К концу века ученые ожидают, что изменение климата значительно снизит урожайность кукурузы, по некоторым оценкам, до 28%. Но в этих расчетах отсутствует ключевой фактор, который может еще больше снизить урожайность кукурузы: сорняки.
Более влажные весны и более жаркое и сухое лето, которые уже стали нормой в Кукурузном поясе, создают нагрузку на кукурузу на ключевых стадиях воспроизводства, включая шелковистость и налив зерна. Но те же погодные условия могут принести пользу сорнякам, которые процветают в суровых условиях.
Неблагоприятная погода и сорняки являются двумя факторами стресса для растениеводства, но было проведено очень мало исследований того, как сочетание этих двух факторов влияет на урожайность. Компьютерные модели, прогнозирующие урожайность кукурузы в будущем, предполагают отсутствие сорняков, - говорит Марти Уильямс, эколог Службы сельскохозяйственных исследований Министерства сельского хозяйства США, аффилированный профессор Департамента растениеводства в Иллинойсе и соавтор нового исследования в области биологии глобальных изменений. «Это вряд ли будет иметь место без серьезных изменений в том, как мы боремся с сорняками».
Полная борьба с сорняками редко достигается на практике, особенно если учесть, что гербициды - единственное наиболее распространенное средство, используемое для уничтожения сорняков - уступают место устойчивым сорнякам. Несколько важных видов сорняков, в том числе водяная конопля и амарант Палмера, могут игнорировать несколько способов действия гербицидов. И в отсутствие новых классов гербицидов, приближающихся к коммерческому использованию на кукурузе, перспективы химической борьбы с устойчивыми сорняками по-прежнему туманны.
Тем не менее, борьба с сорняками в конце сезона, такими как водяная конопля, была наиболее важным фактором, влияющим на урожайность кукурузы; больше, чем любая практика управления или фактор, связанный с погодой.
Чтобы прийти к такому выводу, исследовательская группа, в которую входят ученые из Университета I, Кристофер Ландау и Аарон Хагер, проанализировала 27 лет испытаний гербицидов, представляющих более 200 уникальных погодных условий по всему Иллинойсу.
«Когда исследователи в сельском хозяйстве хотят наблюдать за изменениями погоды и урожайностью контролируемым образом, обычно это один эксперимент в двух или трех средах. Если это большое исследование, это может охватывать шесть или восемь сред», говорит. «Наш анализ позволил нам просмотреть исторический набор данных, в котором были сотни сред. В этом его настоящая красота».
Алгоритмы машинного обучения помогли исследователям разобраться в большом и сложном наборе данных. Они рассмотрели вопросы управления посевами, включая дату посадки, выбор гибрида и густоту посадки; процент борьбы с сорняками для нескольких видов сорняков; данные о погоде на ключевых этапах роста на протяжении всего жизненного цикла кукурузы; и доходность.
Анализ показал, что потери в среднем составляют 50% при минимальном контроле позднеспелых сорняков. Даже при относительно надежной борьбе с сорняками в конце сезона (до 93%), сорняки усугубляют потери урожая в жарких или засушливых условиях.
Сочетание неполной борьбы с сорняками и этих погодных явлений приводит к тому, что мы видим, что потери урожая намного больше, чем просто из-за плохой погоды. Достижение 94% контроля над сорняками в конце сезона - это высокая планка. I' Я был бы удивлен, если бы многие поля регулярно достигали этой отметки по борьбе с сорняками», - говорит Уильямс.
Исследователи знают, что чрезмерная жара в середине лета и/или засуха подвергают кукурузу стрессу и делают ее менее конкурентоспособной по отношению к сорнякам. Но это не единственный способ взаимодействия изменения климата с сорняками, влияющий на урожайность кукурузы. Неблагоприятная погода влияет на условия работы в поле и эффективность гербицидов. Например, если период засухи наступает сразу после применения довсходовых гербицидов, химикаты не будут работать, и всходы кукурузы могут быть поглощены ранними сорняками.
Фермерам, вынужденным сажать позже из-за влажных условий весной, может повезти. Анализ показал снижение урожайности на 18% при посеве кукурузы после 29 апреля.
«Преимущество более позднего посева было связано с улучшенной борьбой с сорняками, поскольку ранние сорняки успевали прорасти и погибнуть до посадки», - говорит Ландау. «Но это не обязательно означает, что это лучше для урожая. Чем позже посажена кукуруза, тем больше вероятность того, что вы поймаете окно времени, когда во время цветения будет слишком жарко или сухо. Поздняя посадка может помочь в борьбе с сорняками, но это может подвергнуть урожай большему риску стресса от жары или засухи во время воспроизводства».
Анализ подчеркивает необходимость отказа от упрощенных систем борьбы с сорняками в условиях изменения климата. Уильямс говорит, что сорняки адаптируются к существующим гербицидам, и новый продукт не станет серебряной пулей. Как и любой другой отдельный инструмент, независимо от того, насколько новаторской является технология.
История показала нам, что бесполезно изобретать какой-то совершенно новый инструмент, если мы слишком сильно на него полагаемся. Нам действительно нужны новые инструменты. Будь то борьба с семенами сорняков, подходы генной инженерии, прополки или другие достижения. Во многих областях достигнут прогресс, но по мере появления новых инструментов нам необходимо разнообразить методы борьбы с сорняками. Не только с помощью зарегистрированных гербицидов, но и с помощью всех доступных тактик», - говорит Уильямс.