Con l'aumento del costo dei fertilizzanti azotati e il suo impatto sulla qualità dell'aria e dell'acqua, i ricercatori dell'Università dell'Illinois vogliono aiutare gli agricoltori a prendere decisioni più informate sulla quantità di fertilizzanti. Il loro ultimo sforzo di modellazione mira a farlo esaminando il ruolo del clima prima della crescita sulla dinamica dell'azoto del suolo e sulla resa del mais a fine stagione.

"Quando gli agricoltori piantano il mais in primavera, sanno già cosa è successo durante la stagione di pre-crescita, dall'autunno precedente alla primavera. A differenza della prossima stagione di crescita, che non possiamo prevedere in modo affidabile, possiamo utilizzare le informazioni sulla stagione di pre-crescita per guidare gli agricoltori ad adeguare la loro applicazione di fertilizzanti", afferma Ziyi Li, ricercatore di dottorato presso il Dipartimento di risorse naturali e scienze ambientali (NRES) dell'Illinois e autore principale del nuovo studio pubblicato su Field Crops Research .

Il modello di Li ha rilevato che le stagioni pre-crescita più umide hanno ridotto l'azoto nel suolo attraverso la lisciviazione. Senza l'aggiunta di fertilizzanti in primavera, un aumento delle precipitazioni pre-stagionale ha portato a riduzioni della resa tra il 5 e il 14%. Ma con il fertilizzante primaverile applicato a circa 150 libbre di azoto per acro, il tasso medio del 2018 in Illinois, le forti precipitazioni pre-stagionali hanno comunque ridotto la resa dell'1-3%.

"Nella nostra analisi, abbiamo scoperto che l'applicazione di più fertilizzanti può mitigare e persino eliminare la perdita di resa indotta dall'eccessiva precipitazione pre-stagionale. Sulla base del nostro modello, se un agricoltore dell'Illinois applica 150 libbre di azoto per acro, l'1-3% la perdita di resa può essere prevenuta aggiungendo circa 16 libbre in più di azoto", afferma Li.

Nelle stagioni pre-crescita più fredde del normale, l'azoto inorganico del suolo e la resa di fine stagione sono diminuiti a causa della ridotta attività microbica del suolo e della maggiore lisciviazione. Ma in questo caso, l'aggiunta di fertilizzante extra in primavera potrebbe non fare molto.

"Gli effetti delle basse temperature della stagione pre-crescita sulla resa non possono essere eliminati aggiungendo fertilizzante aggiuntivo", afferma Li. "Questo perché la temperatura non solo influisce sul contenuto di azoto nel suolo, ma sembra anche limitare la crescita precoce in modi che influiscono sul potenziale di resa, anche se il tempo torna alla normalità in seguito."

Li ha utilizzato un modello avanzato di agroecosistema, noto come ecosys, per capire in che modo la temperatura e le precipitazioni nella stagione precedente alla crescita hanno influito sul contenuto di azoto inorganico e sulla resa del suolo. Il team di ricerca ha scelto il modello ecosys per la sua capacità avanzata di simulare i cicli del carbonio, dell'acqua e dei nutrienti. Il modello utilizza principi primi e algoritmi sofisticati per simulare le pratiche di gestione ei loro effetti.

"Il modello ecosys è stato ampiamente utilizzato per molti casi diversi per l'agricoltura e questo studio dimostra ulteriormente che ecosys può funzionare bene per simulare i cicli dell'azoto. Il set di dati di convalida che abbiamo utilizzato proveniva da decenni di prove sull'azoto condotte dai nostri collaboratori dell'Illinois e altri stati del Midwest. Abbiamo scoperto che il modello può effettivamente riprodurre questi modelli, non solo i dati dell'Illinois, ma anche quelli del più ampio Midwest", afferma Kaiyu Guan, professore associato presso NRES, direttore fondatore dell'Agroecosystem Sustainability Center in Illinois, e il ricercatore principale di questo studio.

"Abbiamo svolto uno sforzo di convalida molto completo; questo significa molto perché ci si vuole fidare di un modello che è stato convalidato, che è robusto. Riteniamo che i risultati di questo lavoro forniscano una giustificazione per la considerazione del tempo della stagione pre-crescita in determinare l'applicazione di fertilizzanti azotati primaverili", aggiunge Guan. "Uno dei nostri studi futuri analizzerà questi fattori negli strumenti decisionali per gli agricoltori."

Guan e Li affermano che i risultati del modello potrebbero essere utilizzati per migliorare i calcolatori del tasso di azoto attualmente in uso. Nel frattempo, Emerson Nafziger, professore emerito presso il Dipartimento di scienze delle colture e coautore dello studio, afferma che gli agricoltori che desiderano ottimizzare la loro applicazione di azoto potrebbero voler considerare le prove su strisce come un approccio complementare.

"Tassi elevati di azoto tendono a produrre mais verde scuro, ma anche tassi più bassi potrebbero farlo. L'unico modo per sapere se hai usato troppo azoto è confrontare il tasso che hai usato con un tasso più basso nello stesso campo. Una striscia nel campo con un tasso inferiore, o superiore se il tasso nel campo è moderato [meno di 200 libbre per acro da tutte le fonti], è un ottimo modo per acquisire fiducia nell'abbassare i tassi di azoto in futuro. un tasso più elevato produce un rendimento aggiuntivo sufficiente per ripagarsi, dovremmo essere in grado di identificare la probabile causa della differenza (ad esempio, terreni umidi) e utilizzarlo per adeguare i tassi in futuro", afferma Nafziger.