Stel je voor dat een derde van de auto's die door Ford of GM zijn gefabriceerd nooit een keer is bestuurd, maar werden in plaats daarvan achtergelaten om te roesten en belandden op stortplaatsen. Deze exacte situatie is vandaag het geval in de landbouw, waar tot 40 procent van het voedsel dat elk jaar in de Verenigde Staten wordt geproduceerd, nooit wordt gegeten.

Volgens het Amerikaanse Environmental Protection Agency, de Verenigde Staten genereren jaarlijks meer dan 39 miljoen ton voedselverspilling. Aardbeien rotten aan de wijnstok door gebrek aan arbeid om ze te plukken. Voedsel bederft tijdens transport, in de supermarkt of bij ons thuis. Er gaat meer verloren tijdens de verwerking, vanwege inefficiënties en gebrek aan markten voor bijproducten.

Voedselverspilling bevat waardevolle voedingsstoffen die de bodem gezonder en productiever kunnen maken. Onze onderzoeksgroep aan de Colorado State University werkt samen met Leprino Foods, een wereldwijde leverancier van zuivelproducten, om het potentieel te onderzoeken om lactose - de natuurlijke suiker in melk - om te zetten in een hulpbron die de duurzaamheid van de landbouw kan verbeteren.

Bodem helpen vocht vast te houden

De productie van zuivelproducten genereert grote hoeveelheden overgebleven natuurlijke materialen, inclusief lactose. Momenteel is de dominante markt voor lactose voor babyvoeding, maar bedrijven als Leprino produceren meer lactose dan de markt voor formules vereist. In plaats van de rest naar stortplaatsen te sturen, ze werkten samen met ons team van de Colorado State University om mogelijke toepassingen in de landbouw te onderzoeken.

Leprino benaderde ons na het waarnemen van dramatische effecten in een eenvoudig onderzoek. Ze merkten dat potplanten behandeld met lactobionaat – een mineraal-gestabiliseerde oplossing – veel beter bestand waren tegen waterstress. Ze gaven ons een onderzoeksbeurs om de potentiële voordelen van lactobionaat voor de landbouw verder te onderzoeken.

Lactobionaat heeft unieke chemische eigenschappen:het houdt water vast in de bodem en is rijk aan energie (suiker). We speculeerden dat het bodems in sponzen zou kunnen veranderen, water opzuigen en in de wortelzone van het gewas houden waar planten het gemakkelijk kunnen opzuigen.

Een belangrijke voorwaarde voor het voeden van een groeiende wereldbevolking is efficiënt gebruik van water. Vooral naarmate de klimaatomstandigheden meer variabel worden en mensen watervoerende lagen uitputten, het is essentieel om meer oogst per druppel te krijgen. Het vermogen van de bodem om regen- en irrigatiewater op te nemen en op te slaan in de bewortelingszone van de plant is de sleutel tot slim watergebruik.

Het vasthouden van water in de bodem kan worden verbeterd door praktijken zoals no-till farming en het planten van bodembedekkers, en de bodemtextuur kan worden verbeterd door compost of mest toe te voegen. Er zijn ook enkele commerciële producten, inclusief gels die het vasthouden van bodemvocht verbeteren. Maar voor veel boeren zijn deze opties te duur en is het gebruik ervan onpraktisch. Bijvoorbeeld, grote feedlots (die mestbronnen zijn) zijn meestal geconcentreerd in een paar hoge productiegebieden, en mest is duur om te transporteren.

Veel andere wetenschappers en bedrijven onderzoeken mogelijkheden om voedselverspilling aan het werk te zetten. Een uitdaging is dat de meeste voedselreststromen complexe mengsels van verschillende soorten afval bevatten die in de tijd variëren, en het kan moeilijk zijn om een ​​consistent product te creëren. In tegenstelling tot, lactobionaat is chemisch eenvoudig en kan consistent in grote volumes worden geproduceerd.

Microbiële voedingswaanzin

Om te zien of lactobionaat het vasthouden van water in de bodem zou kunnen verbeteren, we hebben het getest op droogtegevoelige landbouwgronden in een laboratoriumexperiment. De resultaten waren dramatisch. Twee weken na toevoeging van lactobionaat, we zagen een zevenvoudige toename van het bodemvochtgehalte. Zelfs na twee maanden, de bodems registreerden nog steeds een verdrievoudiging. Voor planten, dit vertaalt zich in een toename van 40 procent van de waterbeschikbaarheid.

We dachten aanvankelijk dat de voordelen van het toevoegen van lactobionaat van korte duur zouden zijn, omdat bodemmicroben het snel zouden kunnen afbreken en consumeren. En inderdaad, microbiële populaties in de bodem explodeerden na toevoeging van lactobionaat. Echter, we ontdekten dat verbeteringen in het vasthouden van water in de bodem aanhielden. We denken dat dit kan zijn omdat, terwijl microben zich op lactobionaat vreten, ze sterven snel af en worden snel omgezet in organisch bodemmateriaal - een sponsachtig materiaal dat essentieel is voor de gezondheid van de bodem en het vasthouden van water.

Inderdaad, we ontdekten dat, hoewel microben lactobionaat consumeerden, Het koolstofgehalte in de bodem – het belangrijkste bestanddeel van de organische stof in de bodem – was bijna twee keer zo hoog in bodems die met lactobionaat waren behandeld in vergelijking met onbehandelde bodems. Dit resultaat draagt ​​bij aan een groeiend aantal bewijzen dat we onze bodem kunnen herstellen door de microben te voeden.

Bodemnutriënten in banken

Hoewel het erop lijkt dat het voeren van lactobionaat aan microben de bodem gezonder maakt, het is nog steeds mogelijk dat het behandelen van bodems met dit soort koolstofrijk materiaal averechts werkt voor de landbouw. Microbiële lichamen bevatten moleculen zoals eiwitten, vetten en nucleïnezuren, die zijn gemaakt van koolstof, stikstof, fosfor en andere elementen. Om hun bevolking te vergroten, microben moeten overvloedige koolstof in evenwicht brengen met andere elementen. Als resultaat, ze concurreren met planten om deze essentiële voedingsstoffen.

Dit betekent dat koolstoftoevoeging aan landbouwbodems de gewasopbrengsten daadwerkelijk zou kunnen verminderen door de beschikbaarheid van nutriënten te verminderen - tenminste, tijdelijk. Als microben voedingsstoffen opnemen tijdens perioden van lage plantbehoefte, als planten klein zijn, ze kunnen zelfs helpen om voedingsstoffen uit kunstmest op de boerderij vast te houden. Dit zou een belangrijk voordeel zijn, omdat toegepaste voedingsstoffen vaak van landbouwvelden wegspoelen als het regent, het aanwakkeren van nutriëntenvervuiling in rivieren en meren.

Als die microben later in het seizoen sterven, voedingsstoffen kunnen beschikbaar komen voor planten wanneer ze ze nodig hebben. In werkelijkheid, microbiële lichamen kunnen dienen als "batterijen" voor voedingsstoffen, bewaar ze veilig in de grond totdat planten ze kunnen gebruiken voor groei.

Terwijl lactobionaat veelbelovend was in het laboratorium, het moet in het veld worden bewezen. We hebben het getest op wintertarwe en maïs in veldproeven in Colorado. Vroege resultaten suggereren dat bij economisch praktische toepassingssnelheden, het lactobionaat wordt gebruikt door natuurlijke microben en kan zo de bodemgezondheid ondersteunen.

Vervolgens moeten we lactobionaat testen in regio's zoals Californië, waar water een schaars goed is en het vasthouden van water in de bodem kan worden verbeterd. uiteindelijk, het wordt alleen een haalbare optie als we kunnen aantonen dat het gebruik ervan een duidelijk economisch voordeel oplevert voor boeren.

Bijproducten van voedsel terugsturen naar de boerderij, waar ze kunnen helpen water en voedingsstoffen vast te houden, is een manier om ons voedselsysteem efficiënter te maken. Dergelijke innovaties kunnen leiden tot een circulaire economie die afval minimaliseert en ons gebruik van schaarse natuurlijke hulpbronnen optimaliseert.

Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanuit The Conversation onder een Creative Commons-licentie. Lees het originele artikel.