Wetenschap
Verlaten landbouwgronden kunnen een rol spelen in de strijd tegen de klimaatverandering. Uit onderzoek blijkt precies waar ze zich bevinden
Landbouwgrond is vaak een strijdtoneel in de strijd tegen de klimaatverandering. Zonnepanelen en energiegewassen zijn in strijd met de voedselproductie, terwijl goedbedoelde beleidskeuzes boeren ertoe kunnen aanzetten nieuwe gronden te bewerken, waardoor nog meer warmtevasthoudend gas in de atmosfeer terechtkomt.
Dat is de reden dat strategieën voor duurzame, plantaardige brandstoffen zich richten op marginale gronden:velden die te moeilijk te bebouwen zijn of die niet voldoende opbrengsten opleveren om als winstgevend te worden beschouwd.
Een nieuw instrument ontwikkeld door wetenschappers van de Universiteit van Wisconsin-Madison zou die spanning kunnen helpen verlichten.
Onder leiding van Yanhua Xie en Tyler Lark, onderzoekers van het Great Lakes Bioenergy Research Center, gebruikte het team machine learning om bijna 30 miljoen hectare akkerland in de Verenigde Staten dat sinds de jaren tachtig verlaten was, in kaart te brengen. energie en voedsel.
Hun bevindingen zijn gepubliceerd in het tijdschrift Environmental Research Letters , omvatten de meest gedetailleerde kaarten van eerder gecultiveerd land in de VS tot nu toe. Ze bieden een resolutie op veldniveau van verlaten landbouwgrond die kan worden gebruikt voor het verbouwen van gewassen zoals switchgrass of sorghum, die koolstof in de bodem kunnen vasthouden en kunnen dienen als grondstof voor biobrandstoffen en vervangingen voor petrochemicaliën.
"Als we kunnen begrijpen waar deze gebieden zich bevinden en wat de kenmerken zijn, kunnen we hun ware potentieel voor zaken als klimaatmitigatie echt begrijpen", zegt Lark, een wetenschapper bij UW-Madison's Centre for Sustainability and the Global Environment.
Lark, die veranderingen in landgebruik en de gevolgen daarvan voor land- en watervoorraden bestudeert, zegt dat dit inzicht kan worden gebruikt om investeringen in schone energie te sturen daar waar deze de minste concurrentie hebben met andere nuttige toepassingen.
"Dat is een belangrijke toepassing hiervan", zegt Lark. "Of het nu gaat om fotovoltaïsche zonne-energie, landbouwvoltaïsche energie, de ontwikkeling van bio-energie op basis van cellulose, of gewoon het herstel van natuurlijke ecosystemen:deze locaties kunnen geweldige kandidaten zijn voor veel van deze toepassingen."
De studie was een samenwerking tussen onderzoekers van UW-Madison en Michigan State University. De resulterende gegevens zijn openbaar beschikbaar in de interactieve atlas van Amerikaans akkerland van de GLBRC, die ook trends in de uitbreiding van landbouwgrond en irrigatie in kaart brengt.
Onderzoekers vertrouwen traditioneel op datasets zoals de Census of Agriculture van de USDA, die elke vijf jaar schattingen geeft van landbouwgrond op provinciaal niveau en kan worden gebruikt om te schatten hoeveel land uit de productie is gehaald.
Maar tot nu toe was het onmogelijk om precies te weten waar dat land lag of wanneer het verlaten was.
"De meeste van deze schattingen vonden allemaal plaats op provinciaal niveau", zegt Lark. "Dit is echt de analyse met de hoogste resolutie die beschikbaar is, waarbij je rechtstreeks naar het landschap kijkt – veld voor veld, hectare voor hectare – van waar deze akkerlanden zich bevinden."
Hoewel satellietbeelden al tientallen jaren bestaan, zonder recente ontwikkelingen op het gebied van cloud computing, was het volgens Lark onmogelijk om de bijna 2 miljard hectare grond in de aangrenzende VS te classificeren.
Om de analyses van het team te maken, gebruikte Xie, nu professor aan de Universiteit van Oklahoma, bestaande gegevens over landbedekking om een computer te trainen om die beelden te lezen en teeltpatronen te herkennen. De onderzoekers lieten dat algoritme vervolgens satellietgegevens van 1986 tot en met 2018 analyseren en elke pixel categoriseren om te bepalen of deze gecultiveerd was.
De resultaten voorspellen negen van de tien keer nauwkeurig de exacte locatie van verlaten akkerlanden en kunnen zelfs met een nauwkeurigheid van ongeveer 65% aangeven in welk jaar ze verlaten zijn.
Het team ontdekte dat in die 32 jaar ruim 30 miljoen hectare akkerland verlaten was. Het meeste verlaten land was geconcentreerd in de Great Plains en langs de rivier de Mississippi, tussen het zuiden van Illinois en de Golf van Mexico.
Die 30 miljoen hectare omvatten niet het verstedelijkte land, waarvan Lark zegt dat het onwaarschijnlijk is dat het ooit weer in cultuur zal worden gebracht. Van dat verlaten akkerland veranderde meer dan de helft in weiland of grasland en ongeveer een derde bestond uit struikgewas, bos, moerasland of kaal.
Lark was verrast toen hij ontdekte dat minder dan een vijfde van het verlaten land deel uitmaakte van een formeel natuurbeschermingsprogramma, zoals het Conservation Reserve Program van USDA, dat boeren betaalt om ecologisch gevoelige gronden uit productie te nemen. Dat betekent dat meer land dan eerder werd gedacht potentieel zou kunnen worden gebruikt om bio-energiegewassen te verbouwen.
"Veel van de veronderstellingen waren dat dit voormalige akkerland veel overlap had met formele natuurbehoudsprogramma's", zegt Lark. "Maar we zagen dat het vrijwel geheel verschillende pools zijn."
Onderzoekers kunnen de resulterende gegevens nu gebruiken om te modelleren hoeveel biomassa op deze gronden zou kunnen worden verbouwd, evenals hun potentieel om kooldioxide uit de atmosfeer in de bodem op te vangen.
De studie verklaart niet waarom de gronden werden verlaten. "De volgende stap is het achterhalen van de drijfveren", zegt Lark.
Om dat te doen, zegt Lark, kan het team andere informatie verzamelen, zoals sociaal-economische gegevens en belastinggegevens, om een beter beeld te krijgen van wat er op perceelniveau gebeurt – bijvoorbeeld of een boer één veld uit productie heeft genomen of de hele boerderij heeft verkocht. en gebruik dat om potentiële toepassingen voor het land te identificeren.
"Als ze een hoop hooi verbouwen, is dat waarschijnlijk gemakkelijker aan te passen aan cellulosehoudende biobrandstofgrondstof, omdat ze misschien al over de apparatuur beschikken... en je zou dan ook zoiets als switchgrass kunnen oogsten", zegt Lark. "Als het ergens is waar helemaal geen landbouwproductie meer is, is het misschien moeilijker om dat te doen, maar misschien wel geschikter voor een zonne-installatie."