Een studie gepubliceerd in Nature Communications, gebaseerd op veld- en kasexperimenten aan de Universiteit van Kansas, laat zien hoe verbeteringen in de landbouwopbrengsten kunnen voortkomen uit het verbouwen van een verscheidenheid aan gewassen, niet slechts één plant. Bodempathogenen die schadelijk zijn voor planten kunnen moeilijk gedijen.

"Het is een algemene observatie dat verschillende plantengemeenschappen in de loop van de tijd productiever en stabieler kunnen zijn", zegt corresponderende auteur James Bever, een senior wetenschapper bij het Kansas Center for Biological Survey and Ecological Research. "Weilanden met veel soorten kunnen de productiviteit verhogen, maar waarom dit een mysterie is."

Hoewel vruchtwisseling en andere land- en tuinbouwpraktijken al lang de voordelen van plantenvermenging weerspiegelen, levert deze nieuwe studie harde gegevens op over een belangrijk mechanisme dat deze observatie ondersteunt: de overvloed aan plantenetende micro-organismen in de bodem.

"Diverse landbouwgemeenschappen hebben het potentieel om ziekteverwekkers af te schrikken en daardoor de opbrengsten te verhogen", aldus Bever. "Ons onderzoek laat zien dat de belangrijkste drijfveer de specialisatie van ziekteverwekkers is, met name die welke zich op verschillende plantensoorten richten. Deze ziekteverwekkers onderdrukken de opbrengsten in gemeenschappen met een lage diversiteit. Een belangrijk voordeel van diversiteit in weilanden is dat er minder biomassa wordt geconsumeerd door ziekteverwekkers, waardoor er meer biomassa beschikbaar blijft voor ander gebruik, zoals het fokken van vee. Hetzelfde proces is ook van cruciaal belang voor de landbouwproductie."

De nieuwe gegevens zijn ontwikkeld door de Universiteit van Kansas met behulp van veldexperimenten op het Kansas Field Station, evenals kasanalyse en feedbackmodellering met behulp van computers. Het project wordt ondersteund door substantiële gezamenlijke financiering van de National Science Foundation en het Amerikaanse ministerie van Landbouw aan de Universiteit van Kansas.

"We hebben een experiment uitgevoerd waarbij we het aantal planten in een perceel en de variërende neerslagniveaus manipuleerden - van één tot zes plantensoorten in een perceel", zei Bever. "Vervolgens hebben we de samenstelling van het microbioom van bodempathogenen beoordeeld. We ontdekten dat veranderingen in de samenstelling van pathogenen binnen monoculturen de opbrengsten significant voorspelden als ze werden gecombineerd. Als er verschillende pathogenengemeenschappen zijn, vermengen ze zich en zorgen ervoor dat er meer ziekteverwekkers vrijkomen bij je buren. Het ergste scenario is dat aangrenzende gewassen dezelfde ziekteverwekkers hebben, in welk geval je een dubbele dichtheid ervaart: ziekteverwekkers van jouw gewas en ziekteverwekkers van het gewas van je buren."

Aan de Universiteit van Kansas werken onder meer Bever samen met collega-expert Peggy Schultz, evenals Haley Burrill en Laura Podzikowski, die beiden hun doctoraat hebben behaald aan de Universiteit van Kansas en nu postdoctoraal fellow zijn aan respectievelijk de Universiteit van Oregon en de Universiteit van Kansas. De eerste auteur, Guangzhou Wang, werkte als postdoctoraal onderzoeker aan de Universiteit van Kansas en is nu verbonden aan de China Agricultural University.

Volgens Bever verzet het onderzoek zich tegen de industriële en agrarische praktijk van het verbouwen van één enkel voedselgewas op vele hectaren land, vaak aangeduid als 'monocultuur'.

Hij zei: “Wat de praktijk van monocultuur betreft, lijkt het idee om plantendiversiteit te bevorderen in strijd te zijn met de populaire praktijk. Monocultuur – het telen van één gewas over een groot gebied – wordt eerder gedreven door technische dan door biologische redenen. De praktische aspecten van het telen en oogsten drijven deze aanpak aan. Traditionele Indiaanse landbouw en praktijken in de tropen omvatten polycultuur van meerdere soorten. In China is er een beweging in de richting van gemechaniseerde polycultuurproductie die het dominante monocultuurmodel in de Verenigde Staten uitdaagt. Monocultuur moet worden gezien als een kosteneffectief model met Er moeten meer inputs en alternatieve methoden zoals vruchtwisseling worden onderzocht voor het langetermijnbeheer van ziekteverwekkers."

Het mengen van planten op verschillende percelen kan nuttig zijn voor hoveniers en anderen die planten kweken.

"Als je tuiniert, vertrouw je niet op mechanisch planten en mechanisch oogsten", zei Bever. "Het mengen van gewassen werkt zeker in je voordeel, door ze in een heterogene mix over het land te planten. Voor het gemak kunnen we verschillende gewassen afwisselen. Dit houdt ziekteverwekkers beter onder controle dan hetzelfde gewas in rijen naast elkaar te planten. Als je vier afzonderlijke percelen in je achtertuin hebt, wil je niet al je tomaten op één perceel zetten, al je pompoenen op een ander perceel, en al je pompoenen op een ander perceel; je wilt ze met elkaar mengen. Als je dat doet, vermindert het aantal ziekteverwekkers. Dat is wat onze gegevens laten zien."

Uiteindelijk zegt Bever dat de bevindingen van zijn team suggereren dat biodiversiteit verhindert dat ziekteverwekkers groeien, maar buiten het plantenrijk is deze bevinding niet eenduidig. In feite is dit idee controversieel in diersystemen zoals de ziekte van Lyme.

Hij zei: “Onze ondubbelzinnige resultaten in het plantenrijk staan ​​in contrast met de complexe literatuur in het dierenrijk. De studie van ziekteverwekkers in de ecologie is controversieel geweest in de context van recente zorgen over ziekteverwekkers zoals COVID. Het effect van diversiteit op de effecten van ziekteverwekkers, of deze nu toeneemt of afneemt, is controversieel. Onze resultaten bij planten laten zien dat meer. De grote zorg is dat de verspreiding van ziekteverwekkers afneemt met toenemende diversiteit, inclusief in de bodem levende ziekteverwekkers die in een komende paper worden onderzocht. Deze controverse komt voort uit verschillen in de manier waarop ziekteverwekkers dieren en planten beïnvloeden.”