@農자료창고

옥수수가 미국의 경관을 지배하고 있다.

중서부와 대평원을 가로질러 펼쳐져 있는 미국의 옥수수 지대는 거대하다. 펜실베니아 중부부터 네브라스카 서부까지 약 2400km를 운전해서 가면 그 영광스런 모습을 볼 수 있다. 다른 작물은 옥수수의 발 끝에도 미치지 못한다. 

왜 그렇게 많은 옥수수를 재배하는가?

주요한 이유는 옥수수가  생산적이고 다방면에 쓰이는 작물이라 연구와 육종, 판촉 등에 많은 투자가 이루어지기 때문이다. 여타의 다른 작물과 비교하여 엄청난 생산량을 올리며, 미국의 어디에서나, 특히 중서부와 대평원에서 번성하고 있다. 게다가 깜짝 놀랄 정도로 많은 제품으로 변환시킬 수 있다. 옥수수는 옥수수 가루, 거친 옥수수 가루,  굵은 옥수수 가루, 단옥수수로 음식을 만들 수 있다. 동물 사료로 사용하여 돼지와 닭, 소를 살찌울 수도 있다. 또한 에탄올과 고과당시럽이나 심지어 생분해 플라스틱으로도 변환시킬 수 있다.

그렇게 많이 재배한다는 것이 놀랍지 않다. 

그러나 옥수수 체계로부터 옥수수 작물을 구별하는 것이 중요하다. 하나의 작물로서 옥수수는 매우 생산적이고 융통성 있으며, 성공적이다. 지난 몇 십 년 동안 미국 농업의 기둥이었으며, 앞으로도 미국 농업에서 중요한 부분을 담당할 것이란 사실은 의심의 여지가 없다. 그렇지만 대부분의 사람들이 옥수수 체계에 의문을 갖기 시작했다. 어떻게 옥수수가 다른 작부체계와 비교하여 미국의 농업을 지배하게 되었는가? 어떻게 옥수수가 미국에서 주로 에탄올과 동물 사료, 고과당 시럽으로 사용되었는가? 어떻게 옥수수가 자연자원을 소비하고 있는가? 어떻게 옥수수는 정부에게 특혜를 받는가? 

현행 옥수수 체계는 네 가지 이유에서 미국에게 좋지 않다. 

미국의 옥수수 체계는 사람들을 먹여살리는 데 비효율적이다. 농업의 첫째 목적은 사람을 먹여살리는 것이라는 점에 대해서 대부분의 사람들이 동의할 것이다. 다른 목적들—특히 소득을 만들고, 일자리를 창출하며, 농촌개발을 증진시키는 일— 역시 매우 중요하지만, 모든 농업 체계의 궁극적인 성공은 그것이 늘어나는 인구에게 먹을거리를 얼마나 잘 제공하는지로 측정하게 된다. 결국 사람들을 먹여살리는 일은 농업의 으뜸가는 존재 이유이다. 

그렇다, 동물에게 옥수수를 먹이면 주로 유제품과 육류의 형태로 사람들에게 소중한 먹을거리를 생산한다. 하지만 그 과정에서 칼로리와 단백질이 많이 손실되는 일이 생긴다. 옥수수를 먹인 동물에서 육류와 유제품의 칼로리로 얻는 변환 효율은 동물의 사육 체계에 따라 다르지만 약 3~40%의 범위이다. 이는 실제로는 적은 양의 옥수수 작물이 미국인을 먹여살리는 데 쓰인다는 것을 뜻한다. 산술적으로 살펴보자. 아이오와의 평균적인 옥수수밭은 연간 1200평당 1500만 칼로리 이상을 생산할 수 있다(만약 옥수수만 먹으며 하루 3000칼로리를 소비한다면, 1200평으로 14명이 먹기 충분). 그러나 현재 옥수수는 에탄올과 동물 사료에도 할당되어 있어서, 결국 연간 1200평당 300만 칼로리를 음식으로 얻는다고 추산된다. 그것은 주로 육류와 유제품으로 제공되어 1200평당 단 3명만 먹고 살 수 있다. 이는 방글라데시와 이집트, 베트남의 농업에서 얻는 평균 식품 칼로리보다 낮은 수치이다. 미국의 옥수수는 일반적인 생산량이 1200평당 140~160부쉘로 매우 생산적인 작물이지만, 옥수수 체계에서 얻는 음식은 매우 적다. 오늘날 옥수수 작물은 주로 생물연료(미국 옥수수의 약 40%는 에탄올로 사용됨)와 동물 사료(에탄올을 생산하고 남은 깻묵을 더하여 미국 옥수수의 약 36%는 소와 돼지, 닭에게 먹임)로 쓰인다. 그 나머지는 대부분 수출한다. 미국 옥수수 작물의 아주 적은 일부만 대부분 고과당 시럽으로 직접적으로 미국인이 먹는다.

즉, 옥수수 작물은 매우 생산적이지만, 옥수수 체계는 사람을 먹여살리는 대신 자동차와 동물을 먹여살리고 있다. 

미국의 옥수수 체계에서 유래하는 식품을 개선하기 위한 몇 가지 방법이 있다. 첫 번째로 가장 중요한 것은, 생물연료에서 옥수수를 제외시켜 세계를 위해 더 많은 식량을 생산하는 것이다. 이를 통하여 곡물에 대한 수요를 낮추어 상품의 가격 압박을 완화하고, 세계 소비자들의 부담을 줄일 수 있다. 또한 옥수수를 먹인 고기를 덜 먹거나, 더 효율적인 유제품과 돼지고기, 닭고기, 풀을 먹인 소고기 체계로 나아감으로써 옥수수를 덜 소비하여 옥수수 생산량에서 더 많은 음식을 얻을 수 있도록 하는 것이다. 그리고 여타의 작물과 풀을 먹이는 동물사육 등 옥수수 지대의 농업 체계를 다양화하여 현행 체계보다 더 많은 식량을 충분히 생산할 수 있다. 그리고 그것이 더 다양하고 균형잡힌 음식이다. 

옥수수 체계는 더 많은 자연자원을 사용한다. 그 체계는 세계의 다른 체계와 비교하여 더 많은 음식을 제공하지도 않으면서 자연자원의 상당한 부분을 계속하여 사용하고 있다. 

미국에서 옥수수는 약 1190억 평에 펼쳐져 있어 다른 어떤 작물보다 더 많은 농지를 사용한다. 이는 캘리포니아와 맞먹는 넓이이다. 미국 옥수수는 또한 미국의 강과 대수층에서 가져온 관개용수를 연간 9입방킬로미터 정도 사용한다고 추산되는 등 담수 자원의 막대한 양을 소비한다. 그리고 옥수수에 주는 화학비료는 엄청나다. 연간 질소 560만 톤 이상을 화학비료를 통해 옥수수에 준다. 이와 함께 분뇨를 통해 약 100만 톤의 질소를 준다. 이렇게 많은 양의 화학비료과 엄청난 양의 흙과 함께 미국의 강과 호수, 바다로 흘러들어가서 물을 오염시키고, 가는 곳마다 생태계를 파괴하고 있다. 멕시코만의 죽음의 구역(dead zone)이 가장 큰데, 대표적인 사례이다. 

그리고 옥수수 재배에 쓰이는 자원은 엄청나게 증가하고 있다. 2006~2011년 사이 미국에서 옥수수 재배에 쓰이는 농지의 면적은 16억 평 이상 증가했는데, 이는 주로 에탄올에 대한 수요가 높아지며 옥수수 가격이 상승해서 그렇다. 이러한 새로운 옥수수밭의 대부분은 밀밭(약 3500만 평이 사라짐)과 귀리밭(약 2100만 평이 사라짐), 수수밭(약 1200만 평 사라짐), 귀리, 알팔파, 해바라기와 기타 작물을 재배하던 농지였다. 그렇게 더 많은 농지가 옥수수의 대규모 단작에 할애되면서 미국의 농업 경관의 다양성은 감소하게 되었다. 국립 과학아카데미 회보에 실린 최근의 연구에 따르면, 서부의 옥수수 지대에서 2006~2011년 사이 약 1600만 평의 목초지와 초원이 옥수수와 기타 용지로 전환이 되면서 수로와 습지 및 그에 서식하던 종들에게 위협이 되고 있다.

이렇게 토지와 수자원, 화학비료, 토양에 대한 비용을 함께 놓고 보면, 옥수수 체계가 음식으로 적절한 혜택을 제공하는 미국의 다른 어떤 농업 체계보다 더 많은 자연자원을 사용한다고 주장할 수 있다. 이는 달갑지 않은 거래이다. 세계에 상대적으로 적은 음식과 영양가를 제공하면서 자연자원을 고갈시키고 있다. 그런 식으로 할 필요는 없다. 혁신적인 농민들은 화학적 투입재와 수자원 사용, 토양 손실과 야생생물에 대한 악영향을 엄청나게 줄일 수 있는 더 나은 관행농업과 유기농업, 생명공학, 보존농법을 포함한 다양한 옥수수 재배법을 탐구하고 있다. 미국의 농민들이 이러한 개선을 지속해 가도록 북돋아줘야 한다. 

옥수수 체계는 충격에 매우 취약하다. 단일 작물의 작부체계로 농지의 대부분을 차지한 대규모 단작 방식은 공업형 규모로 옥수수를 재배하는 효율적이고 수익성 좋은 방식일지 모르지만, 거기에는 너무 적은 다양성과 함께 너무 큰 대가가 존재한다. 충분한 시간이 주어진다면,  가장 거대한 대규모 단작은 종종 엄청날 정도로 실패하곤 한다. 그리고 오늘날의 높은 수요와 낮은 곡물재고량과 함께 옥수수의 가격이 매우 불안정하여, 세계 농상품의 가격 폭등을 추동하고 있다. 이러한 상황에서 하나의 재해, 질병, 해충이나 경제불황은 옥수수 체계에 주요한 장애를 일으킬 수 있다.

옥수수 생산의 획일화된 모습은 식량 가격부터 사료 가격과 에너지 가격에 이르기까지 영향을 미치는 미국 농업의 구조적 위기를 나타낸다. 또한 미국 경제와 상황이 악화되면 그 비용을 부담할 납세자들에게 위협이 될 수 있는 잠재성도 있다. 이것은 로켓 과학이 아니다. 누구라도 단 하나의 기업이 지배하는 뮤추얼 펀드에는 투자하지 않을 것이다. 너무나 위험하기 때문이다. 그러나 미국의 농업은 그런 일을 벌이고 있다. 간단하게 말해서, 우리의 너무 많은 농업 체계라는 달걀을 하나의 바구니에만 담고 있는 것이다. 

더욱 탄력적인 농업 체계는 다양한 작물과 목초지, 초원과 함께 경관을 풍부하게 하며 옥수수의 대규모 단작에서 전환하여 작물을 다양화함으로써 시작될 것이다. 더욱 긴밀하게 자연 생태계를 모방하고, 여러해살이 식물과 다양한 한해살이 식물을 혼합하는 일이 포함될 것이다. 또한 토양의 구조와 유기물 함량 및 보수력을 회복시킴으로써 토양의 환경을 개선하여 홍수와 가뭄에 훨씬 탄력적인 경관을 만드는 보존경운과 유기농법이 포함될 것이다. 그 종합적인 결과가 다가올 가뭄이나 홍수, 질병과 해충에 더 잘 대응할 수 있는 경관이 될 것이다. 

옥수수 체계는 납세자들에게 큰 비용을 부담지운다. 마지막으로, 옥수수 체계는 직불금과 작물보험금, 에탄올 생산 의무금을 포함하여 미국 정부에게서 다른 작물보다 더 많은 보조금을 받는다. 1995~2010년 사이 미국의 작물 보조금은 도합 약 900억 달러에 이른다. 여기에는 옥수수의 가격 상승을 부추긴 에탄올 보조금은 포함시키지 않았다. 

오늘날 가장 많은 옥수수 보조금의 하나는 연방정부가 지원하는 작물보험의 형태로 받는다. 사실 2012년 미국의 작물보험 프로그램은 20억 달러 이상을 지불한 것으로 추산된다. 이는 예전의 기록을 경신한 것이다. 놀랍게도 이러한 기록적인 보조금이 역사사 가장 옥수수 농업에 수익이 많았던 해에도 지불되었다. 2012년의 가뭄으로 미국의 옥수수는 기록을 깨뜨리며 높은 가격으로 팔려 나갔다. 기록적인 판매를 한 해에 기록적인 보조금을 주었다는 것이 이해가 되는가?

물론 일부의 농민은 가뭄으로 다른 사람보다 큰 피해를 입었고, 작물보험 프로그램은 이러한 손실을 메워주기 위하여 마련된 것이다. 그것은 훌륭한 목표이다. 그러나 납세자가 결코 수확되지 않은 작물을 위해 더 많은 비용을 지불해야 하는가? 

가장 큰 공익을 달성할 수 있게 세금을 집중시키도록 미국의 작물 보조금 프로그램을 다시 생각해야 한다. 수확에 실패하여 공적 비용으로 얻을 것은 없지만, 농민이 자연재해로 입은 손실을 만회하도록 도와야 한다. 또한 어떠한 특정 농상품 작물만이 아니라 손실로 고생하는 모든 농민을 돕는 것을 고려해야 한다. 토양침식과 유실을 감소시키고, 토양과 생물다양성을 개선하고, 농촌에 일자리를 제공하는 농민을 지원하는 방향으로 주의를 돌려야 한다. 농민은 미국의 가장 비옥한 토지를 지키는 청지기이며 이러한 자원을 소중히 관리하는 그들의 작업에 보상을 해야 한다.

요점: 옥수수에 대한 새로운 접근방식이 필요하다

작물의 하나로서 옥수수는 놀라운 존재이며 미국 농업의 중요한 부분이다. 그러나 우리가 현재 알고 있듯이 옥수수 체계는 농업에서 가장 거대하고 강력하여, 근대 미국 역사에서 다른 어떤 농업 체계보다 많은 토지와 자연자원 및 납세자들의 세금을 소비하고 있다. 거대한 대규모 단작은 취약하고 불안한 방식이며, 불안정하게 공개적으로 자금을 지원받아 보조금을 타고 있다. 에탄올이나 동물 사육에 쓰이며 많은 칼로리 손실이 일어난 결과, 우리의 식량체계에 미치는 혜택은 빈약하다. 즉 자연과 재정 자원에 대한 투자가 우리의 먹을거리와 농촌 지역사회, 연방 재정이나 환경에 대한 최고의 배당금으로 되돌려받지 못하고 있다는 것이다. 그러한 체계를 전환할 시간이다. 

그러한 체계는 어떤 모습일까?

이렇게 전환된 농업 체계는 더 다양한 경관을 나타낼 것이다. 옥수수와 함께 여러 종류의 곡물과 유지작물, 과일, 채소, 방목지와 초원이 함께 경관을 구성할 것이다. 생산방식은 관행농업, 보존농업, 생명공학, 유기농업의 최고의 방식이 혼합될 것이다. 보조금은 비옥한 토양과 깨끗한 물을 보존하며 미래세대를 위해 경관을 풍부하게 하면서 더욱 건강하고 영양가 많은 먹을거리를 생산하는 농민에 대한 보상을 목표로 할 것이다. 이러한 체계는 우리가 지금 가진 체계보다 더 많은 사람들을 먹여살리고, 더 많은 농민을 고용하며, 더욱 지속가능하고 탄력적일 것이다.  

거대한 옥수수 체계 -주로 로비스트, 동업자단체, 거대 기업, 정부에 의해 창조된 거인- 에 대한 이러한 비판은 농민을 대상으로 하는 것이 아니라는 데에 주목하는 것이 중요하다. 농민은 미국에서 가장 힘들게 일하고 있는 사람들이며, 지역사회의 기둥이다. 이러한 문제에 대해 간단하게 그들을 비판하는 것은 잘못된 것이다. 지금 같은 경제적이고 정치적인 상황에서 그들이 옥수수를 재배하지 않는 것은 미친 짓이다. 농민은 단순히 시장과 정책이 요구하는 바를 제공할 뿐이다. 여기에서 바꿔야 하는 것은 농민이 아니라 체계이다.

그리고 무슨 일이 일어나더라도 이것이 옥수수의 종말을 의미하는 것은 아니다. 그로부터 멀어지자. 옥수수 작물은 늘 미국 농업에서 주요한 역할을 담당할 것이다. 그러나 자연자원과 공공의 자금을 지배적으로 사용하면서 먹을거리와 영양가는 다른 농업 체계보다 덜 제공하는 현재의 옥수수 체계는 더 나은 해결책을 바라는 어려움 앞에 놓여 있다.

비료산업및친환경비료.pdf

고품질농산물과 환경에 대한 관심의 증가로 친환경 농산물에 대한 수요가 확대됨에 따라 친환경비료의 수요는 급팽창되고 있다. 그러나 아직까지 국내 농업에서는 화학비료를 대체할 수 있는 친환경비료의 개발이 미진하여 친환경농업의 진행이 어렵게 되자 유기농업으로 전환되고 있는 추세이다. 유기농업에는 환경적인 문제점과 토양에 영양성분 과잉축적 등 문제점이 발생되고 있어 이를 개선시킬 수 있는 친환경비료의 개발이 절실한 여건이다. 본고에서는 국내 비료산업의 기존현황을 토대로 친환경비료의 개발 및 향후 진행방안을 소개하고자 한다.

농민이 농지에 인공 질소비료를 뿌리고 있다. eutrophication&hypoxia/Flickr

최근 Nation 기사에서, 아름다운 Elizabeth Royte 씨는 수압 분쇄 또는 프랙킹과 식량 공급 사이의 직접적인 관계에 대해 캐냈다. 요컨대, 화학물질을 섞은 액체로 암반을 파괴하여 천연가스를 추출하는 것은 오염된 물을 남긴다 —그리고 오염된 물이 우리가 먹는 작물과 가축에 들어갈 수 있다. 

그러나 식량/프랙킹의 관계에는 우리가 알던 것 말고 다른 사실도 있음이 최근에 알려졌다. 미국 농업은 인공 질소비료에 지나치게 의존하고, 질소비료는 천연가스를 연료로 하는 가공을 통해 합성된다. 미국의 천연가스 공급이 프랙킹을 통해 더욱더 공급되면, 농민들이 사용하는 질소비료도 프랙킹을 통한 천연가스에서 더욱더 생성될 것이다. 만약 대형 농업이 화학비료의 수요를 충족시키고자 값싼 프랙킹 가스에 매혹된다면, 화석연료 산업은 프랙킹 사업에 대한 규제를 깔아뭉개고 반대측과 맞설 강력한 동맹을 얻을 것이다. 

프랙킹한 질소비료(N으로 알려진)의 성장에 대한 잠재력은 엄청나다. 2000년대 기존의 미국 천연가스의 공급원이 고갈되어 가격이 치솟을 때, 미국의 화학비료 산업은 주로 트리니다드토바고처럼 기존의 천연가스가 여전히 상대적으로 풍부한 해외로 나가 채취했다. (이에 대해 2010년  Grist의 기사를 참조) 2009년 미국 농무부 문서의 아래 도표는 2000년대 국내의 질소비료 생산이 얼마나 빨리 변화했는지 보여준다. 

질소비료의 시대: 2000년대 질소비료 생산이 미국의 천연가스 가격의 상승으로 해외로 이전됐다. Source: USDA

한편, 프랙킹 붐은 미국의 천연가스를 갑자기 풍부하게 만들었다 —그리고 가격을 끌어내렸다. 현재 미국 천연가스의 비티유(Btu) New York Times에서 최근 보고했듯이, 2008년보다 75% 이하의 비용이 든다. 한편, 질소비료의 가격은 높은 작물 가격으로 강한 수요가 꾸준하여 높은 수준으로 유지되고 있다. 그러한 상황 —낮은 투입재 가격에 최종 생산품에 대한 높은 가격이 더해지는— 은  미국 시장에서 호황을 누리는 값비싼 질소비료를 생산하기 위해 값싼 미국의 천연가스를 활용하는 기업의 잠재적 노다지 광맥을 의미한다. 오늘날, 베네수엘라 해안 저편에 위치한 미국의 주요 질소 수입원인 섬나라 트리니다드토바고는 2000년대 초반의 미국과 같은 상황에 놓여 있다: 기존에 쉽게 채굴하던 천연가스의 공급이 다하고 있다. 2012년, 국제통화기금(IMF)는 현재의 채굴속도로는 그 국가에서 2019년까지만 채굴할 수 있을 것이라고 추산했다.

Kay McDonald가 다음 글(http://blog.daum.net/stonehinge/8727580)에서 표현했듯이 별로 놀랍지 않은데, 산업이 프랙킹 붐의 이득을 취하러 미국으로 되돌아오기 시작하고 있다. McDonald는 천연가스 수송관에 인접한 아이오와주에서 이집트 회사인 Orascom이 14억 달러의 새로운 대형 질소비료공장 건설사업을 9월에 발표한 사실을 지적했다. Wall Street Journal에 따르면, "값싼 미국의 천연가스 공급과 세계의 가장 중요한 식량 공급자라는 국가의 역할"이 미국 시장으로 이집트의 거인을 끌어들였다.

그리고 난 뒤 미국의 화학비료 거인 CF Industries는 11월에 루이지애나와 아이오와에 있는 기존의 질소비료공장의 확장사업에 38억 달러를 투자한다고 발표했다. MarketWatch는 "낮은 천연가스 비용과 높은 곡물 가격의 이득을 취하기 위한" 움직임이라고 보고했다. 같은 달, 미국 소유의 농산업 기업인 CHS는 노스다코다에 질소비료 공장을 세우기 위해 12억 달러를 투자하겠다고 발표했다. Associated Press의 기사는 그러한 사업에서 잠재적 이윤을 맛본다고 했다: "천연가스 가격이 현재 28세제곱미터에 약 2.50달러이다. 그러한 가격에서, 1톤에 약 800달러에 팔리고 있는 암모니아 1톤을 만들기 위해 약 82달러의 천연가스가 든다."

현재, 이러한 투자를 이끌고 있는 초과 이윤에 대한 약속이 없다는 데에 주의해야 한다. 에너지 가격은 매우 유동적이고, 그 산업은 미래의 이익에 대한 희망에 수십 억을 내놓는 것에 수반되는 위험에 조심해야 한다. 납세자로 들어가자: 이러한 사업은 국가, 주, 지자체 차원에서 공공자금으로 서명되고 있다. 아이오와 공장의 확장에 대한 보상으로, CF Industries은 주 정부로부터 7000만 달러 이상의 세제혜택 받았고, Woodbury County로부터 공장 건물에 대하여 20년에 걸쳐 1억 6100만 달러의 재산세를 감면받았다고 Sioux City Journal은 보고한다. 루이지애나 역시 기업의 확장에 대해 몇 백만 달러의 세금을 깎아줄 것이다.

Orascom이 건설하는 아이오와의 공장 같은 경우  주 정부의 경제적 재해복구를 돕기로 한 연방정부의 대출프로그램을 통하여 자금지원을 받고 있다 —아이오와의 2008년 홍수. Orascom에게 민간 시장보다 훨씬 낮은 이율을 허락한 대출프로그램은 사실상 보조금이다 —그 기업이 건설에 대한 이자 지급에서 3억 6000만 달러를 절약할 것 같다고 Des Moines Register는 보고했다. 그리고 아이오와주가 그 사업에 허용한 세금감면액은 최고 1억 달러이다.

납세자들은 이러한 사탕과 교환하여 무엇을 얻고 있는가? 내가 볼 때, 별로 없다. 공업형 농업의 인공 질소비료에 대한 지나친 의존이 일련의 환경오염 문제를 일으킨다: 과다한 질소가 하천으로 흘러가고 결국 미시시피강으로 흘러들어 바다 생물을 파괴하는 엄청난 적조의 먹이가 된다; 이산화탄소보다 300배 강력한 온실가스인 아산화질소를 배출한다; 그리고 토양의 유기물을 파괴한다.

그들이 프랙킹의 확산과 그에 대한 강한 규제에 압력을 가하듯이, 우려하는 시민들은 대형 석유회사만큼 강력하고 돈이 많은 경쟁자에게 의지할 수 있다: 대형 농업. 벌써 근본적으로 대형 농업 회사의 로비스트로 활동하는 미국농업협회(Farm Bureau Federation)는 논란의 여지가 있는 에너지원을 지지한다: "농업협회는 수압 분쇄의 사용을 포함하여 석유와 천연가스의 탐사와 생산에 대한 추가적인 방법을 지지한다"고 2012년 10월 정책성명에서 선언했다. 그러나 농업협회와 그 농산업 동맹들은 프랙킹 규제에 대한 싸움에서는 많은 역할을 하지 않고 있다. 비료산업이 값싼 미국의 천연가스에 의존하게 됨으로써, 상황이 변할 듯하다. 보조금을 받는 새로운 대규모 사업으로 질소의 사용을 지지하기보다, 공공정책은 질소가 덜 필요한 농법을 촉진하는 길을 모색할 수 있다. 한 가지 분명한 전략은 다양화이다. 가장 많이 심는 미국의 작물인 옥수수는 다른 작물보다 질소를 많이 필요로 한다. 아이오와 주립대학 Leopold Center의 연구자들이 작성한 2012년의 논문은 전형적인 중서부의 옥수수-콩 작부체계에 질소를 고정시키는 덮개작물에 더하여 "작은 곡물(귀리나 밀 등)"을 추가하여 확장함으로써, 농민들이 질소 수요를 80% 이상 줄일 수 있음을 보여주었다(이에 대해서는 다음을 참고하라 http://blog.daum.net/stonehinge/8726899) (또한 국내에서도 논에서 보리를 재배해 갈아엎는 것으로 수확량이 오른다는 연구결과도 있다 http://blog.daum.net/stonehinge/8725911). 그러한 변화를 촉진하는 정책들에 투자하는 것이 장기적으로 프랙킹 가스에 의존하는 쪽으로 나아가는 화학비료산업에 보조금을 지급하는 것보다 훨씬 현명한 일일 것이다. 

diversifying-corn-soybean-rotations.pdf

출처 http://goo.gl/758Aj

아래는 지렁이 분변토에 대한 뉴욕타임즈의 기사다.

지렁이 분변토로 축산 분뇨를 처리한다는 대목은 한국에서도 관심을 기울일 만하다. 올해(2013년)부터 한국도 가축분뇨의 해양투기가 금지되었기 때문이다. 그래서 각지의 지방자치단체에서는 이를 자원화(축산퇴비)한다며 대규모 시설을 지었는데, 거기서 생기는 문제도 골치가 아프다. 자원화 시설이 지어질 곳의 주민들이 악취와 지하수 오염 등을 들며 반대하는 일이 많기 때문이다. 실제로 그러한 대규모 자원화 시설의 주변에 가보면 냄새가 나기는 나더라.

대규모 자원화 시설을 짓는 데에는 경제성이란 점이 가장 크게 작용할 것이다. 그런데 그 크기를 조각조각 나누어 작은 규모의 지렁이 분변토 업체를 만드는 것은 어떨까 하는 생각이 이 기사를 보면서 들었다. 그렇게 분산된 만큼 기존 자원화 시설의 규모와 운영을 좀 줄여서 악취 같은 문제를 완화할 수는 없을까?

물론 분변토가 만병통치약은 아니다. 한때 지렁이 분변토에 큰 관심을 기울였던 적이 있다. 그렇다고 자세하고 깊게 파지는 않아서 어설픈 지식이긴 하다만, 지렁이 분변토를 사용해 보니 가장 큰 장점은 토양의 성질을 개선하는 개량제로서는 더할 나위 없이 훌륭하다는 것이었다. 그런데 문제는 거름기가 약하다는 데 있다. 한국의 토양은 화강암이 모암이라 그런지 거름이 잘 빠져나가는 특성이 있다. 그래서 유럽이나 미국의 토양과 달리 거름기가 부족하다는 약점이 존재한다. 그런데 지렁이 분변토는 그를 보완해줄 만큼 거름기가 세지 않다. 지렁이 분변토를 쓰더라도 함께 거름기를 좀 보충해줘야겠다는 생각이 들었다. 이는 전적으로 내 짧은 경험과 지식에 기반한 것이니 다른 의견이 있으시다면 일러주시길...

아무튼 미국에서도 지렁이 분변토는 매우 일부의 일이겠지만, 다양한 중소규모의 기업들이 벤처자금 등을 받으며 설립되어 운영된다는 점이 흥미롭다. 역시 사업가 정신의 나라답다. 이런 점이나 배울 것이지 한국은 이상한 점만 본받으려고 한다. 

퇴비 만들기 붉은줄지렁이는 캘리포니아 Sonoma Valley의 지렁이농장에서 분변토를 만드는 데 활용된다.

오래된 닭장들을 따라, Jack Chambers 씨는 소똥과 수백 마리의 줄지렁이가 가득 찬 거대한 금속상자의 제국을 건설했다. 

“내 친구들은 모두 비행가와 배를 가지고 있다”고 전직 비행기 조종사인 Chambers(60) 씨는 말한다. “나는 지렁이 농장을 한다.”

스스로 "지하운동"이라 부르는 Chambers 씨의 20년의 투자가 성과를 올릴 것이다. 새로운 연구에 따르면, 그가 선구자를 도와 제조한 생산물인 분변토라 부르는 지렁이가 만든 토양첨가물이 식물에게 다양한 혜택을 준다 —다른 종류의 퇴비나 화학비료를 주는 것보다 더 활기차게 자라도록 돕고, 병해충에 강해지도록 만든다.

지렁이의 소화과정은 “미생물에게 정말로 좋은 배양기”임이 판명되었다고 하와이대학 원예학과의 Norman Q. Arancon 조교수는 말한다. 

그리고 지렁이가 배설할 때 빠르게 증식하는 이러한 미생물들은 토양생태계를 바꾸어 놓는다. 일부는 식물이 더 잘 성장하도록 뿌리에 유용한 질소를 공급한다. 미생물의 다양성과 숫자가 많아지면 토양의 병원균을 이기도록 한다. 

Arancon 조교수는 이와 대조적으로 인공적인 화학비료와 농약에 과도하게 노출된 토양은 미생물의 숫자와 다양성이 부족하고 질이 떨어지는데, 분변토의 미생물을 넣어줌으로써 자연적으로 회복될 수 있다고 한다.

일부 전문가와 사업가들은 지렁이가 다른 문제도 도와주기를 바란다: 목장이나 다른 축사에서 나오는 동물 똥의 처리. 

뉴욕 에이번에 있는 회사인 Worm Power는1년에 한 목장에서 나오는 똥 4535톤을 —젖소가 싸는 양의 약 40%— 1134톤의 분변토로 변환시킨다. 2003년 회사를 설립한 전직 지방자치단체의 폐기물 기술자 Tom Herlihy 씨는 벤처자금에서 600만 달러 이상과 주로 코넬대학에서 200만 달러의 연구교부금을 받았다고 한다. 

여기 캘리포니아 북부 Chambers 씨의 Sonoma Valley Worm Farm 은 약 50만 파운드의 분변토를 생산했는데, 봄에 더 늘릴 계획이다. 그는 뚜껑이 달린 기다란 금속상자에 소똥과 30~40만 마리의 줄지렁이를 넣었다 —무게로 136~181kg. 지렁이가 활동하여 소똥을 좋은 피트모스처럼 보이는 비옥하고 무른 분변토로 만든다.

수백만 마리의 지렁이가 헤집고 다녀 완전히 부숙된 분변토가 되기까지 약 6개월이 걸린다. Chambers 씨는 계속하여 2m 정도의 똥을 추가하고 1주일에 분변토 1m 정도를 얻는다. 완성된 분변토는 불필요한 부분을 없애고 상자에서 한번에 들어낸다. 자리를 잡은 곳에서 몇 년이고 계속할 수 있다. 

소똥을 지렁이 상자에 넣기 전에 전 처리 과정을 거친다. 쌓아놓고서 풀씨나 대장균 같은 병원균이 죽을 만큼 자연적으로 뜨거워지게 한다. 

분변토의 특성은 화학비료나 퇴비와 다른점이 있다. “그건 재밌고 복잡하다”고 30년 이상 전 세계에서 분변토에 대해 가르친 노스캐롤라이나 주립대학의 외부전문가 Rhonda Sherman 씨가 그 주제로 열린 연례회의에서 이야기했다. 

그녀는 “어떤 식물은 젖소의 똥으로 만든 분변토에 잘 반응하”고, “다른 식물은 음식물쓰레기 분변토에 더 잘 반응한다”고 말한다. 그 점이 다양한 식물에 맞춘 “전문 분변토(boutique composting)”를 낳게 했다.

미국 서해안의 회사인 California Soils는 재활용하기에 너무 짧은 마분지 폐기물을 부수는 데 지렁이를 활용한다. 종이를 붙이는 데 사용된 접착제는 지렁이에게 중요한 질소 공급원이 된다. “이건 견과류나 매실 농민에게 정말 좋은 제품이다”라고 회사의 대변인 Mitch Davis 씨가 말한다. 또한 호두나무를 괴롭히는 몰식자와 세균성 병을 억제하는 데에도 도움이 된다고 한다. 

찰스 다윈이 좋아하는 유기체로 지렁이를 꼽은 건 이유가 있다: 그들은 어떠한 것이라도 부술 수 있을 것 같다. 연구에 따르면 그들은 토양의 독성과 기타 중금속을 없앨 수 있다고 한다. 

지령이 분변토로 만든 다른 제품으로는 Chambers 씨가 통기장치를 사용하여 추출하여 때로는 tea라고 부르는 농축액이 있다. Arancon 조교수는 이 추출물의 1% 용액만으로도 분변토와 똑같은 효과를 낸다고 한다. 

코넬대학의 식물병리학자 Eric Nelson 씨는 어떻게 퇴비가 질병을 억제하는지에 대해 연구하고 있다. 그는 Worm Power의 제품이 기존의 퇴비보다 더 효과가 좋은데, 아마 높은 균일성 때문인 것 같다고 한다. “핵심은 왜 이러한 미생물이 그런 일을 하는지 이해하는 것이다”라고 Nelson 씨는 말한다. 그러고 나서 아마도 그 작용기제를 향상시킬 수 있을 것이라 한다. 

지렁이 분변토는 다른 퇴비의 약 10배의 가격으로 충분히 값을 매길 수 있다고 여겨진다.

아직도 업계에서는 이미지 문제로 골치를 앓는다. “뒤뜰에 귀여운 지렁이가 담긴 상자를 가져다 놓고 페기물을 처리하도록 하는 전략을 실행하게 하기가 어렵다”고 코넬대학에서 분변토를 공부하여 박사학위를 따고 아리조나의 프레스컷 전문대에서 강의하는 Allison Jack 씨는 말한다. 

제품의 품질이 너무 다양하고 산업표준이 없기에 누구나 분변토 제품을 팔 수 있다.

한동안, 지렁이 사업은 사기꾼 천국이었다. 회사들이 농민에게 더 많은 지렁이를 키워 분변토를 생산하여 되팔 수 있다고 꼬시며 지렁이를 팔았다. 이들 가운데 일부는 다단계 사기로 밝혀졌다.

그래도 분변토의 특성은 농민들에게 오랫동안 인정받았다. Napa Valley에 있는 Round Pond Estate 양조장의 포도밭 관리자 Jeff Dawson 씨는 자신이 10년 이상 써온 Chambers 씨의 분변토를 신뢰한다.

“포도를 심을 때 포도나무 한 그루의 구멍에 반 컵 정도 넣으면 포도나무가 훨씬 빨리 뿌리를 내려 안정된다”고  Dawson 씨는 말한다. “그리고 더 건강하게 자란다.”

이는 캘리포니아에 Cambers 씨의 고객 가운데 일부인 의료용 마리화나 재배자들도 그런 반응을 보인다. “그들이 현금을 안긴다”고 그는 말한다.

출처 http://goo.gl/0XWJ0

스리랑카 Sandamalgama 마을의 우물에서 목욕하는 여인.

니카라과 Chichigalpa 근처의 사탕수수밭에서 일하던 남편과 동료들의 사진을 들고 있는 여인. 남편은 만성 신장질환으로 사망했다; 그의 네 아들도 현재 병에 걸렸다. 사진: 

니카라과 Chichigalpa 근처의 La Isla 마을에서 잠든 아이를 안고 있는 남자. 그는 알 수 없는 만성 신장질환에 걸렸다. 사진:

니카라과 Chichigalpa 근처의 마을에 사는 만성 신장질환으로 아버지가 사망한 아이들이 음식을 포장하려고 나뭇잎을 모은다. 사진: 

니카라과 La Isla에 사는 아이들이 근처 냇가에서 놀고 있다. 근처 사탕수수 플랜테이션에서 일하는 노동자들은 10년 가까이 농약과 노동환경이 이 지역의 만성 신장질환의 유행에 책임이 있다고 주장했고, 연구자들이 만성 탈수증이 중요한 요인이라는 증거를 찾아냈다. 사진: 

중앙아메리카에서 이러한 질병은 태평양 연안으로 6개국의 1130km에 걸쳐 있다. 지난 5년 동안 엘살바도르와 니카라과에서 신장질환은 당뇨병, 에이즈, 백혈병보다 더 많은 사람을 죽였다.

니카라과에서 만성 신장질환으로 1시간 전에 사망한 Luis Asavedo(37) 씨. 그의 아내와 9달 된 아이가 임종을 지키고 있다. 사진: 

인도 Uddanam에 있는 우물에 비친 아이와 여성 들. 이 지역은 만성 신장질환이 심각한 곳이다. 인도에서 이 질병의 유행은 안드라프라데시 북부의 해안을 따라 특정 지역에서 매우 빈번하게 발생한다. 연구자들은 물이나 토양의 독성 노출 때문이 아닐까 가정하고 있다. 사진: 

인도에서 만성 신장질환은 주로 캐슈너트와 벼, 코코넛을 주요 작물로 재배하는 지역에서 이상하게 많이 발생한다. 그러나 중앙아메리카와 스리랑카의 비슷한 유행과 달리 하바드와 스토니 브룩 대학의 연구자들은 남성과 여성에게서 거의 비슷하게 발생한다는 걸 알아냈다. 사진: 

인도 Vs\isakhapatnam의 Seven Hills 병원에서 신장투석을 받고 있는 Laxmi Narayna 씨. 이 46세의 코코넛 농부는 매주 치료를 받기 위해 1시간 거리를 찾아오는데, 그의 주치의에 따르면 "사람들이 투석을 잘 하지 않는다. 1년 정도만 할 뿐이다"라고 한다. 사진: 

Laxmi Narayna 씨가 병원에서 집으로 가는 긴 여정에 나섰다. 그는 1주일에 2번 안드라프라데시 북부의 Gonaputtuga에 있는 그의 마을에서 병원까지 와서 투석 치료를 받는다. 주 정부의 건강보험에서 그의 치료비와 여비의 일부를 책임진다. 그가 지불하는 약간의 비용은 이미 코코넛 농부인 그와 가족에게 부담이다. 사진: 

스리랑카 Padayiya에서 자신의 논을 갈고 있는 농부. 최근 정부 보고서는 카드뮴과 비소가 북중부 스리랑카에서 유행하는 만성 신장질환에 일부 책임이 있다고 밝혔다. "신경독성 요소가 있는 화학비료와 특정 농약의 무분별한 사용을 금지하는 것이 신장을 보호하는 데 도움이 될 수 있다"고 진술한다. 사진: Anna B

Anuradhapura 종합병원에서 투석 치료를 받는 Wimal Rajarathna 씨. 사진: 

스리랑카 정부는 북중부 지역에서 화학물질이 심각한 만성 신장질환의 알 수 없는 유행을 확산시킨다는 우려가 커지는 가운데 농약과 화학비료를 엄격하게 통제하겠다고 천명했다. 

지난 9월, 농지의 수수께끼(Mystery in the Fields)에서 공공의 진실을 위한 센터(Center for Public Integrity)는 스리랑카와 인도, 중앙아메리카에서 만성 신장질환이란 희귀한 질병이 어떻게 농업노동자들을 죽이는지에 대해 조사했다. 각 지역의 과학자들은 전 세계적으로 수만의 사망자를 발생시키는 이러한 질병이 유행하는 원인을 찾기 위해 노력하고 있으며, 독성 노출과 연결되어 있다고 의심한다.

2012년 11월에 스리랑카의 Mahinda Rajapaksa 대통령은 국가예산안에 대한 연설에서 농화학제품에 대한 엄중한 단속을 실시하겠다고 공약했다.

대통령은 “농약과 화학비료가 비전염성 질병을 확산시킨다는 견해가 있다”며 신장질환의 유행에 대한 정치적 논란을 피해 완곡하게 언급했다. “따라서 모든 농화학제품의 생산자와 유통업자들이 품질 기준을 준수하도록 규제안을 마련할 것이다.”

과학 전문가와 이익단체와의 국무회의가 열리고 규제에 대한 권고안을 내각에 제출할 것이라고 스리랑카의 농약 등록관 Anura Wijesekera 박사가 말했다.

농화학제품의 수입과 허가를 총괄하는 Wijesekara 박사는 스리랑카가 올해 초 이미 중요한 단계에 이르렀다고 한다: 카드뮴과 비소를 포함한 9가지 독성물질의 검출에 대한 제한을 확립. 이러한 화학물질을 허용된 양보다 많이 함유한 농약과 화학비료는 유통이 금지되었다.

스리랑카가 급속하게 농약을 금지하는 것은 아니다. 

공식 연구에 따르면, 스리랑카 보건부와 세계보건기구는 6월에 중금속인 카드뮴과 비소에 소량이라도 노출되는 것이 알 수 없는 병인으로 인한 만성 신장질환이라 이름을 붙인 질병의 "원인 요소"라고 선언했다. 농민이 농화학물질에 노출되는 것을 줄여야 한다는 세계보건기구의 사전 경고에도 불구하고  2011년 스리랑카 정부는 소량의 비소가 검출된 농약에 대한 일시적 금지를 해제했다고 Center는 보고한다.

Wijesekara 박사는 농약에 포함된 비소의 수준이 너무 낮아 위협이 되지 않기 때문에 해제했다고 한다.

Wijesekara 박사는 현재 자신이 일하는 등록기관에서 농민들이 과다한 양의 농화학물질을 사용하도록 권장하는 농약과 화학비료 생산자들의 홍보를 제한하고 있다고 한다. “그들은 고속 소비재로 농약을 판촉해 왔다”고 Wijesekara 박사는 농약산업에 대해 말한다. 

그러나 스리랑카 정부는 그동안 엄격한 통제에 대한 정책적 기반을 제공하는 과학적 보고서를 발표하지 않았다고 한다.

6월에 WHO와 스리랑카 보건부가 카드뮴과 비소 노출이 만성 신장질환의 원인일 수 있다고 인용했을 때, 그들은 공개적으로 그 증거를 발표하지 않았다. WHO 관계자는 실험결과를 자세히 설명하는 기술보고서를 9월 말에 발표할 것이라고 했다. 그 마감일이 10월 말로 바뀌고, 검토를 위해 스리랑카 보건부에 제출된 보고서가 다시 뒤로 미루어졌다. 12월 20일, 스리랑카 종합 보건서비스 사무총장 Palitha Mahipala 씨는 기술보고서를 공유하자고 CPI 보고자에게 말했지만, WHO는 1월 중순까지 준비할 수 없다고 나타냈다고 한다. 

일부 전문가들은 정부가 진정으로 그 주장을 뒷받침할 증거가 있는지 없는지 의심하고 있다. Wijesekara 박사는 자신이 올해 초 WHO가 정부 관료와 주요 연구자들에게 과학적 결과를 발표하는 비공개 회의에 참석했다고 한다. 그는 WHO가 지적한 원인은 비소보다 카드뮴이었지만, 농화학물질에 대한 노출과 연결된다는 자세한 증거는 공유하지 않았다고 한다. “난 그것이 만성 신장질환의 원인이 된다고 납득할 만한 어떤 과학적 증거도 없다”고 Wijesekara 박사는 말한다.

신장 수령인에 대한 보호

공식 연구가 밀봉된 상태에서, 스리랑카는 북부의 농지를 강타하고 있는 만성 신장질환 환자의 급증을 개선하고자 노력하고 있다. 올가을, 스리랑카의 북중부 주의 주도 Anuradhapura에 있는 국립병원은 환자가 장기생존할 가능성을 높이고자 처음으로 신장 이식을 실시했다. 

Anuradhapura에서 이식을 받을 7명의 환자 가운데 21세의 Sampath Kumarasinghe 씨가 있다 –9월에 센터가 확인한 병이 든 벼농사 농부. Sampath 씨가 9월 25일 이식을 받고 성공적으로 회복중이라고 Anuradhapura 병원 신장 담당의 Rajeewa Dassanayake 박사는 말한다. 

그러나 그의 새로운 신장을 얻는 일은 쉽지 않았다. 

9월에 센터는 Sampath 씨가 W. B. Ajantha라는 사람이 무료로 기증한 신장을 이식받을 것으로 예상된다고 보고했다.

Dassanayake 박사는 병원은 Ajantha 씨가 여러 환자에게 자신의 신장을 제공하겠다고 한 것을 발견했다고 한다 –미리 소액의 돈을 받고 가족을 위한 숙소도 요구한 것이다. “그는 자신의 신장을 제공하는 척하면서 수백 루피를 요구했다"고 Dassanayake 박사가 Ajantha에 대해 말했다.

Dassanayake 박사와 Sampath 씨는 Ajantha 씨가 Sampath 씨의 가족과 함께 살며 수술 전 몇 주 동안 그들의 지원에 의존했다고 한다. Sampath 씨는 그의 신장을 얻었다. 수술하고 며칠 뒤, Ajantha 씨는 그 지역을 떠났다. 그는 연락이 닿지 않는다. 

최근 Dassanayake 박사는 이를 악용하는 일부 개인과 집단이 등장했다고 한다. 문제를 막기 위해 Dassanayake 박사는 자신의 병원은 오직 불교 승려와 환자의 가족으로부터 기증받은 신장만 허용하고 대금을 받고 신장을 거래하는 건 금지한다고 했다. 그는 신장을 팔려고 거짓으로 형제자매라고 주장하는 사람도 있고, 신장을 기증하며 가족들 사이에 돈을 주고받는 사례도 있다고 한다. 

"기증자가 없으면 낙담하여 지푸라기라도 잡으려고 한다”고 Dassanayake 박사는 말한다. “신장을 찾으려고 하는 사람들을 돕는 다양한 사람과 조직들이 있지만, 나는 이런 조직의 하나를 통해 신장을 찾았다는 환자를 한 사람도 보지 못했다”고 한다.

원인을 알 수 없는 만성 신장질환의 발생 지도

View CKD incidents in a larger map

http://www.publicintegrity.org/2012/12/28/11985/sri-lanka-new-steps-target-mysterious-kidney-disease#!14

We mustn’t allow emotions to cloud our understanding of fundamental natural laws. To feed a world of 9 billion people without chemical fertilizers would irreparably damage biodiversity. Let’s reduce fertilizer overuse in China and shift that to Africa, where lack of fertilizer is a major cause of hunger.

By Prem Bindraban, Director of ISRIC (World Soil Information)

The availability of sufficient food has been a concern throughout human history. Understandably, the fear that food will be lacking evokes strong emotional reactions, especially when forecasts, often based on extrapolation of past trends, portray a bleak future. 

Emotions are a powerful driver, but they may lead to solutions based on false hopes if they ignore basic eco-physiological processes or physical, chemical and biological laws. A ban on fertilizer use as in organic agriculture, for example, would not help attain global food security; subsidizing biofuels wouldn’t reduce GHG emissions; and pleading for vegetarian diets excluding (red) meat consumption prevents exploitation of ecological opportunities, despite the honourable intentions that give rise to such strategies. 

Energy for biology
Discussion of energy use in agriculture must begin with these unavoidable processes and laws, first of all the fact that plant growth depends heavily on the availability of “reactive” nitrogen, which is commonly applied as chemical fertilizer manufactured in a process that is very energy intensive. 

Can we find a way around that? Inert nitrogen gas in the air can be converted naturally into the “reactive” nitrogen plants need by lightning or through fixation by bacteria living in symbiosis with legumes. on highly fertile soils and with sufficient water, legumes can fix 300 kg of nitrogen per year per hectare, half of which is taken up by the two consecutive crops planted thereafter. 

Such “natural” fertilizer provides a maximum yield per hectare of 2-2.5 tons of cereal equivalents, a level is comparable to average yields in Europe and North America in the year 1900. Current global cereal yield is 3.5 tons per hectare, thanks largely to chemical fertilizers. In Europe it is 6.5 tons and in the Netherlands it surpasses 9 tons. 

Yield levels for cereals in sub-Saharan Africa are between one and 1.5 tons per hectare and even so, soils are degrading because the nutrients removed with the harvest are not replenished. Africa’s yields could indeed be increased by optimizing recycling and other natural processes. But only to about two tons per hectare. Inherently poor soil conditions and erratic rainfall mean productivity is inherently low and cannot be increased without “external interventions.”

“Natural processes have limits.”

Natural processes have limits. If all farmers phased out use of chemical fertilizers and average yields fell to only 2 tons per hectare, the demand for food could only be met by expanding the acreage under cultivation. A vegetarian diet requires 1.5 kg of grain equivalents (GE)   per person per day. Thus, if we all became vegetarians, five billion tons GE would be needed for the world’s nine billion people in 2050. At yields of only two tons per hectare, agriculture would have to expand to 2.5 billion hectares –1 billion hectares more the current 1.5 billion, with dramatic implications for world biodiversity. 

“If we all became vegetarians, five billion tons Grain Equivalent would be needed for the world’s nine billion people in 2050.”

If all were to adopt a European dietary level of 4.5 kg GE, a total of over seven billion hectares would be needed, which exceeds all the available land there is. Hence the “artificial” conversion of nitrogen (N2) into reactive nitrogen is essential if everyone is to eat. 

We can limit over-use of chemical fertilizers. Yields in Europe have increased over the past two decades while fertilizer use declined. A similar process to reduce the excessive use of nitrogen in China without sacrificing yield would free up about 70 kg of fertilizer per hectare. If those 70 kg per hectare were then used in Africa it would double yields. The fact is, not using artificial fertilizers in Africa is a major cause of soil degradation, productivity loss and poverty.

“Yields in Europe have increased over the past two decades while fertilizer use declined.”

The Haber-Bosch nitrogen fertilizer-creation process will remain essential to secure world food availability while maintaining biodiversity. Making reactive nitrogen requires a lot of energy and the amount we need will increase over time. Therefore, we must seek to maximize the amount we recycle, so as to limit energy expenditure.

Energy in farmingOn farms, energy is also used in several “non-biological” practices, to enhance the productivity of labour and optimal use of external inputs and natural resources. These include the use of fossil fuels as a direct energy source for field operations such as ploughing, weeding, input application and harvesting, and as an indirect source for the production of machines and agro-chemicals like herbicides and pesticides. 

Energy is also needed in the wider food system, i.e. in transport, storage, processing and retail. Total direct and indirect energy use in agriculture in industrialized nations is about 1 percent of total energy use; and total energy use in the entire food system adds up to 10-15 percent of all energy use. Overall, energy consumption in agriculture peaked in the early 1980’s and has gradually declined in several developed economies.

Efficiency and alternatives
Several practices can be adjusted to reduce energy requirements, yet these will imply trade-offs. Because ploughing consumes so much energy, minimum or zero-tillage may reduce the use of fossil fuels by almost half. However, these tillage practices are associated with increased use of herbicides, the production of which can almost fully undo on-farm gains in energy conservation. 

Controlled traffic can reduce energy requirements by as much as 30 percent, for instance because compressed soil need not be ploughed over and over. More precise application of external inputs according to crop conditions can also raise energy efficiency. Modern greenhouses are so efficient they can even be net producers of energy. 

In principle all fossil energy can be replaced by other forms of energy. The energy needed in the food chain for stationary processes such as the production of agricultural inputs (including reactive nitrogen) and food processing may be supplied by solar or wind power.

Yet, alternative sources for traction may be difficult to obtain. There are real technological limits to solar-powered ploughing for instance. To convert the 20 litres of diesel needed to plough one hectare (200 KWh), a tractor would need to be fitted with 1800 kg (!) of fully charged Li-ion batteries, using current solar technology. Charging that in a day would require about 500 m2 of solar cells in the Netherlands and about 250 m2 near the equator. 

“There are real technological limits to solar-powered ploughing.”

An additional technological challenge is minimizing transmission losses when converting battery power to a low-speed, high-torque application such as ploughing. Other energy solutions, such as conversion of solar or wind energy to an energy-dense liquid fuel like hydrogen, or the use of biogas and biofuels, may be more suitable. 

However, biofuels production has detrimental effects on biodiversity and GHG emissions. About 25 percent of the total energy contained in rapeseed is needed for the production of the crop under optimal conditions, and about 10 percent of the energy content of biogas is needed for the production and processing into gas from corn or sugar beets. 

The fundamental point is that plants fix only 2.5 percent of the solar energy they capture, which makes the conversion of solar energy through biology highly inefficient. Biofuels put a very large claim on productive land and water resources that will ultimately compete with food production. Because of additional claims on land, loss of biodiversity is inevitable and emissions of GHG may exceed those of fossil fuels.

Productivity
Energy plays a central role in food production and that is not about to change. Over the last thousand years agricultural productivity has increased dramatically, parallel to the increased use of energy. In the Netherlands, for instance, the yields of wheat went from 800 kg per hectare in the year 1400, to 1,800 kg in 1900, and to 9,000 kg in 2000, while associated labour requirements dropped from about 600 hours per hectare in the year 1400 to 240 in 1900 and only 12 in 2000.

“Power structures, vested interests, economics and other drivers will continue to apply no matter the source of energy for farming.”

In other words, by replacing human energy with energy derived from other sources, we have dramatically increased food output from a finite amount of land. At subsistence levels today, small-scale machinery can increase the efficiency of manual labour and animal traction to about 0.5 horse power per hectare, which is considered essential to raise crop yield levels to above 2 tons per hectare.

Whether reducing use of fossil fuels in agriculture will reduce poverty and inequality remains to be seen. Differences in labour quality and income might be larger in zero-tillage production systems than in other systems for instance. In the end, power structures, vested interests, economics and other drivers will continue to apply no matter the source of energy for farming.

Download: We can reduce fossil fuel use, but we need chemical fertilizer

작부체계를 바꾸는 것만으로 농약과 화학비료에 대한 의존을 줄일 수 있다는 연구가 발표된 적이 있다. 아이오와 주립대학의 Marsden 농장에서 행해진 실험결과가 그것이다. 약 2,5000평 정도의 농지를 셋으로 나누어 농사를 지었다. 하나는 관행적으로 옥수수-콩 돌려짓기, 다른 하나는 옥수수-콩-귀리 돌려짓기, 마지막은 옥수수-콩-귀리-자주개자리 돌려짓기. 마지막 작부체계에선 자주개자리를 기를 때 가축을 방목하여 똥오줌을 받았다고 한다. 삼포제 농법의 부활이라고도 볼 수 있다. 똑같지는 않지만, 자주개자리를 포함한 마지막 작부체계 전통농법의 하나인 과거 유럽에서 행해지던 삼포제 농법을 새롭게 응용한 방식이라고 평가할 수 있겠다. 자주개자리는 콩과식물인데다가 가축이 그걸 뜯어먹으며 똥오줌을 싸니 밭이 더욱 기름질 수밖에...

그 결과가 아주 재미난데, 새로운 작부체계를 활용하니 옥수수와 콩의 수확량이 늘고, 농약과 화학비료의 사용량은 88%까지 감소했으며, 지하수의 독성물질은 200배 줄었고, 수익에선 큰 차이가 나지 않았다. 물론 좋은 점만 있는 건 아니다. 단점으로 꼽힌 것은 역시 인건비. 인건비가 증가한단다. 이봐라, 왜 현대농업으로 나아갈수록 농민이 가난해지고 농지에서 쫓겨나 도시로 나가는지 엿볼 수 있는 단서다. 아무튼 그래도 낫지 않은가? 담합해서 농민들 땀 묻은 돈이나 뜯어먹는 농약회사, 비료회사, 농협에게 돈다발을 안기기보다는 정직하게 땀흘리며 일하는 농민, 노동자에게 그 돈이 들어간다니 말이다. 인건비 상승, 나쁘게만 볼 것이 아니다.

미국에선 1년에 약 227만 톤의 농약이 사용된다. 많다고 느끼는가? 한국은 OECD 국가 중 농약사용량 1위의 국격 있는 나라다. 작물보호협회(농약이 작물을 보호한다고, 농약이 지닌 나쁜 이미지를 없애고자 만든 이름)에서는 억울하다고 호소한다. 단순히 비교하는 건 의미가 없다고 하면서 말이다. 여기를 보라(http://goo.gl/Mg9It). 핑계를 댄다고 많이 쓰는 게 많이 쓰는 게 아닌 것이 되는 건 아니지 않습니까, 작물보호협회여? 하긴 농업 분야 이외에도 공원, 골프장, 아파트단지 등등의 관리를 위해서도 엄청나게 사용하고 있다. 자살자들도 애용하고...ㅜㅜ

조선의 농법 중에 일본인 농학자들의 혀를 내두르게 한 2년3작식 작부체계가 있다. 이를 유럽의 삼포식 농법과 비교해도 전혀 손색없는 훌륭한 농법이라고 평가했지. 결론적으로 이번 실험결과나 조선의 전통농법이나 일맥상통하는 건 땅을 얼마나 효율적으로 놀려서 최대의 산출을 빼 돈을 벌 것이냐가 아니라, 땅을 얼마나 아기자기하게 놀려서 적당한 산출을 얻으면서도 지력을 유지하도록 할 것이냐다. 

작부체계의 다양성이 증가하면 생산성, 수익성, 환경에 더 이롭다는 연구결과는 여기를 참조할 것(http://goo.gl/S5DaI).

그 실험결과 옥수수 생산량은 평균 4%, 콩은 9% 증가했다. 빨리빨리 옥수수-콩만 돌리는 것보다 시간이 오래걸리니 수익이 떨어질 것이라 예상하겠지만, 수익 면에서는 비슷했다는 점. 농약과 화학비료 사용이 준다는 점이 중요하다. 그런데 이런 재미난 연구는 주목받지 못하고 스탠포드 대학의 유기농을 먹는다고 건강해지는 게 아니라는 연구나 세간의 주목을 받고 말이야(http://goo.gl/HKigg). 

2년3작식이 뭔지 궁금해여? 궁금해여? 궁금하면 500원.

Last year, many Canadians had their summer holiday at the lake interrupted by the appearance of toxic dead zones caused by hazardous algae blooms. In Western Canada, Lake Winnipeg experienced record algae pollution which has doubled in the last decade. Across Quebec, at least 160 lakes were officially contaminated last year, with many declared to be unsafe for humans.

zoom

A tractor working in soya fields.

As temperatures soar again this summer, the problem will certainly recur. A new international report by Greenpeace, entitled Dead Zones: How Agricultural Fertilizers are Killing our Rivers, Lakes and Oceans warns that the problem is global, and that industrial agriculture is largely to blame.

Download the report

The problem: fertilizers used by oil-based industrial agriculture

The report finds that fertilizer run-off from industrial agriculture is choking the planet's oceans, rivers and lakes. Too much artificial fertilizer and inappropriate storage of animal manure sends 27 million tonnes of nitrogen pollution into our waterways every year. This pollution feeds explosive growth of algae blooms that starve waters of essential oxygen, and foster conditions for harmful bacteria. These algae blooms result in dead zones that have become a recurrent feature in every ocean and on every continent.

As global warming heats our oceans and inland waters, these problems will only worsen. Unless measures are put in place to control fertilizer usage, losses to biodiversity will continue to mount, coastal and inland fisheries will suffer and summer beaches could become toxic no-go zones devoid of life.

Case study - Gulf of California

Excessive fertilizer use and algae blooms in the Gulf of California »

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So far, Canadian and provincial governments have fiddled with the problem by regulating dish soap, but that is only 1 per cent of the problem. It is the big polluters from industrial agriculture, livestock production, and fossil fuel burning that need attention. According to the report, the most rapidly increasing source of nitrogen in Canada is from agriculture. Since records began in 1950, nitrogen fertilizer production in Canada has increased about 75-fold. In Canada, the agricultural sector is responsible for about 82 per cent of the phosphorus and 49 per cent of the direct nitrogen pollution, mostly through run-off from fertilized soils and livestock farming.

Case study - Gulf of Mexico

Fertilized to Death

The Dead Zone in the Gulf of Mexico »

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Moreover, a June 2008 report by the OECD, finds that Canada is going in the wrong direction. Out of 28 member countries, Canada has the highest rate of increase in fertilizer usage in recent years.

The Solutions: Ecologically Sustainable Agriculture

Greenpeace is not alone in criticizing the environmental impact agriculture. The Greenpeace report echoes concerns raised by the recent United Nations and World Bank led assessment of global agriculture. The International Assessment of Agricultural Science and Technology for Development (IAASTD) argued that a key challenge in making agriculture ecologically sustainable will be "reducing pollution of land, air and waterways; maintaining soil health, in particular dealing with fertilizer run-off and animal waste from very large scale operations." The IAASTD was a five year study involving over 400 leading experts and scientists from 60 countries around the world, and modeled on the Intergovernmental Panel on Climate Change to provide a baseline assessment for a sustainable future for agriculture. Canada continues to stand on the sidelines by refusing to adopt the report's summary and recommendations.

The Greenpeace Dead Zones report suggests a way forward by promoting a sustainable agricultural revolution. It offers concrete suggestions which, if implemented, could end the problem of algae blooms in Canadian waters. Recommendations of the report include: eliminating fertilizer run-off by reducing fertilizer usage to a minimum and making use of year round cover crops; restoring natural vegetation along waterways to enhance nutrient retention; and providing better financing of research to understand the impacts of nutrients on the proliferation of dead zones.

Take Action

It's time to protect Canadian lakes, rivers and oceans from hazardous algae blooms.

Tell Prime Minister Stephen Harper to get Canada out of the dead zone and turn Canada towards more ecologically sustainable agricultural policies and practices by reducing the excessive use of agricultural fertilizer and adopting the recommendations of the UN/World Bank report on agriculture (IAASTD report).

Send Stephen Harper a clear message

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Image: NASA Science Earth

HERMANN, Mo. – The Missouri River stretches more than a quarter-mile from shore to shore here, its muddy water the color of coffee with a shot of cream.

The river carved this valley hundreds of thousands of years ago, and in the 1830s, it deposited the German settlers who founded this city. Today, visitors who sip local wine in hillside gazebos can gaze down at the water and imagine being on the Rhine.

For two centuries, Hermann has been known for the Missouri River – and now the river is making Hermann known for an unexpected reason: It is a hot spot for nitrate.

Washing off farms and yards, nitrate is largely responsible for the Gulf of Mexico’s infamous “dead zone.” Nitrate and other nutrients from the vast Mississippi River basin funnel into the Gulf, sucking oxygen out of the water and killing almost everything in their path.

The pollution is one of America’s most widespread, costly and challenging environmental problems, according to the U.S. Environmental Protection Agency.  Sewage treatment plants along the rivers already have spent billions of dollars, and some farmers now use computers to apply fertilizer with pinpoint precision.

But after three decades of extensive efforts to clean it up, nitrate along the rivers is getting worse. In Hermann, the levels in the Missouri River have increased 75 percent since 1980, according to U.S. Geological Survey research published last year.

The pollutant continues to pour into the rivers, and ultimately the Gulf, at a growing pace. And no one – at least yet – has figured out exactly why.

1,247 miles downstream
Hermann is an ideal place to start unraveling the mystery. There are no big factories here, no major sewage treatment plants, and not even much of the intensive row-crop agriculture sometimes blamed for heavy runoff. Rather, this small city looks like something out of a German fairy tale. Churches, shops and red-brick houses line tidy streets. Vineyards dot the rolling hills. Tourists arrive via Amtrak train to hear oom-pah bands at Oktoberfest and dine on bratwurst with sauerkraut.

How could Hermann be responsible for increasing the pollution that creates a dead zone 1,247 miles downstream?

The answer is Hermann is merely a microcosm of an immense problem involving 31 states and more than 76 million people.

Hermann sits roughly in the center of the vast Mississippi River basin, which drains 1.24 million square miles stretching from the Rockies to the Appalachians.

The Missouri River, as it rushes past Hermann’s churches and shops, carries the residue of life upstream. Rain washes excess nitrogen and phosphorus, along with other pollutants, from farmers’ fields, cities, factories, cars and suburban lawns into ditches, streams and tributaries, and finally to the river itself. The “Big Muddy” joins the mighty Mississippi just north of St. Louis, then makes a sharp right turn and rushes past the soaring St. Louis Arch on its way to the sea off Louisiana.

When the nutrient-rich water empties into the Gulf far downstream, it triggers a biological phenomenon with deadly results. The nutrients serve as an all-you-can-eat buffet for hungry algae. The phytoplankton population booms and then dies, sinking to the bottom, where bacteria decompose the organisms and use up precious oxygen in the process. The resulting low-oxygen environment – also called hypoxia – is so toxic that all animals must flee or die. 

Hypoxia drives away shrimp, crabs and fish and kills creatures such as worms at the bottom of food chains.

“There is die-off, a loss of ecosystem diversity,” said Nancy Rabalais, a marine ecologist and director of the Louisiana Universities Marine Consortium in Chauvin, La. “If you have continuous year-after-year hypoxia, some animals won’t be able to recruit back into the area.”

Rabalais has been mapping hypoxia for almost 30 years. Her research helped spawn a state/federal task force, which set a goal of cutting the Gulf’s dead zone almost in half, to about 1,930 square miles, by 2015. 

Yet the dead zone keeps growing fatter, like an obese patient unable to shed weight. Last year it was 6,800 square miles – more than triple the goal.

“We’re a long way from the target now – a very long way,” she said. “When that target was set, it didn’t seem impossible, but it’s just getting harder and harder.”

In addition to the 75 percent increase at Hermann, nitrate levels have increased 76 percent since 1980 along the upper Mississippi River at Clinton, Iowa, according to the USGS research. In all, nitrate runoff in the entire basin increased 9 percent over the past 30 years, and much of that increase came from the watershed upstream of Hermann and Clinton.

“This the first time anyone has been able to show the actual concentrations have either not changed or actually increased when we’re supposed to be reducing the loads,” said Don Scavia, a professor of environmental sustainability at the University of Michigan in Ann Arbor who studies the dead zone.

 “Whatever conservation practices have been put in place are not enough,” he said.

The corn theory
One theory is that more fertilizer is washing into the watershed because corn acreage has skyrocketed. But urban runoff, livestock and other sources could play a role, too.

“These are really large watersheds with a lot of things happening – changes in crop patterns, livestock use, human population,” said Lori Sprague, a USGS hydrologist based in Denver who was lead author of the nitrate study. “All of those things changewater quality.”

Farm fertilizer and livestock manure are the two biggest sources of total nitrogen in the Missouri River watershed, together responsible for 70 percent, according to 2011 USGS data.  A 2008 study of the entire Mississippi River watershed had similar findings, with agriculture contributing 70 percent of the nitrogen and phosphorous that ended up in the Gulf.  Scientists in 2009 also reported a direct correlation between intensive crop production, particularly corn, and nitrate-nitrogen levels in rivers.

Nationally, consumption of nitrogen fertilizer has tripled since the 1960s, surging to 12.3 million tons in 2010, according to USDA data.  The amount of nitrogen applied as farm fertilizer grew 18 percent between 1987 and 1997, according to a 2006 USGS study.

It sounds clear-cut. Many farmers, however, tell a different story.

In the Bootheel area of southern Missouri, farmer Mike Geske grows about 2,000 acres of corn, cotton, rice and soybeans near Matthews, Mo. The land lies flat as a plate, the northernmost reaches of the fertile Mississippi delta.

Geske, a third-generation farmer, said when he first started farming in the 1970s, he would lay a thick dose of fertilizer on his fields in the spring. “Anhydrous ammonia was so cheap, we put on 80 to100 pounds extra,” he said.

Today, he applies fertilizer three or four times throughout the year so plants can use it as they need it. He said he uses 20 to 25 percent less fertilizer these days, yet he gets 25 to 30 percent more bushels of corn per acre. He credits better seed technology and careful management of nutrients in the soil.

Farther upstream, Ron Hardecke raises crops, hogs and cattle on 2,000 acres in Owensville, Mo., about 35 miles south of Hermann. He said he carefully monitors his nitrogen use.

“Sometimes it’s portrayed we’re out here dumping fertilizer for fun,” he said. “But if you pay the bill, why, you don’t use more than you need.”

Nationwide, farmers are getting more grain out of their fertilizer, according to the National Corn Growers Association. Nitrogen use has decreased 38 percent in terms of pounds per bushel of corn, said Rod Snyder, director of public policy for the trade group.

Nevertheless, corn farmers are using as much fertilizer per acre as ever on their high-yielding crops, according to federal data. on average, farmers applied 58 pounds of nitrogen per acre to corn crops in 1964.  By 1985, that number had grown to 140 pounds per acre, where it remained in 2010.

In addition, more acreage is being planted as corn prices boom, according to U.S. Department of Agriculture data.  In 2012, farmers planted 96 million acres of corn – the highest level in nearly 70 years, and up nearly 22 percent from a decade earlier.

“The primary cause [of nitrate pollution] is row crop agriculture, and the primary culprit of that is corn. That’s being exacerbated by the fact that corn is expensive right now. People are taking areas out of conservation and putting them into corn production,” said Matt Rota, science and water policy director for the New Orleans-based Gulf Restoration Network.

Farmers use many methods to reduce runoff: planting cover crops, adjusting the amount of fertilizer and when it’s applied. Such conservation practices in the Upper Mississippi River basin reduce nitrogen loss by an average of 18 percent per acre, according to a USDA report. 

But the same report found that only 14 percent of cropland consistently had good nitrogen management.

“What we are showing is how bad the problem would be if there were no conservation,” said Lee Norfleet, a USDA soil scientist. “If there is an uptick, it would be a lot worse if a lot of (conservation) practices had not occurred.

In addition, Norfleet said, it takes time for farmers to adapt to the changing genetics of corn, which needs less nitrogen now. Farmers who don’t adjust could end up over-applying nitrogen at the rate of 23 pounds per acre.

Other sources of nitrate also may have increased.

The Missouri River basin, which includes the cities of Denver, Omaha and Kansas City, grew by more than 1.3 million people between 1990 and 2000, now reaching more than 11 million people.

In addition to crops, “there’s also animal feeding operations, sewage treatment plants. Petrochemical industries discharge into water. And then urban runoff,” Rota said.

Home use of fertilizer for yards and gardens nearly doubled between 1987 and 1997, although it was just 1 percent of the total nitrogen, according to the USGS nationwide study. Nitrogen from manure increased almost 5 percent and nitrogen from the atmosphere, largely from the burning of fossil fuels, increased 13 percent.

Reliable data on another urban source of nitrate, sewage treatment plants, are not available. And while septic systems are responsible for about 12 percent of the nitrate in the Missouri River watershed, there is no data on whether it has increased.

None of this information provides definitive answers about what is driving the increased contamination of the river. Nitrogen applied to the ground may never reach the Gulf, depending on weather patterns, vegetation, waterway conditions and many other factors.

“There isn’t clear evidence to support the hypothesis that it’s ag or urban or wastewater treatment plants,” Sprague said. “We don’t have a good understanding of how these things have changed over time.”

A foot soldier in the war
The Missouri River has been monitored at Hermann since 1844, which makes it a good place to observe changes in the river.

USGS water quality technician Kelly Brady is a foot soldier in the war against hypoxia. He takes water samples once a month that end up being used in the recent USGS study.

On a recent trip, the Missouri River looked deceptively smooth, but Brady knew it could quickly turn deadly. on average, 88,500 cubic feet of water – enough to fill an Olympic-size swimming pool – slip past here every single second. If water were oil, the volume of the entire BP oil spill could pass by in five minutes.

Brady launched the work boat, a 26-foot sealed-hull aluminum skiff that he jokes looks like a gunboat out of “Apocalypse Now.” “It’s supposed to be unsinkable and self-righting, but I don’t want to try that out,” he said. “I like swimming, but I don’t want to do it on the job.”

The crew used a laptop, radar and high-precision GPS to find sampling locations. A crane hanging over the front of the boat dipped a Teflon-lined sampler into the water and hauled up several liters of water. Brady and his team processed the samples in mobile labs in the back of their trucks. These were put on ice and shipped to Denver for analysis.

Brady’s data are essential for keeping tabs on water quality. Dale Blevins, a USGS scientist emeritus who is an expert on the Missouri River, has studied historical nitrogen concentrations in the river in the past century. "It’s a cycle; it goes up and down," he said. "We’re in upward trend in one of those cycles and we’re about to bust out the top of where we’ve ever been before." Why? He’s not sure.

The total nitrogen concentration in the Missouri is not much different now than in the early 1900s, Blevins said. But most of that used to be organic nitrogen, whereas now, it's mostly nitrate, a form that many algae and other organisms can take in directly.

"It has reached almost its maximum concentration by time it reaches St. Joe," Mo., he said. "If you look at the location where the nitrate’s coming from, those are pretty much agricultural areas."

There is another possible explanation for the increasing nitrate numbers, a third view that blames neither today’s farms nor urban areas. The pollution could come from historic nitrogen deposits – the legacy of years of earlier excess that is just now showing up.

The USGS study found that a lot of nitrate poured into the river even when the water flow was low. one might expect heavy rain to wash nutrients off the land, but where did nitrate come from under dry conditions?

Sprague concluded groundwater was the source. Rain falls on the surface, percolates through the soil and drains out from days to decades later.

Norfleet, the USDA soil scientist, said nitrogen could stay in an aquifer for years before finally spilling into streams. “It’s kind of like having clogged arteries,” he said. “It’s going to take a while to clean those out.”

If groundwater really is responsible, it could take years for conservation measures to make a significant difference in the Gulf.

“Even if we stopped applying nitrogen now, the groundwater’s going to have a lot of nitrogen in it for 5 to10 years, or in some places, 20 to 30 years,” said Andrew Hug, an analyst with the Environmental Working Group who focuses on agriculture’s environmental impact. “It’s going to take a long time to fix this problem.”

Iowa farmers and Louisiana fishers
Up at the top of the watershed, Bill Northey spends a lot of time thinking about the Gulf’s dead zone. As secretary of the Iowa Department of Agriculture and Land Stewardship, he looks for science-based ways to maintain farm productivity while also reducing runoff to the waters below.

Iowa has 31 million acres in farmland, with 23 million of that planted to corn and soybeans, Northey said. Nine million acres of land is drained by tiles, underground drains that efficiently remove water from fields.

These drains also mainline nitrogen directly to streams. Underground nitrogen is “the most critical conservation concern” in the Upper Mississippi River Basin, said a 2010 USDA study of conservation practices.

Artificial wetlands can help get the nitrogen out. With the help of a federal conservation program, Iowa has built 70 shallow wetlands to filter tile-line water. “We’re seeing a 40 to 70 percent reduction in the amount of nitrogen coming out,” Northey said. “It’s pretty dramatic.”

The artificial wetlands are expensive, and they don’t work on every property. “We’re building five to 10 a year,” said Northey, a member of the federal-state hypoxia task force. “It would take building hundreds of years to get all of that.”

Scavia, with the University of Michigan, said significant changes are needed to shrink the dead zone – and quickly. The dead zone appears to be reaching a “tipping point” where the system is becoming increasingly sensitive to nutrient inputs, he said, and climate change exacerbates the problem as it warms water and increases intense storms.

Scavia’s solution? Fix the federal “farm bill,” which determines agriculture policy and subsidies. “It’s that difficult, and that simple,” he said. “It’s how much we incentivize producers. I believe farmers understand and do want to protect the environment.”

Voluntary methods are all well and good, said Rota, of the Gulf Restoration Network, but he wants to see enforceable standards as well. His group and others recently filed a lawsuit asking the EPA to set national criteria for nitrogen and phosphorus runoff.  “We need that minimum bar to start making progress,” he said, “because so far, we’ve only seen the dead zone trending bigger.”

The EPA has so far refused to set national criteria, saying the best approach is to work with states to develop their own standards and cleanup plans.

For his part, Northey said the first step is education. Through the task force, he has taken Iowa farmers down to the Gulf and brought people from Mississippi back up to see what Iowa farmers are doing.

The rivers forever link farmers in the Midwest and fishers in the Gulf.

“Maybe it doesn’t seem like it when you’re working on your farm on a cold November morning, but we are tied to those folks,” Northey said. “We are tied, up and down the river, all together.”

This article originally ran at Environmental Health News, a news source published by Environmental Health Sciences, a nonprofit media company.

화학비료는 마법과 같았다. 그걸 주면 작물이 쑥쑥 자라고 수확량이 늘었다. 그런데 화학비료를 주면 줄수록 땅은 망가졌고 환경은 악화되었다.

아산화질소는 지구온난화의 주범으로 지목되는 온실가스의 하나이다. 이것이 화학비료를 줄 경우에 더 많이 배출된다는 것이 이번에 밝혀졌다. 화학비료는 단위면적당 생산량을 비약적으로 증가시키는 데 공헌을 했지만, 그와 함께 환경을 악화시키는 데에도 한몫했다. 화학비료를 중심으로 농사를 짓는 대규모 단작 방식의 현대농업이 발생시키는 환경비용을 감안한다면, 결코 현대농업이 유기농업에 비해서 생산성과 효율성이 더 높다고 이야기할 수는 없을 것이다.  

전북농업기술원(조영철 원장)은 노지 수박 재배에서 유기질비료와 화학비료 작물재배 전에 투입하고 아산화질소 배출량을 생육기(5월) 동안 측정한 결과 유기질비료에서 화학비료 대비 최고 18% 까지 감축된다는 연구결과가 나왔다고 밝혔다.