Een sleutelfactor in Amerika's wonderbaarlijke landbouwproductie blijkt iets te zijn waar boeren weinig controle over hebben:schone lucht. Een nieuwe, door Stanford geleide studie schat dat de vermindering van de vervuiling tussen 1999 en 2019 heeft bijgedragen aan ongeveer 20 procent van de toename van de opbrengst van maïs en sojabonen in die periode - een bedrag ter waarde van ongeveer $ 5 miljard per jaar.

De analyse, deze week gepubliceerd in Brieven voor milieuonderzoek , blijkt dat vier belangrijke luchtverontreinigende stoffen bijzonder schadelijk zijn voor gewassen, en zorgde voor een gemiddeld verlies van ongeveer 5 procent van de maïs- en sojabonenproductie gedurende de onderzoeksperiode. De bevindingen kunnen helpen bij het informeren van technologie en beleidsveranderingen ten gunste van de Amerikaanse landbouw, en onderstrepen de waarde van het verminderen van luchtvervuiling in andere delen van de wereld.

"De effecten van luchtverontreiniging waren in het verleden moeilijk te meten, omdat twee boeren, zelfs op slechts 10 mijl van elkaar, met een heel verschillende luchtkwaliteit te maken kunnen krijgen. Door gebruik te maken van satellieten, we waren in staat om zeer fijne schaalpatronen te meten en de rol van verschillende verontreinigende stoffen te ontrafelen, " zei hoofdauteur David Lobell, de Gloria en Richard Kushel directeur van het Center on Food Security and the Environment.

Het onderzoek benadrukt de aanzienlijke kracht van satellieten om de effecten van vervuiling te belichten op een schaal die anders niet mogelijk is. Die kracht zou van nog grotere waarde kunnen zijn in landen met minder toegang tot luchtmonitors en opbrengstgegevens.

De lucht lezen

Wetenschappers weten al lang dat luchtvervuiling in hoge doses giftig is voor planten, maar niet hoeveel de opbrengst van boeren op het huidige niveau wordt aangetast. De impact van vervuiling op de landbouw in het algemeen, evenals de effecten van individuele verontreinigende stoffen, is ook onbekend gebleven.

Focussen op een regio met negen staten (Illinois, Indiana, Iowa, Michigan, Minnesota, Missouri, Ohio, South Dakota en Wisconsin) die ruwweg tweederde van de nationale maïs- en sojaproductie produceren, Lobell en studie co-auteur Jennifer Burney, een universitair hoofddocent milieuwetenschappen aan de Universiteit van Californië, San Diego, om de impact op de gewasopbrengsten van ozon te meten, fijnstof, stikstofdioxide en zwaveldioxide.

Ozon is het resultaat van door hitte en zonlicht aangedreven chemische reacties tussen stikstof en koolwaterstoffen, zoals die gevonden worden in auto-uitlaatgassen. Fijnstof verwijst naar grote stofdeeltjes, aarde, roet of rook. Stikstofdioxide en zwaveldioxide zijn gassen die in de atmosfeer vrijkomen, voornamelijk door de verbranding van fossiele brandstoffen in elektriciteitscentrales en andere industriële faciliteiten.

"Dit was een lastig probleem om te ontwarren, omdat onze metingen van verschillende soorten luchtverontreinigende stoffen en onze metingen van landbouwopbrengsten historisch gezien niet echt ruimtelijk overlappen met de noodzakelijke resolutie, " legde Burney uit. "Met de nieuwe gegevens met hoge ruimtelijke resolutie, we zouden kunnen kijken naar gewasopbrengsten in de buurt van zowel vervuilingsmonitors als bekende bronnen van vervuilende emissies. Dat onthulde bewijs van verschillende groottes van negatieve effecten veroorzaakt door verschillende verontreinigende stoffen."

Lobell en Burney breidden hun analyse uit tot 1990, toen het Congres de Clean Air Act-wijzigingen aannam die resulteerden in aanzienlijke verbeteringen van de luchtkwaliteit in het hele land. De onderzoekers keken door luchtvervuilingsgegevens van honderden meetstations in de regio, federale gegevens over emissies van elektriciteitscentrales, satellietobservaties van stikstofdioxide rond die elektriciteitscentrales, gewasopbrengstgegevens van federale onderzoeken en satellietbeelden, en weergegevens om rekening te houden met omstandigheden in het groeiseizoen waarvan bekend is dat ze variaties in de gewasopbrengst verklaren.

Verrassende bevindingen

Wat Lobell en Burney ontdekten, verraste hen. Onder hun bevindingen:negatieve effecten van elk van de vier verontreinigende stoffen op de opbrengst van maïs en sojabonen, en een duidelijke toename van de opbrengst naarmate er verder weg van elektriciteitscentrales - met name kolencentrales - gewassen werden verbouwd. Dankzij de unieke ruimtelijke patronen van elke verontreinigende stof konden ze het effect van elke verontreinigende stof ontrafelen op een manier die eerdere studies niet konden.

De onderzoekers schatten dat de totale opbrengstverliezen van de vier verontreinigende stoffen de afgelopen twee decennia gemiddeld 5,8 procent waren voor maïs en 3,8 procent voor sojabonen. Die verliezen namen in de loop van de tijd af naarmate de lucht schoner werd. In feite, de vermindering van de luchtvervuiling droeg bij aan een geschatte groei van 4 procent in maïsopbrengsten en 3 procent groei in sojabonenopbrengsten - een stijging die gelijk is aan 19 procent van de totale opbrengstwinst van maïs gedurende het tijdsbestek en 23 procent van de totale opbrengstwinst van sojabonen.

"We weten al dat de Clean Air Act heeft geleid tot triljoenen dollars aan voordelen op het gebied van de menselijke gezondheid, dus ik beschouw deze miljarden aan landbouwvoordelen als kers op de taart, ' zei Lobell. 'Maar ook al is het maar een klein deel van de voordelen van heldere lucht, het is een vrij groot deel van ons vermogen geweest om de landbouwproductiviteit verder te verhogen."