研究,一个特殊的功能的一部分在整个全球环境和尺度上的生态系统服务的权衡

生态系统服务的权衡,认为司机,并在墨西哥中部对比农业生态系统的可持续性

• 文摘
• 介绍
• 的案例研究
  • 传统的玉米生产在Patzcuaro湖分水岭
  • 米却肯州的绿金:密集的鳄梨生产Uruapan地区
• 方法
  • 生态系统服务和相关指标的选择
  • 权衡和司机评估
• 结果
  • 二元的权衡
  • 多元的权衡
  • 感知到的司机
• 讨论
• 结论
• 对这篇文章
• 确认
• 文献引用

介绍

最大化的目标之间的权衡分析作物产量和调节和支持服务,巩固土地生产力比以往任何时候都更重要的是作为人类处理增加粮食需求和强大的环境影响农业生态系统(贝内特2007年Balvanera, Zhang et al . 2007年,Raudsepp-Hearne et al . 2010年,福利et al . 2011年)。农业生态系统的主要服务包括土壤肥力的规定,侵蚀,害虫,以及维护agrobiodiversity的直接或间接调节产量,如传粉者。反过来,农业生态系统可以有负面影响对其他生态系统服务,如与水质(Tilman et al . 2002年,Zhang et al . 2007年,基勒et al . 2012年)。许多工作仍然需要了解这些权衡变化的本质在农业生态系统中。

权衡收益和调节的性质和配套服务,维持收益率可能会改变的强度和类型管理。目前越来越多的文献表明,传统农业系统不同于有机的各种维度,包括产量、水质、agrobiodiversity维护和减缓气候变化(Power 2010 Gomiero et al . 2011年,Kremen和2012英里)。beplay竞技特别是,多样化的农业系统有助于提高agrobiodiversity,土壤质量、碳封存,在表面土壤储水,能源使用效率,以及电阻和弹性面对气候变化(Kremen和2012英里)。beplay竞技然而,进一步系统地评估权衡在常规和有机农业生态系统仍悬而未决。

在农业生态系统评估权衡可以依靠两两比较以及多元评价的一系列服务。成对比较是非常有用的理解之间的关系的性质两个选择服务(贝内特et al . 2009年,Raudsepp-Hearne et al . 2010年)。相比之下,多元评估有助于更好的理解所涉及的复杂的权衡在多个服务和包的识别服务(Raudsepp-Hearne et al . 2010年)。这两种评估策略是互补和允许更全面和综合的评估权衡利害关系。

之间的权衡服务及其对农业生态系统的可持续性的影响并不仅仅取决于生物物理条件操作在情节层面也人管理他们的看法(2000年格里高利,马斯河et al . 2005年,Balvanera et al . 2011年,Martin-Lopez et al . 2012年)。当地利益相关者拥有强大的对关键驱动程序所需的服务和支撑变化,特别是对那些与产量,对于决策至关重要。例如,农民在加纳意识到管理因素,如作物多样化和种植早熟品种,如土壤肥力、生物物理条件和社会条件等推广服务,信用,土地使用权强烈确定他们适应气候变化的能力和维持收益率(Fosu-Mensah et al . 2012年)。beplay竞技这种观念需要评估一系列对比农业生态系统和管理系统的条件提供当地信息决定,可能会改变,定义,和形状有生产力的生态系统。

在这里,我们分析了两个对比鲜明的墨西哥中部的农业生态系统:玉米对当地生产、生活消费,和鳄梨生产主要用于出口。每个系统的问题是:(1)收益率之间有权衡收益和agrobiodiversity和关键管理和支持服务?(2)多元agrobiodiversity和供应之间的取舍,如何调节,改变之间的另类的管理制度和支持服务?(3)有哪些关键因素被当地农民和知情人,支撑收益率的变化?基于我们的分析,然后讨论如何可持续发展这些系统的生产力和生态系统服务相关的维护。然后我们确定并讨论需要考虑的主要问题,构建路径走向可持续发展。

的案例研究

研究领域是P 'urhepecha高原,在米却肯州,墨西哥。千,self-subsistence,玉蜀黍类农业生态系统与高利润的共存,input-intensive鳄梨果园专注于出口生产,最近和迅速扩大玉米农业和森林土地(Bravo-Espinosa et al . 2014;图1)。传统的玉米生产和密集的鳄梨生产占领周边地区分享相似的生物物理条件。社会经济条件也仍基本类似,直到鳄梨生产的扩张,有非常不同的目的在生产方面,市场,和分配利益。我们认为原来的相似性玉米和鳄梨生产允许他们是一个有用的比较。

传统的玉米生产在Patzcuaro湖分水岭

Patzcuaro湖流域位于19 25º的-19º45 ' N和101º25 -101º54的W,海拔2000 - 2800米,年平均降雨量为987毫米(Bravo-Espinosa et al . 2009年)。温和的气候和肥沃的火山土壤(强淋溶土、淋溶土和暗色土)允许农业高产的玉蜀黍类至少3000年来(苔星体et al . 2010年)。这个农业至关重要的辉煌P 'urhepecha直到西班牙殖民文化。在这个地区,Purhepecha文化和语言仍深深扎根于现在的人口约128000人(2004年马尔和Sutton)。Patzcuaro的殖民城市,湖的令人印象深刻的风景使该地区在墨西哥最重要的旅游目的地之一。

传统的milpa农业生态系统包括玉米、豆子、南瓜间作和分水岭仍然存在,尽管单作现在广泛实践。大部分的生产是self-consumed食品或饲料或区域销售。Milpa农业生态系统是只有一个农民所依赖的多个生产活动(苔星体et al . 2005年)。牲畜(主要是牛、马、和家禽)介绍了西班牙人,把一个元素的多样性的系统。针叶树和橡树森林流域的上部分管理项,并提供大量的木材和nontimber商品。手工陶瓷砖生产、渔业和旅游业完成农村人口的生计。

整个流域不同条件导致了相当大的遗传多样性。苔星体et al。(2010)识别和绘制六种质的分布及其混合动力车,专门与特定的生物物理环境(海拔、土壤和水政权),管理实践和社会文化(即。,烹饪)使用。

农用化学品的使用和化石能源仍相对较小。然而,合成化肥的使用增加了玉米单作的采用。营养损失和上层部分流域的土壤侵蚀造成的富营养化湖泊,减少渔业生产力和减少景观和娱乐价值。贫困、迁移、低工资和低农作物价格导致放弃农业用地和减少农业生产活动对当地经济的贡献相比,过去的几十年。

评估权衡agrobiodiversity和供应,调节,并支持生态系统服务变化与管理制度,我们首次发现三个管理选项:传统,传统,和作物轮作。在传统系统(CS)、耕作和播种机械化。害虫(Phyllophaga种虫害和Diabroticaspp)和杂草控制使用化学杀虫剂。是在使用越来越多的合成肥料进行受精。谷物收获进行手动12月,而秸秆收获4月和5月之间。

在传统的系统(TS)、豆类和南瓜一起建立了玉米milpa),动物粪便施肥。动物牵引用于整地,播种。杂草和害虫控制是人工进行的,虽然偶尔使用化学杀虫剂。最近的一次创新增加生育是使用semi-mature堆肥(使用粪便和植物材料)。越来越多的转换从传统回到传统的农业发生在反应合成肥料和低成本的提高,玉米价格,一些农民变得越来越环保意识的农药使用的影响。

旋转系统(RS)最初是用于饲料生产。动物牵引用于耕作和播种,夏天玉米与豆类建立从秋季到春季旋转。豆类通常是常见的野豌豆(野豌豆属漂白亚麻纤维卷)、蚕豆(蚕豆根尖),豌豆(Pisum一),第一次使用作为人类食用的饲料和其他人。最近的创新促进了当地非政府组织使用绿肥,约有30%的豆科草耕种土壤和其余的饲料。没有应用合成肥料,并与牛除草机械地执行。

米却肯州的绿金:密集的鳄梨生产Uruapan地区

鳄梨(Persea美国机),原产于墨西哥和以来一直培养着时间。大规模生产出口仅始于1960年代中期。建立了第一个商业果园Uruapan城。然而,最近几十年已经看到一个指数增长在该地区种植鳄梨,从13000年的1974公顷(Morales-Manilla和奎瓦斯2011)> 130000年的2010公顷(Servicio de给agroalimentaria y pesquera de la Secretaria de水资源Ganaderia, Desarrollo农村,Pesca y Alimentacion:http://www.aguacate.gob.mx/index.php?portal=aguacate)来满足出口市场。墨西哥现在是全球最大的生产国和出口国,鳄梨,在2010年贡献了全球28%的产量。Uruapan地区生产全国产量的86%,这使得这个地区最大的世界生产商。鳄梨主要销往美国、欧盟、日本,也有不断增长的国内市场。

土地利用变化对鳄梨生产发生的玉米作物和本地松树和橡树森林;它已经增加了温室气体的排放,水污染,富营养化(Bravo-Espinosa et al . 2014年)。土地利用对鳄梨果园面积从3增加到34%,而每年的农作物(包括玉米)从35 - 16%,森林减少来自47个主要鳄梨种植区域内30% (Morales-Manilla奎瓦斯2011 Morales-Manilla et al . 2012;l . m . Morales-Manilla和g . Bocco Centro de Investigaciones en Geografia环境科学系,个人沟通)。大型种植高使用外部输入、高收入,是最新的和最新的技术为施肥、灌溉、害虫和疾病控制和收获后的管理。他们使用肥料结合合成肥料。大型种植者与更传统的小规模种植者。

还有一个蓬勃发展,但规模小得多的部门,经过认证的有机出口种植者。他们还使用许多外部输入如牛的粪便和最新的商业发展有机肥料和生物病虫害防治。有机农民通常允许其他植物物种的存在,虽然有机单一栽培也可以找到。

创建了一个强大的冷却和包装行业的生产和出口的增长。与玉米相比,鳄梨已经非常有利可图,有动态和竞争激烈的市场,产生大量临时工作有很好的工资,和广泛推广官方计划。

方法

生态系统服务和相关指标的选择

农业产量的指标(产量)被选为农场规模的提供服务的关键。选择的指标来评估规范服务:土壤质量、土壤侵蚀、监管和害虫的监管。Agrobiodiversity指标包括作物多样性,草功能多样性和丰富性的鳄梨授粉者。

玉米

Napizaro、Uricho Arocutin位于下部的Patzcuaro湖流域(海拔2100米),19°之间36“00”N, 101°43“00”W和19°33“00”N, 101°42“00”W,起伏的地形包围。气候温和,年平均降水量1040毫米,下降主要是在6月到10月(5个月)。温度区间6.1°C和24.1°C。然而,气候变化发现本研究第二年挑战过去40年的平均趋势,最低温度5°C低于正常和降雨量减少30%。本研究的第一和第三年平均降雨量(分别为1220和820毫米),而第二年被认为是一个干旱年(678毫米)。

我们选择为每个对比四个农场农业系统(传统,传统的轮作)。主要土壤强淋溶土,酸性(pH值4.5 6)、阳离子交换容量高(大约30 cmol /公斤),和富含倍半氧化物和粘土(65 - 70%)。他们是相对贫穷的土壤有机碳(SOC < 18毫克C / g)和总氮(Nt < 1.6毫克N /克;Pajares莫雷诺和Gallardo Lancho 2010)。其中网站选择减少变异性,因此包含只有第一个四个主要的农业景观,对应于不同的土类和水分政权(地图等。1991年,苔星体et al . 2010年):(1)时间,或者严格旱作地区(主要包括强淋溶土和Litosols);(2)humedad,或剩余水分土地(包括Andisols);(3)riego,或灌溉的土地;和(4)jugo,或在湖岸的土地。Napizaro, Uricho, Arocutin代表社区的农业和畜牧业地区构成的主要经济活动(苔星体et al . 2010年)。农场包括在这项研究中使用了相同类型的管理(传统,传统的轮作)至少三年。

直接测量作物的地块,2010年和2011年进行了面谈。非概率指标方法(有格的和Mateu 2003)被用来选择个体农场;12个农场和作物的土地被选出来代表每一个管理系统,同时保证类似的土壤和气候条件。每个12字段由一个农民,所显示Ngwira et al。(2012)。所有试验都是由农民管理技术人员的支持下提供建议关于均匀输入剂量和字段的综合管理。

作物产量:籽粒产量测定四1.4×5米样/情节和表示单位面积在单位重量(吨/公顷)。参考价值的最优区域产量根据采访农民和关键线人。

土壤质量:维护土壤质量是至关重要的维持可接受的收益率。土壤有机质(SOM)、pH值和阳离子交换量(CEC)被选为土壤质量的指标。采集标本上15厘米的土壤矿物在情节和从附近森林和灌丛带网站为“非农”土壤提供参考价值,尽管这些地区受到集中放牧和燃烧。在1:10土壤土壤pH值测量:水溶液动摇了30分钟。决定了SOM Walkley-Black方法(1934年Walkley和黑色),和CEC估计墨西哥官方标准的使用方法(SEMARNAT 2002)。水土流失不是玉米视为一项指标的系统,因为评估网站的平坦的没有明显的侵蚀问题。

害虫的规定: Phyllophagaspp。root-eating蛾幼虫,是影响玉米的主要害虫之一。它可以降低收益率高达15%(1986年白痴),是最重要的玉米害虫(Perez-Agis et al . 2008年,阿恩et al . 2013年)。的数量Phyllophaga种虫害个人每卷的土壤(个人/ m³)测量每月6个段组成的雨季(June-November)通过四个随机每个情节和土壤样本计算所有个人(帕切科et al . 2008年)。这个变量使用的参考价值是0 - 7.4 / m³的昆虫。在数字高于这个值,Phyllophaga种虫害被认为是害虫,在9月和传统农民使用杀虫剂,本月最高的昆虫种群(Ruiz et al . 2006年)。

作物多样性:作物多样性agrobiodiversity在农业生态系统的一个关键特性是强烈决定产量和其他监管服务。高作物多样性,而不是单一,已被证明有助于提高生物防治,碳封存,土壤肥力和授粉。作物多样化通常可以减少大量的害虫,专门在一个特定的作物,同时提供庇护和替代猎物的天敌(2002年阿尔提耶里,Gomiero et al . 2011年)。这是特别真实的捕食者Phylophagaspp。如Perez-Agis et al .(2004)所示相似的农业环境和地区。作物多样化可能有利于野生传粉者(2010年权力)。SOM和土壤肥力可以保持甚至增加足够的空间和时间旋转设计(Tilman et al . 2002年,苔星体et al . 2005年),为强淋溶土已被证明米却肯州(Gallardo et al . 2005年)。物种的数量指标是生长在一个给定的年周期;五是最大的丰富中观察到的三个管理系统评估。

鳄梨

果园的直辖市内Uruapan Patzcuaro,萨尔瓦多,埃斯卡兰特Ario德罗萨莱斯和Tacambaro位于半径50公里内的19°12“00”N, 101°42”28 W和在一个高度的海拔1500 - 2400米的范围。果园被包括在研究基于农民意愿提供信息并允许采样。我们选择农场从传统17和19个有机农场获得平衡的传统和有机农场和公平的年轻(< 10年)、成熟(10 - 20年),和老(> 20年)果园内每种类型的管理。复制的数量包括在每个分析依赖于变量。复制了土壤肥力和agrobiodiversity变量受时间和成本的限制。收益率的分析从参与农民受到的可用性数据。

作物产量:年度收益率从采访获得15个果园的经理或者老板。树上鳄梨水果可以保持几个月,收获的部分或完全当种植者决定这样做。因此,可以有0到几个在一个日历年内收成。值得一提的是,鳄梨收益率被视为机密数据,尽管平均趋势可用一般统计,实际收益率很难获得特定的果园。考虑到这些限制,我们试图尽可能包括几年的平均收益率。我们收集数据长达五年九个果园和两年六果园。果园的最高产量当中唯一的报道作为指标的参考价值。

水土流失:该地区土壤深度和丰富但往往迷失在森林高被删除,取而代之的是鳄梨果园。土壤流失测定在雨季(June-October) 28果园2011年和2012年22果园。土壤陷阱被构建为描述Robichaud和棕色(2002)。陷阱也放置在四个相邻Pinus-Quercus森林补丁来确定参考价值的原生植被下土壤侵蚀没有管理。来估计土壤的比例已经从原始森林留存在果园土壤,土壤剖面土壤中进行沟附近挖出八个果园和森林补丁。战壕坐落在鳄梨或森林树木,决心通过检查土壤和土壤深度层和细根的存在。

土壤质量和对水质的影响:过度使用农药可能影响土壤质量和已被证明会降低附近水体的质量。三种土壤参数测定的土壤质量指标和地下水污染的可能性。土壤pH值、硝酸盐和磷酸盐测定五个传统和五个有机果园,和五邻森林网站2010年7月和2011年。三个土壤样本取自矿物的土壤上15厘米的两个位置,一个在林冠下和树冠外的其他或尽可能远离主干5树/果园。

1:10土壤土壤pH值测量:硝酸水溶液动摇了30分钟。土壤提取与2 n氯化钾和土壤磷酸Mehlich三世解决方案和确定colorimetrically布劳恩+鲁贝自动分析器(泰克尼康工业体系1997)。因为在果园施肥进行正确的下的树冠和树干上,我们使用树冠外获得的值作为参考评估施肥引起的变化。值之外的树冠也比森林价值观和证实了一个相似的范围内。

草本植物功能多样性:草本植物功能多样性鳄梨的农场是一个指标的多样性物种潜在可用来吸引传粉者。总植物物种丰富度和双子叶植物和单子叶植物的比例被用作总量的指标和功能的多样性。植物物种丰富度测量在2011年36个果园和10在2012年选中的果园。大约一半的果园是有机和常规的一半。草本植物物种丰富度估计从5 m²地块位于角落的曲折的横断面。鉴于其他伍迪物种的存在是罕见的在果园,物种丰富度和功能多样性指数都集中在草药。功能多样性指数构建了专注于吸引传粉者和被估计为双子叶植物之间的比率(主要是迷人的花朵)和单子叶植物(主要是没有魅力的花朵)的物种。参考这两个变量的值是来自六个森林网站类似的测量。

丰富的鳄梨授粉者:丰富的鳄梨的传粉者是一个指标的维护本机鳄梨授粉昆虫社区及其潜在的贡献。授粉,一个多元化的社区,野生传粉者已被证明是比这更稳定依赖单一介绍物种(Kremen和2012英里)。丰富的鳄梨花朵游客在五有机和常规测量农场。鳄梨花在每个农场游客收集从每小时10分钟10棵树从9:00到18:00在两个开花时期(2010 - 2011和2011 - 2012年)。标本保存了鳄梨花粉检查和确认。这个变量是使用的参考价值的最大数量鳄梨pollen-carrier物种在这些注册果园。

权衡和司机评估

二元和多元的权衡

我们探讨了二元权衡收益和一个或多个关键调节服务。我们选择SOM玉米的情况下,土壤侵蚀和硝酸盐和磷酸盐浓度(肥料使用的负面影响)的鳄梨。然而,小样本大小和高可变性在农场不允许统计测试。

我们评估多元权衡对比管理系统对玉米和鳄梨使用multiradial图构建的指标和响应变量标准化指出参考价值。鳄梨,森林里值被用作参考土壤质量和草本植物功能多样性指标。

感知到的司机

我们采访了农民和关键线人(技术人员、农民advisors首脑机构,和学术专家)每个农业生态系统理解他们的观念支撑的生物物理和社会经济驱动程序描述的权衡。所有业主的玉米和鳄梨农场抽样访谈。的玉米,一个高度认可农民和研究员从该地区被选为关键线人。鳄梨,当地植物健康委员会的三个头的果树所属的关键线人。采访的主题包括产量、输入、害虫和疾病,气候条件和潜在反应成本和价格的变化。相同的封闭式问题集是所有受访者对识别的司机基于频率响应。

结果

二元的权衡

玉米

玉米,最大化之间的平衡产量和土壤质量的规定,衡量SOM的内容(图2)。这种模式被发现今年的平均降水。传统农场一直表现出更高的收益率,但低水平的SOM,而传统的农场更低的收益率,但更高的SOM。农场在旋转系统显示中间水平两个变量。传统系统的平均收益率35%高于传统系统和旋转系统高出18%。

传统的农场生产收益率通常高于最优水平的地区,根据农民和知情人,年平均降雨量。相比之下,传统的农场生产收益率在或接近最优的水平。SOM水平显示更多的变化在传统农场,一些农场有低水平的类似传统的同行。采访的一些传统农民描述低收益率的影响停止使用合成肥料,因此,由于过渡回到传统的系统。事实上,传统农民SOM水平较高的承认,在最初一段时间的产量损失,生产已达到near-optimum SOM水平随着增加,并可能继续这样做。

戏剧性的减少在干旱年收益率被发现(图2 b)。几乎所有的农场,包括传统的农场,生产产量低于最优水平。最关键的是,干旱年收益率呈现接近甚至低于self-subsistence条件。长时间序列需要评估长期变化和应对极端天气条件的变化。

鳄梨

我们发现没有明确权衡产量和土壤侵蚀的监管鳄梨(图3)。不过年腐蚀速率测量一些鳄梨农场(0.2 - -0.65吨/公顷)高于那些以森林(0 - 0.014吨/公顷)许多农场;然而,土壤侵蚀是高度可变的农场中,根据果园的设计。一个农场表现出极高的侵蚀(27.65吨/公顷),可能是由于管理实践不足。打开树冠果园与全草覆盖几乎为零损失,而树冠果园没有草药注册最大的损失。由于这种变化,没有明显差异之间的传统和有机果园或森林和果园。然而,森林从未超过0.02吨/公顷,且只有一个有机果园超过0.2吨/公顷,而六传统农场显示侵蚀> 0.2吨/公顷。也没有明确的收益率差异有机和常规果园。这可以归因于高使用的肥料(主要是牛的粪便)在某些有机果园。小农场用更少的资源倾向于使用较低的外部输入,无论管理系统。

多元的权衡

玉米

传统,传统和旋转管理不同的多元评价土壤质量和害虫防治指标(图4)。轮作作物多样性通常显示高值的调节和支持服务。传统的农场显示这些服务的中间值。产量增加费用的发生明显减少管理和支持服务的情况下传统的农场。很小的差异,但是,可能由于使用化肥相结合,粪肥和堆肥材料的传统情节。

传统的农场定期使用杀虫剂Phylophaga种虫害控制。相比之下,很可能降低病虫害发生率在传统和轮作农场是由于更高的可用性粪便和秸秆的有机物,降低玉米根吸引害虫。

鳄梨

常规和有机农场不同的多元评价土壤质量、草功能多样性和丰富性的鳄梨授粉者(图5)。有机果园显示较小的权衡收益和维护管理和配套服务(侵蚀控制、土壤质量和agrobiodiversity维护)。草本植物物种丰富度类似于有机和常规果园的森林站点。草本植物物种丰富度很可能被增加光和营养供应,因此由树冠大小和分布,而不是管理系统。

草的功能多样性、森林站点和有机果园含有平均四倍比单子叶植物物种双子叶植物。相比之下,这一比例已接近传统的果园。很可能过度草修剪在常规果园倾向于单子叶植物。

鳄梨花粉的航母数量在森林最高,其次是有机农场,最低在传统农场。除草剂的使用是罕见的,所以这种模式可能是由于双子叶植物丰富,吸引传粉者。昆虫访有机鳄梨是高于传统农场。的蜜蜂在本地传粉者占据绝对主导地位。因此,草在果园的存在可能是必要的维护主要传粉者(蜜蜂鳄梨花朵时)在长时间缺席。

所有果园显示改变土壤化学几乎没有铵硝酸盐和磷酸盐和10 - 100倍鳄梨比在森林的树冠下网站。硝酸盐和磷酸盐水平大大超过了鳄梨树木的需求,因此潜在的地下水污染物。化肥也改变了土壤pH值(向上或向下)一个单位。

感知到的司机

玉米

市场激励是最重要的司机被农民作为玉米生产的一种威慑(图6)。尽管最近玉米价格增加了符合世界价格,投入的成本上升,特别是合成肥料,无法得到补偿。传统的种植者出售玉米作为饲料,价格低于玉米改良品种的食品。传统的农民出售混血儿(本地长白猪)玉米在当地市场三分之一的价格获得在区域和全球市场。一些玉米种植者提到的压力将玉米系统转化为鳄梨鳄梨果园高价格。

气候条件和肥料,合成和有机,也是非常重要的司机支撑当前屈服条件(图6)。不利的气候条件可以压低收益率。受精等发生在传统的农场可以提高产量;然而,over-fertilization被认为是土壤退化的关键驱动因素的系统。

鳄梨

市场激励也最重要的驱动激励鳄梨生产,尽管在这种情况下促进产量的增加。鳄梨的价格一直在上升在过去的15年出口应对日益增长的需求。这种价格上涨刺激农用化学品的使用,尽管成本上升和环境影响,以确保高产量。因此,农药使用据报道是一个关键驱动因素。不利的气候条件被强调为削减产量的重要驱动力。

讨论

我们发现适度权衡玉米产量和土壤肥力的规定,但没有权衡鳄梨产量和土壤侵蚀的规定。虽然这些模式可以显示生产系统是可持续的,很可能他们,而反映了生物物理条件和管理该地区的历史。该地区土壤深厚、肥沃的结果最近的火山起源。玉米可能构成一个可持续管理的例子,如土壤已经种植了几千年,同时保持SOM在可接受的水平。传统尤其如此,轮作系统中,而一些传统农场> 10年的集约管理显示SOM水平较低。相比之下,SOM的减少和增加土壤侵蚀发生明显的鳄梨,虽然总累计损失的大小仍相对较低,与原来的条件相比,大多数果园的年轻时代。土壤流失观察值(< 0.2吨公顷⁻¹年⁻¹)是可以接受的,如果相比,估计在文献中发现的土壤形成(0.4 - 2吨公顷⁻¹年⁻¹火山土;李et al . 2009年)。如果我们使用这些值作为参考,我们大部分的措施可以被认为是可接受的(Bravo-Espinosa et al . 2009年)。然而,最近的研究提到了需要不仅包括土壤形成率和作物产量,而且其他环境问题(如农药、种植和灌溉公差)和非现场效果做出公平的判断(李等人。2009)。

重要的权衡收益和潜在的鳄梨对水质的影响被发现。高肥料率可能是影响高硝酸盐和磷酸盐浓度采样的土壤。然而,在溪流水径流和积累很可能携带这些营养素和强烈的负面影响水循环和质量。(2011)事实上,Morales-Manilla和奎瓦斯报道高磷酸盐水平(0.2 - 5毫克/升)在附近的溪流从鳄梨广泛覆盖的区域收集水果园。这些水平超过迄今为止人类消费标准(0.1 mg / L),使水产养殖使用未经处理的水只适合农业/。进一步的评估,包括物理条件的影响(例如,斜率)和周围景观因此需要。

多元分析权衡允许我们探索重要供应之间的交互,管理和支持服务。高收益与传统玉米农场严重依赖化肥使用和产生负面影响土壤质量的规定和侵蚀。同样,密集的鳄梨的生产与土壤流失升高,土壤质量下降,对水质的影响,草和传粉者多样性的减少。传统的玉米和旋转系统和有机鳄梨显示更高水平的调节,比密集的系统配套服务。尽管负面影响的关键管理和支持服务将破坏收益率(Zhang et al . 2007年),我们没有找到任何倾向的时间框架内这样的分析。

农作物价格、气候条件和使用化肥是最稳定的司机认为支撑玉米和鳄梨产量的变化。低的价格混血儿玉米已经抑制了努力增加产量,而鳄梨的价格将增加强大的压力增加的产量。beplay竞技气候变化被认为在该地区作为一个重要的威胁;降水的时间模式的变化和干旱频率增加的风险因素,政府机构和符合观察和预测的(Conde et al . 2004年)。降低收益率对玉米干年来威胁粮食安全并减少收入从鳄梨。化肥在农业生态系统被认为增加产量的土壤质量。

虽然直接测量可以允许更精确的评估服务和农业生态系统的生物多样性,间接测量如这里使用构成有用的指标,很容易被测量和理解相关的利益相关者。一个重要的警告是,静态代理被用来评估流。例如,害虫的幼虫数量作为指标监管;虽然减少幼虫会显示更好的监管,将考虑实际的理想指标动态调节过程。同样,更高水平的硝酸盐会带来更高的径流邻近水体,但实际流动没有测量。

我们的分析突出勘探面临的各种挑战在农业生态系统服务之间的权衡。第一个挑战是需要评估的一系列服务,这些服务指标。键,著名的SOM等指标,土壤侵蚀和养分含量经常评估(Speelman et al . 2006年,苔星体et al . 2011年)。然而,我们发现下降agrobiodiversity-related配套服务和产量的变化在不同气候条件下,应考虑更多的系统。

第二个挑战是空间和时间尺度的分析。我们集中在农场水平;这种方法允许我们将不同的服务链接到特定的农场。然而,农场没有评估的差异和可能导致的小差异管理制度在这里找到。权衡也发生在景观尺度上,土壤侵蚀和化肥的使用影响水质。同时,分析了不同的服务操作在不同的空间尺度上。收益率每年生产玉米和鳄梨每年两次,但土壤形成和土壤侵蚀在数百或数千年的规模。大多数鳄梨和常规玉米农场非常最近因此掩盖了之间的权衡的评估服务。两个农业生态系统之间的相互作用也需要被考虑。玉米农民已经销售肥料,通常用于受精领域,鳄梨种植者在过去五年。 This management practice could contribute to higher yields in avocado at the expense of SOM in maize. At present, most studies of trade-offs among services have been undertaken at a single spatial scale (Nelson et al. 2009, Raudsepp-Hearne et al. 2010), although assessments of some interactions across scales have begun (Laterra et al. 2012).

代理的使用可以使长期参与监测许多规范和配套服务,和更大的样本大小。空间和时间模式将显示通过时间越来越多的网站。同时,利益相关者参与监控已被证明在改变管理实践有积极的影响(Vaidya和梅尔2014年)。参与式监测与没指标方法需要辅以长期的实验评估网站和使用更精确的控制指标。类型所需的资源和基础设施等试验,以前在墨西哥国家农业研究所(INIFAP),但现在已经很大程度上减少了雷耶斯(2013)。

第三个挑战是整理生物物理评估这些权衡与取舍和人民观念驱动程序支持他们。农民和关键线人不认识玉米和鳄梨农业生态系统的退化对调节和支持服务作为关键因素支撑收益率的变化。例如,受访者认为大部分的产量的变化对气候条件的变化和化肥使用的不断增加。因此,传统的种植者将继续推行他们的独立系统,以最大限度提高产量的降低土壤质量和agrobiodiversity的损失。作为杰克逊et al。(2007)指出,增加农业agrobiodiversity只是部分相关维护农业生态系统服务的水平,虽然农民不倾向于认为“外部”保护的好处在更广泛的范围内。目前,分析服务的看法和他们的相互作用(卡斯蒂略et al . 2005年,Martin-Lopez et al . 2012年)通常是分开处理的生物物理量化的服务;这还需要进一步的研究这些变量的交集。

第四个也是最后一个挑战是在显式链接权衡的评估和人民观念与制度可持续性及其后果的长期维护生态系统服务。我们发现高权衡生态系统服务在传统系统与传统相比,旋转,或有机系统。然而,在鳄梨系统中,一些权衡更多地受到比由管理系统本身的具体实践。

传统农业生态系统和旋转玉米来自几千知识和已显然可持续数几百年(托莱多et al . 2003),但渐渐的失去青睐的地区盛行的社会经济条件。相反,传统的系统最近出现,深受由联邦和州的技术项目和学分。相比之下,有机鳄梨系统显示,较小的权衡收益和管理和配套服务,目前的专业市场而不是农民的信念。玉米和鳄梨系统似乎非常容易受到干旱,因此,气候变化。beplay竞技因此,一个全面的框架连接维护生态系统服务和可持续性评估是必要的,包括服务之间的权衡,历史条件造成了当前生态系统状态,以及生物物理和社会角色的司机长期生态系统的性能。

结论

我们分析了玉米和鳄梨在墨西哥中部农业生态系统。我们发现权衡最大化在玉米产量和SOM的规定,和一些证据之间的权衡在鳄梨产量和土壤侵蚀的监管。我们发现传统密集型生产系统显示较强的负面影响对土壤质量和数量、水质、和agrobiodiversity比传统的旋转,和有机生产系统。农民认为大多数市场激励收益率的变化,气候变化,和化肥的使用,而不是大多数的权衡。

我们的研究有助于对生态系统服务之间的权衡的文学记录两个对比鲜明的农业生态系统的特点,并通过强调与这类研究相关的一些挑战。系统评估多个服务在不同空间和时间尺度上,人们对这些服务的认知及其相关司机,和他们联系当前占主导地位的社会经济驱动程序需要进一步评估威胁和机会向可持续性。

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