Met de stijgende kosten van stikstofkunstmest en de gevolgen ervan voor de lucht- en waterkwaliteit, willen onderzoekers van de Universiteit van Illinois boeren helpen om beter geïnformeerde beslissingen te nemen over de hoeveelheid mest. Hun nieuwste modelleringsinspanning is bedoeld om dat te doen door de rol van het weer voor het groeiseizoen op de stikstofdynamiek in de bodem en de maïsopbrengst aan het einde van het seizoen te onderzoeken.

"Als boeren in het voorjaar maïs planten, weten ze al wat er is gebeurd tijdens het pre-groeiseizoen, van de vorige herfst tot de lente. In tegenstelling tot het komende groeiseizoen, dat we niet betrouwbaar kunnen voorspellen, kunnen we pre-groeiseizoeninformatie gebruiken om boeren te begeleiden bij het aanpassen van hun bemesting", zegt Ziyi Li, doctoraal onderzoeker bij het Department of Natural Resources and Environmental Sciences (NRES) in Illinois en hoofdauteur van de nieuwe studie gepubliceerd in Field Crops Research .

Li's model vond dat nattere voorgroeiseizoenen de stikstof in de bodem verminderden door uitspoeling. Zonder toevoeging van kunstmest in het voorjaar leidde een toename van de neerslag in het voorseizoen tot opbrengstdalingen tussen 5 en 14%. Maar met lentebemesting die werd toegepast met ongeveer 150 lb stikstof per hectare, het gemiddelde tarief van 2018 in Illinois, daalde de zware neerslag vóór het seizoen nog steeds met 1-3%.

"In onze analyse ontdekten we dat het toepassen van meer kunstmest het opbrengstverlies als gevolg van overmatige neerslag vóór het groeiseizoen kan verminderen en zelfs kan elimineren. opbrengstverlies kan worden voorkomen door ongeveer 16 pond meer stikstof toe te voegen", zegt Li.

In koudere dan normale voorgroeiseizoenen daalden de anorganische stikstof in de bodem - en de opbrengst aan het einde van het seizoen - als gevolg van verminderde microbiële activiteit in de bodem en verbeterde uitspoeling. Maar in dit geval zal het toevoegen van extra bemesting in het voorjaar misschien niet veel opleveren.

"De effecten van koude temperaturen voor het groeiseizoen op de opbrengst kunnen niet worden geëlimineerd door extra kunstmest toe te voegen", zegt Li. "Dat komt omdat de temperatuur niet alleen het stikstofgehalte in de bodem beïnvloedt, maar ook de vroege groei lijkt te beperken op manieren die het opbrengstpotentieel beïnvloeden, zelfs als het weer later weer normaal wordt."

Li gebruikte een geavanceerd agro-ecosysteemmodel, bekend als ecosys, om te begrijpen hoe temperatuur en neerslag in het pre-groeiseizoen het anorganische stikstofgehalte en de opbrengst van de bodem beïnvloedden. Het onderzoeksteam koos voor het ecosys-model vanwege het geavanceerde vermogen om koolstof-, water- en nutriëntenkringlopen te simuleren. Het model gebruikt eerste principes en geavanceerde algoritmen om managementpraktijken en hun effecten te simuleren.

"Het ecosys-model is op grote schaal gebruikt voor veel verschillende gevallen voor de landbouw, en deze studie toont verder aan dat ecosys goed kan presteren voor het simuleren van stikstofcycli. De validatiegegevensset die we gebruikten, kwam van tientallen jaren stikstofproeven uitgevoerd door onze medewerkers in Illinois en andere staten in het Midwesten. We ontdekten dat het model deze patronen kan reproduceren, niet alleen de gegevens van Illinois, maar ook patronen uit het bredere Midwesten", zegt Kaiyu Guan, universitair hoofddocent bij NRES, oprichter en directeur van het Agroecosystem Sustainability Center in Illinois, en de hoofdonderzoeker van deze studie.

"We hebben een zeer uitgebreide validatie-inspanning gedaan; dit betekent veel omdat je wilt vertrouwen op een model dat gevalideerd is, dat robuust is. We geloven dat de bevindingen in dit werk enige rechtvaardiging bieden voor het overwegen van het weer voor het groeiseizoen het bepalen van de stikstofbemesting in het voorjaar", voegt Guan toe. "Een van onze toekomstige studies zal deze factoren onderzoeken in besluitvormingstools voor boeren."

Guan en Li zeggen dat de resultaten van het model kunnen worden gebruikt om de stikstofsnelheidscalculators die momenteel in gebruik zijn, te verbeteren. In de tussentijd zegt Emerson Nafziger, emeritus hoogleraar bij het Department of Crop Sciences en co-auteur van de studie, dat boeren die hun stikstoftoediening willen afstemmen, stripproeven kunnen overwegen als een aanvullende benadering.

"Hoge stikstofhoeveelheden hebben de neiging om donkergroene maïs te produceren, maar lagere hoeveelheden kunnen dat ook doen. De enige manier om te weten of u te veel stikstof hebt gebruikt, is door de hoeveelheid die u gebruikte te vergelijken met een lagere hoeveelheid in hetzelfde veld. Een strook in het veld met een lagere snelheid, of hoger als de snelheid in het veld matig is [minder dan 200 lb per acre uit alle bronnen], is een uitstekende manier om vertrouwen te krijgen in het verlagen van de stikstoftarieven in de toekomst. higher rate produces enough extra yield to pay for itself, we should be able to identify the likely cause for the difference (for example, wet soils) and use that to adjust rates in the future," Nafziger says.