Các nhà nghiên cứu đã điều tra được sự ảnh hưởng của việc tăng thời gian và sự phức hợp luân canh trên sản lượng cây trồng trong các hệ thống nông nghiệp hữu cơ trong giai đoạn mười năm.
Họ đã phát hiện ra rằng sự luân phiên phức tạp và lâu hơn bằng cách sử dụng ngô, đậu nành, lúa mì và cỏ khô sẽ mang lại sản lượng ngô nhiếu hơn 30% so với một vụ luân canh ngô và đậu nành đơn giản. Nhiều loại cây trồng phụ và thời gian luân phiên giúp cung cấp đầy đủ khí nitơ và làm giảm đi sự cạnh tranh của cỏ, do đó làm tăng sản lượng cây trồng.
Trong khi các nhu cầu đối với thịt và sữa hữu cơ (thực phẩm không sử dụng hóa chất nhân tạo) đang gia tăng lên khoảng 20% mỗi năm ở Mỹ thì hầu hết các hạt ngũ cốc và thức ăn cho vật nuôi cung cấp cho các ngành công nghiệp này ở vùng Trung Đại Tây Dương đều được nhập khẩu từ các khu vực khác. Để đáp ứng được nhu cầu ở địa phương này, các nông dân trong vùng cần thông tin về các sản lượng cây trồng mong đợi và những lựa chọn quản lý hiệu quả.
Các nhà khoa học của Phòng thí nghiệm các hệ thống nông nghiệp bền vững thuộc Bộ Nông nghiệp Mỹ (USDA) – Trung tâm Nghiên cứu Nông nghiệp Beltsville của Sở Nông nghiệp Mỹ (ARS) tại Maryland đã nghiên cứu được sự ảnh hưởng của các hệ thống trồng trọt hữu cơ đa dạng đối với sản lượng cây trồng trong giai đoạn 10 năm.
Các nhà nghiên cứu đã thu thập dữ liệu về sản lượng cây trồng, sự hấp thụ khí nitơ, các mật độ cỏ, và số lượng cây trồng từ Dự án các hệ thống trồng trọt của Beltsville (viết tắt là FSP) – đây là cuộc thử nghiệm các hệ thống trồng trọt dài hạn với hai hệ thống theo tập quán và 3 hệ thống hữu cơ được thiết lập vào năm 1996. Ba hệ thống hữu cơ khác nhau về thời gian và sự phức tạp luân canh.
Cuộc nghiên cứu cho thấy rằng sản lượng ngô và đậu nành trong các hệ thống hữu cơ trung bình là 76% và 82% tương ứng với sản lượng ngô và đậu nành trong các hệ thống theo tập quán trong các năm với điều kiện thời tiết bình thường. Sản lượng lúa mì vụ đông ở các hệ thống đều tương tự như nhau. Sản lượng ngô ở hệ thống hữu cơ thấp hơn ở hệ thống theo tập quán ban đầu là do lượng khí nitơ thấp có sẵn trong các hệ thống hữu cơ, điều này lệ thuộc vào các loại cây trồng họ đậu và phân chuồng. Sự xâm lấn của cỏ cũng góp phần làm giảm sản lượng hạt ngô ở các hệ thống hữu cơ. Đối với đậu nành, chỉ riêng sự xâm lấn của cỏ đã giải thích được những khác biệt về sản lượng giữa các hệ thống hữu cơ và hệ thống theo tập quán.
Trong các hệ thống hữu cơ, thời gian và sự phức hợp của luân canh có một ảnh hưởng mạnh mẽ đến sản lượng của hạt ngô. Một vụ luân canh bao gồm ngô, đậu nành, lúa mì và cỏ trung bình đem lại sản lượng ngô nhiều hơn 30% so với vụ luân canh giữa ngô và đậu nành, và nhiều hơn 10% sản lượng so với một vụ luân canh giữa ngô, đậu nành và lúa mì. Những sự khác biệt này là do việc tăng lượng khí nitơ có sẵn và việc giảm sự xâm lấn của cỏ với việc tăng thời gian và tính phức tạp của luân canh. Thời gian và sự phức hợp của luân canh không ảnh hưởng đến sản lượng của đậu nành và của lúa mì.
Tiến sĩ Michel Cavigelli – trưởng cuộc nghiên cứu – cho biết “Những kết quả nghiên cứu này cho thấy rằng luân canh lâu hơn và phức hợp hơn có thể giúp cho chúng ta nhắm hướng vào hai thách thức sản xuất quan trọng nhất trong việc sản xuất cây ngũ cốc hữu cơ: đó là cung cấp đủ khí nitơ cho nhu cầu của cây trồng và làm giảm đi sự xâm lấn của cỏ”.
Nghiên cứu này giúp ích cho những người nông dân và những người xem xét việc chuyển tiếp đến việc lựa chọn trồng trọt hữu cơ luân canh thích hợp nhất cho vùng trung Đại Tây Dương. Do dự án FSP là một trong những cuộc thử nghiệm hệ thống trồng trọt dài lâu bao gồm các vụ luân canh cây trồng hữu cơ đa dạng, nên những kết quả này cũng sẽ trở thành mối quan tâm của các nông dân trồng lương thực hữu cơ và những người hợp tác với các nông dân trồng lương thực hữu cơ trên thế giới.
Phòng thí nghiệm các hệ thống nông nghiệp bền vững của sở ARS và USDA tiếp tục tiến hành nghiên cứu này nhằm tăng cường khí nitơ sẵn có trong đất và giảm đi sự xâm lấn của cỏ trong các vụ luân canh ngũ cốc hữu cơ.
