Dit is wat er in de toekomst kan gebeuren met voedergewassen en wat dit betekent voor ons management

Kan opwarmende temperaturen en verhoogde atmosferische CO₂ niveaus van invloed zijn op de kwantiteit en kwaliteit van het voer dat wordt gebruikt om vee te fokken? Dat is de vraag die David Augustine en zijn collega-onderzoekers van de Rangeland Resources and Systems Research Unit van de Agricultural Research Service wilden beantwoorden. Hun resultaten zijn een mix van "goed nieuws" en "slecht nieuws", samen met enkele aanbevelingen voor hoe graziers zich kunnen aanpassen om in de toekomst winstgevend te blijven.

De studie

Het experiment Prairie Heating and Carbon Dioxide Enrichment (PHACE) begon in 2006 als een blik op hoe toekomstige omgevingsomstandigheden de prairie met gemengd gras zullen beïnvloeden. Dit is het grootste overgebleven graslandecosysteem in Noord-Amerika en is van cruciaal belang voor zowel de landbouwproductiviteit als het behoud van de biologische diversiteit in het westen van de Verenigde Staten.

Een van de best gedocumenteerde veranderingen in de atmosfeer in de afgelopen honderd jaar is de toename van CO₂ niveaus, die momenteel 410 ppm hebben bereikt. Omdat wereldwijde CO₂ niveaus naar verwachting 600 ppm bereiken in de komende 30 tot 70 jaar, zetten Augustine en zijn collega's hun studie op om dat niveau van atmosferische CO₂ te simuleren , en de hogere temperaturen die daarmee gepaard gaan (een stijging van 1,5 °C overdag (2,7 °F) en 3 °C 's nachts).

Terwijl dit soort onderzoek kan worden gedaan in speciale kamers die CO₂ verhogen en temperatuur kunnen er verschillen zijn met planten die in natuurlijke omgevingen groeien. Daarom volgde het onderzoek een protocol dat het mogelijk maakt natuurgebieden te verwarmen en te behandelen met verhoogde concentraties CO₂ in het veld. Zoiets doen is geen sinecure, zoals blijkt uit deze foto's van de lopende studie. Het omvat het graven van sleuven en het installeren van flenzen om de percelen te isoleren, sensoren om continu water, temperatuur en CO₂ te bewaken niveaus en kleine camera's om de wortelgroei te volgen. Om er vervolgens voor te zorgen dat de vegetatie niet wordt verstoord, voerde het personeel al het toezicht en het verzamelen van het voer uit terwijl ze op planken en platforms boven de percelen lagen of zaten.

Het goede nieuws:meer voer en efficiënter watergebruik

Het goede nieuws is dat, in het algemeen, als CO₂ de niveaus in de atmosfeer nemen toe, evenals de plantengroei. Eerdere experimenten hebben inderdaad CO₂ aangetoond concentraties van 475–600 ppm verhogen de fotosynthesesnelheid van de bladeren met gemiddeld 40% (Ainsworth &Rogers 2007).

In dit geval steeg de ruwvoerproductie in totaal met 38%, hoewel de soortensamenstelling van het ruwvoer veranderde. De drie dominante grassen (westers tarwegras, naald- en draadgras en blauw gramgras) daalden van 83,3% van de voederproductie in 2007 tot 67,5% in 2013. Drie andere voedersoorten vulden het gat op (naaldbladzegge, prairie junigras en scharlaken globemallow), stijgend van 15,2% van de ruwvoerproductie in 2007 tot 24,8% in 2013.

Planten kunnen ook efficiëntere watergebruikers worden met verhoogde CO₂ niveaus. De reden is structureel. Planten openen hun huidmondjes om CO₂ toe te laten om binnen te komen. Maar open huidmondjes zijn ook een weg voor water om de plant te verlaten. Met verhoogde CO₂ niveaus, kunnen planten de huidmondjes openen, waardoor er minder water naar buiten komt. Dit kan op zijn beurt gevolgen hebben voor de hydrologische cyclus van hele ecosystemen, waarbij het bodemvochtgehalte en de afvoer beide toenemen onder verhoogde CO₂ (Leakey et al. 2009). De mate van deze verandering is nog niet bekend.

(Om dit nog ingewikkelder te maken, vindt fotosynthese op twee verschillende manieren plaats en om onderscheid te maken, worden planten gelabeld als ofwel C₃ of C₄ . C₃ de fotosynthesesnelheid van planten neemt meer toe met verhoogde CO₂ . We kunnen die details een andere keer behandelen.)

Het slechte nieuws:lagere voedingskwaliteit en minder gewichtstoename bij dieren

Augustine en zijn team keken naar drie verschillende metingen van de voerkwaliteit:

• in vitro verteerbaarheid droge stof (IVDMD)
• cellulose- en ligninegehalte (acid detergent fiber of ADF)
• Stikstofgehalte als maat voor eiwit

Wat ze leerden was:"Hoewel de ruwvoerproductie werd verbeterd... ging dit gepaard met een aanzienlijke vermindering van de kwaliteit van het voer, wat een negatief effect zou hebben op de gewichtstoename van herkauwers." (Augustinus et al 2018) De combinatie van opwarming en verhoogde CO₂ verminderde de verteerbaarheid van C₃ grassen van 62,8% tot 61,5% en C₄ grassen van 63,3% naar 61,2%.

Hoewel die veranderingen klein lijken, weerspiegelt het een toename van het vezelgehalte en een afname van ruw eiwit in een tijd waarin jonge dieren geacht worden snel aan te komen. Op basis van deze verandering zou de gewichtstoename ongeveer 12,5% minder zijn - of 30 pond. Verlies van voedingswaarde kan ook de prestaties van koeien beïnvloeden door de tijd tot de paringsleeftijd te verlengen of de bevruchtingsgraad te verminderen. Ten slotte hebben pensmicroben eiwitten nodig om goed te kunnen functioneren, en het aangetaste voer is minder dan wat ze nodig hebben om te overleven, wat betekent dat producenten mogelijk supplementen moeten verstrekken.

Hoe passen boeren van de toekomst zich aan?

Er is een grote verscheidenheid aan oplossingen beschreven door onderzoekers. Een optie is om weidegang te gebruiken om het ruwvoer te verbeteren. "Gegraasde grassen laten opnieuw bladeren groeien met meer eiwit en lagere cellulose- en lignineconcentraties in vergelijking met onbegraasde grassen in weilanden over de hele wereld... een duidelijke oplossing is voor producenten in de Noord-Amerikaanse Great Plains, waar planten goed zijn aangepast aan het grazen van hoefdieren, om de veebezetting adaptief te verhogen om de beschikbaarheid van ruwvoer te evenaren. Een grotere bezetting met een hogere ruwvoerproductie zou de begrazingsdrukindex behouden ... waardoor de totale massatoename per oppervlakte-eenheid behouden blijft of toeneemt. (Ze merken op dat deze praktijk schadelijk kan zijn in gebieden die niet dezelfde begrazingsgeschiedenis hebben.)

Andere opties zijn 1) het weideseizoen aanpassen om rekening te houden met de verandering in voedingswaarde en om onkruid en invasieve planten te laten grazen, 2) het voeren van voedingssupplementen voor vee, 3) het inzaaien van weilanden met peulvruchten om stikstof aan de bodem toe te voegen, wat op zijn beurt de voedingswaarde verbetert van de planten, 4) laag bemesten om hetzelfde doel te bereiken, 5) stimuleren van nieuwe grasgroei met voorgeschreven verbranding en 6) aanpassen van de veebezetting als reactie op veranderende weers- en klimatologische omstandigheden (bijv. natte periodes en droogte) die van invloed zijn grasproductie.

De onderzoekers blijven optimistisch. "Er is zeker een belangrijk probleem dat moet worden aangepakt met betrekking tot de kwaliteit van het voer, maar er zijn ook een aantal mogelijke oplossingen", zei Augustine.

Referenties

Met dank aan Dennis O'Brien, ARS, voor het delen van informatie in dit artikel.

Het artikel werd ook geïnformeerd door deze twee websites:
Integreren – Interdisciplinair lesgeven over de aarde voor een duurzame toekomst
Het Kennisproject Natuureducatie – de citaten in de hoofdtekst van deze tekst zijn afkomstig van deze site en worden hieronder weergegeven:

Ainsworth, E. A. &Rogers, A. De reactie van fotosynthese en huidmondjesgeleiding op stijgen (CO₂ ):mechanismen en omgevingsinteracties. Plant, cel en omgeving 30, 258-270 (2007).

Leakey, A.D.B., Ainsworth, E.A. et al. Verhoogde CO₂ effecten op de koolstof-, stikstof- en waterrelaties van planten; zes belangrijke lessen uit FACE. Journal of Experimental Botany 60, 2859-2876 (2009).

Dank ook aan de Agricultural Research Service, het belangrijkste wetenschappelijke interne onderzoeksbureau van het Amerikaanse ministerie van landbouw. ARS richt zich op oplossingen voor landbouwproblemen in Amerika. Elke dollar die in landbouwonderzoek wordt geïnvesteerd, heeft een economische impact van $ 20.