Фермеры не могут с уверенностью предсказать свой ежегодный урожай кукурузы, но с помощью нового исследования Университета штата Мичиган они теперь могут точно определить определенные участки своих полей, которые постоянно дают хорошие или плохие урожаи. Это не только сэкономит им время и деньги; это решит одну из самых распространенных экологических проблем, стоящих перед растениеводческими регионами, - потери азота.
«Впервые кто-либо смог количественно оценить, насколько мелкомасштабная изменчивость урожайности существует в Кукурузном поясе США», - сказал Бруно Бассо, профессор наук об экосистемах МГУ и ведущий автор исследования.«Наши результаты позволяют фермерам точно знать, какие части их сельскохозяйственных полей дают стабильные урожаи, что позволяет им лучше управлять своими переменными полями, чтобы сэкономить деньги, сократить потери удобрений и снизить выбросы парниковых газов».
Бассо и его соавторы из МГУ - Гуаньюань Шуай, Цзиньшуй Чжан и Фил Робертсон - обнаружили, что почти на всех полях есть определенные участки со стабильно низкой или высокой урожайностью, а это означает, что большая часть удобрений, вносимых в низкоурожайные участки, уходит не используются и теряются в окружающей среде. В то же время неиспользованный азот теряется в окружающей среде, а не поглощается культурой. Исследование показывает, что потери азота в 10 штатах Среднего Запада составляют почти 1 миллиард долларов в виде потраченных впустую удобрений и 6,8 миллионов метрических тонн выбросов парниковых газов в год..
Исследование, опубликованное в журнале Scientific Reports, впервые позволило количественно оценить потери азота на малопродуктивных участках отдельных полей. Команда Бассо использовала спутниковые снимки, чтобы измерить восьмилетнюю неурожайность полей на 70 миллионах акров сельскохозяйственных угодий на Среднем Западе. По словам Бассо, анализ предоставил исследователям четкое изображение всего производства кукурузы на Среднем Западе.
Чтобы проверить спутниковые снимки, команда сравнила спутниковые данные с данными об урожайности в высоком разрешении за 10 лет, собранными датчиками, установленными на зерноуборочных комбайнах, с более чем 1000 ферм.
"Мы кодировали пиксели на изображениях цветом, чтобы увидеть, где урожай был стабильным и высокоурожайным, где он был стабильным и низкоурожайным, а где он был нестабильным из года в год", - сказал Бассо. «В общей сложности около 50% проанализированных нами подполевых площадей были стабильными и высокоурожайными. Каждая из малоэффективных и нестабильных площадей составляла около 25% от общей площади сельскохозяйственных угодий».
Оценивая, сколько фермеры Кукурузного пояса тратят на удобрения, которые остаются неиспользованными, авторы пришли к выводу, что наилучший результат - как для фермеров, так и для окружающей среды - это избегать удобрения неэффективных участков каждого поля. На самом деле, сказал Бассо, с экономической точки зрения может быть лучше оставить эти территории необработанными, засеять их консервирующими травами или, в будущем, многолетними биоэнергетическими культурами.
В любом случае, Бассо сказал, что время и ресурсы должны быть сосредоточены на возделывании участков полей, которые являются высокоурожайными или нестабильными - высокоурожайными в одни годы и низкоурожайными в другие. По его словам, в нестабильных районах все еще можно хорошо управлять с помощью тщательного внесения азотных удобрений в сезон.
«Поставив большие данные на службу устойчивости, мы теперь можем предоставить фермерам карту предписаний (Rx) азотных удобрений для их полей, что может полностью изменить то, как и где они сосредоточивают свои усилия», - сказал Бассо. «Фермеры хотят быть хорошими защитниками окружающей среды, и эти результаты дают им дополнительный способ сделать это - избегать чрезмерного удобрения участков полей, которые будут терять больше всего азота в грунтовые воды, реки и ручьи. Никто не выигрывает, когда удобрения тратятся впустую. это не принесет урожая. Как только фермеры определят эти области, они смогут сэкономить деньги и помочь окружающей среде».
Работа проводилась в различных географических масштабах, начиная от мелкомасштабных исследований на биологической станции Келлогг, где проводились долгосрочные экологические исследования, и заканчивая отдельными фермами в регионе и, в конечном счете, всем Среднем Западе.
Работа демонстрирует, что избыточное удобрение постоянно низкоурожайных пахотных земель очень дорого обходится отрасли и предлагает ценный подход к достижению цели сельскохозяйственной отрасли по точному управлению азотом. Важно отметить, что то, что лучше для фермеров, также лучше для окружающей среды», - сказала Колетт Сент-Мэри, директор программы долгосрочных экологических исследований Национального научного фонда.
«Результаты содержат практические рекомендации, основанные на убедительно полном наборе данных в сочетании с дистанционным зондированием, чтобы убедить фермеров в том, что сопоставление низких урожаев со стабильных низкоурожайных районов может устранить сезонные избытки реактивного азота», - сказал Джим Добровольски, Национальный Руководитель программы по воде в USDA-NIFA. «С помощью этого исследования команда МГУ помогает фермеру получить прибыль, одновременно сокращая выбросы парниковых газов и поддерживая качество воды. Это беспроигрышное решение».