Wie man die Fruchtbarkeit der Kornkammern der USA um Jahrhunderte verlängern kann

Der Mittlere Westen der USA hat in den letzten 160 Jahren durch landwirtschaftliche Praktiken 57,6 Milliarden Tonnen Mutterboden verloren, und die Erosionsrate ist selbst nach den Richtlinien des US-Landwirtschaftsministeriums immer noch 25-mal höher als die Geschwindigkeit, mit der sich Mutterboden bildet.

Dennoch müssen wir nicht verzweifeln: Forscher der University of Massachusetts Amherst berichteten kürzlich in der Zeitschrift Die Zukunft der Erde dass die Direktsaat, die derzeit auf 40 % der Ackerflächen im Mittleren Westen praktiziert wird, unser derzeitiges Niveau der Bodenfruchtbarkeit für die nächsten Jahrhunderte steigern kann. Dies hat Auswirkungen auf alles, von der Ernährungssicherheit bis zur Eindämmung des Klimawandels.

Der überwiegende Teil der Nahrung, die wir alle essen, wächst im Mutterboden, dieser kohlenstoffreichen, schwarzen Erde, die von Wassermelonen bis Rosenkohl alles hervorbringt. Was die meisten von uns Mutterboden nennen, nennen Wissenschaftler A-Horizont-Böden, und diese A-Horizont-Böden, deren Fruchtbarkeit sich über Äonen entwickelt hat, sind anfällig für Erosion.

„Wenn die meisten Menschen an Erosion denken, denken sie an Wind oder Wasser“, sagt Jeffrey Kwang, derzeit Postdoktorand an der University of Minnesota, der diese Forschung im Rahmen seines Postdoktorandenstudiums in Isaac Larsens Geomorphology Research Group an der UMass Amherst abgeschlossen hat und leitet Autor des Papiers. „Es stellt sich heraus, dass die konventionelle Landwirtschaft der weitaus größere Treiber der Bodenerosion im Mittleren Westen der USA war.“

Es ist jedoch sehr schwierig, die aktuelle Erosionsrate genau zu bestimmen, obwohl die Bodenerosion in der Kornkammer der USA, wie die Geomorphology Research Group in den letzten Jahren gezeigt hat, viel größer ist und viel schneller vonstatten geht. als bisher vermutet wurde.

Eine kurze Geschichte des Bodenverlusts im Mittleren Westen

Seit 2021 betreten Mitglieder von Larsens Forschungsgruppe, darunter Kwang, Evan Thaler, Caroline Quarrier und andere, neue Wege in der Welt der Bodenwissenschaften.

Die erste Studie der Gruppe zeigte, dass mehr als ein Drittel des Maisgürtels im Mittleren Westen – fast 30 Millionen Hektar – seinen kohlenstoffreichen Mutterboden, diese reiche A-Horizont-Schicht, vollständig verloren hat. Darüber hinaus zeigte das Team, dass die Erosion wahrscheinlich auf moderne Bodenbearbeitungspraktiken zurückzuführen ist, bei denen Pflüge durch Felder gezogen werden und den Mutterboden von höheren in tiefere Lagen bewegen. Leider berücksichtigen die eigenen Einschätzungen des USDA die durch die Bodenbearbeitung verursachte Erosion nicht, sodass die Behörde einen wesentlichen Erosionsfaktor übersehen hat.

Ein Jahr später stellte das Team fest, dass der Mittlere Westen seit Beginn der euroamerikanischen Bewirtschaftung der Region vor etwa 160 Jahren 57,6 Milliarden Tonnen Boden verloren hat. Diese historische Verlustrate, die hauptsächlich auf die Bodenbearbeitung zurückzuführen ist, ist fast doppelt so hoch wie die Rate, die das USDA als nachhaltig erachtet.

Schließlich hat das Team kürzlich gezeigt, dass der Boden im Mittleren Westen zwischen 10 und 1.000 Mal schneller erodiert als in der Zeit vor der Landwirtschaft, und dass die aktuelle Obergrenze des USDA für nachhaltige Erosion – 1 mm pro Jahr – durchschnittlich 25 Mal beträgt mehr als das, was tatsächlich nachhaltig ist.

Die Zukunft modellieren

„Wir haben bereits herausgefunden, wie die Geschichte der Erosion in den USA unsere gegenwärtige Realität geprägt hat“, sagt Isaac Larsen, außerordentlicher Professor für Erd-, Geographie- und Klimawissenschaften an der UMass Amherst und leitender Autor des Papiers. „Aber was wird in Zukunft passieren?“

Für diese neueste Forschung stützten sich Kwang, Larsen und die Geomorphology Research Group auf die Erkenntnisse ihrer früheren Arbeiten zu historischen Erosionsraten, um zukünftige Szenarien vorherzusagen. Ihr erster Durchbruch bestand darin, endlich die aktuelle Rate der durch die Bodenbearbeitung verursachten Bodenerosion zu bestimmen. Es stellt sich heraus, dass der Mittlere Westen jedes Jahr 1,1 Kilogramm Boden und 12 Gramm organischen Kohlenstoff (SOC) pro Quadratmeter verliert, was die Rate, mit der neuer Oberboden entsteht, bei weitem übersteigt.

Aber niemand weiß, wie die Zukunft aussehen wird. „Da wir nicht wissen, wie sich landwirtschaftliche Praktiken und Richtlinien ändern werden“, sagt Larsen, „haben wir die aktuelle Erosionsrate verwendet, um einige verschiedene Zukunftsszenarien zu modellieren.“

„Wir haben uns die aktuelle Business-as-usual-Methode angesehen, bei der etwa 40 % der Hektar im Mittleren Westen der USA mit Direktsaat bewirtschaftet werden, bis hin zur 100-prozentigen Einführung von Direktsaatmethoden. Anschließend haben wir die Erosionsraten für jedes Szenario für das nächste Jahrhundert modelliert“, sagt Kwang.

Ihre erste Erkenntnis war, dass allein im nächsten Jahrhundert etwa 8,8 Milliarden Tonnen Boden und 170 Millionen Tonnen organischer Kohlenstoff im Boden verloren gehen, wenn die derzeitigen landwirtschaftlichen Praktiken der USA weitgehend unverändert bleiben.

Als das Team die Auswirkungen eines 100-prozentigen No-Till-Szenarios modellierte, wurde das Bild rosiger. Viel rosiger.

„Etwa 95 % der Erosion, die wir im nächsten Jahrhundert bei einem Business-as-usual-Szenario sehen, könnten verhindert werden“, sagt Kwang.

Anders ausgedrückt: Die Bodeneinsparungen sind so bedeutend, dass es, wenn die USA jetzt Direktsaatpraktiken einführen würden, 10.000 Jahre dauern würde, bis das gleiche Ausmaß an Boden- und SOC-Verlust zu verzeichnen wäre, das in nur einem Jahrhundert eintreten würde, wenn sich unsere landwirtschaftlichen Praktiken nicht ändern würden .

Darüber hinaus nimmt die Verlustrate mit der Zeit ab: Je mehr Boden und SOC vorhanden sind, desto schneller verlieren wir sie, und die Verlustraten nehmen ab, da weniger zu verlieren ist. „Das bedeutet, dass es einen echten Anreiz gibt, jetzt zu handeln“, sagt Kwang, „wenn wir den größten langfristigen Nutzen sehen.“

Boden und Klima

Es ist keine Überraschung, dass Mutterboden für die Landwirtschaft von entscheidender Bedeutung ist. Die meisten Prognosen zu Treibhausgasemissionen und Klimaschutzpläne müssen jedoch auch den Verlust des Oberbodens berücksichtigen, da der Boden der größte Speicher für terrestrischen Kohlenstoff ist. Wissenschaftler gehen davon aus, dass die beschleunigte Bodenerosion diesen Kohlenstoffspeicher ausreichend verändert, um den globalen Kohlenstoffkreislauf zu beeinflussen.

Kwang sagt jedoch: „Die meisten Modelle, die den Boden und seine Auswirkungen auf das Klima betrachten, berücksichtigen nicht, dass sich die Erosionsraten im Laufe der Zeit verlangsamen. Wir müssen das richtig machen, wenn wir uns effektiv auf die Zukunft vorbereiten wollen – und wir wissen, dass wir das getan haben.“ eine Rate, die dabei helfen kann, Vorhersagen darüber zu treffen, wie das zukünftige Klima aussehen könnte.“