気温が上昇し、大気中の CO2 が上昇する可能性があります レベルは、家畜の飼育に使用される飼料の量と質に影響しますか?それは、農業研究サービスの放牧地資源およびシステム研究ユニットのデビッド・オーガスティンと彼の仲間の研究者が答えたかった質問です.彼らの結果は、「良いニュース」と「悪いニュース」が入り混じったものであり、牧畜業者が将来にわたって収益を上げ続けるためにどのように適応するべきかについての推奨事項も含まれています。
研究
プレーリー暖房と二酸化炭素濃縮 (PHACE) 実験は、将来の環境条件が混交芝プレーリーにどのように影響するかを調べるために 2006 年に開始されました。これは北米に現存する最大の草原生態系であり、米国西部の農業生産性と生物多様性の保全の両方にとって重要です。
過去 100 年間で最もよく記録されている大気の変化の 1 つは、CO2 の上昇です。 現在 410 ppm に達しています。地球規模の CO2 レベルは今後 30 年から 70 年で 600 ppm に達すると予測されており、Augustine と彼の同僚は大気中の CO2 のレベルをシミュレートするための研究を設定しました。 、およびそれに伴う気温の上昇 (日中は 1.5° C (2.7° F)、夜間は 3° C 上昇)。
この種の研究は、CO2 を上昇させる特別なチャンバーで行うことができますが、 気温や環境により、自然環境で育つ植物とは異なる場合があります。そのため、この研究は、自然地域を加温し、高濃度の CO2 で処理することを可能にするプロトコルに従いました。 現場で。進行中の研究からのこれらの写真が示すように、このようなことをすることは小さなことではありません.これには、区画を隔離するための溝の掘削とフランジの設置、水、温度、および CO2 を継続的に監視するためのセンサーが含まれます。 レベル、および根の成長を監視するための小さなカメラ。次に、植生が妨げられないようにするために、スタッフはすべての監視と飼料の収集を、区画の上の板やプラットフォームの上に横たわったり座ったりしながら行いました.
朗報 – より多くの飼料とより効率的な水の使用
良いニュースは、一般に、CO2 大気中のレベルが上昇し、植物の成長も同様です。実際、以前の実験では CO2 が示されています 475–600 ppm の濃度では、葉の光合成速度が平均 40% 増加します (Ainsworth &Rogers 2007)。
この場合、飼料の種組成は変化しましたが、飼料生産量は全体で 38% 増加しました。主要な 3 種の牧草 (ウェスタン ウィートグラス、ニードル アンド スレッド グラス、ブルー グラマ グラス) は、2007 年の飼料生産量の 83.3% から 2013 年の 67.5% に減少しました。 2007 年の飼料生産の 15.2% から 2013 年の 24.8% に増加しています。
CO2 が上昇すると、植物はより効率的に水を利用できるようになります レベル。その理由は構造的なものです。植物はCO2を受け入れるために気孔を開きます しかし、開いた気孔は、水が植物から出る経路でもあります。 CO2の上昇で レベル、植物は気孔の開口部を減少させ、水の量を減らすことができます.これは、生態系全体の水循環に影響を与える可能性があり、CO2 が上昇すると土壌の水分レベルと流出量が増加します。 (Leakey 他 2009)。この変化の程度はまだわかっていません.
(これを複雑にするために、光合成は 2 つの異なる方法で発生し、区別するために、植物は C3 のいずれかとしてラベル付けされます またはC4 . C3 植物の光合成速度は、CO2 が上昇するとさらに増加します .詳細については別の機会に説明します。)
悪いニュース – 栄養価の低下と動物の体重増加の減少
Augustine と彼のチームは、飼料品質の 3 つの異なる測定値を調べました。
• in vitro 乾物消化率 (IVDMD)
• セルロースとリグニンの含有量 (酸性洗剤繊維または ADF)
• タンパク質の尺度としての窒素含有量
彼らが学んだことは、「飼料の生産量は増加しましたが…これにより飼料の品質が大幅に低下し、反すう動物の体重増加に悪影響を与える可能性がある」ということでした。 (オーガスティン他 2018) 温暖化と上昇した CO2 の組み合わせ C3 の消化率を低下 62.8% から 61.5% の草と C4 草が 63.3% から 61.2% に。
これらの変化は小さいように見えますが、若い動物が急速に体重を増やしていると考えられている時期に、繊維含有量の増加と粗タンパク質の減少を反映しています.この変更に基づくと、体重増加は約 12.5% 少なく、つまり 30 ポンドになります。栄養価の低下は、交配年齢までの時間を延ばしたり、受胎率を低下させたりすることで、牛の成績にも影響を与える可能性があります。最後に、反芻胃の微生物が適切に機能するためにはタンパク質が必要ですが、分解された飼料は生存に必要な量よりも少ないため、生産者はサプリメントを提供する必要があるかもしれません.
未来の牧場経営者はどのように適応しますか?
研究者によって記述された多種多様なソリューションがあります。 1 つのオプションは、放牧を使用して飼料を改良することです。 「放牧された牧草は、世界中の放牧地の放牧されていない牧草と比較して、タンパク質が増加し、セルロースとリグニンの濃度が低下して葉を再成長させます…植物が有蹄類の放牧に適している北米の大平原の生産者にとって明確な解決策は、放牧率を適応的に高めることです。飼料の入手可能性に合わせます。飼料生産量の増加に伴う放牧量の増加は、放牧圧指数を維持し、単位面積あたりの総質量増加を維持または増加させます。」 (彼らは、同じ放牧の歴史を持たない地域では、この慣習が有害になる可能性があることに注意しています。)
その他のオプションには、1) 栄養価の変化を考慮し、雑草や侵入植物を放牧するために放牧シーズンを調整する、2) 牛に栄養補助食品を与える、3) 牧草地にマメ科植物を播種して土壌に窒素を加え、栄養価を改善する、などがあります。 4) 同じことを達成するために低レベルの肥料を適用すること、5) 所定の野焼きで新しい草の成長を刺激すること、および 6) 影響を与える天候や気候条件 (例:雨季や干ばつ) の変化に応じて放牧率を調整すること草の生産。
研究者たちは楽観的です。 「確かに飼料の品質に関して取り組むべき重要な問題がありますが、潜在的な解決策もいくつかあります」とオーガスティンは言いました.
参考文献
この記事に含まれる情報を共有してくれた ARS の Dennis O'Brien に感謝します。
この記事は、次の 2 つの Web サイトからも情報提供を受けました。
統合 – 持続可能な未来のための地球に関する学際的な教育
The Nature Education Knowledge Project – この本文の引用はこのサイトからのもので、以下に示します:
Ainsworth, E.A. &Rogers, A. 光合成の反応と気孔コンダクタンスの上昇 (CO2 ):メカニズムと環境相互作用。 植物、細胞、環境 30, 258-270 (2007).
Leakey, A. D. B., Ainsworth, E. A. et al. 高CO2 植物の炭素、窒素、および水の関係への影響。 FACE からの 6 つの重要な教訓。 Journal of Experimental Botany 60, 2859-2876 (2009).
また、米国農務省の主要な科学的社内調査機関である Agricultural Research Service にも感謝します。 ARS は、アメリカに影響を与える農業問題の解決に焦点を当てています。農業研究に 1 ドルを投資すると、20 ドルの経済効果が得られます。
