Новое исследование Университета штата Мичиган проливает свет на то, как большие данные и цифровые технологии могут помочь фермерам лучше адаптироваться к угрозам - как настоящим, так и будущим - из-за меняющегося климата.
Исследование, опубликованное в Scientific Reports, является первым, в котором точно количественно определены характеристики почвы и ландшафта, а также пространственные и временные изменения урожайности в ответ на изменчивость климата. Это также первая компания, которая использует большие данные для определения областей на отдельных полях, где урожайность нестабильна.
В период с 2007 по 2016 год U. Экономика Южной Америки понесла экономический ущерб в размере 536 миллионов долларов из-за колебаний урожайности на нестабильных сельскохозяйственных угодьях, вызванных изменчивостью климата на Среднем Западе. Более четверти посевных площадей кукурузы и сои в регионе нестабильны. Доходность колеблется между высокой и низкой эффективностью в годовом исчислении.
Бруно Бассо, профессор Фонда МГУ по наукам о земле и окружающей среде, и его научный сотрудник с докторской степенью Рафаэль Мартинес-Фериа решили рассмотреть ключевые элементы скоординированного сельскохозяйственного проекта Национального института продовольствия и сельского хозяйства, которым руководил Бассо. с 2015 г.
«Во-первых, мы хотели знать, почему и где урожайность менялась из года в год в кукурузном и соевом поясе США», - сказал Бассо. «Затем мы хотели выяснить, можно ли использовать большие данные для разработки и развертывания климатически оптимизированных сельскохозяйственных решений, которые помогут фермерам снизить затраты, повысить урожайность и ограничить воздействие на окружающую среду».
Бассо и Мартинес-Ферия сначала исследовали почву и обнаружили, что она сама по себе не может в достаточной мере объяснить такие резкие колебания урожайности.
«Одна и та же почва будет иметь низкий урожай в один год и высокий урожай в следующем», - сказал Бассо. «Итак, что вызывает эту временную нестабильность?»
Используя огромное количество данных, полученных со спутников, исследовательских самолетов, дронов и дистанционных датчиков, а также от фермеров с помощью передовых наборов геопространственных датчиков, присутствующих во многих современных зерноуборочных комбайнах, Бассо и Мартинес-Ферия объединили большие данные и цифровые знания..
Они обнаружили, что взаимодействие между топографией, погодой и почвой оказывает огромное влияние на то, как поля реагируют на экстремальные погодные условия в нестабильных районах. Изменения рельефа, такие как впадины, вершины и склоны, создают локальные области, где вода стоит или стекает. Примерно две трети нестабильных зон расположены на этих вершинах и впадинах, а рельеф местности контролирует водный стресс, испытываемый сельскохозяйственными культурами.
Используя исчерпывающие данные и технологию, команда подсчитала процентную долю каждого поля кукурузы или сои на Среднем Западе, которое подвержено избытку или дефициту воды. Урожайность в районах с дефицитом воды может быть на 23-33% ниже средней по полю в сезоны с малым количеством осадков, но сравнима со средней в очень влажные годы. В районах, подверженных избытку воды, во влажные годы урожайность была на 26-33% ниже средней по полю.
Бассо считает, что их работа поможет определить будущее экологически чистых сельскохозяйственных технологий.
«Мы в первую очередь заинтересованы в том, чтобы помочь фермерам увидеть свои поля по-новому, помогая им принимать более эффективные решения для повышения урожайности, снижения затрат и улучшения воздействия на окружающую среду», - сказал Бассо. «Зная, что у вас есть область с дефицитом воды, вы будете планировать внесение удобрений по-другому. Количество удобрений для этой области должно быть значительно меньше, чем то, которое вы применяли бы на участках того же поля с большим количеством воды, доступной для растений.."
Исследование финансировалось USDA NIFA (награды 2015-68007-23133, 2018- 67003-27406) и AgBioResearch.