นักวิจัยใช้ภาพถ่ายดาวเทียมและสีพื้นผิวเพื่อค้นหาว่าดินที่อุดมด้วยสารอาหารได้กัดเซาะไปมากน้อยเพียงใด
Seth Watkins ทำไร่ไถนาในที่ดินของครอบครัวทางตอนใต้ของไอโอวามาเป็นเวลาหลายสิบปี โดยปลูกทุ่งหญ้าเลี้ยงวัวให้วัวของเขา รวมทั้งข้าวโพดและพืชไร่อื่นๆ ปู่ทวดของเขาก่อตั้งฟาร์มในปี 1848 “เขาเข้ามาพร้อมกับคันไถเหล็กของจอห์น เดียร์และเจาะทุ่งหญ้า” วัตกินส์เล่า ด้วยเนินเขาที่คดเคี้ยวและเส้นข้าวโพดที่ทอดยาวไปถึงขอบฟ้า หักด้วยกลุ่มต้นไม้ จึงเป็นฉากที่งดงามตระการตา
แต่การทำนาหลายศตวรรษบนเนินเขาเหล่านั้นได้ส่งผลเสียต่อผืนดิน ตอนนี้ เกษตรกรอย่างวัตกินส์กำลังเผชิญกับความเสื่อมโทรมของดินในวงกว้าง ซึ่งอาจทำให้ผลผลิตและรายได้ลดลง “ใน 150 ปีหรือประมาณนั้น เราสูญเสียดินชั้นบนที่อุดมสมบูรณ์ไปแล้วกว่าครึ่ง—ถ้าไม่ใช่ทั้งหมดในบางที่”
พืชผลต้องการดินชั้นบนที่อุดมด้วยคาร์บอน พวกเขาต้องการสารอาหารและน้ำที่กักเก็บไว้ ซึ่งแตกต่างจากดินที่อัดแน่นและมีบุตรยากที่การทำฟาร์มแบบเดิมหลายทศวรรษสร้างขึ้น
ข้อมูลพื้นฐานสำหรับดินในไอโอวาสามารถมองเห็นได้บนที่ดินของจอน จัดสัน เกษตรกรผู้ให้การสนับสนุนด้านการอนุรักษ์และเกษตรกรรมที่ยั่งยืน ฟาร์มของเขามีแปลงหญ้าแพรรีดั้งเดิมและดอกไม้ป่าหายาก ใต้ทุ่งหญ้ากว้างใหญ่ ดินมีความหนาและมืด มีอินทรียวัตถุสะสมอยู่และมีความชื้นมาก ทุ่งถัดไปคือทุ่งนาแบบเดิมที่ฟื้นคืนสภาพเช่นฟาร์มของวัตกินส์ และผลของการปฏิบัติแบบเดิมๆ เป็นเวลาหลายปีนั้นชัดเจน ดินซีดและอัดแน่น มีคาร์บอนอินทรีย์เพียงไม่กี่นิ้ว ความชื้นในดินน้อยกว่ามาก และมีดินเหนียวมากขึ้น
นักวิทยาศาสตร์และเกษตรกรทราบดีว่าการพังทลายของดินทางการเกษตรเป็นปัญหามานานหลายทศวรรษ แต่การหาปริมาณการสูญเสียดินจากการทำฟาร์มนับร้อยปีและในหลายรัฐได้พิสูจน์แล้วว่ายาก ตอนนี้การศึกษา ที่ นำโดยนักธรณีสัณฐาน Evan Thaler และตีพิมพ์ในรายงานการประชุมของ National Academy of Scienceในเดือนกุมภาพันธ์ พยายามที่จะตอบคำถามที่เข้าใจยากว่าดินชั้นบนถูกกัดเซาะในแถบข้าวโพดมากเพียงใด ซึ่งทอดยาวจากโอไฮโอถึงเนบราสก้าอย่างคร่าว ๆ และผลิตข้าวโพดของประเทศได้ 75 เปอร์เซ็นต์ การศึกษาประมาณการว่าประมาณ 35 เปอร์เซ็นต์ของพื้นที่ได้สูญเสียดินชั้นบนไปหมดแล้ว ปล่อยให้ชั้นดินชั้นล่างที่มีคาร์บอนต่ำเพื่อทำหน้าที่สนับสนุนพืชผล การมีดินชั้นบนที่หนาและแข็งแรงหมายความว่าพืชสามารถเติบโตได้เร็วขึ้นและมีสุขภาพดีขึ้น เพิ่มผลผลิตพืชผล และทำให้ระบบนิเวศของทุ่งนาดำเนินไปอย่างราบรื่น การสูญเสียดินชั้นบนทำให้เกิดปัญหาสิ่งแวดล้อม เช่น เมื่อถูกกัดเซาะ สิ่งสกปรกที่อุดมด้วยสารอาหารจะทำให้ลำธารและแม่น้ำเสื่อมโทรม และคาดว่าจะทำให้อุตสาหกรรมการเกษตรของมิดเวสต์ต้องเสียค่าใช้จ่ายเกือบ 3 พันล้านดอลลาร์ต่อปี
“ฉันคิดว่ามันอาจจะดูถูกดูแคลน” ทาเลอร์ นักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาจากมหาวิทยาลัยแมสซาชูเซตส์–แอมเฮิร์สต์กล่าว “มีบางพื้นที่ที่อาจมีดินชั้นบนเหลืออยู่หนึ่งเซนติเมตร”
ธาเลอร์และเพื่อนร่วมงานใช้สีดินจากภาพถ่ายดาวเทียมเพื่อติดตามว่าบริเวณใดของทุ่งข้าวโพดที่สว่างกว่าหรือมืดกว่า ดินที่เข้มกว่าจะมีคาร์บอนอินทรีย์มากกว่า ซึ่งเป็นตัวบ่งชี้ที่ดีว่าดินชั้นบนมีอยู่ ลึกลงไปในดินจะมีคาร์บอนอินทรีย์สะสมน้อยลง ดังนั้นเมื่อชั้นเหล่านั้นถูกเปิดเผย พื้นผิวจะดูสว่างขึ้น จากนั้นทาเลอร์ได้เชื่อมโยงแผนที่สีที่เขาสร้างขึ้นกับข้อมูลภูมิประเทศที่มีความละเอียดสูง ซึ่งบอกเขาว่าทางลาดชันอยู่ที่ใด และยอดเขาโค้งเข้าหรือออกหรือไม่ เมื่อเขาเปรียบเทียบสีดินกับรูปร่างของเนินเขา แผนที่ได้ยืนยันสิ่งที่เขาและชาวนาจำนวนนับไม่ถ้วนสังเกตเห็น: ยอดเขาสว่างและฐานมืด การไถพรวนและการตกตะกอนทำให้ดินชั้นบนที่อุดมสมบูรณ์ค่อยๆ คืบคลานลงเนิน ปล่อยให้ดินบางและไม่มีคาร์บอนขึ้นเนิน ธาเลอร์พบว่ายอดเขาที่มีความโค้งสูงมีแนวโน้มที่จะกัดเซาะดินชั้นบนมากกว่า
ในปี 2019 โดยใช้การสำรวจดินบนพื้นดิน กระทรวงเกษตรของสหรัฐอเมริกา (USDA) ประมาณการว่าไม่มีทุ่งเดียวกันใดที่สามารถกำจัดดินชั้นบนได้อย่างสมบูรณ์ การกำหนดเหล่านี้ใช้การตรวจสอบดินขนาดเล็กซึ่งถือว่าสะท้อนถึงพื้นที่ขนาดใหญ่ แต่สถานที่สุ่มตัวอย่างเพียงแห่งเดียวอาจไม่ได้สะท้อนถึงดินชั้นบนได้อย่างแม่นยำทั่วทั้งทุ่ง ถ้านักวิทยาศาสตร์บังเอิญไปสุ่มตัวอย่างด้านล่างของเนินเขา พวกเขาอาจประเมินการพังทลายของดินชั้นบนของทั้งทุ่งต่ำไป Thaler กล่าวว่าอีกประเด็นหนึ่งคือการประเมินการกัดเซาะทั่วประเทศ USDA ไม่สามารถสุ่มตัวอย่างดินจากทุกมุมของประเทศ จึงต้องอาศัยแบบจำลองคอมพิวเตอร์เพื่อเติมเต็มช่องว่าง เนื่องจากสมการที่แบบจำลองเหล่านี้ใช้ไม่ได้คำนึงถึงความลาดชันเช่นเดียวกับการศึกษาของ Thaler การพังทลายของดินก็ถูกประเมินต่ำเกินไปเช่นกัน
Rick Cruse ศาสตราจารย์ด้านพืชไร่ที่ Iowa State University ซึ่งทำการวิจัยเกี่ยวกับการพังทลายของดินรวมถึงการสำรวจระยะไกลและภาพถ่ายจากดาวเทียม พบว่าผลลัพธ์ของ Thaler นั้นสมเหตุสมผล “เทคโนโลยีที่พวกเขาใช้อยู่ในวรรณกรรมและได้รับการพัฒนามาหลายทศวรรษแล้ว” เขากล่าว “เมื่อฉันดูภูมิทัศน์ที่พวกเขาทำประมาณการเหล่านี้ และดูการประมาณการทางเศรษฐกิจที่พวกเขาสร้างขึ้น ฉันไม่มีข้อโต้แย้งใด ๆ เกี่ยวกับสิ่งที่ได้ทำไปแล้วที่นี่”
Andrea Basche ศาสตราจารย์ด้านพืชไร่แห่งมหาวิทยาลัยเนแบรสกาซึ่งใช้ภาพถ่ายทางอากาศของทุ่งนาในระดับที่เล็กกว่า กล่าวว่าค่าประมาณ 35 เปอร์เซ็นต์อาจสูงไปเล็กน้อย และการตรวจสอบผลการสร้างแบบจำลองบนพื้นดินโดยการสำรวจดินด้วยตนเองเป็นสิ่งสำคัญ แต่เธอกล่าวว่าการศึกษานี้เป็นการใช้ข้อมูลเชิงพื้นที่โดยเฉพาะเพื่อแก้ไขปัญหาที่ยากลำบาก และอาจช่วยยกระดับรายละเอียดของการกัดเซาะเป็นปัญหาด้านสิ่งแวดล้อมที่เร่งด่วน “หลักฐานความเสื่อมโทรมของดินและการพังทลายของการเกษตรแบบเข้มข้นนั้นมีอยู่ทุกหนทุกแห่ง” เธอกล่าว “ฉันคิดว่าการศึกษามีความสำคัญต่อการยกระดับการสนทนาในประเด็นที่สำคัญอย่างยิ่งนี้”
การศึกษาของทาเลอร์แสดงให้เห็นขนาดการพังทลายของดิน แต่ยังไม่สามารถบอกได้ว่าการพังทลายนั้นเกิดจากการปฏิบัติของเกษตรกรในปัจจุบันหรือจุดสุดยอดอันยาวนานของประวัติศาสตร์เกษตรกรรมของทุ่งนา แถบข้าวโพดและเขตเกษตรกรรมอื่นๆ ในสหรัฐอเมริกามีการเพาะปลูกอย่างหนักเป็นเวลาหลายร้อยปี ในระหว่างนั้นทั้งสภาพอากาศและวิธีการเกษตรได้เปลี่ยนไป หากมีการทำนาเกือบต่อเนื่องเป็นระยะเวลานานเช่นนี้ เป็นการยากที่จะบอกได้ว่าดินชั้นบนนั้นสูญเสียไปอย่างต่อเนื่องในช่วง 200 ปีที่ผ่านมาหรือเกิดจากการกัดเซาะที่เกิดขึ้นเมื่อเร็วๆ นี้
Hannah Birgé นักวิทยาศาสตร์ด้านดินจาก The Nature Conservancy–Nebraska กล่าวว่า “ไม่ใช่การวิจารณ์การศึกษา แต่สิ่งที่พวกเขาทำคือภาพรวม “ฉันรู้ว่าชาวนาในเนบราสก้าจะพูดว่า ‘มันอาจจะเกิดขึ้น—เราได้ปรับปรุงดินครั้งใหญ่ตั้งแต่ช่วงทศวรรษ 1920 ถึง ’40’ แต่เราไม่ทำอย่างนั้นอีกแล้ว ดังนั้นสิ่งที่คุณเห็นคือ [การกัดเซาะ] ที่เก่าแล้ว’”
วิวัฒนาการของอุปกรณ์และการปฏิบัติทางการเกษตรส่งผลกระทบต่อขนาดการกัดเซาะในสหรัฐอเมริกามาเป็นเวลาหลายร้อยปี ผู้ตั้งถิ่นฐานเริ่มทำความสะอาดทุ่งหญ้าเกรตเพลนส์อย่างเป็นระบบในช่วงต้นทศวรรษ 1800 เนื่องจากคันไถจอห์น เดียร์กลายเป็นวัตถุดิบหลักของการไถพรวนแบบธรรมดา ซึ่งเป็นวิธีปฏิบัติในการขุดดินชั้นบนเพื่อปลูกเมล็ด ต่อมา รถแทรกเตอร์ขับเคลื่อนด้วยแก๊สได้ทำให้ทุ่งนาง่ายยิ่งขึ้น การไถพรวนเชิงรุกและการปลูกพืชเชิงเดี่ยวทำให้เกิดการสูญเสียดินชั้นบนอย่างไม่เคยปรากฏมาก่อนในช่วง Dust Bowl ในปีพ.ศ. 2478 ภายหลังจากความสูญเสียทางดินและความสูญเสียทางเศรษฐกิจ สภาคองเกรสได้สร้างบริการอนุรักษ์ดิน (ปัจจุบันเรียกว่าบริการอนุรักษ์ทรัพยากรธรรมชาติ) เพื่อส่งเสริมการทำการเกษตรที่ยั่งยืนมากขึ้น องค์กรสนับสนุนการปลูกแบบไม่ไถพรวน ซึ่งช่วยอนุรักษ์ดินชั้นบนโดยไม่ปั่นป่วนอย่างเข้มข้นเหมือนการไถพรวนแบบธรรมดา และคลุมพืชผล ซึ่งช่วยยึดดินให้เข้าที่และเติมเต็มธาตุอาหารในช่วงกลางถึงปลายทศวรรษ 1900 ทุกวันนี้ แนวทางปฏิบัติที่ยั่งยืนดังกล่าวเริ่มแพร่ขยายออกไปเมื่อความตระหนักรู้เกี่ยวกับดินแผ่ขยายออกไปเช่นกัน แต่มีนาน้อยกว่าหนึ่งในสี่ของประเทศที่ทำการเกษตรแบบไม่ต้องไถพรวน การพังทลายของดินเป็นปัญหาที่ช้าและยากต่อการสังเกต และแรงกดดันทางการเงินอาจทำให้เกษตรกรต้องทำงานในไร่แม้ว่าจะสงสัยว่าไม่ควรทำก็ตาม
ไทม์ไลน์ที่ช้าสำหรับการกัดเซาะและการเปลี่ยนแปลงในสุขภาพของดินเป็นสาเหตุหนึ่งที่ทำให้เกษตรกรหันมาใช้แนวทางการอนุรักษ์ได้ยาก “ไม่ใช่เรื่องยากสำหรับเกษตรกรเท่านั้น แต่ยังสำหรับผู้เชี่ยวชาญด้านทรัพยากรธรรมชาติและผู้กำหนดนโยบาย ในการจัดการกับสิ่งที่เปลี่ยนแปลงในช่วงเวลาที่ช้าเช่นนี้” Birgé กล่าว “ความเสี่ยงคือการตอบสนองจะช้า และทันใดนั้น คุณก็จะได้รับคำตอบที่ไม่เป็นเชิงเส้น ยกตัวอย่าง Dust Bowl มีการเปลี่ยนแปลงอย่างช้าๆ หลายทศวรรษ จากนั้นความเจริญ—30 ปีของการจัดการที่ผิดพลาดปรากฏขึ้นในหายนะ”
สำหรับเกษตรกรที่เป็นเจ้าของแทนที่จะเช่าที่ดิน แนวทางระยะยาวในการจัดการระบบนิเวศของฟาร์มสามารถชี้นำและสนับสนุนโดยหน่วยงานของรัฐบาลกลาง เช่น บริการอนุรักษ์ทรัพยากรธรรมชาติ ซึ่งช่วยให้เจ้าของที่ดินเพื่อเกษตรกรรมทำงานอย่างยั่งยืนและมีประสิทธิภาพ โครงการสงวนการอนุรักษ์ซึ่งจัดตั้งขึ้นอย่างเป็นทางการโดยกฎหมายฟาร์มปี 2528 จ่ายเงินให้เกษตรกรเพื่อหยุดการทำฟาร์มในพื้นที่ที่มีความอ่อนไหวต่อระบบนิเวศน์เป็นเวลา 10 ถึง 15 ปี Birgéกล่าวว่าเกษตรกรฉวยโอกาสโดยมีผู้ลงทะเบียนมากกว่าที่โปรแกรมจะจ่ายได้
“โครงการนี้ประสบความสำเร็จอย่างมาก” เธอกล่าว “สิบปีเป็นเวลานานในโลกของนโยบาย แต่เมื่อคุณนึกถึงการพังทลายของดินก็เป็นเพียงชั่วพริบตา มันเปลี่ยนภูมิทัศน์ไปในทางที่สำคัญจริงๆ แต่ตอนนี้มันอยู่ในจุดที่สามารถใช้เงินทุนเพิ่มขึ้นและปรับปรุงได้บ้าง”
ครูซตกลงว่าโครงการจูงใจทางเศรษฐกิจดังกล่าวมีความจำเป็นต่อการบำบัดการพังทลายของดิน
“มันท้าทายมากที่จะทำให้สิ่งต่าง ๆ เกิดขึ้น เพราะเราเป็นสังคมทุนนิยม และผู้คนสร้างรายได้ด้วยการทำฟาร์ม” ครูสกล่าว “อาจมีการต่อต้านในประชากรเกษตรกรในการจัดการไร่นาอย่างยั่งยืน เราต้องการโครงการของรัฐบาลที่จะจ่ายเงินให้ชาวนาไม่ทำฟาร์ม เราต้องการแรงจูงใจและกฎระเบียบ”
การขาดแคลนแรงจูงใจทางเศรษฐกิจเพื่อดำเนินการทำการเกษตรแบบยั่งยืนยังคงเป็นอุปสรรคสำคัญประการหนึ่งในการอนุรักษ์ดินเพื่อเกษตรกรรม แม้ว่าโปรแกรมอย่าง Conservation Reserve Program จะประสบความสำเร็จ แต่ก็ยังมีขอบเขตและเงินทุนที่จำกัด โครงการเกษตรของรัฐบาลกลางอื่น ๆ สามารถเน้นรายได้เหนือสิ่งแวดล้อม การประกันพืชผลซึ่งสร้างขึ้นเพื่อปกป้องเกษตรกรจากความพินาศทางการเงินอย่างกะทันหันหากพืชผลล้มเหลว รับประกันการชำระเงินที่กำหนดไว้สำหรับพืชที่ปลูก—ไม่ว่าจะอยู่ในดินที่มีความเสี่ยงที่อาจไม่สามารถสนับสนุนพืชผลที่ประสบความสำเร็จได้
“คนส่วนใหญ่ต้องการดูแลที่ดิน” จัดสันของเกษตรกรยุคใหม่กล่าว “แต่หากการดำเนินการเปลี่ยนแปลงการอนุรักษ์จะไม่แสดงประโยชน์เชิงบวกต่อพวกเขาในอนาคตอันใกล้ พวกเขาอาจมีโอกาสน้อยที่จะนำแนวปฏิบัติไปใช้เพราะพวกเขาไม่เห็นคุณค่าในการเปลี่ยนแปลงนี้จริงๆ”
เกษตรกรบางคนมีแรงจูงใจที่จะเปลี่ยนแปลงในทางที่ดีขึ้นและนำแนวความคิดระยะยาวมาใช้ หากไม่มีแรงจูงใจทางเศรษฐกิจโดยตรง วัตคินส์จึงตัดสินใจเปลี่ยนจากการทำฟาร์มแบบเดิมๆ มาเป็นแนวทางที่เน้นการอนุรักษ์ เช่น การปลูกหญ้าพื้นเมืองที่หลากหลาย โดยเริ่มตั้งแต่ต้นปี 1990 ในช่วงต้นทศวรรษ 2000 เขาตัดสินใจที่จะเพิ่มพืชคลุมดิน เช่น โคลเวอร์และหญ้าชนิต ซึ่งลดการพังทลายของดินและเพิ่มคุณภาพดินโดยไม่ต้องพึ่งปุ๋ย แม้ว่าเขาจะฝึกทำการเกษตรแบบไม่ต้องไถพรวนอยู่แล้วเพราะความลาดชันของไร่นาของเขา แต่ “การไถไถพรวน” ของฉันไม่เคยได้ผลเลยจนกว่าฉันจะเพิ่มพืชคลุมดิน” เขากล่าว
การทำฟาร์มที่ลดการกัดเซาะและเพิ่มผลผลิตพืชผลจะดีต่อสิ่งแวดล้อมในทางอื่นๆ ดินกักเก็บคาร์บอนไว้จำนวนมหาศาล มากกว่าส่วนอื่นๆ ของระบบนิเวศบนบก การใช้แนวทางการอนุรักษ์เช่นพืชคลุมดินสามารถลดรอยเท้าคาร์บอนของเกษตรกรและลดการพึ่งพาสารเคมีในดิน “แต่พวกเขาไม่ค่อยพูดถึงเรื่องเหล่านั้นในการประชุมเกษตรกร” วัตกินส์กล่าว “ข้อความหลักที่คุณได้รับในฐานะชาวนาคือหน้าที่ของคุณในการผลิตและไม่ต้องกังวลกับสิ่งเหล่านั้น”
“ข้อโต้แย้งคือเราต้องให้อาหารคน 9 พันล้านคนภายในปี 2050 และนั่นดูเหมือนจะทำให้ฉันต้องทำอะไรก็ตามที่ฉันต้องการกับที่ดิน ถ้าฉันจะทำข้าวโพด” วัตกินส์กล่าว “ฉันคิดว่าการสร้างธนาคารดินที่อุดมสมบูรณ์และอุดมสมบูรณ์นั้นสำคัญกว่าสำหรับเวลาที่ประชากรของเราเติบโตขึ้น แทนที่จะทำให้หมดไปในตอนนี้”
แม้จะมีความพยายามของชาวนาอย่างวัตคินส์และจัดสัน แต่แถบข้าวโพดส่วนใหญ่ยังคงไถพรวนตามอัตภาพ แรงจูงใจและความเสี่ยงทางเศรษฐกิจ เช่นเดียวกับบรรทัดฐานทางสังคม ยังคงผลักดันให้เกษตรกรจำนวนมากให้ความสำคัญกับผลผลิตประจำปีมากกว่าการอนุรักษ์ในระยะยาว และดังที่วัตคินส์และจัดสันกล่าวไว้ การเปลี่ยนวิธีปฏิบัติเพียงอย่างเดียวอาจไม่เพียงพอที่จะหยุดการพังทลายของดิน ไม่มีวิธีแก้ไขที่รวดเร็วและง่ายดายในการแก้ปัญหา แต่การเน้นไปที่การระดมทุนระยะยาวและการเพิ่มทุนสำหรับโครงการต่างๆ เช่น โครงการอนุรักษ์สิ่งแวดล้อม ถือเป็นจุดเริ่มต้นที่สำคัญ
หลังจากเพิ่มพืชคลุมดินแล้ว Watkins ยังคงเปลี่ยนฟาร์มแบบดั้งเดิมของเขาให้กลายเป็นแนวทางปฏิบัติที่ยั่งยืนโดยการปลูกหญ้าแฝกและต้นไม้พื้นเมืองเพื่อปรับปรุงดินและความหลากหลายทางชีวภาพ นอกจากนี้ เขายังเริ่มใช้ข้อมูลเชิงพื้นที่ที่เชื่อมโยงกับการคาดการณ์ทางการเงินเพื่อตัดสินใจว่าจะปลูกพื้นที่ส่วนใด “ฉันเริ่มทำสิ่งเหล่านั้นและไม่เพียงแต่ช่วยปรับปรุงผลกำไรของฉันเท่านั้น” เขากล่าว “แต่ฉันยังดูพวกเขาปรับปรุงคุณภาพดินและสัตว์ป่าของฉันด้วย”
