Föreställ dig att en tredjedel av bilarna tillverkade av Ford eller GM aldrig ens kördes en gång, men fick istället rosta och hamnade på soptippar. Den exakta situationen gäller idag inom jordbruket, där upp till 40 procent av maten som produceras varje år i USA aldrig äts.

Enligt U.S. Environmental Protection Agency, USA genererar över 39 miljoner ton matavfall årligen. Jordgubbar ruttnar på rankan i brist på arbetskraft för att plocka dem. Mat förstörs under transport, i mataffären eller i våra hem. Mer går förlorat under bearbetningen, på grund av ineffektivitet och brist på marknader för biprodukter.

Matavfall innehåller värdefulla näringsämnen som kan göra jorden friskare och mer produktiv. Vår forskargrupp vid Colorado State University arbetar med Leprino Foods, en global leverantör av mejeriprodukter, att utforska potentialen för att omvandla laktos – det naturliga sockret i mjölk – till en resurs som kan förbättra jordbrukets hållbarhet.

Hjälper jorden att hålla fukt

Tillverkning av mejeriprodukter genererar stora mängder överblivna naturmaterial, inklusive laktos. För närvarande är den dominerande marknaden för laktos för modersmjölksersättning, men företag som Leprino producerar mer laktos än vad marknaden kräver. Istället för att skicka resten till soptippar, de samarbetade med vårt team vid Colorado State University för att utforska potentiella jordbruksanvändningar för det.

Leprino kontaktade oss efter att ha observerat dramatiska effekter i en enkel studie. De märkte att krukväxter behandlade med laktobionat – en mineralstabiliserad lösning – var mycket mer toleranta mot vattenstress. De gav oss ett forskningsanslag för att ytterligare utforska de potentiella fördelarna med laktobionat för jordbruket.

Laktobionat har unika kemiska egenskaper:Det håller vatten i jorden och är rikt på energi (socker). Vi spekulerade i att det kunde förvandla jord till svampar, suga upp vatten och hålla det i grödans rotzon där växter lätt kunde dra upp det.

En nyckelförutsättning för att föda en växande global befolkning är effektiv användning av vatten. Särskilt när klimatförhållandena blir mer varierande och människor utarmar akviferer, det är viktigt att få mer skörd per droppe. Jordars förmåga att absorbera regn och bevattningsvatten och lagra det i växternas rotzon är nyckeln till smart vattenanvändning.

Jordvattenretention kan förbättras genom metoder som odling utan jordbearbetning och plantering av täckgrödor, och markens struktur kan förbättras genom att lägga till kompost eller gödsel. Det finns också några kommersiella produkter, inklusive geler som förbättrar jordfuktighetsbevarandet. Men för många jordbrukare är dessa alternativ för dyra och att använda dem är opraktisk. Till exempel, stora foderplatser (som är gödselkällor) tenderar att vara koncentrerade till ett fåtal högproduktionsområden, och gödsel är dyrt att transportera.

Många andra forskare och företag undersöker möjligheter att få matsvinnet att fungera. En utmaning är att de flesta matavfallsströmmar innehåller komplexa blandningar av olika typer av avfall som varierar över tiden, och det kan vara svårt att skapa en konsekvent produkt. I kontrast, laktobionat är kemiskt enkelt och kan tillverkas konsekvent i stora volymer.

Mikrobiell utfodring frenesi

För att se om laktobionat kan förbättra jordens vattenretention, vi testade det på torkabenägna jordbruksmarker i ett labbexperiment. Resultaten var dramatiska. Två veckor efter tillsats av laktobionat, vi såg en sjufaldig ökning av markens fukthalt. Även efter två månader, jordarna registrerade fortfarande en trefaldig ökning. För växter, detta översätts till en ökning av vattentillgången med 40 procent.

Vi trodde från början att alla fördelar med att lägga till laktobionat skulle vara kortlivade eftersom jordmikrober snabbt kunde bryta ner och konsumera det. Och verkligen, mikrobiella populationer i jorden exploderade efter laktobionattillsatser. Dock, fann vi att förbättringar i markvattenretentionen kvarstod. Vi tror att detta kan bero på att när mikrober slukar på laktobionat, de dör snabbt och omvandlas snabbt till organiskt material i jorden – ett svampaktigt material som är nyckeln till markens hälsa och vattenretention.

Verkligen, vi fann att även om mikrober konsumerade laktobionat, halterna av markens kol – huvudkomponenten i markens organiska material – var nästan dubbelt så höga i jordar som behandlats med laktobionat jämfört med obehandlade jordar. Detta resultat bidrar till en växande mängd bevis för att vi kan återställa våra jordar genom att mata mikroberna.

Bankjordens näringsämnen

Även om det verkar som att utfodring av laktobionat till mikrober gör jorden friskare, det är fortfarande möjligt att behandling av jordar med denna typ av kolrika material kan slå tillbaka för jordbruket. Mikrobiella kroppar innehåller molekyler som proteiner, fetter och nukleinsyror, som består av kol, kväve, fosfor och andra grundämnen. För att öka sin befolkning, mikrober behöver balansera rikligt med kol med andra grundämnen. Som ett resultat, de konkurrerar med växter om dessa viktiga näringsämnen.

Detta innebär att koltillskott till jordbruksmark faktiskt kan minska skörden genom att minska tillgången på näringsämnen – åtminstone, tillfälligt. Om mikrober tar upp näringsämnen under perioder med låg växtefterfrågan, när plantorna är små, de kan faktiskt hjälpa till att behålla näringsämnen från gödselmedel på gården. Detta skulle vara en viktig fördel, eftersom tillförda näringsämnen ofta sköljs bort från jordbruksfält när det regnar, främja näringsföroreningar i floder och sjöar.

När dessa mikrober dör senare under säsongen, näringsämnen kan bli tillgängliga för växter när de behöver dem. I själva verket, mikrobiella kroppar kan fungera som "batterier" för näringsämnen, förvara dem säkert i jorden tills växterna kan använda dem för tillväxt.

Medan laktobionat visade mycket lovande i labbet, det måste bevisas i fält. Vi har testat det på höstvete och majs i fältförsök i Colorado. Tidiga resultat tyder på att vid ekonomiskt praktiska appliceringshastigheter, Laktobionatet används av naturliga mikrober och kan därför stödja markens hälsa.

Därefter måste vi testa laktobionat i regioner som Kalifornien, där vatten är en knapp resurs och markvattnet kan förbättras. I sista hand, det kommer att bli ett genomförbart alternativ endast om vi kan visa att användningen av det ger en klar ekonomisk fördel för jordbrukarna.

Avleda matbiprodukter tillbaka till gården, där de kan hjälpa till att behålla vatten och näringsämnen, är ett sätt att göra vårt matsystem mer effektivt. Innovationer som denna kan leda till en cirkulär ekonomi som minimerar avfall och optimerar vår användning av knappa naturresurser.

Den här artikeln är återpublicerad från The Conversation under en Creative Commons-licens. Läs originalartikeln.