Il deflusso agricolo delle fattorie del Midwest è un importante contributo a una vasta "zona morta" nel Golfo del Messico. Azoto, fosforo e altri nutrienti delle fattorie defluiscono nel fiume Mississippi, che sfocia nel Golfo, spingendo le alghe a sovrappopolarsi e soffocando altre forme di vita acquatica. L'Illinois è uno dei principali colpevoli di questo continuo deterioramento ambientale. Diana Yates, editore di scienze della vita del News Bureau, ha parlato con Lowell Gentry, ricercatore di scienze naturali e ambientali della U. of I., delle possibili soluzioni.

Quanto è grande oggi la zona morta del Golfo del Messico e quanto contribuisce al problema l'agricoltura dell'Illinois?

La scorsa estate, i ricercatori della Louisiana State University hanno misurato la zona morta nel Golfo a 6.334 miglia quadrate, che era più grande della sua media storica. La più grande mai misurata è stata di 8.776 miglia quadrate nel 2017. In Illinois, le fonti non puntuali (di cui l'agricoltura è di gran lunga la più grande) contribuiscono per l'80% dell'azoto e circa la metà del fosforo ai nostri fiumi e torrenti. L'Illinois e l'Iowa sono i maggiori contributori di nutrienti al Golfo ed entrambi gli stati hanno sviluppato strategie di riduzione delle perdite di nutrienti, con l'obiettivo di ridurre le perdite di azoto e fosforo del 45% entro il 2035.

Sappiamo da anni di questo problema. Perché l'Illinois sta ancora lottando per ridurre il deflusso di nutrienti dalle fattorie?

La risposta è complicata. Molte persone pensano che le perdite di nutrienti dai campi agricoli siano semplicemente una questione di eccessiva applicazione di fertilizzanti e che gli agricoltori debbano solo usarne di meno. In uno dei nostri studi sul drenaggio delle piastrelle, abbiamo utilizzato solo il 75% del tasso completo di fertilizzante azotato sul mais. Questa resa in granella ridotta del 10%, ma ha avuto scarso effetto sulle perdite di nitrati delle piastrelle nel corso dello studio.

Non c'è dubbio, tuttavia, che i tempi e il metodo di applicazione dei nutrienti possono avere un grande effetto sulle perdite di nutrienti nelle regioni dello stato drenate dalle piastrelle. Ad esempio, i nostri studi mostrano che molto più nitrato viene perso dalle piastrelle quando viene applicato fertilizzante azotato in autunno piuttosto che in primavera, appena prima della semina del mais.

La produzione di soia aggrava anche le perdite di nitrati nei sistemi di drenaggio delle piastrelle. Riteniamo che questo nitrato si formi come risultato della decomposizione microbica dei residui colturali e della materia organica del suolo quando la comunità microbica del suolo esaurisce il carbonio facilmente accessibile. Il nitrato che si forma durante la stagione di non crescita è soggetto a perdite di lisciviazione. Questa è una perdita nel sistema che non viene affrontata.

Ci sono molti programmi statali per incoraggiare gli agricoltori ad affrontare il problema. Alcuni programmi funzionano meglio di altri?

È troppo presto per vedere un effetto degli sforzi di conservazione sul bacino del fiume Mississippi nel suo insieme. Più vicino a noi, da 30 anni campionamo il fiume Embarras a Camargo, Illinois, e vediamo poche prove di miglioramento della qualità dell'acqua durante questo periodo. Tuttavia, siamo ancora nella fase di base di questo progetto di monitoraggio a lungo termine perché ci sono poche pratiche di conservazione sul terreno qui nell'Illinois centrale che potrebbero portare al cambiamento drammatico cercato.

Tre programmi qui stanno spingendo gli agricoltori verso una maggiore adozione della conservazione:Fall Covers for Spring Savings, il programma di colture di copertura del Dipartimento dell'Agricoltura dell'Illinois; Saving Tomorrow's Agriculture Resources, un programma di conservazione del suolo e dell'acqua della contea di Champaign che insegna agli agricoltori la gestione dei nutrienti; e Precision Conservation Management, un programma sviluppato dall'Illinois Corn Growers Association che mira ad aiutare gli agricoltori a sfruttare i vantaggi economici derivanti dall'adozione di pratiche di conservazione.

Cosa sono i bioreattori e come funzionano?

I bioreattori sono trincee riempite con trucioli di legno che ricevono l'acqua di drenaggio delle piastrelle e utilizzano il processo di denitrificazione mediato biologicamente per rimuovere i nitrati, simili alle zone umide costruite ma con un'impronta di progettazione molto più piccola. Attualmente stiamo valutando le prestazioni di sei bioreattori in una fattoria nella contea di Piatt. Finora, le loro prestazioni sono state deludenti, con meno del 20% dei nitrati delle piastrelle rimossi. Ma ora stiamo studiando se i tappi di terreno sopra i trucioli miglioreranno le prestazioni e aumenteranno la durata dei bioreattori. Gli anni estremamente piovosi saranno una vera sfida per le strategie di fine tubo, quindi i bioreattori rimangono un work in progress.

Costruire nuove zone umide o tamponi di fiori selvatici aiuta a trattenere i nutrienti?

I nostri studi sulle zone umide costruite hanno scoperto che rimuovono il 50% del nitrato delle piastrelle. Forniscono anche una serie di altri vantaggi per la fauna selvatica e i servizi ecosistemici. Tuttavia, il loro posizionamento è vincolato dalla topografia. Le zone umide non possono essere costruite in qualsiasi luogo. Devono essere collocati in aree che consentano loro di trattenere una quantità sufficiente di acqua delle piastrelle per il trattamento senza causare allagamenti nei campi. Inoltre, la loro installazione potrebbe richiedere che la terra venga sottratta alla produzione, il che diminuisce notevolmente la loro attrattiva per gli agricoltori. I tamponi di fiori selvatici sono ottimi per gli impollinatori e possono aiutare con l'erosione del suolo, ma hanno un impatto limitato sulla riduzione delle perdite di nutrienti nei campi drenati dalle piastrelle.

In che modo gli agricoltori possono migliorare il carbonio nel suolo e in che modo ciò riduce il deflusso di nutrienti?

Questa è la domanda più critica che possiamo porci oggi. La perdita di carbonio nel suolo nell'agricoltura convenzionale nei campi drenati da tegole è ancora in corso. Dobbiamo fermare le perdite di carbonio del suolo e, meglio ancora, cercare di aumentare il contenuto di carbonio dei suoli agricoli. Credo che le perdite di nitrati delle piastrelle siano il risultato delle perdite di carbonio nel suolo perché i cicli del carbonio e dell'azoto sono indissolubilmente legati.

Dalla seconda guerra mondiale, abbiamo in qualche modo disaccoppiato i cicli dell'azoto e del carbonio passando dal letame ai fertilizzanti azotati inorganici. L'aggiunta di azoto al suolo senza aggiungere abbastanza carbonio rende il sistema che perde, specialmente negli anni piovosi. Coltivare di meno e piantare colture di copertura erbosa svernante come la segale per cereali sono i modi migliori per affrontare le perdite di carbonio del suolo e tentare di invertire la tendenza al calo degli stock di carbonio nel suolo. La segale di cereali è anche un eccellente "raccolto intercalare" di azoto, poiché troviamo abitualmente riduzioni del nitrato delle piastrelle di oltre il 40% quando la segale di cereali viene coltivata prima della soia.

Quali sono gli approcci più economici?

Pochi studi a lungo termine sono stati condotti per rispondere a questa domanda. Abbiamo bisogno di più dati per creare modelli in grado di valutare meglio i costi ei benefici delle varie pratiche di conservazione. Strategicamente, credo che le soluzioni sul campo, come la semina di colture di copertura invernali, siano il miglior percorso da seguire, in quanto possono influenzare direttamente il ciclo del carbonio, la disponibilità di nutrienti e la salute generale del suolo.

Le tecnologie end-of-pipe come i bioreattori e i tamponi ripariali saturi fanno poco per la salute del suolo, ma possono essere più attraenti per gli agricoltori, poiché non richiedono loro di modificare le loro pratiche sul campo e quindi comportano pochi rischi per la produzione. Mentre le colture di copertura invernali aggiungono costi e rischi annuali che potrebbero ridurre la resa delle colture e i margini di profitto, catturano il nitrato al di fuori della normale stagione di crescita, tenendolo fuori dalle piastrelle e trattenendolo nel campo. Parte di questo azoto è disponibile per la coltura successiva.

In uno studio proof-of-concept, io e i miei colleghi abbiamo confrontato le perdite economiche e di nitrato di piastrelle tra una rotazione mais-soia-frumento (con soia a doppio raccolto dopo il frumento e segale di cereali dopo il mais) e un mais coltivato in modo convenzionale. rotazione della soia. Lo studio ha mostrato che il coltivatore ha realizzato lo stesso profitto e ha ridotto le perdite di nitrato di piastrelle di oltre il 30% in un periodo di sei anni con la rotazione più diversificata. L'anno scorso, il mais nella rotazione diversificata ha prodotto 25 staia in più per acro rispetto al mais coltivato in modo convenzionale. Ciò indica che una rotazione più diversificata può aumentare il ciclo dei nitrati e favorire la resa delle colture riducendo le perdite di nitrati nelle piastrelle di drenaggio agricolo.