Boeren kunnen hun jaarlijkse maïsoogst niet met zekerheid voorspellen, maar met de hulp van nieuw onderzoek van de Michigan State University, ze kunnen nu specifieke delen van hun velden aanwijzen die consistent goede of slechte opbrengsten opleveren. Dit bespaart hen niet alleen tijd en geld; het zal een van de meest wijdverbreide milieuproblemen oplossen waarmee gewasproducerende regio's worden geconfronteerd:stikstofverlies.

"Dit is de eerste keer dat iemand in staat is geweest om te kwantificeren hoeveel kleinschalige opbrengstvariabiliteit er is in de Corn Belt van de Verenigde Staten, " zei Bruno Basso, MSU-hoogleraar ecosystemenwetenschap en hoofdauteur van de studie. "Onze bevindingen stellen boeren in staat om precies te weten welke delen van hun akkers een stabiele opbrengst hebben, waardoor ze hun variabele velden beter kunnen beheren om geld te besparen, vermindering van kunstmestverliezen en lagere uitstoot van broeikasgassen."

Basso en zijn MSU-co-auteurs - Guanyuan Shuai, Jinshui Zhang en Phil Robertson ontdekten dat bijna alle velden bepaalde gebieden hebben met constant lage of hoge opbrengsten, wat betekent dat een groot deel van de kunstmest die wordt toegevoegd aan gebieden met een lage opbrengst ongebruikt blijft en verloren gaat aan het milieu. Tegelijkertijd, ongebruikte stikstof gaat verloren aan het milieu in plaats van opgenomen door het gewas. De studie toont aan dat verloren stikstof uit 10 Midwest-staten jaarlijks bijna $ 1 miljard aan verspilde kunstmest en 6,8 miljoen ton broeikasgasemissies oplevert.

Het onderzoek, gepubliceerd in Wetenschappelijke rapporten , is de eerste die stikstofverliezen uit de laagproductieve gebieden van individuele velden kwantificeert. Basso's team gebruikte satellietbeelden om acht jaar aan sub-opbrengstvelden te meten voor 70 miljoen hectare landbouwgrond in het Midwesten. De analyse gaf de onderzoekers een fijn opgelost beeld van de hele maïsproductie in het Midwesten, zei Basso.

Om de satellietbeelden te valideren, vergeleek het team de satellietgegevens met 10 jaar opbrengstgegevens met hoge resolutie die zijn verzameld door sensoren die op maaidorsers van meer dan 1 zijn gemonteerd. 000 boerderijen.

"We hebben pixels in de afbeeldingen kleurgecodeerd om te zien waar het gewas stabiel en hoogproductief was, waar het stabiel en laagrenderend was en waar het jaar-op-jaar onstabiel was, " zei Basso. "In totaal, ongeveer 50% van de subveldgebieden die we analyseerden, waren stabiel en hoogrenderend. De slecht presterende en de onstabiele gebieden vertegenwoordigden elk ongeveer 25% van de totale landbouwgrond."

Door te beoordelen hoeveel Corn Belt-boeren uitgeven aan kunstmest die ongebruikt blijft, de auteurs concludeerden dat het beste resultaat - zowel voor boeren als voor het milieu - is om te voorkomen dat de slecht presterende gebieden van elk veld worden bemest. In feite, Basso zei, vanuit economisch oogpunt is het misschien beter om deze gebieden onbebouwd te laten, om ze te planten met conserveringsgrassen of in de toekomst, met meerjarige bio-energiegewassen.

In elk geval, Basso zei dat tijd en middelen moeten worden gericht op het bewerken van de delen van de velden die een hoge opbrengst hebben of die onstabiel zijn - enkele jaren met een hoge opbrengst, anderen met een lage opbrengst. De onstabiele gebieden kunnen nog steeds goed worden beheerd met een zorgvuldig beheer van stikstofbemesting in het seizoen, hij zei.

“Door big data in dienst te stellen van duurzaamheid, we zijn nu in staat om boeren een recept (Rx) kaart van stikstofmeststof voor hun velden te geven, die volledig kunnen veranderen hoe en waar ze hun inspanningen richten, Basso zei. "Boeren willen goede milieubeheerders zijn, en deze bevindingen geven hen een extra manier om dit te doen:om te voorkomen dat gebieden of velden worden overbemest die de meeste stikstof aan het grondwater zullen verliezen, rivieren en beken. Niemand wint wanneer kunstmest wordt verspild aan gebieden die niet zullen produceren. Zodra boeren deze gebieden hebben geïdentificeerd, ze kunnen zowel geld besparen als het milieu helpen."

Het werk werd uitgevoerd op verschillende geografische schalen, van kleinschalig onderzoek op de locatie voor ecologisch langetermijnonderzoek van Kellogg Biological Station tot individuele boerderijen in de regio tot uiteindelijk het hele Midwesten.

"Het werk toont aan dat overbemesting van akkerlanden met een consequent lage opbrengst zeer kostbaar is voor de industrie en een waardevolle benadering biedt om het doel van de landbouwsector van nauwkeurig stikstofbeheer te bereiken. Belangrijk is dat wat het beste is voor boeren, is ook het beste voor het milieu, " zei Colette St. Mary, een directeur van het Long-Term Ecological Research-programma van de National Science Foundation.

"De bevindingen bieden praktische aanbevelingen op basis van een overtuigend complete dataset in combinatie met teledetectie om boeren ervan te overtuigen dat het matchen van lage gewasopbrengsten uit stabiele gebieden met een lage opbrengst seizoensoverschotten aan reactieve stikstof zou kunnen elimineren, " zei Jim Dobrowolski, Nationaal programmaleider voor water bij USDA-NIFA. “Met dit onderzoek MSU's team helpt de boer, terwijl tegelijkertijd de uitstoot van broeikasgassen wordt verminderd en de waterkwaliteit wordt gehandhaafd. Het is een 'win-win-win'-oplossing."