En ny studie från forskare vid University of Minnesota och Iowa State University finner att diversifiering av växtföljder avsevärt kan minska negativa miljö- och hälsoeffekter, samtidigt som lönsamheten för jordbrukarna bibehålls.

Forskningen, nyligen publicerad i tidskriften Miljövetenskap och teknik , finner att lägga till små spannmål och foder såsom alfalfa till den konventionella majs-sojabönrotationen, som dominerar produktionen i Minnesota, Iowa och andra delstater i Corn Belt, kan avsevärt minska negativ miljöpåverkan samtidigt som jordbruksekonomier stöds.

"Bönder har länge tränat växtföljd för att upprätthålla produktiviteten på sin mark, sa Natalie Hunt, undervisande biträdande professor vid institutionen för bioprodukter och biosystemteknik vid U of M's College of Food, Jordbruks- och naturresursvetenskaper och Högskolan för naturvetenskap och teknik. "Vi visar att det är fördelaktigt för både jordbrukare och miljö att lägga till fler grödor till den konventionella majs-sojarotationen."

Arbetet byggde på data från en storskalig, långvarigt fältexperiment vid Iowa State Universitys Marsden Farm. Experimentet, inleddes 2001, jämför prestandaegenskaperna för en tvåårig majs-sojarotation med de för en treårig majs-sojaböna-havrerotation och en fyraårig majs-sojaböna-havre-alfalfa-rotation.

"Det här nya dokumentet lägger till viktiga insikter om miljöpåverkan och människors hälsokonsekvenser av konventionella och mer olika odlingssystem, sa Matt Liebman, professor i agronomi och H.A. Wallace Endowed Chair for Sustainable Agriculture vid Iowa State University. "Den här typen av information är viktig för att utveckla hållbara och motståndskraftiga sätt att odla samtidigt som man skyddar planeten."

Forskarna tittade på föroreningar från jordbruket såväl som från försörjningskedjan, inklusive produktion av konstgödsel, bränsle och herbicider. De kombinerade fältexperimentdata med emissionsdatauppsättningar och en luftkvalitetsmodell, att uppskatta utsläpp och skador från klimatförändringar, människors hälsa via föroreningar och mängden fossila bränslen som är förknippade med varje odlingssystem.

De fann att den största orsaken till miljöskador är syntetiska gödselmedel, som kräver mycket fossilt bränsle för att producera. Vidare, när gödningsmedel appliceras på grödor, det släpper ut växthusgaser och föroreningar som skadar luftkvaliteten, främst ammoniak. Genom att lägga till små spannmål och foder i rotationer, mindre gödsel behövs och mindre föroreningar släpps ut.

Tillsatsen av en enda liten spannmålsgröda kan minska användningen av fossila bränslen, föroreningar och skador med ungefär hälften, enligt forskningen. Studien fann också mer olika rotationssystem:

• använde 56 % mindre fossila bränslen;
• genererade 54 % färre utsläpp av växthusgaser;
• och hade monetariserade skador från utsläpp av växthusgaser och luftföroreningar 42 % lägre än det konventionella majs-sojabönssystemet.

"Att återintegrera jordbruksmetoder från bara några generationer sedan har potential att ge positiva miljöfördelar, " sa Hunt.

Mer än 30 vetenskapliga artiklar publicerade från arbete på Marsden Farm-platsen har behandlat skördar, markegenskaper, ogräs, ekonomiska kostnader och avkastning, ekologiska processer och andra ämnen. I tidigare arbeten, forskarna visade att diversifiering av grödor kan minska jorderosion och förlust av näringsämnen. Denna studie utvidgar deras tidigare resultat till att omfatta föroreningar i luften.

"Mellanvästerns jordbrukslandskap blev mycket mindre mångsidigt efter andra världskriget eftersom syntetiska gödningsmedel och bekämpningsmedel blev mer allmänt använda, och eftersom boskapsproduktionen till stor del var frikopplad från växtodlingen", sa Liebman. "Vårt arbete visar att återgång till mer varierande växtföljder kan vara en win-win-win för bönder, allmänheten och miljön."