Il campo di orzo invernale di Don Wyse era per lo più vuoto in primavera.

Otto anni fa, solo un decimo del grano sarebbe sopravvissuto all'inverno in questo campo sperimentale a St. Paul. Ma quest'anno, dopo aver ripetutamente affinato la genetica della pianta, il campo era pieno di chicchi ondeggianti di colore giallo pallido.

L'inverno è il primo ostacolo che i ricercatori della Forever Green Initiative dell'Università del Minnesota devono superare mentre tentano di creare nuove colture in grado di coprire i campi agricoli tutto l'anno e, nel frattempo, aiutare la qualità dell'acqua in tutto lo stato.

Per anni, il Minnesota ha lottato per ridurre l'inquinamento delle fattorie causato da fertilizzanti e altre fonti che scorre nei torrenti, nei laghi, nel fiume Mississippi e, infine, nel Golfo del Messico.

Wyse, uno scienziato delle colture che ha fondato e ora co-guida Forever Green, ha affermato di aver osservato per anni tutti i finanziamenti per la ricerca sull'inquinamento delle fattorie per descrivere il problema. "Non c'è stato un investimento molto grande nelle soluzioni."

Quindi gli allevatori di colture di Forever Green stanno lavorando su 16 colture perenni e annuali invernali per aspirare quell'inquinamento da nutrienti prima che scappi. Gli scienziati del settore alimentare e gli esperti di marketing con il programma stanno cercando di sviluppare usi per queste colture e, si spera, fornire nuove entrate agli agricoltori.

Le colture perenni non sono un'idea nuova:gruppi come il Land Institute senza scopo di lucro, a Salina, Kansas, promuovono il concetto da decenni. Detiene il marchio di Kernza, un cereale perenne che sta sviluppando in collaborazione con gli scienziati di Forever Green.

Ma le sfide rimangono nel problema dell'uovo o della gallina dello sviluppo di un mercato per queste colture. Affinché le colture possano essere utilizzate in prodotti su larga scala, è necessaria molta produzione; ma per scommettere su di loro gli agricoltori devono essere convinti che c'è un mercato.

Trasportato in acqua

Nei fertili campi del Midwest dominano mais e soia:i due raccolti annuali coprivano il 63% dei 25 milioni di acri agricoli del Minnesota nel 2021, secondo il Dipartimento dell'Agricoltura degli Stati Uniti. In altri stati, la percentuale è ancora più alta:coprono il 76% dei terreni agricoli nell'Iowa e l'80% nell'Illinois.

In queste operazioni di colture a file, in genere, gli agricoltori coltivano e piantano semi in primavera, raccogliendo in autunno e lasciando il terreno spoglio fino alla successiva stagione di crescita.

La pioggia che cade lava facilmente i nutrienti da questi campi incolti e nei corsi d'acqua vicini. Il fosforo che scorre con i suoli agricoli in erosione nutre le alghe nei laghi del Minnesota; l'azoto filtra nelle acque sotterranee, incrostando i pozzi d'acqua rurali.

"È questo terribile problema che sta soffocando i nostri fiumi", ha affermato Whitney Clark, direttore esecutivo di Friends of the Mississippi River. Ci sono "troppi acri di colture a filari annuali che perdono".

L'azoto viaggia lungo il fiume Mississippi fino al Golfo del Messico, dove aiuta ad alimentare un'esplosione annuale di alghe e la morte che sottrae ossigeno dall'acqua, causando una massiccia "zona morta". Quest'anno, la National Oceanic and Atmospheric Administration ha previsto che la zona morta sarebbe di 5.364 miglia quadrate, quasi la dimensione del Connecticut.

L'ultimo piano d'azione per ridurre questa zona morta, del 2008, raccomandava a ciascuno stato lungo il bacino del fiume di ridurre il proprio inquinamento da azoto e fosforo del 45%. Ma i livelli restano alti.

David Wall, ricercatore presso la Minnesota Pollution Control Agency, ha affermato che lo stato ha ridotto le quantità di fosforo tra il 20 e il 35%, principalmente grazie al miglioramento degli impianti di trattamento delle acque reflue e ad alcune misure di gestione dei terreni coltivati.

Ma i livelli di azoto sono rimasti gli stessi o, in alcuni casi, sono aumentati, ha affermato Wall.

Una soluzione è mantenere le radici delle piante nel terreno più a lungo, dove stabilizzeranno il terreno e assorbiranno l'azoto prima che fuoriesca.

Kernza, una pianta densa e simile all'erba, produce bene per circa tre anni, spuntando dal terreno ogni primavera e maturando per la raccolta entro la fine dell'estate o l'autunno. Rimanendo sul posto tutto l'anno, la ricerca peer-reviewed di Forever Green ha dimostrato che cattura il 99% dell'azoto che altrimenti sfuggirebbe rispetto al mais annuale.

"L'unico modo per impedire all'azoto di fluire attraverso il terreno è che le radici intercettano quell'azoto", ha affermato Lee DeHaan, lo scienziato principale per l'addomesticamento di Kernza presso il Land Institute.

Ma le piante di Kernza stanno producendo solo il 20% di quello che fanno le piante di grano sulla stessa superficie nei test sul campo del Kansas, ha detto DeHaan.

Nel campo

Nei campi degli Stati Uniti a St. Paul, gli allevatori stanno lavorando per risolvere questo problema. Gli scienziati hanno raccolto meticolosamente il polline dalle piante perenni e lo hanno applicato al tradizionale grano annuale. Gli ibridi stanno crescendo ora e la speranza è che avranno sia le qualità perenni di Kernza che le maggiori quantità di grano del grano normale.

Il successo o il fallimento non saranno evidenti fino alla prossima primavera, ha detto Wyse. Solo se emergeranno di nuovo, gli allevatori sapranno se le piante sono veramente perenni.

Prendi il pennycress, un'erbaccia comune lungo le strade che il biologo e allevatore di piante David Marks sta cercando di trasformare in un importante raccolto invernale di base. Marks è così ottimista riguardo al potenziale per il centesimo di produrre semi commestibili che ha la somiglianza verde chiaro della pianta tatuata sull'avambraccio sinistro.

Marks ha molto da fare per rendere il raccolto pronto per il mercato. I baccelli piatti e circolari devono essere resi più resistenti in modo che non si aprano in frantumi prima del raccolto; gli spessi cappotti di semi devono essere assottigliati, quindi i semi erranti non sopravvivono nel terreno più a lungo di quanto un contadino potrebbe volerli lì; e l'acido erucico pericoloso da consumare deve essere eliminato dagli oli di semi.

Marks ha affermato che il potenziale del raccolto come annuale invernale non solo impedisce ai fertilizzanti di entrare nell'acqua, ma estende anche la finestra di crescita, in un momento in cui la pandemia e la guerra in Ucraina hanno sconvolto il mondo.

Marks si è detto preoccupato che la prossima interruzione "sarà una minaccia per la nostra sicurezza alimentare. Sto pensando al futuro di ciò che verrà dopo".

Costruire il mercato

Di tutte le colture di Forever Green, Kernza è forse la più conosciuta e la più vicina a essere trasformata in prodotti di consumo.

Perché queste colture facciano la differenza, devono essere adottate su larga scala, ha affermato Wyse.

"Dobbiamo avere grandi mercati per ottenere abbastanza di queste piante nel paesaggio per proteggere il fiume Mississippi", ha affermato Wyse.

Ci sono alcuni prodotti sul mercato in questo momento, come un cereale Kernza venduto nei negozi Whole Foods da Cascadian Farm, un marchio General Mills.

Ma gli agricoltori hanno detto che la Kernza che coltivano non si vende velocemente come altre colture.

Alcuni soldi statali sono stati recentemente stanziati in bilancio per aiutare con questo aumento. Oltre a 763.000 dollari di finanziamenti per l'allevamento dei raccolti, quest'anno un gruppo bipartisan di legislatori del Minnesota ha stanziato 500.000 dollari per aiutare a finanziare le attività della catena di approvvigionamento che portano il grano dai campi agli scaffali dei negozi.

Lo sviluppo della catena di approvvigionamento ha richiesto un lavoro intenso, ha affermato Christopher Abbott, presidente di Perennial Pantry. La startup è focalizzata sulla vendita di alimenti che utilizzano colture perenni e di copertura.

Kernza deve passare attraverso un'ampia pulizia dopo il raccolto, che richiede circa 10 volte più tempo del grano convenzionale, ha detto Abbott. Successivamente, la sua azienda ha dovuto sperimentare come utilizzare il grano, che ha un rapporto crusca-amido più elevato rispetto ad altri frumenti.

Uno dei prodotti preferiti di Abbott è un cracker Kernza, che ha descritto come burroso e friabile. Ci sono volute 80 iterazioni per andare bene, ha detto.

I primi utilizzatori della coltura sono ansiosi di far funzionare le piantagioni.

Anne Schwagerl, una contadina del Minnesota occidentale vicino a Beardsley, ha affermato che il suo raccolto di Kernza ha richiesto alcuni aggiustamenti. Schwagerl, che ha piantato 40 acri di Kernza nel 2020, ha affermato che la raccolta ora richiede due passaggi; l'erba di grano deve essere tagliata a un piede da terra e poi asciugata nel campo per alcuni giorni prima di poter essere raccolta.

Schwagerl ha affermato che il nuovo cereale si adatta bene alla sua attività biologica che coltiva anche soia, mais, segale, avena e un altro raccolto Forever Green, la camelina invernale.

Ma a causa del nuovo mercato, non è stata in grado di vendere il grano che ha raccolto per la prima volta nell'autunno del 2021 fino alla primavera successiva.

"Il Kernza, abbiamo dovuto conservare molto più a lungo rispetto al nostro raccolto di mais, soia o avena", ha detto.

Ci sono stati anche dei vantaggi. Questa primavera, gli agricoltori hanno lottato per mettere i loro semi nel terreno in gran parte dello stato, poiché la stagione fredda e umida ha ritardato la semina.

Schwagerl non doveva preoccuparsi di piantare; la sua erba di Kernza era già lì, con radici profonde parecchi piedi.