Одна треть удобрений, ежегодно вносимых для выращивания кукурузы в США, просто компенсирует текущую потерю плодородия почвы, что приводит к дополнительным расходам американских фермеров более чем на полмиллиарда долларов каждый год. исследование Университета Колорадо в Боулдере, опубликованное в прошлом месяце в Earth’s Future.
Долгосрочное плодородие почв сельскохозяйственных угодий во всем мире снижается из-за засоления, подкисления, эрозии и потери в почве важных питательных веществ, таких как азот и фосфор. Фермеры, выращивающие кукурузу в США, компенсировали эти потери с помощью азотных и фосфорных удобрений, также предназначенных для повышения урожайности, но ученые никогда не подсчитывали, сколько этих удобрений уходит на восстановление исходного плодородия почвы или сколько это стоит.
«Мы знаем, что деградация земель происходит даже в современном сельском хозяйстве США, но действительно трудно точно определить, насколько сильно и какое влияние это оказывает», - сказал Джейсон Нефф, соответствующий автор статьи и директор по инновациям в области устойчивого развития. Лаборатория в Колорадо (SILC). «Эти результаты предоставляют фермерам больше информации, чтобы они могли принимать решения, которые приносят им экономическую выгоду, а также поддерживают более устойчивую форму высокопродуктивного сельского хозяйства».
США являются одной из самых продуктивных стран в мире, когда речь идет о кукурузе, выращивая более 4,46 тонны на обрабатываемый акр. Только за вегетационный период 2018-19 годов американские фермы произвели более 366 миллионов метрических тонн кукурузы, что принесло 14 долларов.5 миллиардов дохода. США также являются одним из крупнейших в мире потребителей удобрений, внося больше азота и фосфора на акр, чем их высокоурожайные сельскохозяйственные коллеги в Европейском Союзе.
Но использование удобрений стоит не только фермерам и правительству денег. Это также связано с экологическими издержками. Большая часть глобальных выбросов парниковых газов, вызванных сельским хозяйством - 24% глобальных выбросов в 2010 году и 10% выбросов в США в 2018 году - приходится на производство удобрений. Это означает, что шаги, предпринятые для сокращения использования удобрений, также помогают бороться с ростом выбросов парниковых газов.
Избыток азота и фосфора, который стекает с полей в реки и озера, также создает нездоровые условия для пресноводных и морских обитателей и является причиной возникновения Мертвой зоны в Мексиканском заливе - большой площади, обедненной кислородом и лишенной океанская жизнь, включая многие коммерчески важные виды. По словам Неффа, если учесть не только доллары, потраченные фермерами, но и потери питательных веществ и воздействие на реку Миссисипи, затраты возрастут от миллиардов до более чем триллиона долларов в год.
"Если вы можете отказаться от удобрений, сохраняя при этом необходимую нам урожайность и экономические результаты, которых хотят фермеры, то почему бы и нет, верно? Это беспроигрышный вариант", - сказал Нефф.
Расшифровка истинной стоимости удобрений
Чтобы отделить эту реальную стоимость удобрений от других современных сельскохозяйственных ресурсов, Нефф и его коллеги провели серию анализов моделей на основе сценариев с использованием модели интегрированного климата экологической политики (EPIC), широко используемой агрономической модели, используемой для оценить рост урожая и то, как рост урожая зависит от таких переменных, как удобрения, орошение и климат.
«Это позволяет нам распутать, что происходит с деградацией», - сказал он. «Что происходит, когда вы меняете систему с естественной на сельскохозяйственную, и какое влияние это оказывает на питательные вещества, доступные для роста растений?»
Исследователи использовали четыре сценария в этой модели, чтобы сравнить, насколько использование без удобрений или орошения, как это делается во многих развивающихся странах, отличается от использования только одного, другого или обоих (что является обычной практикой в США).. С.). Орошение было важным компонентом анализа, потому что, хотя оно может повысить урожайность, оно также увеличивает эрозию почвы и сток удобрений.
Разделив влияние удобрений и орошения, исследователи смогли увидеть в разных регионах США, где каждый из них был важнее другого для успеха сельского хозяйства. В Калифорнии фермеры добавляют больше воды. В штате Огайо внесение удобрений важнее, чем орошение. Но по всей стране они обнаружили, что потребовалась колоссальная треть удобрений, которые в настоящее время добавляются на кукурузные поля, чтобы просто окупиться, вернув плодородие почвы к уровням, существовавшим до возделывания.
Фермерство умнее
Хотя это может показаться плохой новостью, Нефф видит в этом прекрасную возможность: имея больше информации, фермеры могут принимать более взвешенные решения.
Фермеры делают то, что имеет смысл для выращивания сельскохозяйственных культур. Когда вы не можете увидеть кумулятивный эффект деградации, вы должны добавить удобрения, но вы не узнаете, каковы финансовые последствия этой лежащей в основе деградации есть, - сказал Нефф.
Такие методы, как регенеративное сельское хозяйство, которое восстанавливает плодородие почвы на активно обрабатываемых землях, также снизят затраты и воздействие на окружающую среду, связанное с использованием удобрений. Более здоровые и плодородные почвы также могут поглощать больше углерода, удерживать больше воды и препятствовать утечке избыточных питательных веществ в экосистемы, которые не могут с ними справиться.
Фермеры могут сократить частоту обработки своих полей, добавить и усилить меры по борьбе с эрозией, а также использовать больше органических удобрений, таких как компост. Это действительно может помочь уменьшить количество неорганических удобрений - азота и фосфора, - необходимых в почве.
«Я надеюсь, что эта информация поддержит национальные и международные усилия по восстановлению плодородия почвы», - сказал Нефф.