来源:Frontiers of Agricultural Science & Engineering 发布时间:2022/7/13 13:57:34
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FASE | 前沿研究:增强健康牛场的生物多样性

论文标题:Harnessing Biodiversity for Healthy Dairy Farms (增强健康牛场的生物多样性)

期刊:Frontiers of Agricultural Science & Engineering

作者:Ruqiang ZHANG, Zixi HAN, Qiaofang LU, Kang WANG, Yanjie CHEN, Wen-Feng CONG, Fusuo ZHANG

发表时间:15 Jun 2022

DOI:10.15302/J-FASE-2022445

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可持续作物与牧草系统

Sustainable Crop and Pasture Systems

专 辑 文 章 介 绍

· 第六篇 ·

▎论文ID

Harnessing Biodiversity for Healthy Dairy Farms

增强健康牛场的生物多样性

发表年份:2022年

第一作者:章如强

通讯作者:丛汶峰

wenfeng.cong@cau.edu.cn

作者单位:中国农业大学资源与环境学院,教育部植物-土壤互作重点实验室,国家农业绿色发展观测研究站(河北曲周)。

Cite this article :

Ruqiang ZHANG, Zixi HAN, Qiaofang LU, Kang WANG, Yanjie CHEN, Wen-Feng CONG, Fusuo ZHANG. HARNESSING BIODIVERSITY FOR HEALTHY DAIRY FARMS. Front. Agr. Sci. Eng., 2022, 9(2): 238244 https://doi.org/10.15302/J-FASE-2022445

· 文 章 亮 点 ·

1. 健康牛场的植物和土壤生物多样性需要减少农业化学品投入。

2. 基于生物多样性的管理有利于土壤健康和奶制品质量。

3. 兼顾生物多样性的现代农场可以实现较少环境影响和较高经济利益的双重目标。

· Graphical abstract ·

· 研 究 内 容 ·

▎引言

中国乳制品行业飞速发展,2020年的鲜奶产量约为3,500万吨,但仍无法满足国内牛奶需求的增长速度,国内牛奶自给率不足70%。其主要原因之一是国内优质草料的短缺。例如,奶牛摄入蛋白质最重要的紫花苜蓿(Medicago sativa)和燕麦(Avena sativa),在2020年的自给率仅有76%和78%,并且,国内优质紫花苜蓿只有不到30%,燕麦中25%是低蛋白燕麦。从牧草种植方面考虑,种植过程中的问题包括牧草的连作障碍、水肥药的过度施用和重型机械造成的土壤压实等。过度施用农用化学品会造成严重的环境问题,污染水体和土壤,破坏生态系统。例如,除草剂和杀虫剂导致有益的昆虫减少甚至消失。

面对牛奶产量低、饲养价值低和牛场中投入品过度使用的问题,中国政府采取了一系列措施。例如,2015年2月17日,原农业部在《2020年化肥使用量零增长行动计划》中对化肥的使用进行了规范。2017年批准了《农药管理条例》,以减少和规范农药的使用。这些措施将促进集约化管理牛场的绿色转型。

▎牛场生物多样性

牛场生产系统中的生物多样性有助于改善土壤质量,提高饲草质量,进而提高牛奶质量,促进人类健康。人类、动物、植物、微生物和生态系统密切相关。有害因素(如病原体、抗生素和重金属)或低效元素(如粪便和植物残留物)的存在和传播会影响全链条的每一个环节。"One Health"通过多学科合作来预防和控制这些不利因素以实现人与环境的共同健康。土壤作为植物和微生物的营养来源,其质量和生物多样性会影响植物和微生物的生长。养分循环连接了土壤、环境和人类,土壤理化性质及其中的养分循环过程对于食品、环境和人类健康等至关重要。土壤生物多样性有助于调节养分循环,促进牧草的高质量生长,最终实现土壤健康、牛场环境、奶制品质量以及人类健康等多重目标。

▎健康农场的管理措施

1.提高土壤质量的措施

有机肥替代、作物多样化和土壤生物多样性有助于提升土壤质量。有机肥替代有助于减少化肥过施,能够为土壤微生物提供更加多样化和平衡的养分,增强土壤的多种功能。通过功能性微生物发酵来处理粪污,可以促进养分循环,减少环境污染。间作或轮作可以增加土壤有机质和土壤团聚体来提高土壤质量。引入大型土壤动物(如蚯蚓)可以增加土壤孔隙度和水分,减轻机械造成的土壤压实;蚯蚓也可以促进土壤养分的释放,从而可以减少氮肥投入;蚯蚓还可以取食多种杂草的种子和幼苗,有利于减少杂草对作物的影响以及除草剂的使用。土壤生物,包括微生物和动物(如线虫和蚯蚓)的丰度、多样性、活性、生理和行为能够充分反映并用于评价土壤质量。

2.多样化种植

豆科牧草连作会导致产量大幅下降;而间作或轮作能够显著缓解连作导致的自毒及对土壤病原真菌的抑制等。例如,紫花苜蓿与小麦/玉米轮作,可有效缓解紫花苜蓿由真菌引起的致病性和单一种植中的自毒现象。用间作或轮作代替连作也可以显著提高作物的养分吸收效率和产量,调节土壤微生物群落和食物网的结构、多样性和稳定性,减少土壤中细菌、真菌和线虫等诸多病原体。牧草混作可以有效抑制杂草,减少除草剂施用。例如,深根性车前草与黑麦草/苜蓿的混作,可以提高牧草产量,同时抑制杂草生长。此外,当玉米与绿豆一比三混合种植时,田间杂草也被有效抑制。多样化的牧草种植有助于减少对除草剂的需求并降低种植成本。

3.牧草作物的生态服务

系统的生物多样性和传粉媒介的生态系统服务功能有助于提高作物产量。饲草作物如黄香草木樨等的产量依赖于传粉者的活动,反之,传粉者的种群数量也受到牧草物种的影响。豆科作物和非豆科饲草作物的混作,如玉米和黑麦草混作,不仅可以改善作物营养及产量,还可以将蜜蜂等传粉者的花蜜来源扩展到整个生物期,从而增加传粉。通过设计多品种的牧草种植和收割,可以增加花卉资源和授粉者数量,增强传粉服务。此外,豆科作物不仅有助于增强传粉服务,豆-草系统或豆-草-树系统也可以提高畜牧业产量和土壤肥力。

▎结论

为了实现牛场农业绿色转型的目标,需要充分发挥在土壤、饲草、牲畜、环境和人类等多个方面管理措施的协同效应。通过循序渐进且针对性地改善管理,来缓解饲料作物生产种植中的问题。牛场中多学科合作的缺乏限制了奶业的发展,也不利于缓解环境问题。在"One Health "概念的启发下,系统地采用以提高生物多样性为目的的管理不仅可以提高牛场的土壤质量,也能够为高品质牛奶、环境可持续性和人类健康作出贡献。

摘要

Producing sufficient high-quality forage to meet the increasing domestic demand for safe and nutritious milk products is one of the critical challenges that Chinese dairy farms are facing. The increased forage biomass production, mainly contributed by agrochemicals inputs in China, is accompanied by tremendous impacts on the ecology of dairy farms and soil quality. This paper presents a framework for healthy dairy farms in which targeted management practices are applied for quality milk products with minimal adverse environmental impacts. The paper also summarizes biodiversity management practices at the field and landscape scales toward lessening inputs of water, fertilizers, pesticides and mitigating soil compaction. Dairy farming with biodiversity-driven technologies and solutions will be more productive in producing quality milk and minimizing environmental damage.

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