Um estudo publicado na Nature Communications baseado em experiências de campo e em estufas da Universidade do Kansas mostra como as melhorias nos rendimentos agrícolas podem advir do cultivo de uma variedade de culturas, e não apenas de uma planta. Os patógenos do solo que são prejudiciais às plantas têm dificuldade em prosperar.

“É uma observação comum que diferentes comunidades de plantas podem ser mais produtivas e estáveis ​​ao longo do tempo”, disse o autor correspondente James Bever, cientista sênior do Centro de Pesquisa Biológica e Pesquisa Ecológica do Kansas. “Pastagens com muitas espécies podem aumentar a produtividade. Mas por que isso tem sido um mistério.”

Embora as rotações de culturas e outras práticas agrícolas e hortícolas tenham refletido durante muito tempo os benefícios da mistura de plantas, este novo estudo fornece dados concretos sobre um mecanismo importante que apoia esta observação: a abundância de microrganismos herbívoros no solo.

“Diversas comunidades agrícolas têm o potencial de deter os patógenos e, assim, aumentar os rendimentos”, disse Bever. "Nosso estudo mostra que o principal fator é a especialização dos patógenos, especialmente aqueles que têm como alvo diferentes espécies de plantas. Esses patógenos suprimem a produtividade em comunidades de baixa diversidade. Uma vantagem significativa da diversidade nas pastagens é que menos biomassa é consumida pelos patógenos, deixando mais biomassa disponível para outros usos, como a criação de gado. O mesmo processo também é crítico para a produção agrícola."

Os novos dados foram desenvolvidos pela Universidade do Kansas usando experimentos de campo na Kansas Field Station, bem como análises de estufas e modelagem de feedback usando computadores. O projeto é apoiado por um financiamento colaborativo substancial da National Science Foundation e do Departamento de Agricultura dos EUA para a Universidade do Kansas.

“Realizamos um experimento onde manipulamos o número de plantas em uma parcela e variamos os níveis de precipitação – de uma a seis espécies de plantas em uma parcela”, disse Bever. "Em seguida, avaliamos a composição do microbioma de patógenos do solo. Descobrimos que, nas monoculturas, as mudanças na composição dos patógenos previram significativamente os rendimentos quando combinadas. Quando há diferentes comunidades de patógenos, elas se misturam e fazem com que mais patógenos sejam liberados de seus vizinhos. O pior cenário é que as culturas vizinhas tenham os mesmos patógenos, caso em que você experimenta uma densidade dupla - patógenos de sua colheita e patógenos da colheita de seu vizinho."

Na Universidade do Kansas, os colaboradores de Bever incluem a especialista associada Peggy Schultz, bem como Haley Burrill e Laura Podzikowski, que receberam seus doutorados na Universidade do Kansas e agora são bolsistas de pós-doutorado na Universidade de Oregon e na Universidade do Kansas, respectivamente. O primeiro autor, Guangzhou Wang, trabalhou como pesquisador de pós-doutorado na Universidade do Kansas e agora é afiliado à China Agricultural University.

De acordo com Bever, a investigação opõe-se à prática industrial e agrícola de cultivar uma única cultura alimentar em muitos hectares de terra, muitas vezes referida como “monocultura”.

Ele disse: "No que diz respeito à prática da monocultura, a ideia de promover a diversidade vegetal parece ir contra a prática popular. A monocultura - o cultivo de uma única cultura em uma grande área - é impulsionada por razões técnicas e não biológicas. Os aspectos práticos do cultivo e da colheita impulsionam esta abordagem. A agricultura tradicional dos nativos americanos e as práticas nos trópicos envolvem a policultura de múltiplas espécies. Na China, há um movimento em direção à produção mecanizada de policultura que desafia o modelo de monocultura dominante nos Estados Unidos. A monocultura deve ser vista como um modelo econômico com aumento de insumos e métodos alternativos, como a rotação de culturas, sejam explorados para o manejo de patógenos a longo prazo."

Misturar plantas em lotes diferentes pode ser benéfico para jardineiros domésticos e outros que cultivam plantas.

“Quando você faz jardinagem, não depende do plantio e da colheita mecanizados”, disse Bever. "Misturar culturas definitivamente funciona a seu favor, plantando-as em uma mistura heterogênea em toda a terra. Por conveniência, podemos alternar o plantio de culturas diferentes. Isso controla os patógenos melhor do que plantar a mesma cultura em fileiras. Se você tem quatro parcelas separadas em seu quintal, você não quer colocar todos os seus tomates em uma parcela, toda a sua abóbora em outra, e ervas em uma terceira - você quer misturá-los. Isso reduz os patógenos. Isso é o que nossos dados mostram. "

Em última análise, Bever disse que as descobertas da sua equipa sugerem que a biodiversidade impede o crescimento de agentes patogénicos, mas fora do reino vegetal, esta descoberta não é clara. Na verdade, esta ideia é controversa em sistemas animais como a doença de Lyme.

Ele disse: "Nossos resultados inequívocos no reino vegetal contrastam com a literatura complexa no reino animal. O estudo de patógenos em ecologia tem sido controverso no contexto de preocupações recentes sobre patógenos como COVID. O efeito da diversidade nos efeitos dos patógenos, seja aumentando ou diminuindo, tem sido controverso. Nossos resultados em plantas mostram que mais. A grande preocupação é que a disseminação de patógenos diminui com o aumento da diversidade, incluindo patógenos que vivem no solo examinados em um artigo futuro. Essa controvérsia decorre de diferenças em como os patógenos afetam animais e plantas. "