Forladte landbrugsområder kan spille en rolle i kampen mod klimaændringer. En undersøgelse viser præcis, hvor de er

Landbrugsjord er ofte en kampplads i kampen mod klimaændringer. Solpaneler og energiafgrøder er sat op mod fødevareproduktion, mens velmente politiske valg kan skabe incitamenter for landmænd til at dyrke nye jorder og frigive endnu mere varmefangende gas i atmosfæren.

Det er derfor, strategier for bæredygtige plantebaserede brændstoffer fokuserer på marginale arealer – marker, der er for svære at dyrke eller ikke producerer godt nok udbytte til at blive betragtet som rentable.

Et nyt værktøj udviklet af forskere ved University of Wisconsin-Madison kunne hjælpe med at lindre denne spænding.

Ledet af Yanhua Xie og Tyler Lark, forskere fra Great Lakes Bioenergy Research Center, brugte holdet maskinlæring til at kortlægge næsten 30 millioner acres af amerikansk afgrødejord, der er forladt siden 1980'erne, og skabte et værktøj, der kunne guide beslutninger om, hvordan man balancerer produktionen af energi og mad.

Deres resultater, offentliggjort i tidsskriftet Environmental Research Letters , omfatter den mest detaljerede kortlægning af tidligere dyrket jord i USA til dato. De giver opløsning på markniveau af forladt landbrugsjord, der kan bruges til at dyrke afgrøder som f.eks. grøntgræs eller sorghum, som kan fange kulstof i jorden og tjene som råmateriale til biobrændstoffer og erstatning for petrokemikalier.

"Hvis vi kan forstå, hvor disse lande er, og hvad karakteristikaene er, kan vi virkelig forstå deres sande potentiale for ting som klimabegrænsning," siger Lark, en videnskabsmand ved UW–Madisons Center for Sustainability and the Global Environment.

Lark, som studerer ændringer i arealanvendelsen og dens indvirkning på jord- og vandressourcer, siger, at forståelse kan bruges til at rette investeringer i ren energi, hvor de har mindst konkurrence med andre gavnlige anvendelser.

"Det er en vigtig anvendelse af dette," siger Lark. "Uanset om det er til solcelleanlæg eller agrivoltaik, eller udvikling af cellulosebioenergi eller bare restaurering af naturlige økosystemer:Disse steder kan være gode kandidater til mange af disse applikationer."

Undersøgelsen var et samarbejde mellem forskere ved UW-Madison og Michigan State University. De resulterende data er offentligt tilgængelige i GLBRC's interaktive atlas over amerikansk afgrødejord, som også kortlægger tendenser inden for udvidelse af landbrugsjord og kunstvanding.

Forskere har traditionelt stolet på datasæt som USDA's Census of Agriculture, som giver skøn på amtsniveau af landbrugsjord med fem års intervaller og kan bruges til at estimere, hvor meget jord der er blevet taget ud af produktion.

Men indtil nu var der ingen måde at vide præcis, hvor det land var, eller hvornår det var forladt.

"De fleste af disse skøn har alle været på amtsniveau," siger Lark. "Dette er virkelig den højeste opløsningsanalyse, der er tilgængelig, når man ser direkte på landskabet - mark for mark, acre for acre - hvor disse afgrødeområder er."

Mens satellitbilleder har eksisteret i årtier, uden de seneste fremskridt inden for cloud computing, siger Lark, at det var umuligt at klassificere de næsten 2 milliarder acres jord i det koterminante USA.

For at konstruere holdets analyser brugte Xie, nu professor ved University of Oklahoma, eksisterende landdækningsdata til at træne en computer til at læse disse billeder og genkende dyrkningsmønstre. Forskerne fik derefter denne algoritme til at analysere satellitdata fra 1986 til 2018 og kategorisere hver pixel for at afgøre, om den blev dyrket.

Resultaterne forudsiger nøjagtigt den præcise placering af forladte afgrødearealer ni gange ud af 10 og kan endda udpege det år, de blev forladt med omkring 65 % nøjagtighed.

Holdet fandt ud af, at mere end 30 millioner acres afgrødejord blev forladt i løbet af de 32 år. Det meste forladte land var koncentreret i Great Plains og langs Mississippi-floden mellem det sydlige Illinois og Den Mexicanske Golf.

Disse 30 millioner acres inkluderer ikke urbaniseret jord, som Lark siger, det er usandsynligt, at det nogensinde vil vende tilbage til dyrkning. Af det forladte afgrødeland skiftede mere end halvdelen til græsarealer eller græsarealer, og omkring en tredjedel var enten buskads, skov, vådområde eller bart.

Lark var overrasket over at opdage, at mindre end en femtedel af forladt jord var tilmeldt et formelt bevaringsprogram, såsom USDA's Conservation Reserve Program, som betaler landmænd for at tage miljøfølsomme jorder ud af produktion. Det betyder, at mere jord end tidligere antaget potentielt kan bruges til at dyrke bioenergiafgrøder.

"Mange af antagelserne var, at denne tidligere afgrødejord havde meget overlap med formelle bevaringsprogrammer," siger Lark. "Men vi så, at det næsten er helt forskellige puljer."

Forskere kan nu bruge de resulterende data til at modellere, hvor meget biomasse der kan dyrkes på disse jorder, såvel som deres potentiale til at fange kuldioxid fra atmosfæren i jorden.

Undersøgelsen forklarer ikke, hvorfor landene blev forladt. "Det næste skridt er at finde ud af driverne," siger Lark.

For at gøre det siger Lark, at holdet muligvis trækker andre oplysninger ind som socioøkonomiske data og skatteregistre for at få en bedre fornemmelse af, hvad der sker på parcelniveau - for eksempel om en landmand tog en mark ud af produktion eller solgte hele gården - og brug det til at identificere potentielle anvendelser for jorden.

"Hvis de dyrker en flok hø, er det sandsynligvis lettere at tilpasse til celluloseholdigt biobrændstofråmateriale, fordi de måske allerede har udstyret ... og du kan også høste noget som skiftegræs," siger Lark. "Hvis det er et sted, hvor der slet ikke er nogen landbrugsproduktion længere, er det måske sværere at gøre det, men måske mere velegnet til en solcellebetaling."

Flere oplysninger: Yanhua Xie et al., Opgivelse af afgrødeland mellem 1986 og 2018 i hele USA:rumlige mønstre og nuværende arealanvendelse, Environmental Research Letters (2024). DOI:10.1088/1748-9326/ad2d12

Journaloplysninger: Miljøforskningsbreve

Leveret af University of Wisconsin-Madison