Opvarmning i Midtvesten kan resultere i majs, sojaproduktionen flytter nordpå

Hvis opvarmningen fortsætter uformindsket i Midtvesten, om 50 år kan vi forvente, at de bedste betingelser for majs- og sojabønneproduktion er flyttet fra Iowa og Illinois til Minnesota og Dakotas, ifølge forskere fra Penn State.

Ved at bruge maskinlæring - en form for kunstig intelligens, der gør det muligt for et computersystem at lære af data - overvejede holdet mere end tre årtier på amtsniveau, afgrøde-udbyttedata fra det amerikanske landbrugsministeriums National Agricultural Statistics Service for 18 stater i den centrale region af USA. Det område producerer størstedelen af ​​disse afgrøder.

Forskerne evaluerede afgrødeudbyttet sammen med vejrdata. De overvejede fundamentale klimavariabler for at finde udbytteprædiktorer, der er specifikke for hver af afgrødedyrkningsfaserne. Undersøgelsen analyserede også forholdet mellem klima og majs, kornudbytte af sorghum og sojabønner fra 1980 til 2016.

"Denne form for forskning var umulig før den æra med big data, vi lever i nu, og selvfølgelig, det kan kun gøres ved at bruge den kraftfulde computerkapacitet, som vi kan få adgang til i Penn State, " sagde forsker Armen Kemanian, lektor i produktionssystemer og modellering på Højskolen for Jordbrugsvidenskab. "Denne undersøgelse er vigtig, fordi i et klima, der ændrer sig relativt hurtigt, disse teknikker giver os mulighed for at forudse, hvad der kan ske."

Fundene, udgivet i Miljøforskningsbreve , betyder ikke nødvendigvis, at skiftet nord og vest i majs- og sojabønneproduktionen vil ske, sagde lederforsker Alexis Hoffman, som tog sin doktorgrad i meteorologi ved Penn State i 2018. Men, baseret på data, forskere konkluderer, at et sådant skift er i gang, og der er stor sandsynlighed for, at det fortsætter.

"Vi antyder ikke, at et sådant skifte ville være en katastrofe, " sagde Kemanian. "Det betyder ikke, at Iowa vil stoppe med at producere afgrøder, men det kan betyde, at Iowa-bønder tilpasser sig et varmere klima og producerer to afgrøder på et år eller en anden blanding af afgrøder i stedet for den dominerende majs-sojabønner-rotation. Ændringerne vil sandsynligvis være gradvise, og landmænd og forsyningskæden bør være i stand til at tilpasse sig. Men tingene vil ændre sig."

De tre afgrøder i undersøgelsen har forskellige reaktioner på fugt og temperatur, et af de mest afslørende resultater af undersøgelsen, bemærkede Hoffman. Generelt, majs har brug for mere fugt, sorghum tåler højere temperaturer og sojabønner er et sted midt imellem.

For hvert år i studieperioden, forskere estimerede plantedatoer for hvert amt, baseret på temperaturer på amtsniveau for at simulere landmandens tilpasning til kolde eller varme år, hun sagde. De vurderede, at plantning sker, når det 21-dages glidende gennemsnit stiger til en afgrødespecifik tærskeltemperatur. Plantetemperaturer for majs, sorghum og sojabønner var 50, 59, og 53,6 grader Fahrenheit, henholdsvis.

Majs udviste en enestående stærk respons med øget udbytte på stigende atmosfærisk luftfugtighed i dens kritiske fase, fra før til efter blomstring, samt en stærk følsomhed over for udsættelse for ekstreme temperaturer, Hoffman forklarede.

"Fugtighed er en faktor for alle undersøgte afgrøder, men hvad dataene fortæller os er, at det er mere en faktor for majs, end det er for sojabønner eller sorghum, og i et meget snævert tidsvindue, " sagde hun. "Og ved fugtighed, vi mener, at jord kan være fugtig, men dataene viser, at fugt i luften betyder noget, uanset. Det vidste man ikke før."

Imidlertid, sojabønne reagerer stærkt på både maksimum og minimum temperaturer, hun sagde. "Alle afgrøder havde tærskellignende reaktioner på høj temperatur, selvom vi dokumenterede en forholdsvis større tolerance over for høj temperatur for sorghum ved 90,5 F i forhold til et interval på 84,2 til 86 F for majs og sojabønner. Vi beskrev ikke det svar - maskinlæring afslørede det for os."

Forskningen kan få konsekvenser for virksomheder, der sælger afgrødeforsikring, Kemanian foreslår.

"Højtemperatursvingninger er skadelige. At lære hvornår og hvor meget for både majs og sojabønner er kritisk vigtigt, " sagde han. "Afgrødeforsikringsselskaber har en interesse i dette, fordi de skal vurdere risikoen for, at en given stress sker, og hvor meget de vil betale som følge heraf."

Chris Skov, professor i jord- og mineralvidenskab, Hoffmans doktorgradsrådgiver var involveret i forskningen. Denne forskning bygger på tidligere arbejde udført af Hoffman og teamet i Afrika syd for Sahara.