Kann die Feldbepflanzung auch von Männern und Frauen durchgeführt werden, sodass die Arbeit nicht ermüdend ist? - Zwischenpflanzung verdoppelt den Ertrag

Produziert von | Wissenschaftspopularisierung China

Produziert von Lei Kexin (Journalismus, Universität Chongqing), Zhao Xumao (Nachwuchsforscher, Universität Lanzhou)

Produzent | Chinesische Wissenschaftsausstellung

Wie das Sprichwort sagt: „Wenn Männer und Frauen zusammenarbeiten, wird die Arbeit weniger anstrengend.“ Aufgrund physiologischer und anderer Unterschiede zwischen Männern und Frauen entwickelte sich in primitiven Gesellschaften auf natürliche Weise eine klare gesellschaftliche Arbeitsteilung: Die Männer betrieben die Landwirtschaft und die Frauen webten. Diese Form der Zusammenarbeit verbesserte die Arbeitseffizienz der damaligen Gesellschaft erheblich.

Tatsächlich ist diese „Anpassungsmethode“ der menschlichen Gesellschaft auch auf den Pflanzenbau anwendbar, hat aber einen neuen Namen: Zwischenfruchtanbau. Schauen wir uns an, wie sie die Arbeit aufteilen und zusammenarbeiten.

Was ist ein Zwischenfruchtsystem

Um die Produktivität des Bodens zu steigern, erfanden die Menschen bereits im ersten Jahrhundert v. Chr. eine Anbaumethode namens „Zwischenfruchtanbau“, bei der während derselben Vegetationsperiode zwei oder mehr Nutzpflanzen abwechselnd in Reihen oder Streifen auf demselben Feld angepflanzt wurden.

Zwischenfruchtanbau wird als gängiges, diversifiziertes Anbausystem häufig in der nachhaltigen landwirtschaftlichen Produktion eingesetzt. Studien haben gezeigt, dass diese Pflanzmethode die Produktivität des Zwischenfruchtanbausystems verbessert, indem sie ökologische Prinzipien nutzt, um positive Wechselwirkungen und Komplementarität zwischen Pflanzen zu verbessern und die Intensität der Konkurrenz zwischen Arten zu verringern.

Obwohl die Menschheit schon seit Langem Technologien zwischen den Arten nutzt, fehlte es lange an Erkenntnissen darüber, wie sich die Wechselwirkungen zwischen verschiedenen Pflanzenarten in semiariden landwirtschaftlichen Ökosystemen auf die Landproduktivität auswirken.

Eine Nahaufnahme von reifem Weizen neben einem grünen Sojabohnenfeld. Quelle: veer

Ein aktuelles Forschungsergebnis chinesischer Wissenschaftler könnte jedoch zur Lösung dieses Rätsels beitragen.

Am 10. Mai 2022 veröffentlichte die School of Ecology der Lanzhou University in Zusammenarbeit mit dem State Key Laboratory of Grassland Agro-Ecosystems ein Forschungsergebnis mit dem Titel „Wassernutzung von Zwischenfruchtarten: Mais-Sojabohne, Sojabohne-Weizen und Weizen-Mais“ in der renommierten Zeitschrift Agricultural Water Management. Die Forschungsergebnisse verdeutlichten, dass die rationelle Verteilung vielfältiger Pflanzmuster mit wasserkomplementären Eigenschaften in semiariden Gebieten zu positiven Wechselwirkungen zwischen Pflanzenarten beitragen und die Landproduktivität verbessern wird.

Wie steigert Zwischenfruchtanbau die Bodenproduktivität?

In den „Gongsun Chou Kapiteln und Versen“ von „Mencius“ heißt es: „Nutzen Sie die Situation und warten Sie auf den richtigen Zeitpunkt, und Sie können mit halbem Aufwand das doppelte Ergebnis erzielen.“ Dies unterstreicht, dass wir lernen sollten, günstige Situationen auszunutzen, um doppelte Erfolge zu erzielen.

Wenn Pflanzen nach dem Prinzip der Zwischenfruchtanbau positive Wechselwirkungen und Kompensationsmechanismen richtig nutzen können, können sie Vorteile hinsichtlich der Nährstoffanreicherung, der gemeinsamen Nutzung von Ressourcen, der Nischenkomplementarität und einer geringeren interspezifischen Konkurrenz bei ihrem Wachstum erzielen.

Vor diesem Hintergrund wurde diese Studie durchgeführt, um das Problem des Wassermangels in den Trockengebieten im Nordwesten meines Landes anzugehen. Durch die Einrichtung von Mais-Sojabohnen-, Weizen-Sojabohnen- und Mais-Weizen-Zwischenfruchtsystemen im Feld untersuchten wir die interspezifischen Konkurrenzverläufe und dynamischen Veränderungen der Bodenfeuchtigkeit bei verschiedenen Zwischenfruchtkombinationen, die photosynthetischen physiologischen Eigenschaften und Wachstumsraten verschiedener Zwischenfruchtkombinationen und erforschten die Auswirkungen der interspezifischen Wasserkomplementarität auf die Produktivität von Zwischenfruchtsystemen in semiariden Gebieten.

„Überleben des Stärkeren.“ Zwei beliebige Arten konkurrieren um dieselben Ressourcen. Insbesondere wenn sich die Lebensgewohnheiten der beiden konkurrierenden Arten ähneln, ist der Wettbewerb intensiver und der Ausgang oft eindeutig. Angesichts der Ressourcenknappheit in semiariden Gebieten ist der Wettbewerb ausgeprägter und es mangelt besonders an Artenvielfalt.

Die Studie ergab jedoch, dass im Vergleich zum Monokultursystem durch den Zwischenfruchtanbau mit Sojabohnen die Biomasse und die maximale Wachstumsrate (Imax) von Mais und Weizen deutlich erhöht werden können.

Sojabohnen- und Maisanbau | Quelle: veer

Das heißt, in der Kombination Mais-Sojabohnen und Sojabohnen-Weizen haben Mais und Weizen ein ähnliches Temperament wie Sojabohnen und sie machen während der gesamten Wachstumsperiode unter dem „Anreizeffekt“ der Sojabohnen gemeinsame Fortschritte, anstatt dass der Stärkste überlebt.

Sojabohnen sind wie selbstlose Älteste, die dienen, ohne etwas dafür zu verlangen. Während das Wachstum von Weizen und Mais gefördert wird, werden die Biomasse und die Wachstumsrate von Sojabohnen nicht wesentlich beeinflusst.

Darüber hinaus wurde durch die Untersuchung der photosynthetischen Eigenschaften jeder Art während der symbiotischen Phase und der kompensatorischen Wachstumsphase festgestellt, dass die Zwischenfruchtanbau mit Sojabohnen auch den Stickstoffgehalt, den Chlorophyllgehalt und die Photosyntheserate von Mais- und Weizenblättern deutlich erhöhte, wodurch Mais und Weizen kräftiger wachsen und mehr und vollere Früchte hervorbringen.

Sojabohnen reifen im Frühling in der Nähe von Maisfeldern | Quelle: veer

Weizen und Mais sind jedoch ein „Feindpaar“, das sich niemals gegenseitig aufgibt. Darüber hinaus ist Weizen etwas wettbewerbsfähiger als Mais.

Im Weizen-Mais-Mischfruchtmodell sind die Biomasse und die Wachstumsrate des Weizens im frühen Stadium der Symbiose viel höher als bei Mais. Obwohl sich Mais in der kompensatorischen Wachstumsphase nach der Weizenernte erholt und allmählich den Weizen überholt, lässt sich die hemmende Wirkung der Zwischenfrucht mit Weizen auf das Maiswachstum nicht leugnen.

Gleichzeitig kam es aufgrund der „Unterdrückung“ des Weizens zu einer deutlichen Abnahme der Stickstoffansammlung, des Chlorophyllgehalts und der Photosyntheserate der Maisblätter, was dazu führte, dass sich der Mais innerhalb der Ausgleichsperiode nicht erholen konnte, was zu einer erheblichen Verringerung des Maisertrags führte.

Drei Nutzpflanzen konkurrieren um Wasser

Wir können sehen, dass Sojabohnen, Mais und Weizen mit Hilfe von Sojabohnen ausreichend Nährstoffe erhalten. Allerdings reicht bloßes „Essen“ ohne „Trinkwasser“ nicht aus, insbesondere in der halbtrockenen Region im Nordwesten, wo die Wasserressourcen knapp sind.

Wie schneiden also die drei Zwischenfruchtkombinationen Soja-Weizen, Soja-Mais und Weizen-Mais im Hinblick auf die Konkurrenz um Wasserressourcen ab?

Erstens erhöhte die Zwischenfruchtanpflanzung mit Sojabohnen den Bodenfeuchtigkeitsgehalt im Bereich von 0 bis 100 cm sowohl in Mais- als auch in Weizenstreifen während der gesamten Wachstumsperiode erheblich.

Aber im Juli reifte der Weizen und verbrauchte viel Wasser. Als dominierende Art in allen Schichten entzog sie zur Ausgleichsnutzung Bodenfeuchtigkeit aus Soja- und Maisstreifen, was zu einer deutlichen Abnahme der Bodenfeuchtigkeit in Soja- und Maisstreifen führte.

Nachdem der Weizen Mitte bis Ende Juli geerntet worden war, begannen Sojabohnen und Mais mit der kompensierenden Wachstumsphase, und erst Mitte September war die Wasserversorgung wieder im Wesentlichen wiederhergestellt.

Sojabohnen- und Maisfelder sind im Frühling reif | Quelle: veer

Mencius betonte, dass „auf dem Weg zum Erfolg der richtige Zeitpunkt, der richtige Ort und die richtigen Leute die drei wesentlichen Elemente sind, die alles auf dem Weg zum Erfolg abdecken.“

In der Natur beziehen sich „die richtige Zeit und der richtige Ort“ auf die Umweltbedingungen für die Pflanzenproduktion und „Harmonie unter den Menschen“ stellt die künstliche Konfiguration der Arten dar. Die Forschungsergebnisse zeigen, dass die Vielfalt der Nutzpflanzen von der Artenkonfiguration und den Umweltbedingungen abhängt, um Zwischenfruchtartenkombinationen mit komplementären Vorteilen zu bilden. Beispielsweise tragen die Zwischenfruchtanbausysteme Sojabohnen-Weizen und Sojabohnen-Mais zur Verbesserung der Ernteproduktivität bei.

Daher wird eine rationale Konfiguration der Merkmale von Zwischenfruchtarten und die Auswahl von Zwischenfruchtkombinationen mit Wasserkomplementarität und Nutzungsvorteilen für die Anwendung in semiariden Gebieten dazu beitragen, die Effizienz der Wasserressourcennutzung zu verbessern und die Ernteerträge durch unterirdische Nischenkomplementarität zu steigern.

In der späteren Phase werden die Forschungsarbeiten fortgesetzt, um die Merkmale der Zwischenfruchtarten entsprechend den Umweltbedingungen rational zu kombinieren und zu konfigurieren und so die Komplementarität zwischen den Arten zu verbessern und gleichzeitig die Intensität ihrer Konkurrenz zu verringern.

Eine Win-Win-Kooperation ist für den Menschen eine Wunderwaffe, um sich in der Gesellschaft zu etablieren, und diese Wunderwaffe ist auch auf die Natur anwendbar. Wissenschaftler arbeiten zusammen, um ihre Stärken im Zwischenfruchtsystem gegenseitig zu ergänzen. Mit solchen konzertierten Anstrengungen können selbst in extrem rauen Umgebungen Früchte angebaut werden, die die lokale Region ernähren.

Wang Wei, Doktorand der Ökologie an der School of Ecology der Lanzhou University, ist der Erstautor des Artikels, und Professor Xiong Youcai ist der korrespondierende Autor des Artikels. Diese Forschung wurde vom International Cooperation Key Project der National Natural Science Foundation of China, dem Key R&D Project der Provinz Gansu und dem Application Development Project Fund der Gansu Academy of Sciences unterstützt.

Herausgeber | Wang Tingting

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