Le spighe sopra provengono da una bancarella di mais che non ha subito stress idrico. Le spighe sottostanti provengono da un bosco di mais che ha subito stress idrico durante la fioritura. Le spighe irregolari e più corte con chicchi abortiti sono tipiche del mais in condizioni di stress idrico dovuto al suolo secco o all'aria molto secca e mostrano come il raccolto risponde alle condizioni climatiche. Credito:Amanda Burton, Penn State
Se il riscaldamento continua senza sosta nel Midwest, in 50 anni possiamo aspettarci che le migliori condizioni per la produzione di mais e soia si siano spostate dall'Iowa e dall'Illinois al Minnesota e al Dakota, secondo i ricercatori della Penn State.
Utilizzando l'apprendimento automatico, una forma di intelligenza artificiale che consente a un sistema informatico di apprendere dai dati, il team ha preso in considerazione più di tre decenni di studi a livello di contea, dati sulla resa delle colture dal Servizio nazionale di statistica agricola del Dipartimento dell'agricoltura degli Stati Uniti per 18 stati nella regione centrale degli Stati Uniti. Quella zona produce la maggior parte di queste colture.
I ricercatori hanno valutato i raccolti insieme ai dati meteorologici. Hanno considerato le variabili climatiche fondamentali per trovare predittori di resa specifici per ciascuna delle fasi di crescita del raccolto. Lo studio ha anche analizzato le relazioni tra clima e mais, resa in sorgo e semi di soia dal 1980 al 2016.
"Questo tipo di ricerca era impossibile prima dell'era dei big data in cui viviamo ora, ed ovviamente, può essere fatto solo utilizzando la potente capacità di calcolo a cui possiamo accedere a Penn State, " ha detto il ricercatore Armen Kemanian, professore associato di sistemi di produzione e modellistica presso la Facoltà di Scienze Agrarie. "Questo studio è importante perché in un clima che sta cambiando in tempi relativamente brevi, queste tecniche ci permettono di prevedere cosa potrebbe accadere".
Le scoperte, pubblicato in Lettere di ricerca ambientale , non significa necessariamente che si verificherà lo spostamento a nord e a ovest della produzione di mais e soia, ha affermato il ricercatore capo Alexis Hoffman, che ha conseguito il dottorato in meteorologia alla Penn State nel 2018. Ma, in base ai dati, i ricercatori concludono che un tale cambiamento è in corso, e c'è una forte probabilità che continuerà.
"Non stiamo suggerendo che un tale cambiamento sarebbe una catastrofe, " Kemanian ha detto. "Non significa che Iowa smetterà di produrre raccolti, ma potrebbe significare che gli agricoltori dell'Iowa si adattano a un clima più caldo producendo due raccolti in un anno o un diverso mix di colture invece della rotazione dominante mais-soia. È probabile che i cambiamenti siano graduali, e gli agricoltori e la catena di approvvigionamento dovrebbero essere in grado di adattarsi. Ma le cose cambieranno".
Le tre colture in studio hanno risposte distinte all'umidità e alla temperatura, uno dei risultati più rivelatori dello studio, ha osservato Hoffman. Generalmente, il mais ha bisogno di più umidità, il sorgo tollera temperature più elevate e la soia è una via di mezzo.
Il grafico mostra la sovrapposizione delle precipitazioni e della temperatura codificate a colori per rappresentare le migliori posizioni per il mais nel 2016 e in uno scenario climatico rappresentativo del 2064 se le emissioni non vengono ridotte. La tonalità più scura del viola è dove la temperatura e le precipitazioni si allineano per fornire il miglior tempo per il mais, ad esempio dal nord dell'Ohio fino a ovest attraverso parti dell'Indiana, Michigan, Illinois e Iowa, tra gli altri stati. Nel pannello proiettato al 2060, la migliore combinazione di precipitazioni e temperatura si restringe e si sposta a nord dalle condizioni attuali. Credito:Kemanian Research Group/Penn State
Per ogni anno durante il periodo di studio, i ricercatori hanno stimato le date di impianto per ogni contea, basato sulle temperature a livello di contea per simulare l'adattamento dell'agricoltore agli anni freddi o caldi, lei disse. Hanno stimato che la semina avviene una volta che la media mobile di 21 giorni raggiunge una temperatura soglia specifica per la coltura. Temperature di semina per il mais, sorgo e soia erano 50, 59, e 53,6 gradi Fahrenheit, rispettivamente.
Il mais ha mostrato una risposta straordinariamente forte di aumento della resa all'aumento dell'umidità atmosferica durante la sua fase critica, da prima a dopo la fioritura, nonché una forte sensibilità all'esposizione a temperature estreme, Hoffman ha spiegato.
"L'umidità è un fattore per tutte le colture studiate, ma quello che ci dicono i dati è che è più un fattore per il mais che per la soia o il sorgo, e in una finestra temporale molto ristretta, " ha detto. "E dall'umidità, intendiamo che i terreni potrebbero essere umidi, ma i dati mostrano che l'umidità nell'aria è importante, indipendentemente. Prima non si sapeva".
Però, la soia ha una forte risposta sia alle temperature massime che minime, lei disse. "Tutte le colture hanno avuto risposte simili a una soglia alle alte temperature, sebbene abbiamo documentato una tolleranza relativamente maggiore alle alte temperature per il sorgo a 90,5 F rispetto a un intervallo da 84,2 a 86 F per mais e soia. Non abbiamo descritto quella risposta:l'apprendimento automatico ce l'ha rivelata".
La ricerca potrebbe avere implicazioni per le aziende che vendono assicurazioni sui raccolti, Kemanian suggerisce.
"Gli sbalzi di temperatura sono dannosi. Imparare quando e in che misura sia per il mais che per la soia è di fondamentale importanza, " ha detto. "Le compagnie di assicurazione del raccolto hanno interesse in questo perché hanno bisogno di valutare il rischio che si verifichi un determinato stress e quanto pagheranno di conseguenza".
Chris Foresta, professore di scienze della terra e dei minerali, Il consigliere di dottorato di Hoffman è stato coinvolto nella ricerca. Questa ricerca si basa sul lavoro precedente svolto da Hoffman e dal team nell'Africa subsahariana.
