Gli agricoltori non possono prevedere con certezza il loro raccolto annuale di mais, ma con l'aiuto di una nuova ricerca della Michigan State University, ora possono individuare parti specifiche dei loro campi che producono costantemente rese buone o cattive. Non solo questo farà risparmiare loro tempo e denaro; risolverà uno dei problemi ambientali più diffusi che affliggono le regioni produttrici di colture:la perdita di azoto.

"Questa è la prima volta che qualcuno è stato in grado di quantificare quanta variabilità di resa su piccola scala c'è nella Corn Belt degli Stati Uniti, " ha detto Bruno Basso, Professore MSU di scienze degli ecosistemi e autore principale dello studio. "I nostri risultati consentono agli agricoltori di sapere esattamente quali porzioni dei loro campi agricoli hanno rese stabili, il che consente loro di gestire meglio i loro campi variabili per risparmiare denaro, ridurre le perdite di fertilizzanti e le emissioni di gas serra".

Basso e i suoi coautori MSU:Guanyuan Shuai, Jinshui Zhang e Phil Robertson—hanno scoperto che quasi tutti i campi hanno determinate aree con rese costantemente basse o alte, il che significa che gran parte del fertilizzante aggiunto alle aree a bassa resa rimarrà inutilizzato e andrà perso nell'ambiente. Allo stesso tempo, l'azoto inutilizzato viene disperso nell'ambiente anziché assorbito dalla coltura. Lo studio mostra che l'azoto perso da 10 stati del Midwest ammonta a quasi 1 miliardo di dollari di fertilizzante sprecato e 6,8 milioni di tonnellate di emissioni di gas serra ogni anno.

La ricerca, pubblicato in Rapporti scientifici , è il primo a quantificare le perdite di azoto dalle aree a bassa produzione dei singoli campi. Il team di Basso ha utilizzato immagini satellitari per misurare otto anni di campi di sotto-resa per 70 milioni di acri di terreno agricolo nel Midwest. L'analisi ha fornito ai ricercatori un'immagine finemente risolta dell'intera produzione di mais del Midwest, disse Basso.

Per convalidare le immagini satellitari, il team ha confrontato i dati satellitari con 10 anni di dati sulla resa ad alta risoluzione raccolti da sensori montati su mietitrebbiatrici da più di 1, 000 fattorie.

"Abbiamo codificato a colori i pixel nelle immagini per vedere dove il ritaglio era stabile e ad alto rendimento, dove era stabile e a basso rendimento e dove era instabile anno su anno, " disse Basso. "In totale, circa il 50% delle aree di sottocampo che abbiamo analizzato erano stabili e ad alto rendimento. Le aree poco performanti e quelle instabili rappresentavano ciascuna circa il 25% della superficie agricola totale".

Valutando quanto spendono gli agricoltori del Corn Belt in fertilizzanti che non vengono utilizzati, gli autori hanno concluso che il miglior risultato, sia per gli agricoltori che per l'ambiente, è evitare di fertilizzare le aree con prestazioni inferiori a ogni campo. Infatti, Basso ha detto, potrebbe essere meglio da un punto di vista economico lasciare queste aree non coltivate, per piantarli con erbe di conservazione o in futuro, con colture bioenergetiche perenni.

In ogni caso, Basso ha detto che tempo e risorse dovrebbero essere concentrati sulla coltivazione delle parti dei campi che sono ad alto rendimento o che sono instabili - ad alto rendimento alcuni anni, altri a basso rendimento. Le aree instabili possono essere comunque gestite bene con un'attenta gestione stagionale del fertilizzante azotato, Egli ha detto.

"Mettendo i big data al servizio della sostenibilità, ora siamo in grado di fornire agli agricoltori una mappa di prescrizione (Rx) di fertilizzante azotato per i loro campi, che possono cambiare completamente come e dove concentrano i loro sforzi, Ha detto Basso. "Gli agricoltori vogliono essere buoni amministratori dell'ambiente, e questi risultati danno loro un ulteriore modo per farlo:evitare aree di campi eccessivamente fertilizzanti che perderanno la maggior parte dell'azoto nelle acque sotterranee, fiumi e torrenti. Nessuno vince quando il fertilizzante viene sprecato in aree che non producono. Una volta che gli agricoltori identificano queste aree, possono sia risparmiare denaro che aiutare l'ambiente".

Il lavoro è stato condotto su una varietà di scale geografiche, estendendosi dalla ricerca su piccola scala presso il sito di ricerca ecologica a lungo termine della stazione biologica di Kellogg alle singole fattorie nella regione fino all'intero Midwest.

"Il lavoro dimostra che la fertilizzazione eccessiva di terreni coltivati ​​costantemente a bassa resa è molto costosa per l'industria e offre un approccio prezioso per raggiungere l'obiettivo del settore agricolo di una gestione di precisione dell'azoto. È importante sottolineare che ciò che è meglio per gli agricoltori è anche il meglio per l'ambiente, " disse Colette St. Mary, un direttore del programma di ricerca ecologica a lungo termine della National Science Foundation.

"I risultati forniscono raccomandazioni pratiche basate su un set di dati convincentemente completo accoppiato con il telerilevamento per persuadere gli agricoltori che l'abbinamento di bassi raccolti da aree stabili a basso rendimento potrebbe eliminare gli eccessi stagionali di azoto reattivo, " disse Jim Dobrowolski, Leader del programma nazionale per l'acqua presso USDA-NIFA. "Con questa ricerca, Il team di MSU aiuta la linea di fondo dell'agricoltore, riducendo contemporaneamente le emissioni di gas serra e mantenendo la qualità dell'acqua. È una soluzione "win-win-win"".