Agronomic challenges for organic crop husbandry

With respect to resource management and environmental impact, organic farming offers rationales for agricultural sustainability. However, agronomic productivity is usually higher with conventional farming. This work aimed at investigating two factors of major importance for the agronomic productivity of organic crop husbandry, nitrogen (N) supply through symbiotic N fixation (SNF) and weed occurrence. Perennial red clover-grass leys and spring cereal crops subjected to regular agricultural practices were studied on 34 organic farms located in the southern and the north-western coastal regions of Finland. Herbage growth, clover content as a proportion of the ley and extent of SNF in perennial leys, and the occurrence of weed species and weed-crop competition in spring cereal stands were related to climate conditions, soil properties, and management measures. The herbage accumulated from the first and the second cut of one- and two-year-old leys averaged 7.5 t DM ha-1 (SD ± 1.7 t DM ha-1); the clover content averaged 43.9% (SD ± 18.8%). Along with the clover content, herbage production decreased with ley age. Radiation use efficiency (RUE) correlated positively with clover proportion but despite low clover contents, three-year-old leys were still productive with regard to RUE. SNF in the accumulated annual growth of one- and two-year-old leys averaged 247.5 kg N ha-1 yr-1 (SD ± 114.4 kg N ha-1 yr-1). It was supposed that if red clover-grass leys constituted 40% of the rotation, then the mean N supply by SNF would be able to sustain two or three succeeding cereal crops (green manure and forage ley, respectively), yielding 3.0 to 4.0 t grain ha-1. Being a function of clover biomass, the SNF increased from the first to the second cut and thereafter declined with ley age. Coefficients of variation of clover contents (and SNF) between and within fields were around 50%, which was about twice as high as those of herbage production. The lower were the clover contents, the higher were the within-field variations of clover as a proportion of the ley. Low clover contents in one-year-old leys and increasing variability with ley age suggested that red clover growth was limited by poor establishment and poor overwintering. The proportions of clover in leys were lower and their variability was higher in the northwest than in the south. Soil properties, primarily texture and structure, had a major impact on clover proportion and herbage production, which largely explained regional differences in ley growth. Within-field variability of soil properties can be amended through site-specific measures, including drainage, liming, and applications of organic manures and mineral fertilizers. Overwintering and the persistence of leys can be improved by the choice of winter-hardy varieties, careful establishment and the appropriate harvest regime. Mean grain yields of spring cereal crops amounted to 3.2 t ha-1 in the south and 3.6 t ha-1 in the northwest. At 570 and 565 m-2 for the south and northwest respectively, mean weed densities did not differ between the regions, whereas the respective mean weed biomass of 697 and 1594 kg dry weight ha-1, respectively did differ. Weed abundance varied remarkably between single fields. The number of weed species was higher in the south than in the northwest. For example, Fumaria officinalis and Lamium spp. were found only in the south. Frequencies and abundances of Lapsana communis, Myosotis arvensis, Polygonum aviculare, Tripleurospermum inodorum, and Vicia spp. were higher in the south, whereas those of Elymus repens, Persicaria spp. and Spergula arvensis were higher in the northwest. The number of years since conversion to organic farming, i.e. long-term management, was one of the variables that explained the abundance of single weed species. E. repens was the weed species whose biomass increased most with the duration of organic farming. Another significant variable was crop biomass, which was affected by short-term management. The presence of different weed species was related to the duration of organic farming and to low crop yield. This finding demonstrated that it was not the organic farming regime per se, which resulted in high weed infestation and low yielding crops, but failures in the understanding and the management of organic farming systems. Successful weed control relies on farm- and field-specific long- and short-term management approaches. The agronomic productivity of ley and spring cereal crops managed by full-time farmers with an interest in organic farming was on the same level as of the mean for conventional farming. Given the many options for further improvements of the agronomic performance of organic arable systems, organic farming offers foundations for the development of sustainable agriculture. The main threat to the sustainability of farming in Finland, both conventional and organic, is the spatial separation of crop production and animal husbandry by region, along with the simplification of associated crop rotations.

Poverty and the Environment : Investment Poverty and the Role of Assets in Generating Welfare for Farmer Households in the Province of Herrera, Panama

Köyhiä maanviljelijöitä on usein syytetty kehitysmaiden ympäristöongelmista. On väitetty, että eloonjäämistaistelu pakottaa heidät käyttämään maata ja muita luonnonvaroja lyhytnäköisesti. Harva asiaa koskeva tutkimus on kuitenkaan tukenut tätä väitettä; perheiden köyhyyden astetta ja heidän aiheuttamaansa ympäristövaikutusta ei ole kyetty kytkemään toisiinsa. Selkeyttääkseen köyhyys-ympäristö –keskustelua, Thomas Reardon ja Steven Vosti kehittivät investointiköyhyyden käsitteen. Se tunnistaa sen kenties suuren joukon maanviljelijäperheitä, jotka eivät ole köyhiä perinteisten köyhyysmittareiden mukaan, mutta joiden hyvinvointi ei ole riittävästi köyhyysrajojen yläpuolella salliakseen perheen investoida kestävämpään maankäyttöön. Reardon ja Vosti korostivat myös omaisuuden vaikutusta perheiden hyvinvointiin, ja uskoivat sen vaikuttavan tuotanto- ja investointipäätöksiin. Tässä tutkimuksessa pyritään vastaamaan kahteen kysymykseen: Miten investointiköyhyyttä voidaan ymmärtää ja mitata? Ja, mikä on viljelijäperheiden omaisuuden hyvinvointia lisäävä vaikutus? Tätä tutkimusta varten haastateltiin 402 maanviljelijäperhettä Väli-Amerikassa, Panaman tasavallan Herreran läänissä. Näiden perheiden hyvinvointia mitattiin heidän kulutuksensa mukaan, ja paikalliset köyhyysrajat laskettiin paikallisen ruoan hinnan mukaan. Herrerassa ihminen tarvitsee keskimäärin 494 dollaria vuodessa saadakseen riittävän ravinnon, tai 876 dollaria vuodessa voidakseen ravinnon lisäksi kattaa muitakin välttämättömiä menoja. Ruoka- eli äärimmäisen köyhyyden rajan alle jäi 15,4% tutkituista perheistä, ja 33,6% oli jokseenkin köyhiä, eli saavutti kyllä riittävän ravitsemuksen, muttei kyennyt kustantamaan muita perustarpeitaan. Molempien köyhyysrajojen yläpuolelle ylsi siis 51% tutkituista perheistä. Näiden köyhyysryhmien välillä on merkittäviä eroavaisuuksia ei vain perheiden varallisuuden, tulojen ja investointistrategioiden välillä, mutta myös perheiden rakenteessa, elinympäristössä ja mahdollisuuksissa saada palveluja. Investointiköyhyyden mittaaminen osoittautui haastavaksi. Herrerassa viljelijät eivät tee investointeja puhtaasti ympäristönsuojeluun, eikä maankäytön kestävyyttä muutenkaan pystytty yhdistämään perheiden hyvinvoinnin tasoon. Siksi investointiköyhyyttä etsittiin sellaisena hyvinvoinnin tasona, jonka alapuolella elävien perheiden parissa tuottavat maanparannusinvestoinnit eivät enää ole suorassa suhteessa hyvinvointiin. Tällaisia investointeja ovat mm. istutetut aidat, lannoitus ja paranneltujen laiduntyyppien viljely. Havaittiin, että jos perheen hyvinvointi putoaa alle 1000 dollarin/henkilö/vuosi, tällaiset tuottavat maanparannusinvestoinnit muuttuvat erittäin harvinaisiksi. Investointiköyhyyden raja on siis noin kaksi kertaa riittävän ravitsemuksen hinta, ja sen ylitti 42,3% tutkituista perheistä. Heille on tyypillistä, että molemmat puolisot käyvät työssä, ovat korkeasti koulutettuja ja yhteisössään aktiivisia, maatila tuottaa paremmin, tilalla kasvatetaan vaativampia kasveja, ja että he ovat kerryttäneet enemmän omaisuutta kuin investointi-köyhyyden rajan alla elävät perheet. Tässä tutkimuksessa kyseenalaistettiin yleinen oletus, että omaisuudesta olisi poikkeuksetta hyötyä viljelijäperheelle. Niinpä omaisuuden vaikutusta perheiden hyvinvointiin tutkittiin selvittämällä, mitä reittejä pitkin perheiden omistama maa, karja, koulutus ja työikäiset perheenjäsenet voisivat lisätä perheen hyvinvointia. Näiden hyvinvointi-mekanismien ajateltiin myös riippuvan monista väliin tulevista tekijöistä. Esimerkiksi koulutus voisi lisätä hyvinvointia, jos sen avulla saataisiin paremmin palkattuja töitä tai perustettaisiin yritys; mutta näihin mekanismeihin saattaa vaikuttaa vaikkapa etäisyys kaupungeista tai se, omistaako perhe ajoneuvon. Köyhimpien perheiden parissa nimenomaan koulutus olikin ainoa tutkittu omaisuuden muoto, joka edisti perheen hyvinvointia, kun taas maasta, karjasta tai työvoimasta ei ollut apua köyhyydestä nousemiseen. Varakkaampien perheiden parissa sen sijaan korkeampaa hyvinvointia tuottivat koulutuksen lisäksi myös maa ja työvoima, joskin monesta väliin tulevasta muuttujasta, kuten tuotantopanoksista riippuen. Ei siis ole automaatiota, jolla omaisuus parantaisi perheiden hyvinvointia. Vaikka rikkailla onkin yleensä enemmän karjaa kuin köyhemmillä, ei tässä aineistossa löydetty yhtään mekanismia, jota kautta karjan määrä tuottaisi korkeampaa hyvinvointia viljelijäperheille. Omaisuuden keräämisen ja hyödyntämisen strategiat myös muuttuvat hyvinvoinnin kasvaessa ja niihin vaikuttavat monet ulkoiset tekijät. Ympäristön ja köyhyyden suhde on siis edelleen epäselvä. Köyhyyden voittaminen vaatii pitkällä tähtäimellä sitä, että viljelijäperheet nousisivat investointiköyhyyden rajan yläpuolelle. Näin heillä olisi varaa alkaa kartuttaa omaisuutta ja investoida kestävämpään maankäyttöön. Tällä hetkellä kuitenkin isolle osalle herreralaisia perheitä tuo raja on kaukana tavoittamattomissa. Miten päästä yli tuhannen dollarin kulutukseen perheenjäsentä kohden, mikäli elintaso ei yllä edes riittävään ravitsemukseen? Ja sittenkin, vaikka hyvinvointi kohenisi, ei ympäristön kannalta parannuksia ole välttämättä odotettavissa, mikäli karjalaumat kasvavat ja eroosioalttiit laitumet leviävät.

Gene flow from transgenic plant populations: models and applications for risk assessment

The future use of genetically modified (GM) plants in food, feed and biomass production requires a careful consideration of possible risks related to the unintended spread of trangenes into new habitats. This may occur via introgression of the transgene to conventional genotypes, due to cross-pollination, and via the invasion of GM plants to new habitats. Assessment of possible environmental impacts of GM plants requires estimation of the level of gene flow from a GM population. Furthermore, management measures for reducing gene flow from GM populations are needed in order to prevent possible unwanted effects of transgenes on ecosystems. This work develops modeling tools for estimating gene flow from GM plant populations in boreal environments and for investigating the mechanisms of the gene flow process. To describe spatial dimensions of the gene flow, dispersal models are developed for the local and regional scale spread of pollen grains and seeds, with special emphasis on wind dispersal. This study provides tools for describing cross-pollination between GM and conventional populations and for estimating the levels of transgenic contamination of the conventional crops. For perennial populations, a modeling framework describing the dynamics of plants and genotypes is developed, in order to estimate the gene flow process over a sequence of years. The dispersal of airborne pollen and seeds cannot be easily controlled, and small amounts of these particles are likely to disperse over long distances. Wind dispersal processes are highly stochastic due to variation in atmospheric conditions, so that there may be considerable variation between individual dispersal patterns. This, in turn, is reflected to the large amount of variation in annual levels of cross-pollination between GM and conventional populations. Even though land-use practices have effects on the average levels of cross-pollination between GM and conventional fields, the level of transgenic contamination of a conventional crop remains highly stochastic. The demographic effects of a transgene have impacts on the establishment of trangenic plants amongst conventional genotypes of the same species. If the transgene gives a plant a considerable fitness advantage in comparison to conventional genotypes, the spread of transgenes to conventional population can be strongly increased. In such cases, dominance of the transgene considerably increases gene flow from GM to conventional populations, due to the enhanced fitness of heterozygous hybrids. The fitness of GM plants in conventional populations can be reduced by linking the selectively favoured primary transgene to a disfavoured mitigation transgene. Recombination between these transgenes is a major risk related to this technique, especially because it tends to take place amongst the conventional genotypes and thus promotes the establishment of invasive transgenic plants in conventional populations.