En nyckelfaktor i USA:s fantastiska jordbruksproduktion visar sig vara något som bönder kan göra lite för att kontrollera:Ren luft. En ny Stanford-ledd studie uppskattar minskade föroreningar mellan 1999 och 2019 bidrog till cirka 20 procent av ökningen av majs och sojabönans vinster under den perioden-ett belopp värt cirka 5 miljarder dollar per år.

Analysen, publicerad denna vecka i Miljöforskningsbrev , avslöjar att fyra viktiga luftföroreningar är särskilt skadliga för grödor, och stod för en genomsnittlig förlust på cirka 5 procent av majs- och sojabönans produktion under studieperioden. Resultaten kan hjälpa till att informera teknik och politiska förändringar som gynnar det amerikanska jordbruket, och understryker värdet av att minska luftföroreningar i andra delar av världen.

"Luftföroreningar har varit svåra att mäta tidigare, eftersom två bönder till och med bara 10 mil från varandra kan stå inför mycket olika luftkvalitet. Genom att använda satelliter, vi kunde mäta mycket finskaliga mönster och packa upp rollen som olika föroreningar, "sa studieförfattaren David Lobell, Gloria och Richard Kushel Direktör för Centrum för livsmedelssäkerhet och miljö.

Forskningen belyser satelliternas stora kraft för att belysa föroreningspåverkan i en skala som annars inte är möjlig. Den kraften kan vara av ännu större värde i länder med mindre tillgång till luftmonitorer och avkastningsdata.

Läser luften

Forskare har länge vetat att luftföroreningar är giftiga för växtlivet i höga doser, men inte hur mycket böndernas avkastning faktiskt skadas på nuvarande nivåer. Föroreningens inverkan på jordbruket totalt sett, liksom effekterna av enskilda föroreningar, har också varit okänd.

Med fokus på en niostatlig region (Illinois, Indiana, Iowa, Michigan, Minnesota, Missouri, Ohio, South Dakota och Wisconsin) som producerar ungefär två tredjedelar av nationell produktion av majs och sojabönor, Lobell och studieförfattare Jennifer Burney, docent i miljövetenskap vid University of California, San Diego, bestämde sig för att mäta inverkan på ozonens avkastning, partiklar, kvävedioxid och svaveldioxid.

Ozon är resultatet av värme och solljusdrivna kemiska reaktioner mellan kväve och kolväten, som de som finns i bilens avgaser. Partiklar avser stora partiklar av damm, smuts, sot eller rök. Kvävedioxid och svaveldioxid är gaser som släpps ut i atmosfären främst genom förbränning av fossila bränslen vid kraftverk och andra industrianläggningar.

"Detta har varit ett knepigt problem att lösa upp eftersom historiskt sett har våra mätningar av olika typer av luftföroreningar och våra mätningar av jordbruksutbyten inte riktigt överlappat rumsligt vid den nödvändiga upplösningen, "förklarade Burney." Med de nya data med hög rumsupplösning, vi skulle kunna titta på skördeavkastningen nära både föroreningar och kända föroreningar. Det avslöjade tecken på olika omfattningar av negativa effekter som orsakats av olika föroreningar. "

Lobell och Burney förlängde sin analys till 1990, när kongressen antog ändringar i Clean Air Act som resulterade i betydande förbättringar av luftkvaliteten över hela landet. Forskarna tittade igenom luftföroreningsdata från hundratals övervakningsstationer runt om i regionen, federala uppgifter om kraftverkets utsläpp, satellitbaserade observationer av kvävedioxid runt dessa kraftverk, avkastningsdata från federala undersökningar och satellitbilder, och väderdata för att ta hänsyn till växtsäsongsförhållanden som är kända för att förklara variationer i grödor.

Överraskande fynd

Vad Lobell och Burney upptäckte överraskade dem. Bland deras resultat:Negativa effekter av var och en av de fyra föroreningarna på majs och sojabönor, och en klar avkastning ökar ju längre bort från kraftverk-särskilt kolförbränningsanläggningar-odlades grödor. De unika rumsliga mönstren för varje förorening gjorde att de kunde ta bort effekten av varje förorening på ett sätt som tidigare studier inte kunde.

Forskarna uppskattade att de totala avkastningsförlusterna från de fyra föroreningarna i genomsnitt var 5,8 procent för majs och 3,8 procent för sojabönor under de senaste två decennierna. Dessa förluster minskade med tiden när luften blev renare. Faktiskt, minskningen av luftföroreningar bidrog till en uppskattad tillväxt av majsutbytet med 4 procent och tillväxten av sojabönor med 3 procent - en ökning som motsvarar 19 procent av majsens totala avkastningsvinster under tidsramen och 23 procent av sojabönornas totala avkastningsvinster.

"Vi vet redan att Clean Air Act resulterade i biljoner dollar i fördelar när det gäller människors hälsa, så jag tänker på dessa miljarder i jordbruksförmåner som pricken över i:et, "Lobell sa." Men även om det är en liten del av fördelarna med klar luft, det har varit en ganska stor del av vår förmåga att fortsätta pressa jordbruksproduktiviteten högre. "