Enorme netwerken van rioleringen, leidingen en tegels die voedselproductie mogelijk maken op een groot deel van 's werelds meest productieve akkerland zijn aan uitbreiding en vervanging toe om te voldoen aan de eisen van landbouwintensivering en klimaatverandering. Hoe die infrastructuur wordt gemoderniseerd, zal enorme gevolgen hebben voor de voedselproductie en het milieu, volgens een nieuwe studie.

De studie schetst de noodzaak van een herziening van de agrarische drainage-infrastructuur. Een dergelijke update zou grote investeringen en brede consensus van beleidsmakers vergen, belastingbetalers en producenten, zei Michael Castellano, een professor in de agronomie aan de Iowa State University en hoofdauteur. Maar de inspanning zou een solide langetermijnplan zijn met een reeks voordelen, zei Castellano. ISU-agronomen werkten samen met wetenschappers van de Universiteit van Kentucky en het Zwitserse Federale Instituut voor Technologie ETH-Zürich aan de studie, die maandag verscheen in het wetenschappelijke tijdschrift Natuur Duurzaamheid . De onderzoekers baseerden hun bevindingen op veldexperimenten en computersimulaties.

"We hebben een enorme investering in infrastructuur die verslechtert en moet worden bijgewerkt, " zei Castellano. "Als we het op de juiste manier updaten, we kunnen de gewasproductie en het milieu ten goede komen. Als we dat niet doen, het zal buitengewoon moeilijk zijn om de waterkwaliteitsdoelstellingen van de landbouw te halen."

Verouderde infrastructuur

Akkerlanden zijn al millennia drooggelegd, maar de extrudertechnologie, uitgevonden in het midden van de 19e eeuw, maakte wijdverbreide installatie van drainagesystemen mogelijk, die zich snel van Europa naar Noord-Amerika verspreidde. Kilometers strategisch geplaatste tegels en pijpen zorgen ervoor dat water weg kan stromen van de akkers, waardoor de bodem droog genoeg blijft voor boeren om gewassen te verbouwen. Zonder die afwatering, veel gematigde vochtige akkers, zoals de noordelijke Amerikaanse Corn Belt, zou te moerassig zijn om te boeren, zei Castellano.

Maar veel van de drainage-infrastructuur heeft zijn ontwerpleven overleefd en is gebouwd voor een ander tijdperk in de landbouw, toen weiden en voedergewassen die minder drainage nodig hebben dan graangewassen vaker werden verbouwd. Door klimaatverandering is er meer neerslag gevallen, het verder belasten van de verouderende drainage-infrastructuur, zei Castellano.

Een herziening van de landbouwafvoer zou de installatie van leidingen met een hogere capaciteit vereisen, evenals de implementatie van instandhoudingspraktijken op lange termijn, zoals denitrificatiewetlands, bioreactoren en verzadigde buffers. Bijvoorbeeld, het omzetten van tussen 1% en 6% van de landbouwgrond in Iowa in wetlands kan de nitraatbelasting met 25%-78% verminderen.

Castellano zei dat het een serieuze uitdaging zou zijn om de consensus te smeden en de dollars op te halen voor zo'n grote onderneming. Alleen in Iowa, het zijn er bijna 4 000 afwateringsdistricten die onafhankelijke beslissingen nemen over het onderhoud van de infrastructuur. Een groot deel van de drainage-infrastructuur van Iowa werd gebouwd in de jaren twintig of eerder, zei Castellano.

Voordelen

De studie meldt dat een update van de drainage-infrastructuur een reeks voordelen zou opleveren. Bijvoorbeeld, het implementeren van instandhoudingspraktijken aan de uiteinden van drainagebuizen zou de afvoer van stikstofmest verminderen. Dat zou de waterkwaliteit verbeteren en de hoeveelheid stikstof verminderen die stroomafwaarts stroomt en bijdraagt ​​aan hypoxische zones, zoals in de Golf van Mexico. Een betere drainage zou ook de uitstoot van broeikasgassen in de landbouw verminderen door de optimale hoeveelheid meststoffen die door boeren worden gebruikt, te verminderen. Drogere bodems geven ook minder lachgas af, een broeikasgas.

"Algemeen, drainage verhoogt de gewasopbrengst en de efficiëntie van het gebruik van stikstofmeststoffen - een win-winsituatie voor de boer en het milieu, " zei Sotirios Archontoulis, een universitair hoofddocent agronomie en co-auteur van de studie.

Drainagesystemen die zijn gebouwd om de moderne landbouwrealiteit aan te pakken, zouden betere opbrengsten en veerkrachtiger productiesystemen mogelijk maken. Bijvoorbeeld, de studie merkt op dat natte en slecht gedraineerde velden meer ziekte en suboptimale wortelgroei ervaren. Natte velden maken het ook moeilijker voor boeren om machines op hun velden te krijgen om te planten, oogsten en voor hun gewassen zorgen.

"Een slechte berijdbaarheid van het veld kan ook het planten vertragen, die een direct negatief effect heeft op het opbrengstpotentieel door een vermindering van het aantal graaddagen, ' zei Archontoulis.

Mogelijk heeft een hogere afvoercapaciteit boeren dit voorjaar geholpen toen regenachtig weer de boeren wekenlang van hun akkers hield. zei Castellano.