En tredjedel av gödselmedlet som används för att odla majs i USA varje år kompenserar helt enkelt för den pågående förlusten av markens bördighet, leder till mer än en halv miljard dollar i extra kostnader för amerikanska bönder varje år, finner ny forskning från University of Colorado Boulder publicerad förra månaden i Jordens framtid .

Jordens bördighet på lång sikt minskar i jordbruksmarker runt om i världen på grund av försaltning, försurning, erosion och förlust av viktiga näringsämnen i marken som kväve och fosfor. Majsbönder i USA kompenserade dessa förluster med kväve- och fosforgödselmedel som också är avsedda att öka avkastningen, men forskare har aldrig beräknat hur mycket av detta gödselmedel som går till att bara återfå baslinjens jordfruktbarhet – eller hur mycket det kostar.

"Vi vet att det pågår markförstöring även i USA:s moderna jordbruk, men det är verkligen svårt att fastställa hur mycket och vilken effekt det har, sa Jason Neff, motsvarande författare på tidningen och chef för Sustainability Innovation Lab i Colorado (SILC). "Dessa resultat ger mer information till jordbrukare så att de kan fatta beslut som gynnar dem ekonomiskt, men också stödja en mer hållbar form av högavkastande jordbruk."

USA är ett av de mest produktiva länderna i världen när det kommer till majs, odlar mer än 4,46 ton per odlad hektar. Bara under växtsäsongen 2018-19, Amerikanska gårdar producerade mer än 366 miljoner ton majs som genererade 14,5 miljarder dollar i intäkter. USA är också en av världens största användare av konstgödsel, applicerar mer kväve och fosfor per hektar än sina högavkastande jordbruksmotsvarigheter i Europeiska unionen.

Men att använda konstgödsel kostar inte bara bönder och regeringar pengar. Det kommer också till en miljökostnad. En stor del av de globala utsläppen av växthusgaser som orsakas av jordbruket – 24 % av de globala utsläppen 2010 och 10 % av USA:s utsläpp 2018 – kommer från gödselproduktion. Detta innebär att åtgärder som vidtas för att minska användningen av gödselmedel också hjälper till att hantera ökande växthusgaser.

Överskott av kväve och fosfor som rinner från åkrar och ut i floder och sjöar skapar också ohälsosamma förutsättningar för sötvatten och marint liv, och är ansvarig för den döda zonen i Mexikanska golfen - ett stort område som är utarmat på syre och saknar havsliv, inklusive många kommersiellt viktiga arter. När vi inte bara tänker på dollar som spenderas av bönder utan också näringsförlust och effekter på Mississippifloden, kostnaderna går från miljarder till över en biljon dollar varje år, sa Neff.

"Om du kan släppa befruktningen, samtidigt som vi behåller den avkastning som vi behöver och de ekonomiska resultat som bönderna vill ha, så varför inte, höger? Det är en win-win, sa Neff.

Att reda ut den verkliga kostnaden för gödselmedel

För att skilja ut denna verkliga kostnad för gödselmedel från andra moderna jordbruksinsatser, Neff och hans kollegor körde en serie scenariobaserade modellanalyser med hjälp av modellen Environmental Policy Integrated Climate (EPIC), en allmänt använd agronomisk modell som används för att uppskatta grödans tillväxt och hur grödans tillväxt svarar på variabler som gödselmedel, bevattning och klimat.

"Genom att göra det låter oss sedan reda ut, vad händer med nedbrytning, " sa han. "Vad händer när man ändrar ett system från naturligt till jordbruk, och hur stor inverkan har det på de näringsämnen som är tillgängliga för växttillväxt?"

Forskarna använde fyra scenarier i den här modellen för att jämföra hur användningen av ingen gödningsmedel eller bevattning – vilket görs i många utvecklingsekonomier – skilde sig från att använda bara det ena eller det andra, eller båda (vilket är vanligt i USA). Bevattning var en viktig komponent i analyserna eftersom det kan öka skördarna, det ökar också erosion och avrinning av gödningsmedel.

Genom att separera effekterna av gödningsmedel och bevattning, forskarna kunde se i olika regioner i USA där var och en var viktigare än den andra för jordbrukets framgång. I Kalifornien, bönderna lägger till mer vatten. I Ohio, gödseltillskott är viktigare än bevattning. Men över hela landet, de upptäckte att det krävdes en stor tredjedel av gödselmedlet som för närvarande tillsattes majsfält för att helt enkelt gå i jämnvikt, föra markens bördighet tillbaka till nivåer för odlad odling.

Jordbruk smartare

Även om detta kan låta som dåliga nyheter, Neff ser det som ett gyllene tillfälle:med mer information, bönder kan fatta bättre beslut.

"Bönder gör vad som är vettigt för att odla grödor. När du inte kan se de kumulativa effekterna av försämring, du måste lägga till gödningsmedel men du kommer inte att veta vad den ekonomiska effekten av den underliggande nedbrytningen är, sa Neff.

Praxis som regenerativt jordbruk, som återställer markens bördighet på marker som aktivt brukas, kommer också att minska kostnaderna och miljöpåverkan av gödselmedelsanvändning. Friskare, mer bördig jord kan också fånga upp mer kol, hålla mer vatten och förhindra att överskott av näringsämnen rinner ut i ekosystem som inte kan hantera dem.

Bönder kan minska hur ofta de bearbetar sina åkrar, lägga till och öka erosionskontrollåtgärder, samt använda mer organiska gödningsmedel, som kompost. Dessa kan faktiskt hjälpa till att minska mängden oorganiska gödselmedel - kväve och fosfor - som behövs i jorden.

"Min förhoppning är att denna information stöder nationella och internationella ansträngningar för att bygga tillbaka markens bördighet, sa Neff.