Løs mysteriet om gødningstab fra Midtvestens dyrkede marker

Landmænd kan ikke forudsige deres årlige majshøst med sikkerhed, men ved hjælp af ny forskning fra Michigan State University, de kan nu identificere bestemte dele af deres marker, der konsekvent producerer enten gode eller dårlige udbytter. Dette vil ikke kun spare dem tid og penge; det vil løse et af de mest udbredte miljøproblemer, som afgrødeproducerende regioner står over for-nitrogentab.

"Dette er første gang, nogen har været i stand til at kvantificere, hvor meget små udbyttevariationer der er i USAs majsbælte, "sagde Bruno Basso, MSU professor i økosystemvidenskab og hovedforfatter af undersøgelsen. "Vores resultater gør det muligt for landmændene at vide præcist, hvilke dele af deres gårdsmarker, der har stabile udbytter - hvilket giver dem mulighed for bedre at styre deres variable marker for at spare penge, reducere gødningstab og lavere drivhusgasemissioner. "

Basso og hans MSU-medforfattere-Guanyuan Shuai, Jinshui Zhang og Phil Robertson - opdagede, at næsten alle marker har bestemte områder med konstant lave eller høje udbytter, hvilket betyder, at meget af den gødning, der tilføres lavtydende områder, går ubrugt og går tabt for miljøet. På samme tid, ubrugt nitrogen går tabt i miljøet frem for at optages af afgrøden. Undersøgelsen viser, at tabt nitrogen fra 10 stater i Midtvesten udgør næsten 1 milliard dollar spildt gødning og 6,8 millioner tons drivhusgasemissioner årligt.

Forskningen, udgivet i Videnskabelige rapporter , er den første til at kvantificere nitrogentab fra de lavproducerende områder på de enkelte felter. Bassos team brugte satellitbilleder til at måle otte års værdi for underudbyttefelter til 70 millioner hektar landbrugsjord i Midtvesten. Analysen gav forskerne et fint løst billede af hele Midtvestens majsproduktion, Sagde Basso.

For at validere satellitbillederne sammenlignede teamet satellitdataene med 10 års højopløselighedsdata indsamlet af sensorer monteret på mejetærskere fra mere end 1, 000 gårde.

"Vi farvekodede pixels i billederne for at se, hvor afgrøden var stabil og højtydende, hvor det var stabilt og lavt udbytte, og hvor det var ustabilt år over år, "Sagde Basso." I alt omkring 50% af de underfelter, vi analyserede, var stabile og højtydende. De underpresterende og de ustabile områder repræsenterede hver cirka 25% af det samlede landbrugsjord. "

Ved at vurdere, hvor meget majsbælt -landmænd bruger på gødning, der går ubrugt, forfatterne konkluderede, at det bedste resultat - både for landmænd og miljø - er at undgå at befrugte de underpresterende områder på hvert felt. Faktisk, Basso sagde, det kan være bedre ud fra et økonomisk synspunkt at lade disse områder være ubeboet, at plante dem med bevaringsgræsser eller i fremtiden, med flerårige bioenergiafgrøder.

Under alle omstændigheder, Basso sagde, at tid og ressourcer skulle fokuseres på at opdrætte de dele af markerne, der er højtydende, eller som er ustabile - højtydende nogle år, lavtydende andre. De ustabile områder kan stadig styres godt med omhyggelig sæsonforvaltning af nitrogengødning, han sagde.

"Ved at stille big data til tjeneste for bæredygtighed, vi er nu i stand til at give landmænd et receptpligtigt (Rx) kort over nitrogengødning til deres marker, som helt kan ændre, hvordan og hvor de fokuserer deres indsats, "Sagde Basso." Landmænd vil være gode miljøforvaltere, og disse fund giver dem en ekstra måde at gøre det på-for at undgå overgødskning af marker, der vil miste mest nitrogen til grundvand, floder og vandløb. Ingen vinder, når der spildes gødning på områder, der ikke vil producere. Når landmændene har identificeret disse områder, de kan både spare penge og hjælpe miljøet. "

Arbejdet blev udført på en række forskellige geografiske skalaer, der strækker sig fra mindre forskning på Kellogg Biological Station Long-Term Ecological Research-stedet til individuelle gårde i regionen til i sidste ende hele Midtvesten.

"Arbejdet viser, at overgødskning af konsekvent lavt udbytte dyrkede marker er meget dyrt for industrien og tilbyder en værdifuld tilgang til at opfylde landbrugsindustriens mål om præcis kvælstofstyring. Det er vigtigt, hvad der er bedst for landmænd er også bedst for miljøet, "sagde Colette St. Mary, en direktør for National Science Foundation's program for langsigtet økologisk forskning.

"Resultaterne giver praktiske anbefalinger baseret på et overbevisende komplet datasæt kombineret med fjernmåling for at overtale landmænd om, at matchende lave afgrødeudbytter fra stabile lavudbytteområder kan eliminere sæsonbetonede overskud i reaktivt nitrogen, "sagde Jim Dobrowolski, National programleder for vand på USDA-NIFA. "Med denne forskning, MSU's team hjælper landmandens bundlinje, samtidig reducere drivhusgasemissioner og opretholde vandkvaliteten. Det er en 'win-win-win' løsning. "