, kıllı fiğ tohumu üretimi de 43.525.440 metrik ton arttırıldı. Bu büyük gibi görülen rakamlar, 2015 yılında ABD’de hastalıkla kaybedilen yıllık mısır miktarıyla karşılaştırılabilir.

Mevcut endüstri mahsul arazilerinde mahsul tohumu üretilmesinden kaynaklanan değişimleri önlemek için alternatifler önerilebilir. Bu bize ikinci senaryoyu gözden geçirmemize sebep oluyor; örtü bitki tohumlarının üretimini koruma rezerv programı(CRP) kapsamındaki alanlarla kısıtlamak çiftçiler için arazilerinde kaybedilen doğal yaşamlar için marjinal veya ekolojik olarak duyarlı bitkileri geri kazandırabilir. Tüm ABD’nde bulunan mısır yetiştirme alanlarının, örtü bitkisi tohumu üretimi için 2019 CRP kayıtlarına göre % 18’ine (çavdar) % 49’una (kıllı fiğ) gerektirir. Örtü bitkilerinin tohumlarının üretilmesi için bu kadar CRP arazisinin kullanılması; programın koruma ve ekosistem hizmetlerini önemli ölçüde bozabilir. Daha fazla çalışmaya ihtiyaç duyulacak olsa da, önemli ekolojik dengesizlikler olmadan bu tohumları yetiştirmek için endüstri mahsullerinin arazisinin kullanımı yerine ne kadar doğru gelmese de CRP veya diğer marjinal arazilerin kullanılabileceği düşündürmektedir.

Basitleştirilmiş senaryolarımızın gerçek tarım sistemlerinde çeşitliliğe tabi olduğunu kabul ederek, örtü bitkilerini ölçeklendirmenin potansiyel olarak büyük ancak bilinmeyen arazi gereksinimlerini açıkça ortaya koyuyor. ABD mısır tohumu üretimi, mahsule ayrılan toprağın % 0,5’inden daha azını alırken, mevcut verilerimizden yola çıkarsak yüksek verimli örtü mahsulü yetiştirmek için bu değerlerin hala ortalama 12 kat (ortalama 7 kat) daha fazla toprak alacağını düşünüyoruz. Bu karşılaştırmalar projelerimiz için faydalı, çünkü iyi yapılandırılmış, verimli bir tohum üretim sistemi ile kıyaslayarak mahsul tohum verimi için soyut fikirleri somut hale getirir. Ek olarak, incelenen örtü bitkileri arasında büyük bir varyasyon farkı vardı (düşük tohum verimi İskenderiye üç gülü ve yonca; yüksek tohum verimi olarak şalgam ve kanola varyasyonları), örtü bitkilerinin ekosistem üzerindeki faydalarının da eşit olmadığı ve üretim sistemlerinin geniş bir diziye uymadığını belirtmek gerekir. Örtü bitkilernin tohum üretimi için öngörülen arazi kullanımını azaltmak ve ihtiyaçlarını planlamak için biyoyakıt karşıtı gıda gibi yüksek profilli anlaşmazlıklar dahi tarımsal sürdürülebilirlik açısından bunun nasıl artırılacağı konusunda bizlere yardımcı olabilir. Örneğin, şu anda gıda üretimi için kritik olmayan diğer ılıman bölgelerdeki ekilebilir araziler (mera), potansiyel olarak büyük çevresel maliyetler olmadan tohum üretimini kapsayacak şekilde dönüştürülebilirse hem üretimde artış hem de çiftçilere yeni pazar fırsatları sağlayabilir. Bu, katılımcı tarımcılık için fırsatları artırabilirken, yönetim yoğunluğundaki değişiklilerden dolayı ekolojik hizmetler de değişebilir.

Bu potansiyel arazi kullanımının arkasındaki itici gücün düşük tohum verimi olduğunu ve verim tahminlerinin oldukça belirsiz olduğunu kabul etmeliyiz. Amerika Birleşik Devletleri Tarım Bakanlığı, mahsullerin tohum verimi ile ilgili istatistikleri tutmaz ve bu mahsulleri araştıran agronomlar yapmış oldukları çalışmalarda mahsulleri çoğunlukla olgunluktan önce inceleyip araştırmalarını sonlandırıldığından nadiren resmi literatüre tohum verimini rapor etmemektedirler. Bu, bizi akademik olmayan ve özel kaynaklardan tohum verimi tahminlerini araştırmaya zorladı. Verim değerlendirmelerinin iyileştirilmesi kolayca elde edilebilir olursa, örtü bitkisi tohumu üretimi için gereken arazi değerlendirmelerini önemli ölçüde geliştirecektir. Bununla birlikte, belirsizliklere rağmen, bu verilerdeki belirsizlik verim konusundaki soru işaretlerini azaltacaktır.

Bu örtü bitkilerinin çoğunun, benzer taksonomik kökenli endüstriyel mahsullerden genellikle çok daha yüksek tohum verimine sahip ancak kıyasla “az gelişmiş” ekili türler olduğu vurgulamaktadır. Bu ıslah boşluğunun azaltılması, örtü bitkileri için arazi kullanımını azaltabilir.

Sonuçlarımız, örtü bitkisi yetiştiriciliği araştırmasının, çevresel sonuçlara ek olarak, tohum veriminin artırılmasına daha fazla vurgu yapılmasını içerecek şekilde değişmesi gerektiğini göstermektedir. Tohum verimliliği için sadece bir avuç örtü bitkisi aktif olarak yetiştirilmektedir (örneğin, pennycress ve camelina). Çoğu ıslah; ekosistem hizmet değerleri ve yem kalitesi üzerine odaklanmıştır. Neyse ki, gelişmiş ıslah teknikleri, kamu-özel sektör ortaklıkları ve çiftçi kapsayıcı ıslah uygulamaları bitki ıslahının temposunu ve çiftçiler tarafından benimsenmesini mümkün mertebede arttırdı. Özellikle, ıslah dormansinin eksikliği ve çiçeklenme zamanı, böyle olmayan paramparça gibi klasik ıslah tekniklerine odaklanılabilir. Bilinen bu özelliklerin çoğu iyi bir genetik temele sahiptir. Tohum verimliliğini iyileştirmek için bu bilinen özelliklerden yararlanmak, arazi kullanımı etkilerini azaltabilir, tohum üreticilerine ekonomik faydalar sağlayabilir ve çiftçilerin mahsullerinin tohumlarının kapsamının erişimini geliştirebilir.

Islahtaki hedeflere ulaşmayı hızlandırmanın potansiyel bir yolu; belirli ıslah özelliklerini iyileştirmek için bir CRISPR / Cas9 yaklaşımı kullanarak özelliklerle ilgili genleri keşfetmek ve aynı zamanda iyileştirilmiş ekosistem hizmet üretimini tamamlayıcı nitelikleri seçmektir. Son zamanlarda CRISPR / Cas9 kullanarak yapılan ıslah çalışmaları başarılı olmuştur. Özellikle, CRISPR sistemi hem ehli hem de yabanıl türlerde çiçeklenme, meyve boyutu, meyve şekli, bitki yapısı ve besin içeriği gibi özellikleri değiştirmek için kullanılmıştır. Bununla birlikte, bu yapılmadığından; türler içinde ve arasında rejenerasyon kabiliyetinde büyük değişiklikler olduğu için örtü bitkileri için doku kültürü protokolleri geliştirmek pek mğmkğn olmamakla beraber bir sınırlamaya sahip olacaktır. Ayrıca, bu teknolojilerin bazı dünya bölgelerindeki potansiyel düzenlemeleri üreticiler için daha yüksek maliyetlere sahip olabilir.

Sonraki Adım: Mahsul Araştırma Yatırımlarını Hedefleme

Örtü bitkileri geniş çapta ekilecekse, analizimiz örtü bitkisi tohum üretimi için arazi kullanımının büyük ve iyi anlaşılmamış; ekonomik, çevresel ve gıda üretimi etkilerine sahip olabileceğini göstermektedir. Yukarıdaki senaryolar öncelikli olarak açıklayıcı olmakla birlikte, örtü bitkilerini arttırmak için hemen ilgilenilmesi gereken iki araştırma sorusunu vurgulamaktadır: (1) Ortak tarımsal bilgiler, örtü bitkisi tohumu yetiştiricileri tarafından elde edilen verimler durumu ne ölçüde temsil etmektedir? (2) Örtü bitkileri için tohum verimi mevcut verilerden daha düşükse, örtü bitkilerinin verimlilik ve diğer ekosistem hizmet yararlarını aynı anda iyileştirirken veya en azından korurken tohum verimini artırmak için ıslahtan ne ölçüde yararlanabiliriz? Bu soruların cevapları örtü bitkilerinin artmasını sağlayacaktır.

Kaynak : nature.com