Klimaatverandering intensiveert de effecten van kunstmestafvoer

Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanuit het Midwest Center for Investigative Reporting en is mede gepubliceerd met VS VANDAAG. Lees het originele artikel.

Gelegen in het hart van Amerika's graanschuur, Champaign County, Illinois, helpt het de vraag van het land naar maïs en sojabonen te voeden, terwijl het een van de meer verraderlijke effecten van klimaatverandering aanwakkert:de afvoer van kunstmest.

Elk jaar brengen boeren tonnen stikstofmest aan op de uitgestrekte gewassen die het vlakke landschap van Champaign bedekken.

Omdat regen ongebruikte mest naar de nabijgelegen Spoon River voert, stimuleert het de groei van giftige algen stroomafwaarts.

De overtollige voedingsstoffen stromen met het water van de Lepel mee naar een reeks grotere rivieren totdat ze in de Golf van Mexico worden gedumpt, waardoor een enorme dode zone wordt gevoed waar geen leven kan overleven.

De verwoesting van het milieu - toenemende bloei en een constant groeiende dode zone - is al tientallen jaren goed gedocumenteerd.

Maar veranderingen in de manier waarop regen valt, zoals uitgelegd in een jaar lang USA TODAY onderzoek, hebben de weg geëffend voor het nog veel erger worden, geloven veel wetenschappers nu. De opwarmende planeet brengt in het algemeen meer neerslag, en meer stortbuien in het bijzonder, naar dezelfde Amerikaanse regio's waar een meerderheid van Amerika's kunstmestafhankelijke gewassen verbouwt.

Champaign County, dat een van de grootste stikstofoverschotten van het land heeft, is de nul voor deze impact.

VS VANDAAG en Midwest onderzoeken analyseerde voorjaarsneerslaggegevens en stikstofniveaus tussen 2014 en 2020 in de Spoon River. Uit de analyse bleek dat het soort extreme regenval dat vaker voorkomt door een opwarmende planeet, drie keer zoveel kunstmestafvoer veroorzaakt dan andere regenbuien en bijdraagt ​​aan een te groot aandeel daarvan in de waterwegen.

De media kozen Champaign County vanwege het hoge stikstofoverschot voor maïsgewassen - nummer drie in het land - en omdat het een van de relatief weinige plaatsen is waar de US Geological Survey de stikstofconcentratie in stroomgebieden over een periode van meerdere jaren volgt.

Stikstof in de lepel piekte 42 keer tijdens die zeven bronnen dat de federale overheid het volgde. Zesendertig van de pieken kwamen na een regenbui, wanneer de meststof zich hecht aan de gronddeeltjes en wegglijdt van de akkers en in de rivier.

Soms kwamen de regens echter zo snel en hevig dat tienduizenden ponden stikstofkunstmest in de rivier stroomden en het waterpeil deed stijgen.

De drie zwaarste stormen hebben in deze periode een derde van alle stikstof in de Spoon River gedumpt.

De bevindingen weerspiegelen een grotere studie uitgevoerd door verschillende onderzoekers die vonden dat zware regenval over het stroomgebied van de Mississippi ook bijdroeg aan een derde van de stikstof die naar de Golf van Mexico werd gespoeld. Deze zware regenval gebeurt in slechts negen dagen per jaar.

Een van de meest opvallende gevolgen van het wegstromen van kunstmest is dat de dode zone van de Golf de kusten van Louisiana en Texas overspant en zo'n 6.330 vierkante mijl water onbewoonbaar heeft gemaakt, volgens recente metingen door de National Oceanic and Atmospheric Administration.

De zweefalgenbloei is de afgelopen 35 jaar uitgebreid en afgenomen, maar overtreft consequent het doel dat is vastgesteld door de Hypoxia Task Force van het Amerikaanse Environmental Protection Agency. Het huidige vijfjaarsgemiddelde is bijna drie keer hoger dan de doelstelling.

Maar het is niet alleen de Golf van Mexico. Afvoer van kunstmest veroorzaakt grote schade aan rivieren en meren in het hele land. Het vervuilt het drinkwater, schaadt het waterleven en maakt zowel mensen als huisdieren ziek. Het heeft de zeekoeienpopulatie in Florida gedecimeerd en de Chesapeake Bay in het noordoosten vervuild.

Bepaalde soorten algenbloei, zoals cyanobacteriën, veroorzaken luchtweginfecties, gastro-intestinale bloedingen en braken en zijn verantwoordelijk voor ten minste 321 bezoeken aan spoedeisende hulp in de Verenigde Staten tussen 2017 en 2019, zo blijkt uit een studie van Centers for Disease Control and Prevention. Wereldwijd worden jaarlijks ongeveer 60.000 mensen vergiftigd door algenbloei.

De bloemen ook  methaan uitstoten, een broeikasgas dat de opwarming van de aarde verergert. De EPA ontdekte onlangs dat de uitstoot van bloemen de komende eeuw met 30 tot 90 procent zou kunnen toenemen.

Het is een verwoestende feedbacklus. Algenbloei draagt ​​bij aan de opwarming van de aarde, waardoor de regenval toeneemt, wat vervolgens de afvoer van kunstmest verergert.

In Illinois is het aantal dagen met minstens vijf centimeter regen de afgelopen eeuw met ongeveer 40 procent toegenomen, volgens de klimaatanalyse van de staat voor 2021. En de lente - wanneer veel boeren kunstmest gebruiken - zal naar verwachting tegen het einde van deze eeuw een van de grootste winsten in regenval zien, aldus de beoordeling.

Tegelijkertijd gebruiken boeren steeds meer kunstmest. Alleen al tussen 1960 en 1980 is het gebruik ervan voor de belangrijkste gewassen van het land verdrievoudigd:van 7,5 ton per jaar tot 23,7 miljoen ton. Sindsdien schommelen die niveaus rond het hoogtepunt.

Vermenigvuldig wat er in Champaign County gebeurt met de honderden landbouwgemeenschappen in de Verenigde Staten, en in het bijzonder in het stroomgebied van de Mississippi.

Een van de "sterkste signalen" van klimaatverandering is de toename van de neerslagintensiteit, zei Trent Ford, de klimatoloog van de staat Illinois. En een van de grootste uitdagingen is de toename van de afvoer van kunstmest, zei hij.

Ondanks de problemen is er weinig overheidsregulering op het gebied van bemesting en beheer. In tegenstelling tot pesticiden kunnen boeren zoveel kunstmest gebruiken als ze willen en hoeven ze geen boetes of straffen te krijgen voor het overschrijden van veilige hoeveelheden.

Het reguleren van de toepassing van kunstmest en mest zou moeilijk zijn, zei Richard Cruse, hoogleraar agronomie aan de Iowa State University. "Je zou bijna elke hectare die wordt bewerkt moeten controleren", zei hij.

Pogingen van de overheid om precies dat te doen, zijn consequent tegengewerkt door landbouwgroepen zoals de American Farm Bureau Federation.

Ondertussen zijn vrijwillige maatregelen om de afvoer te verminderen, zoals het planten van bodembedekkers, traag op gang gekomen.

In Illinois hebben boeren in 2019 in totaal 1,4 miljoen hectare bodembedekkers geplant, maar het zal in combinatie met andere managementpraktijken nog eens 20,7 miljoen hectare vergen om de langetermijndoelen van de EPA van nutriëntenvermindering te bereiken, volgens het tweejaarlijkse rapport van de staat. .

"Ze zijn niet in de orde van grootte die we moeten zien om daadwerkelijk een verandering te hebben", zegt Catie Gregg, een landbouwspecialist bij de non-profitorganisatie Prairie Rivers Network in Illinois. "Dan wordt dit nog gecompliceerder door klimaatverandering."

Meer kunstmest, meer problemen

Eind juni keek boer Ann Swanson in Champaign County toe terwijl de opkomende regenwolken de lucht verduisterden.

Ze vloekte.

Swanson, die een biologische boerderij van 10 hectare heeft waar tomaten, paprika's en pompoenen worden verbouwd, wist dat de inkomende regen een ramp voor haar gewassen betekende.

De verrassingsweek die die week over een groot deel van centraal Illinois viel, veroorzaakte tornado's en maakte een abrupt einde aan buitenevenementen. Het heeft ook het grootstedelijk gebied Champaign-Urbana doordrenkt met 5,1 centimeter regen.

Ann Swanson, manager van Hendrick House Farms in een veld waar normaal gesproken overal planten staan. Overstromingen eerder in het seizoen hebben het gewas beschadigd. Foto door Darrell Hoemann, Onderzoek Midwest.

Volgens de Illinois State Water Survey van de University of Illinois in Urbana-Champaign is dat een halve centimeter boven de gemiddelde regenval in het gebied voor de hele maand.

De stortbui zorgde ervoor dat de meeste van de 2.000 tomaten van Swanson bacterievlekken ontwikkelden, waardoor het seizoen vroeg eindigde.

"Je verwacht gewoon niet zoveel regen na juni", zei Swanson. "Het was echt teleurstellend."

Swanson bevindt zich niet in het stroomgebied van de Spoon-rivier, dus overtollige mest van haar boerderij wordt in plaats daarvan afgevoerd naar de Kaskaskia-rivier. Maar Swanson past een groot aantal landbouwmethoden toe om ervoor te zorgen dat voedingsstoffen in haar bodem blijven.

Aan het begin van elk seizoen, zei Swanson, bemonstert ze haar grond om te zien hoeveel voedingsstoffen het al heeft en past ze haar kunstmestgebruik dienovereenkomstig aan. In plaats van alles aan het begin van het groeiseizoen te dumpen, past ze het beetje bij beetje toe terwijl haar gewassen groeien.

Als de weersvoorspelling veel neerslag laat zien, wacht ze tot drogere omstandigheden zodat de gewassen de meeste voedingsstoffen kunnen opnemen.

"Dat is precies waarom 'side dressing' over het algemeen efficiënter is, omdat je het gewas het hele groeiseizoen met een lepel voedt, in plaats van deze enorme bult aan het begin van het seizoen of voordat het seizoen zelfs maar begint," zei Kelsey Griesheim, een afgestudeerde student-onderzoeker bij de afdeling natuurwetenschappen en milieuhulpbronnen aan de Universiteit van Illinois.

Swanson gebruikt ook bodembedekkers. Geplant in het laagseizoen, wanneer velden meestal kaal zijn, kunnen bodembedekkers de structuur van de bodem verbeteren, waardoor het meer op een "spons" lijkt, zei Gregg. De spons neemt overtollig water en voedingsstoffen op en verbetert ook de algehele gezondheid van de bodem.

"Met het bijsnijden van bodembedekking," zei Swanson, "wil ik ervoor zorgen dat ik die voedingsstoffen terug in de grond stop, zodat ik ze niet jaar na jaar voortdurend van voedingsstoffen uitput."

Gezondheidspaprika's bij de Hendrick House Farms. Overstromingen eerder in het seizoen hebben het gewas beschadigd. Foto door Darrell Hoemann, Onderzoek Midwest

Maar Swanson is een uitzondering.

Veel boeren gebruiken te veel kunstmest als een haag tegen hevige regen, zei Cruse, de professor van de Iowa State University. Het is een goedkope manier om het meeste uit elke oogst te halen, zei hij, maar het kan het afvoerprobleem verergeren.

"Het is als een verzekeringspolis," zei Cruse. "Mest kost, maar als je er niet genoeg hebt om je opbrengst te optimaliseren, kost het nog meer."

Volgens gegevens verzameld door onderzoekers van de Iowa State University alleen al hadden maïsgewassen in Champaign County gemiddeld 31 miljoen pond meer stikstof dan ze elk jaar nodig hadden gedurende het decennium dat eindigde in 2019.

Dat is het op twee na hoogste stikstofoverschot van het land voor maïs, een van de meest mestafhankelijke gewassen van alle gewassen.

Giftig en kostbaar

Erika Balza, zo'n 350 mijl ten noorden van Champaign County, kent uit de eerste hand de giftige en kostbare gevolgen van ongecontroleerde afvoer van kunstmest.

Toen de moeder van twee kinderen bijna tien jaar geleden naar het huis van haar nieuwe echtgenoot verhuisde op het platteland van Kewaunee County, Wisconsin, buiten Green Bay, herinnert ze zich dat hij hen waarschuwde om het water niet te drinken.

"Je kunt ermee douchen, je kunt er de was mee doen, de vaatwasser laten draaien, maar je kunt het water hier niet drinken", herinnert ze zich dat hij zei.

De reden:mest die wordt gebruikt als mest op nabijgelegen landbouwvelden, sijpelt in de bron van haar familie nadat het regent, zei Balza. Het water is meerdere keren positief getest op coliforme bacteriën.

Het is een bijzonder gevaarlijke situatie voor Balza vanwege haar gecompromitteerde immuunsysteem van stadium vier uitgezaaide borstkanker.

Maar dat is niet het enige probleem.

Op een dag in 2016, zei Balza, zette ze haar vaatwasser aan voordat ze naar boven ging om naar bed te gaan. Toen ze de kraan opendraaide om haar tanden te poetsen, stroomde het water er bruin uit en rook het naar mest. Testen onthulden koeien- en E. Coli-bacteriën.

Het Wisconsin Department of Natural Resources en een donatie van een boer dekten de meer dan $ 13.000 kosten van het installeren van een nieuwe bron om water naar haar huis te laten lopen. Maar Balza moest zelf een nieuwe vaatwasser kopen van 700 dollar nadat het incident de oude had verpest.

Deze potten bevatten bruin water uit een kraan in Kewaunee County dat onderzoekers in 2016 hebben gekoppeld aan het verspreiden van mest op een nabijgelegen veld. De grond van het veld en water uit het huis hadden dezelfde kenmerken voor fecale verontreinigingen. Foto met dank aan Kewaunee County Land and Water Conservation Department

Zelfs met de nieuwe bron, zei ze, vertoont haar water nog steeds tekenen van coliforme en E. coli-bacteriën, evenals hoge nitraten.

Balza zei dat er een gebrek aan toezicht is op boeren die mest toepassen.

"Hij liep weg met een klap op de pols", zei ze over de boer die volgens haar verantwoordelijk was voor de afvoer.

De waterzuiveringsinstallaties van gemeenschappen lopen net zo'n risico als individuele bronnen.

Op slechts een halfuur rijden ten oosten van Champaign in het naburige graafschap Vermilion, reinigt de oppervlaktewaterzuiveringsinstallatie Aqua Illinois het drinkwater van Lake Vermilion dat wordt gebruikt voor ongeveer 38.000 mensen.

Nitraten in de aanvoer zijn een seizoensgebonden probleem, zegt de manager van de fabriek, David Cronk.

In de lente - wanneer sommige boeren kunstmest toepassen en een tijd van het jaar waarin naar verwachting een van de grootste toenames van de regenval te zien zal zijn als gevolg van klimaatverandering - kan de nitraatconcentratie 12 tot 13 milligram per liter zijn voordat het water wordt behandeld, zei hij. . De federale limiet is 10 mg/L.

In de jaren negentig, toen het nitraatgehalte de federale limiet overschreed, kregen de bewoners flessenwater, zei Cronk. Dus in 2000 werd een ionenwisselaar van $ 4 miljoen geïnstalleerd om het water te filteren.

Cronk zei dat zijn fabriek samenwerkt met boeren, zodat ze de beste methoden gebruiken om ervoor te zorgen dat nitraten niet in het water terechtkomen.

“Dat is je belangrijkste verdediging, eerlijk gezegd. Wij zijn de laatste verdediging', zei Cronk. “We maken uw water hier drinkbaar. Maar wat doet het voor de rest van het stroomgebied van de Mississippi? Het gaat daar nog steeds.”

Een ander probleem waarmee gemeenschappen in het hele land te maken hebben met afvoer, is de bloei van giftige algen in meren en vijvers.

TJ McCloud en Chris Hoffman bereiden een oplossing van bentonietklei voor om een ​​vijver in Arlington Heights, Illinois te behandelen. Foto door Ignacio Calderon, Onderzoek Midwest

Ava Boswell, manager milieudiensten bij McCloud Aquatics, een bedrijf voor merenbeheer in Noord-Illinois, zei dat cyanobacteriën, een soort giftige algen, vaker voorkomen in sommige landbouwgebieden of gebieden met veel stedelijke ontwikkeling in Illinois.

Hoewel gewone groene algen door het bedrijf vaker werden aangetroffen dan cyanobacteriën, kunnen groene algen vissen ook zuurstof ontnemen als het meer of de vijver niet wordt behandeld, zei ze.

Hoewel de verminderde waterkwaliteit die ze hebben gezien, te wijten kan zijn aan een algemene toename van algenbloei, zei Boswell dat dit ook kan worden toegeschreven aan een verhoogde testfrequentie.

'Slecht, ongericht en ondergefinancierd'

Pogingen om de toediening en afvoer van kunstmest te reguleren stuitten op stevige weerstand van de landbouwindustrie.

Die uitdaging wordt ironisch genoeg nog moeilijker gemaakt door de Clean Water Act van 1972. Hoewel landbouw al lang is aangemerkt als een belangrijke bron van watervervuiling, stelt de historische wet van het land haar lozingen expliciet vrij van regelgeving.

Als gevolg hiervan waren de inspanningen om dit aan te pakken "zwak, ongericht en ondergefinancierd", schreef een onderzoeker van de Vanderbilt University, J.B. Ruhl, in 2000, en intensieve lobby van boerengroepen heeft ervoor gezorgd dat regelgeving met tanden niet werd ingevoerd.

Dat is wat er gebeurde in 2014 toen de regering-Obama meer in het algemeen probeerde te definiëren welke wateren door de wet werden beschermd in een beweging die boeren een overbereik noemden. Ze waren bang dat de regering zou proberen hun irrigatiesloten, vijvers en zelfs plassen te reguleren.

De American Farm Bureau Federation reageerde door een #DitchtheRule-campagne te lanceren die de inspanning bestempelde als 'landroof'.

Volgens het Center for Responsive Politics deden ook staatsboerderijen en andere groepen die boeren vertegenwoordigen mee aan de actie. In 2015 besteedde de American Farm Bureau Federation 2,8 miljoen dollar aan lobbyen over zaken als regels voor schoon water.

De EPA vuurde terug met zijn eigen campagne genaamd #DitchtheMyth om te bestrijden wat het 'verkeerde informatie' noemde. Andere tactieken die het gebruikte, ontdekte het Government Accountability Office later, waren in strijd met een wet tegen geheime propaganda.

Uiteindelijk verwaterde de regel.

Een paar jaar voor die strijd, in 2011, had de EPA gewaarschuwd dat de helft van de Amerikaanse stromen een gemiddeld tot hoog stikstofgehalte had en dat de schendingen van het nitraatdrinkwater in de voorgaande acht jaar waren verdubbeld.

Het bureau gaf deze waarschuwing uit in wat bekend staat als de "Stoner-memo", en stelde voor dat staten die niveaus verlagen door zich te concentreren op verschillende gebieden, waaronder het gebruik van landbouwmest.

Maar tien jaar later zijn Illinois en zijn belanghebbenden nog steeds bezig met het implementeren van een plan om de afvoer te verminderen.

"Je probeert verandering teweeg te brengen op ongeveer 22 miljoen hectare akkerland dat wordt geëxploiteerd door ongeveer 72.000 onafhankelijke boeren, en dat is een grote verbetering", zegt Trevor Sample, die de implementatie van de Illinois Nutrient Loss Reduction Strategy-implementatie coördineert voor de EPA van de staat.

De staat EPA is een van de vele partners in de voortdurende inspanning om de afvoer te verminderen. Anderen zijn het State Department of Agriculture en het Illinois Farm Bureau.

De groepen namen de Stoner-memo ter harte, zei Lauren Lurkins, directeur milieubeleid van het Illinois Farm Bureau. "Nu zitten we midden in de implementatie van onze strategie van een zeer complexe milieu-uitdaging."

Charles Meier, een Republikeinse wetgever, zei dat de meerderheid van de boeren al hun best doet om het milieu beter achter te laten voor de volgende generatie.

"Een boer wil ook niet betalen voor kunstmest die uiteindelijk in het water terechtkomt en uitspoelt", zei hij. “We willen kunstmest in de bodem houden.”

Actie ondernemen

Er zijn tekenen dat sommige overheidsprogramma's aan kracht winnen.

In Illinois biedt het Fall Covers for Spring Savings-programma een verzekeringskorting van $ 5 voor elke ingeschreven hectare. Tijdens het groeiseizoen 2019-20 had de staat financiering voor 50.000 hectare.

De volkstuin was slechts een week na opening gevuld.

Vorig seizoen werd de toewijzing binnen 12 uur bereikt, met een extra 130.050 hectare die was aangevraagd, volgens het tweejaarlijkse rapport van de staat. Nu zal het programma zijn acre-limiet verdubbelen, volgens de EPA van de staat.

Naast het vasthouden van kunstmest, kunnen bodembedekkers de hoeveelheid voedsel die een boerderij produceert, verbeteren. Boerderijen die ten minste vijf opeenvolgende jaren bodembedekkers gebruikten, konden een toename van de maïsproductie van drie procent en een toename van de sojabonenproductie met ongeveer vijf procent verwachten, volgens Sustainable Agriculture Research and Education, een programma dat wordt ondersteund door het Amerikaanse ministerie van landbouw.

Ann Williams, een vertegenwoordiger van de Democratische staat in Illinois en voorzitter van het energie- en milieucomité van de staat, zei dat velen in de landbouwgemeenschap zich aanpassen omdat ze deze voordelen zien.

"Ondanks de gevolgen voor het klimaat, heeft het voordelen voor hun opbrengsten, voor hun winst", zei ze. "Dan kun je echt een sterk argument aanvoeren dat implementatie niet alleen in het belang is van de gemeenschap en de wereld als geheel, maar ook in je eigen, economische belang."

Maar het implementeren van alle noodzakelijke managementpraktijken in de landbouw kan duur zijn - ongeveer $ 789 miljoen per jaar om stikstof en fosfor te verminderen in langetermijndoelen, volgens het tweejaarlijkse rapport van de staat.

"De realiteit is dat het aanpakken en beperken van de schade van de klimaatcrisis op de lange termijn agressieve en aanhoudende actie vereist op alle overheidsniveaus", zei Williams. "Ik denk dat er een combinatie van onderwijs (en) meer middelen voor de landbouwgemeenschap nodig zijn."

De tijd om te handelen is nu, zei Gregg van Prairie Rivers Network, anders wordt het nog moeilijker om je aan te passen.

"Omdat we het weer zien veranderen, wordt het steeds moeilijker om te komen waar we heen willen", zei ze. "Er is niet echt een perfect moment om iets nieuws te proberen, maar dit wordt erger."