Als de opwarming in het Midwesten onverminderd doorgaat, over 50 jaar kunnen we verwachten dat de beste omstandigheden voor de productie van maïs en sojabonen zijn verschoven van Iowa en Illinois naar Minnesota en de Dakota's, volgens onderzoekers van Penn State.

Met behulp van machine learning - een vorm van kunstmatige intelligentie waarmee een computersysteem kan leren van gegevens - overwoog het team meer dan drie decennia van provinciaal niveau, gewasopbrengstgegevens van de National Agricultural Statistics Service van het Amerikaanse ministerie van landbouw voor 18 staten in de centrale regio van de Verenigde Staten. Dat gebied produceert de meeste van deze gewassen.

De onderzoekers evalueerden gewasopbrengsten samen met weergegevens. Ze hebben rekening gehouden met fundamentele klimaatvariabelen om opbrengstvoorspellers te vinden die specifiek zijn voor elk van de groeifasen van gewassen. De studie analyseerde ook de relaties tussen klimaat en maïs, sorghum en sojabonen opbrengst van 1980 tot 2016.

"Dit soort onderzoek was onmogelijk vóór het tijdperk van big data waarin we nu leven, en uiteraard, het kan alleen worden gedaan door gebruik te maken van de krachtige rekencapaciteit waartoe we bij Penn State toegang hebben, " zei onderzoeker Armen Kemanian, universitair hoofddocent productiesystemen en modellering aan het College of Agricultural Sciences. "Deze studie is belangrijk omdat in een klimaat dat relatief snel verandert, deze technieken stellen ons in staat om te voorzien wat er kan gebeuren."

De bevindingen, gepubliceerd in Brieven voor milieuonderzoek , niet noodzakelijkerwijs dat de verschuiving naar het noorden en westen in de maïs- en sojabonenproductie zal plaatsvinden, zei hoofdonderzoeker Alexis Hoffman, die in 2018 haar doctoraat in meteorologie behaalde aan Penn State. op basis van de gegevens, onderzoekers concluderen dat een dergelijke verschuiving gaande is, en er is een grote kans dat het zal doorgaan.

"We suggereren niet dat zo'n verschuiving een catastrofe zou zijn, "Zei Kemanian. "Het betekent niet dat Iowa zal stoppen met het produceren van gewassen, maar het kan betekenen dat boeren in Iowa zich aanpassen aan een warmer klimaat en twee gewassen per jaar of een andere mix van gewassen produceren in plaats van de dominante maïs-soja-rotatie. De veranderingen zullen waarschijnlijk geleidelijk gaan, en boeren en de toeleveringsketen moeten zich kunnen aanpassen. Maar dingen zullen veranderen."

De drie gewassen in het onderzoek reageren verschillend op vochtigheid en temperatuur, een van de meest onthullende resultaten van het onderzoek, merkte Hofman op. In het algemeen, maïs heeft meer vocht nodig, sorghum verdraagt ​​hogere temperaturen en soja zit daar ergens tussenin.

Voor elk jaar tijdens de studieperiode, onderzoekers schatten plantdata voor elke provincie, gebaseerd op temperaturen op provinciaal niveau om de aanpassing van boeren aan koude of warme jaren te simuleren, ze zei. Ze schatten dat het planten plaatsvindt zodra het voortschrijdend gemiddelde van 21 dagen stijgt tot een gewasspecifieke drempeltemperatuur. Planttemperaturen voor maïs, sorghum en soja waren 50, 59, en 53,6 graden Fahrenheit, respectievelijk.

Maïs vertoonde een unieke sterke reactie van verhoogde opbrengst op toenemende luchtvochtigheid tijdens de kritieke fase, van voor tot na de bloei, evenals een sterke gevoeligheid voor blootstelling aan extreme temperaturen, Hofman uitgelegd.

"Vochtigheid is een factor voor alle onderzochte gewassen, maar wat de gegevens ons vertellen, is dat het meer een factor is voor maïs dan voor soja of sorghum, en in een zeer smal tijdvenster, "zei ze. "En door vochtigheid, we bedoelen dat de bodem vochtig kan zijn, maar de gegevens tonen aan dat vocht in de lucht ertoe doet, achteloos. Dat was niet eerder bekend."

Echter, soja reageert sterk op zowel maximum- als minimumtemperaturen, ze zei. "Alle gewassen hadden drempelachtige reacties op hoge temperaturen, hoewel we een relatief grotere tolerantie voor hoge temperaturen voor sorghum bij 90,5 F hebben gedocumenteerd, versus een bereik van 84,2 tot 86 F voor maïs en soja. We hebben die reactie niet beschreven - machine learning onthulde het voor ons."

Het onderzoek kan gevolgen hebben voor bedrijven die oogstverzekeringen verkopen, suggereert Kemanian.

"Hoge temperatuurschommelingen zijn schadelijk. Leren wanneer en met hoeveel voor zowel maïs als sojabonen is van cruciaal belang, " zei hij. "Gewasverzekeringsmaatschappijen hebben hier belang bij omdat ze het risico van een bepaalde stress moeten inschatten en hoeveel ze als resultaat zullen betalen."

Chris Bos, hoogleraar aard- en mineraalwetenschappen, Hoffmans promotieadviseur was bij het onderzoek betrokken. Dit onderzoek bouwt voort op eerder werk van Hoffman en het team in sub-Sahara Afrika.