Linking  Soil  Quality  to                    
Economic  Incentives  
Ralph  C.  Martin,  Ph.D.,  P.Ag.  
Loblaw  Chair,  Sustainable  Food  Production  
Tel:  519-­‐824-­‐4120,  Ext  52460    
Email:  rcmartin@uoguelph.ca  
Soil  Organic  Matter  (SOM)  is  good,  
good,  good  
SOM  is  added  with  green  manures,  brown  
manures  and  crop  residues  
SOM  helps  to  bind  soil  particles  into  good  soil  
structure    
SOM  matter  allows                                                                                  
infiltration  
SOM  provides  resilience                                                                          
during  droughts,  floods                                                                                  
and  extreme  conditions  
Soil  Carbon  
A.  Nelson  (M.Sc.  Thesis  -­‐  U.  of  M.)  
Rotation  had  largest  effect  on  soil  carbon;    
   soil  carbon  higher  in  rotations  including  perennial  
forages,  regardless  of  organic  or  conventional  
management  
Ontario  3-­‐Year  Crop  Rotation  
www.southernsare.org; www.uoguelph.ca; www. Scientificamerican.com
Winter wheat over-seeded with red clover
Soybean Corn
Year
One
Year TwoYear
Three
Red  Clover  Benefits  for  Soils  
Increases  
Microbial  Activity    
  
Sources: Lupwayi et. al , 1998; Snapp et. al, 2005; Queen et. al, 2009; Blaser et. al, 2011
Increases
Aggregate
Stability
Improves Water
Holding Capacity
Erosion
Prevention Increases Soil
Organic Matter
Decreases Soil
Compaction
Builds Soil Tilth
Photo: Amélie Gaudin
Gaudin
Biological  Infrastructure  of  Agriculture  
Well  managed  forages  
provide  cost  effective  feed,  
soil  cover,  C,  nutrients  +      
Grasses  for  biomass  sales,  
soil  cover,  C  and  nutrients  +                                                                                            
Cover  crops  are  soil  builders,  
soil  cover,  C  and  nutrients  +  
Should  governments  support  
biological  infrastructure?  
Wheat  Straw  and  Corn  Stalks                      
If  remove  crop  residues  
from  arable  land  for  
bio-­‐products  and                
bio-­‐fuel,                                                            
then  crucial  to  maintain  
SOM  with  soil  builders,  
with  and  between  cash  
crops.  
  
Possible  Accounting  
1)  NMP  include  C  balance                                                                                    
(inputs     removal)  to                                                                                                        
show  if  SOM  is  declining                                                                                  
or  improving?  
2)  Can  SOM  be  measured  cost  effectively  and  
accurately  enough,  every  5  years,  on  each  field?    
3)  Crop  insurance  fees  might  decrease  if  SOM  
levels  increase,  or  vice-­‐versa  
9  
White  Elephant  of  N  
About  48%  (and  rising)  of  people  depend  directly  
on  the  Haber-­‐Bosch  process  for  basic  food  
Excess  N  losses  to  water  (NO3)  and  air  (N2O).    
N  fertilizer  is  one-­‐third  of  global  agricultural  energy  
budget  and  related  GHG  emissions    
10  
Use  N  Efficiently  
-­‐ Legumes,  cover    &  catch  crops  
-­‐ Recycle  manure,  MSW,                                                                                                                                        
AD  digestate  and  sewage  
-­‐ Organic  Ag  
-­‐ Deen  -­‐  Maximum  Economic  N  Rate  (MERN)  for  corn  starts  
to  level  off  at  100  kg  N/ha  and,  after  clover,  at  50  kg  N/ha;      
for  next  100  kg  N/ha,  MERN  ranges  from  $  0  -­‐  $25/  ha    
-­‐ Calculate  MERN  for  each  crop,  in  NMP.                                                                    
Only  N  fertilizer,  up  to  lowest  range  of  MERN,  eligible  as  a  
tax  deductible  expense?    
-­‐ Reduce  food  waste  
Soil  Renewal  Rate  
To  form  a  2.5  cm  depth  of  soil  (340  t/ha)  
requires  200  to  1000  years,  a  renewal  
rate  of  0.3  to  2  t/ha/yr  
In  U.S.A.,  soil  erosion  averages  18  t/ha/yr              
(Pimental  et  al.  1987.  Bioscience  37:277-­‐283)  
  
Productivity  of  eroded  soil  
Productivity  of  eroded  soils                                            
will  decline  even  if  fertilizer  is                                
added  (Brady  and  Weil  2002,  Fig  17.8)  
or  if  the  eroded  soil                                                                      
is  irrigated  (Larney                                                                                                                        
et  al.  1995  J.  Soil  Water                                                                                                        
Conserv.  50:87-­‐91)  
  
The  Revised  Universal  Soil  Loss  Equation                      
(RUSLE)  =  RKLSCP  
R    =  rainfall  erosivity    
K    =  soil  erodabality    
LS  =  length  and                                            
steepness  of  slope    
C    =  cover  and  crop  
management    
P    =  practices  of  erosion  control                                                                                        
(Brady  and  Weil  2002,  754  -­‐  763)  
Observing  and  Caring  
  
Erosion  control  practices  tend  to  
increase  on  farms:  
1)  with  farmers  mostly  on  the  farm  
2)  organized  as  family  units  
  
          (Wall  et  al.  2002)  
Attitude  of  Gratitude  
      Take  moments  to  be  
thankful,  especially  for  
healthy  soil  and  food.      
  
      Appreciate  what  we  
have  and  treasure  it.    
  
Vision to Sustain Food
A food system, based on healthy
soil, clean air and water, minimal
waste and regenerative energy,
to support profitable and resilient
farming and fishing communities and
a healthy food supply for all.
rcmartin@uoguelph.ca

Ralph Martin

  • 1.
      Linking  Soil  Quality to                     Economic  Incentives   Ralph  C.  Martin,  Ph.D.,  P.Ag.   Loblaw  Chair,  Sustainable  Food  Production   Tel:  519-­‐824-­‐4120,  Ext  52460     Email:  rcmartin@uoguelph.ca  
  • 2.
    Soil  Organic  Matter (SOM)  is  good,   good,  good   SOM  is  added  with  green  manures,  brown   manures  and  crop  residues   SOM  helps  to  bind  soil  particles  into  good  soil   structure     SOM  matter  allows                                                                                   infiltration   SOM  provides  resilience                                                                           during  droughts,  floods                                                                                   and  extreme  conditions  
  • 3.
    Soil  Carbon   A. Nelson  (M.Sc.  Thesis  -­‐  U.  of  M.)   Rotation  had  largest  effect  on  soil  carbon;       soil  carbon  higher  in  rotations  including  perennial   forages,  regardless  of  organic  or  conventional   management  
  • 4.
    Ontario  3-­‐Year  Crop Rotation   www.southernsare.org; www.uoguelph.ca; www. Scientificamerican.com Winter wheat over-seeded with red clover Soybean Corn Year One Year TwoYear Three
  • 5.
    Red  Clover  Benefits for  Soils   Increases   Microbial  Activity       Sources: Lupwayi et. al , 1998; Snapp et. al, 2005; Queen et. al, 2009; Blaser et. al, 2011 Increases Aggregate Stability Improves Water Holding Capacity Erosion Prevention Increases Soil Organic Matter Decreases Soil Compaction Builds Soil Tilth Photo: Amélie Gaudin Gaudin
  • 6.
    Biological  Infrastructure  of Agriculture   Well  managed  forages   provide  cost  effective  feed,   soil  cover,  C,  nutrients  +       Grasses  for  biomass  sales,   soil  cover,  C  and  nutrients  +                                                                                             Cover  crops  are  soil  builders,   soil  cover,  C  and  nutrients  +   Should  governments  support   biological  infrastructure?  
  • 7.
    Wheat  Straw  and Corn  Stalks                       If  remove  crop  residues   from  arable  land  for   bio-­‐products  and                 bio-­‐fuel,                                                             then  crucial  to  maintain   SOM  with  soil  builders,   with  and  between  cash   crops.    
  • 8.
    Possible  Accounting   1) NMP  include  C  balance                                                                                     (inputs    removal)  to                                                                                                         show  if  SOM  is  declining                                                                                   or  improving?   2)  Can  SOM  be  measured  cost  effectively  and   accurately  enough,  every  5  years,  on  each  field?     3)  Crop  insurance  fees  might  decrease  if  SOM   levels  increase,  or  vice-­‐versa  
  • 9.
    9   White  Elephant of  N   About  48%  (and  rising)  of  people  depend  directly   on  the  Haber-­‐Bosch  process  for  basic  food   Excess  N  losses  to  water  (NO3)  and  air  (N2O).     N  fertilizer  is  one-­‐third  of  global  agricultural  energy   budget  and  related  GHG  emissions    
  • 10.
    10   Use  N Efficiently   -­‐ Legumes,  cover    &  catch  crops   -­‐ Recycle  manure,  MSW,                                                                                                                                         AD  digestate  and  sewage   -­‐ Organic  Ag   -­‐ Deen  -­‐  Maximum  Economic  N  Rate  (MERN)  for  corn  starts   to  level  off  at  100  kg  N/ha  and,  after  clover,  at  50  kg  N/ha;       for  next  100  kg  N/ha,  MERN  ranges  from  $  0  -­‐  $25/  ha     -­‐ Calculate  MERN  for  each  crop,  in  NMP.                                                                     Only  N  fertilizer,  up  to  lowest  range  of  MERN,  eligible  as  a   tax  deductible  expense?     -­‐ Reduce  food  waste  
  • 11.
    Soil  Renewal  Rate  To  form  a  2.5  cm  depth  of  soil  (340  t/ha)   requires  200  to  1000  years,  a  renewal   rate  of  0.3  to  2  t/ha/yr   In  U.S.A.,  soil  erosion  averages  18  t/ha/yr               (Pimental  et  al.  1987.  Bioscience  37:277-­‐283)    
  • 12.
    Productivity  of  eroded soil   Productivity  of  eroded  soils                                             will  decline  even  if  fertilizer  is                                 added  (Brady  and  Weil  2002,  Fig  17.8)   or  if  the  eroded  soil                                                                       is  irrigated  (Larney                                                                                                                         et  al.  1995  J.  Soil  Water                                                                                                         Conserv.  50:87-­‐91)    
  • 13.
    The  Revised  Universal Soil  Loss  Equation                       (RUSLE)  =  RKLSCP   R    =  rainfall  erosivity     K    =  soil  erodabality     LS  =  length  and                                             steepness  of  slope     C    =  cover  and  crop   management     P    =  practices  of  erosion  control                                                                                         (Brady  and  Weil  2002,  754  -­‐  763)  
  • 14.
    Observing  and  Caring    Erosion  control  practices  tend  to   increase  on  farms:   1)  with  farmers  mostly  on  the  farm   2)  organized  as  family  units              (Wall  et  al.  2002)  
  • 15.
    Attitude  of  Gratitude       Take  moments  to  be   thankful,  especially  for   healthy  soil  and  food.              Appreciate  what  we   have  and  treasure  it.      
  • 16.
    Vision to SustainFood A food system, based on healthy soil, clean air and water, minimal waste and regenerative energy, to support profitable and resilient farming and fishing communities and a healthy food supply for all. rcmartin@uoguelph.ca