PØL Institutt for plante- og miljøvitskap Tor Arvid Breland Hanne W. CarlsenWendy Waalen Charles Francis

PØL Learning Objectives Explore how crop rotations help farmers reach environmental, agronomic, economic and social goals: are crop rotations more important in organic systems? Study the link between ecological principles and use of crop rotations: how does ecology help us design useful rotations?

PØL From this class you will learn: Why rotations are used in agriculture What biodiversity contributes to environmental, agronomic, economic, and social goals of farmers and families How we use ecological principles in design of rotations – are organic systems different? When rotations are most useful and when they are not – are organic systems different?

PØL Learning process Explore examples from our Nordic context and how they compare to other zones Combine lecture with discussion and discovery learning in this community Reflect on learning in a multi-lingual and multi-cultural landscape Introduce the experiential learning process used in agroecology classes at UMB

PØL Kvifor vekstskifte? Biologisk diversitet Etterlikne naturlege økosystem og naturnære, tradisjonelle jordbrukssystem, som oftast har: –Høg biologisk diversitet frå kvadratmeter- til landskapsnivå Flora: Nytter alle tilgjengelege nisjer og ressursar; komplekse samspel; skaper grunnlag for divers fauna Fauna: Planteetarar tevlar med kvarandre; rovdyr og -insekt et planteetarar

PØL Kvifor vekstskifte? Biologisk diversitet Etterlikne naturlege økosystem og naturnære, tradisjonelle jordbrukssystem, som oftast har: –Høg biologisk diversitet frå kvadratmeter- til landskapsnivå Flora: Nytter alle tilgjengelege nisjer og ressursar; komplekse samspel; skaper grunnlag for divers fauna Fauna: Planteetarar tevlar med kvarandre; rovdyr og -insekt et planteetarar

PØL Diversity at different levels in spatial and temporal scale DIVERSITY IN SPACE Genetic diversity within crops Diverse plantings of > one crop, e.g., contour strip intercropping, mixed plantings, relay planting Field boundaries, trap crops/”beetle banks” in strips Landscape and watershed diversity Regional diversity in crops, animals, & products

PØL Changes occur at different rates at different levels of scale At low levels of scale changes happen quickly (chemical reactions, bacteria) At higher levels of scale changes happen more slowly (larger farms, organic farms) To study mechanisms, go to lower level of scale; to understand context or application go to higher level of scale

PØL Diversity at different levels in spatial and temporal scale DIVERSITY OVER TIME Crop rotations with different species Annual crops with perennial crops in multi-year patterns Crop/pasture sequences with animals in system

PØL Why should we diversify crop and crop/animal production systems? Positive reasons for rotations & diversity? Negatives about rotations & diversity?

PØL Kvifor vekstskifte? Næringsstoff og jordstruktur Balanse mellom –grøder som bygger opp jorda si hevd/grøderikdom (”nærande vekstar”) Mykje røter og planterestar og lite jordarbeiding (som for fleirårige grøder) fremmer oppbygging av humus, binding og lagring av næringsstoff (særleg N, P og S), jordbiologisk aktivitet og jordstruktur og –grøder som bygger ned (”tærande vekstar”) Lite røter, fjerning av mykje plantematerial og relativt intens jordarbeiding (som for eittårige salsgrøder) tærer på humus og lagra næringsstoff (særleg N, P og S), gjev med tida lågare jordbiologisk aktivitet og dårlegare jordstruktur

PØL Kvifor vekstskifte? Jordstruktur Særleg i økologisk landbruk er planteveksten avhengig av –lufting –vasshushald –porevolum og -fordeling som gjev –høg jordbiologisk aktivitet –god rotutvikling Motverke erosion

PØL Kvifor vekstskifte? Plantevern Ugras: planter på feil stad –Frøugras og rotugras har ulike strategiar ==> –Biologiske og mekaniske mottiltak knytte til val og rekkefølgje av vekstar Sjukdomar og skadedyr –Landskaps- og gardsnivå: Utnytte den naturlige reguleringa i næringsveven –Mengd skadegjerarar: Reduser kontakt med skadegjerarar og legg opp vekstskifte som motverkar oppformeiring –Avlingsnivå: Planter i god vekst er mest motstandsføre mot skadegjerarar

PØL Kvifor vekstskifte? Ø konomisk diversitet Fleire bein å stå på –Mindre risiko ved dårlig avling av einskilde vekstar Gården må sjåast på som ein heilskap Must look across enterprises Need to also look across multiple years to analyze farming system

PØL Retningsliner for vekstskifte 1.Vekstar med djupe røter bør kome etter vekstar med grunne røter. Held jordstrukturen open (lufting drenering, rotutvikling etc.) Utnytter næringsstoff i djupare lag 2.Veksle mellom vekstar med stor rotmasse (oftast fleirårige eng- og grøngjødselvekstar) og liten rotmasse (oftast eittårige åkervekstar).

PØL Retningsliner for vekstskifte 3. Veksle mellom nitrogenfikserande vekstar og nitrogenkrevande vekstar – sjølvforsyning med nitrogen må vere målet. 4. Kulturar som tevlar dårleg mot ugras, bør komme etter kulturar som tevlar effektivt mot ugras.

PØL Retningsliner for vekstskifte 5. Ved risiko for å få skadegjerarar i jorda, må ein dyrke potensielle vertsplanter med sikre tidsintervall. 6. Fangvekstar og ulike former for underkulturar bør brukast så ofte som mogeleg for å halde jorda dekka. Det reduserer erosjon, avrenning og utvasking, særleg om vinteren.

PØL Retningsliner for vekstskifte 7. Bruk samplanting når mogeleg 8. Søk optimal biodiversitet i plantekultur og driftsopplegg med planter og dyr

PØL Legg også vekt på Å velje vekstar som er tilpassa klima og jord Balanse mellom fôrvekstar og planteproduksjon for sal Å tilpasse arbeidsbehov til tilgjengeleg arbeidskraft Krav til jordarbeiding og dyrkingsteknikk

PØL Questions to reflect on 1. Why deep rooted  shallow rooted crops? 2. Why strong  weak root system crops? 3. Why N-fixing  N-demanding crops? 4. Why strong competitors  weak crops? 5. How to avoid pests with time intervals? 6. Why use catch crops/undersown crops? 7. Why use companion planting crops? 8. Why seek optimum level of biodiversity? 9. How do climate & soil influence rotations? 10. Why balance fodder and sale crops? 11. How does rotation affect labor requirements? 12. Why should rotations include plants & animals? 13. Why rotate annual crops with perennial crops?

PØL Oppsummering Korn bør ikkje dyrkast på meir enn 60% av arealet, pga: –Grunne røter –Næringskrevjande –Bygg og kveite tevlar dårleg mot ugras –Sjukdomar Rotvekstar og poteter bør utgjere < % av dyrka areal, pga –Sjukdomar –Arbeidskraftbehov

PØL Oppsummering Engvekstar bør utgjere minst 30-40% av arealet av omsyn til –Ugras –Jordstruktur –Næring

PØL Mjølkeproduksjon 1.Grønfôr m/gjenlegg 2.1. års eng 3.2. års eng 4.3. års eng 5.Grønfôr m/raigras 6.Radkulturar Eks. er frå økologisk gard i Valdres 1.Korn m/gjenlegg 2.1. års eng 3.2. års eng 4.3. års eng 5.Grønnfôr+rotvekstar+ matkorn I-IV1.-4. års eng VGrønnfôr Eks. er frå økologisk gard på Jæren. Morenejord (1-5) og myrjord (I-V)

PØL Planteproduksjon 1.Blandkorn (havre, ert) 2.Kveite m/gjenlegg 3.1. års eng 4.2. års eng 5.Haustrug/-kveite m/gjenlegg 6.Frøeng av raudkløver/raigras og raudkløver til fôr Eks. er frå økologisk gard i Akershus 1.Kløvereng (grøngjødsel) 2.Vårkveite m/kvitkløver 3.Ert / havre+ert 4.Havre m/gjenlegg 5.Kløverrik eng (grøngjødsel) 6.Bygg m/gjenlegg I.Eng (1.slått+grøngjødsel) II.Vårkveite m/underkultur III.Havre IV.Ert V.Byg VI.Haustkorn VII.Havre m/gjenlegg Låg næringstilgang I-VII God næringstilgang

PØL Grønsaker 1.1. års eng 2.2. års eng 3.3. års eng 4.Grønfôr 5.Grønsaker/potet 6.Grønfôr/korn m/gjenlegg Eks. er frå ein husdyrgard med ein mindre grønsaks- produksjon 1.1. års eng 2.2. års eng 3.Kål, purre, selleri 4.Gulrot, raudbete 5.Grønfôr/korn m/gjenlegg Eks. er frå ein intensiv grønsaksproduksjon

PØL Frukt/bærproduksjon 1.1. års eng 2.2. års eng 3.3. års eng 4.Grønfôr m/raigras 5.Radkultur Jordbær - 11.Gjenlegg 1.1. års eng 2.2. års eng 3.3. års eng 4.Grønfôr m/raigras 5.Radkultur Eple Gjenlegg

PØL Svineproduksjon 1.Bygg/ert m/ gjenlegg 2.1. års kl.eng (silo/høy) 3.2. års kl. eng (m/gris) 4.Havre m/gjenlegg (gris om hausten) 5.Haustrug 1.Bygg m/gjenlegg 2.Kløver / gras til frø 3.Kløver / gras (m/gris) 4.Haustkveite 5.Vårkveite m/gjenlegg (gris om hausten) Tilrettelagt for svinehald 1.Bygg/ert m/gjenlegg 2.1. års kl eng 3.2. års kl. eng (grisar) 4.Roer (grisar får spillroer) 5.Potet 6.Gulrøter/korn (grisar får spillgulrot) Vekstskiftet er tilpasset kyr og grønsaker – svin i andre rekke. Svin setjast på engene som skal pløyast om (fôr + reinse jord om vinteren)

PØL ECOLOGICAL PRINCIPLES OF NATURAL ECOSYSTEMS: ENERGY Flows as a result of complex sets of trophic interactions Certain amounts are dissipated at different stages along the food chain The greatest amount moving along the detritus pathway (Odum, 1971) The energy source is renewable

PØL NUTRIENTS Small inputs through hydrobiogeochemical processes; e.g., –precipitation –N 2 fixation –weathering of minerals Internal circulation through complex sets of interconnected cycles Most often bound in organic matter (Borman and Likens 1967) Biological components are very important flow rate regulators, e.g., –decomposers –mycorrhiza –plants In mature (climax) ecosystems, there are minimal losses, which are in balance with the small inputs

PØL DIVERSITY Succession through time tends toward establishment of the most complex structure and function biologically possible within the limits set by the environment Diversification of –trophic interactions –niches Maximum exploitation of available resources and niches Control of population levels of the various organisms A degree of resistance to all but very damaging perturbations, i.e., fluctuation around a dynamic equilibrium, –the fluctuations often causing increased diversity and productivity

PØL Ecological Principles applied to Farming System Design Energy: how do we increase the reliance on renewable sources and find a balance between output from the system (products) and internal dissipation (mainly the detritus pathway) Nutrient and materials cycles: how do we maximize cycling and minimize losses? Biodiversity: how can we seek the optimum level of diversity in a farming system?

PØL Ecological Principles applied to Farming System Design What do we learn from different levels of scale that can be useful in design? Food webs and interactions: what can we do to optimize these interactions to benefit crop production, minimize crop losses? Competition and dominance: how can we design competition into the system, and how can we favor the species we want for production of food, fodder, fiber?

PØL Review of key questions Why do we use rotations? What does biodiversity contribute to environmental goals? What does biodiversity contribute to economic goals? What does biodiversity contribute to social goals of farmers and families? How we use ecological principles in design of rotations? Are organic systems different? When are crop rotations not the best solution to systems design?