Przedłużanie żyzności amerykańskiego spichlerza na wieki: ratowanie naszych gleb

Nowe badania przeprowadzone przez UMass Amherst pokazują, że szybkie i niezrównoważone tempo erozji wierzchniej warstwy gleby można znacznie zmniejszyć, stosując już w praktyce metody uprawy bezorkowej.

AMHERST, MA — Środkowy Zachód Stanów Zjednoczonych stracił 57,6 miliarda ton wierzchniej warstwy gleby w wyniku praktyk rolniczych w ciągu ostatnich 160 lat, a tempo erozji, nawet zgodnie z wytycznymi USDA, jest nadal 25 razy wyższe niż tempo, w jakim nadrabia wierzchnia warstwa gleby. Jednak nie ma powodu do rozpaczy: niedawno donieśli w czasopiśmie naukowcy z University of Massachusetts Amherst Przyszłość Ziemi Ta uprawa bez orki, która jest obecnie praktykowana na 40 procentach akrów ziemi uprawnej na Środkowym Zachodzie, może zwiększyć obecny poziom żyzności gleby w ciągu następnych kilku stuleci. Ma to wpływ na wszystko, od bezpieczeństwa żywności po łagodzenie zmian klimatycznych.

Zdecydowana większość żywności, którą wszyscy jemy, pochodzi z wierzchniej warstwy gleby, bogatej w węgiel czarnej ziemi, która odżywia wszystko, od arbuzów po brukselkę. To, co większość z nas nazywa wierzchnią warstwą gleby, naukowcy nazywają horyzont Gleba, a horyzont Gleba, której żyzność ewoluowała przez eony, podlega erozji.

„Kiedy większość ludzi myśli o erozji, myśli o wietrze lub wodzie” – mówi. Jeffreya Quangaobecnie przebywa na stażu podoktorskim na University of Minnesota i ukończył te badania w ramach studiów podoktoranckich na Geomorphology Research Group autorstwa Isaaca Larsena na UMass Amherst i jest głównym autorem artykułu. „Okazuje się, że największym czynnikiem powodującym erozję gleby w środkowo-zachodnich Stanach Zjednoczonych było tradycyjne rolnictwo”.

Ale bardzo trudno było dokładnie określić obecne tempo erozji, chociaż, jak wykazała Geomorphology Research Group w ciągu ostatnich kilku lat, erozja gleby w amerykańskim spichlerzu jest znacznie większa i zachodzi w znacznie szybszym tempie niż wcześniej podejrzany.

Krótka historia utraty gleby na Środkowym Zachodzie

Od 2021 roku członkowie grupy badawczej Larsena, w tym Kuang, Evan Thaler, Caroline Quarrier i inni, zaczęli otwierać nowe możliwości w świecie gleboznawstwa.

Wstępne badanie grupy pokazuje, że ponad jedna trzecia pasa kukurydzy na Środkowym Zachodzie – prawie 30 milionów akrów – całkowicie utraciła bogatą w węgiel wierzchnią warstwę gleby, Ta bogata warstwa horyzontu A. Ponadto zespół wykazał, że erozja była prawdopodobnie spowodowana współczesnymi praktykami uprawowymi, w ramach których pługi są ciągnięte przez pola, przesuwając wierzchnią warstwę gleby z wyższych na niższe wysokości. Niestety, własne oceny USDA nie uwzględniają erozji spowodowanej uprawą, więc agencja przeoczyła główny czynnik erozji.

Po jednym roku, Zespół odkrył, że Środkowy Zachód stracił 57,6 miliarda ton metrycznych gleby od czasu powstania rolnictwa euroamerykańskiego w regionie, prawie 160 lat temu. Ten historyczny wskaźnik strat, który wynika głównie z uprawy roli, jest prawie dwukrotnie wyższy niż wskaźnik, który USDA uważa za zrównoważony.

Wreszcie, Zespół niedawno wykazał, że gleby na Środkowym Zachodzie ulegają erozji od 10 do 1000 razy szybciej niż w epoce przedrolniczej.oraz że obecna górna granica USDA dla trwałej erozji – 1 mm rocznie – jest średnio 25 razy większa niż to, co już jest zrównoważone.

Modelowanie przyszłości

„Zbadaliśmy już, jak historia erozji w Stanach Zjednoczonych ukształtowała naszą obecną rzeczywistość” – mówi Isaac Larsen, profesor nauk o ziemi, geografii i klimatu na UMass Amherst i główny autor artykułu. – Ale co będzie w przyszłości?

W swoich najnowszych badaniach Kuang, Larsen i Geomorphology Research Group oparli się na spostrzeżeniach z ich poprzedniej pracy nad historycznymi wskaźnikami erozji, aby przewidzieć przyszłe scenariusze. Ich pierwszym odkryciem było określenie aktualnego tempa erozji gleby spowodowanej uprawą roli. Okazuje się, że Środkowy Zachód traci rocznie 1,1 kilograma gleby i 12 gramów węgla organicznego w glebie na metr kwadratowy, co znacznie przekracza tempo, w jakim tworzy się nowa wierzchnia warstwa gleby.

Ale nikt nie wie, jak będzie wyglądać przyszłość. „Ponieważ nie wiemy, jak zmienią się praktyki i polityka rolnicza, wykorzystaliśmy obecne tempo erozji do modelowania kilku różnych przyszłych scenariuszy” – mówi Larsen.

„Przyjrzeliśmy się bieżącej działalności jak zwykle, w ramach której około 40% akrów na Środkowym Zachodzie Stanów Zjednoczonych jest uprawianych bez orki, aż do 100% bez orki. Następnie stworzyliśmy model tempa erozji dla każdego scenariusza na następne stulecie, — mówi Kwang.

Ich wstępne odkrycie było takie, że jeśli obecne praktyki rolnicze w USA pozostaną w dużej mierze niezmienione, w ciągu następnego stulecia zostanie utracone około 8,8 miliarda ton metrycznych gleby i 170 milionów ton metrycznych węgla organicznego w glebie.

Kiedy zespół opracował model efektu scenariusza 100% bezorkowej, obraz stał się znacznie bardziej różowy. bardziej różowo.

„Około 95% erozji, którą obserwujemy w scenariuszu „business-as-usual” w następnym stuleciu, zostanie powstrzymanych” – mówi Quang.

Innymi słowy, oszczędności w glebie są tak duże, że gdyby Stany Zjednoczone przyjęły teraz praktyki uprawy zerowej, zajęłoby 10 000 lat, aby zobaczyć ten sam poziom utraty gleby i SOC, który wystąpiłby w ciągu zaledwie stulecia, gdyby nasze praktyki rolnicze się nie zmieniły .

Co więcej, tempo utraty zmniejsza się w czasie: im więcej gleb i SOC, tym szybciej je tracimy, a wskaźniki strat maleją, ponieważ jest mniej do stracenia. „Oznacza to, że istnieje realna zachęta do działania teraz, kiedy widzimy największe długoterminowe korzyści”, mówi Quang.

gleby i klimatu

Nic dziwnego, że wierzchnia warstwa gleby jest ważna dla rolnictwa; Jednak większość prognoz emisji gazów cieplarnianych i planów łagodzenia zmiany klimatu musi również uwzględniać utratę wierzchniej warstwy gleby, ponieważ gleba jest największą pulą węgla na Ziemi. Naukowcy stawiają hipotezę, że przyspieszona erozja gleby zmienia tę pulę węgla na tyle, aby wpłynąć na globalny obieg węgla. Jednak Kwang mówi: „Większość modeli, które przyglądają się glebom i ich wpływowi na klimat, nie wyjaśnia spowolnienia tempa erozji w czasie. Musimy zrobić to dobrze, jeśli chcemy skutecznie przygotować się na przyszłość – i wiedząc, że mamy tempo które mogą pomóc przewidzieć, co to może być „klimat w przyszłości”.