Как круглогодичные культуры могут снизить загрязнение от ферм в реке Миссисипи
Исследователи из Инициативы Forever Green Университета Миннесоты работают над созданием новых сельскохозяйственных культур, которые могли бы покрывать поля круглый год. Их цель — помочь улучшить качество воды в штате, поглощая загрязнение от удобрений до того, как оно попадет в водоемы.
Проблема: доминирование кукурузы и сои
В плодородных полях Среднего Запада доминируют кукуруза и соевые бобы:
- В 2021 году они занимали 63% из 25 миллионов фермерских акров Миннесоты (USDA).
- В Айове — 76%, в Иллинойсе — 80%.
После уборки урожая осенью земля остается голой до следующей весны. Дожди легко вымывают питательные вещества (азот и фосфор) в водоемы:
- Фосфор способствует цветению водорослей в озерах.
- Азот просачивается в грунтовые воды, загрязняя колодцы, и по реке Миссисипи попадает в Мексиканский залив.
В заливе азот вызывает ежегодное образование массивной «мертвой зоны» из-за взрыва и последующего отмирания водорослей, которые поглощают кислород. В 2023 году ее прогнозируемая площадь — 5 364 квадратных мили (почти как Коннектикут).
План 2008 года по сокращению этой зоны рекомендовал штатам снизить загрязнение азотом и фосфором на 45%, но уровень азота остался прежним или даже вырос.
Решение: растения с корнями в земле круглый год
Одно из решений — сохранять корни растений в почве дольше, чтобы они стабилизировали грунт и поглощали азот.
Инициатива Forever Green работает над 16 многолетними и озимыми культурами. Среди них:
- Kernza — многолетнее зерно, разрабатываемое в партнерстве с некоммерческим Land Institute (Салина, Канзас).
- Исследования показывают, что по сравнению с однолетней кукурузой Kernza улавливает 99% азота, который в противном случае был бы потерян.
Однако урожайность Kernza в полевых испытаниях в Канзасе составляет всего 20% от урожайности пшеницы на той же площади.
Селекция в действии
Ученые в Сент-Поле работают над улучшением культур:
- Скрещивание многолетних растений с традиционной однолетней пшеницей для получения гибридов с качествами Kernza, но более высокой урожайностью.
- Работа с пенникресом (обычный придорожный сорняк), чтобы превратить его в основную озимую культуру. Селекционеры решают задачи: сделать семенные коробочки более прочными, истончить толстую семенную оболочку и удалить из масла семян непригодную для потребления эруковую кислоту.
Создание рынка
Для реального воздействия на экологию эти культуры должны внедряться в больших масштабах. Основная проблема — «курица или яйцо»: для крупных продуктов нужны большие объемы производства, но фермеры не будут выращивать культуру, пока не убедятся в наличии рынка.
Kernza — самая известная культура проекта, близкая к выходу на потребительский рынок:
- Пример продукта: хлопья от Cascadian Farm (бренд General Mills) в магазинах Whole Foods.
- Однако фермеры отмечают, что продажи Kernza идут медленнее, чем других культур.
- Законодатели Миннесоты в 2023 году выделили $500 000 на развитие цепочек поставок от поля до прилавка.
Сложности масштабирования:
- Очистка зерна Kernza после урожая занимает в 10 раз больше времени, чем у обычной пшеницы.
- Зерно имеет более высокое соотношение отрубей к крахмалу, что требует экспериментов с рецептурами (например, для создания крекера потребовалось 80 итераций).
Опыт фермеров:
Фермеры-первопроходцы, такие как Энн Швагерл, отмечают как сложности (необходимость двухэтапной уборки, более длительное хранение зерна из-за неразвитого рынка), так и преимущества. Например, весной 2023 года, когда холодная и влажная погода задержала посевную, ее поле Kernza уже было засеяно, а корни уходили на несколько футов в глубину.