Sledováním plodin pomocí strojového učení a družicových dat vědci z Stanfordu našli farmy, že dokud půda méně nemůže zvýšit výnosy kukuřice a sojových bobů a zlepšit zdraví půdy - je to výhoda pro uspokojení rostoucích potravinových potřeb po celém světě.
Zemědělství každý rok degraduje přes 24 milionů akrů úrodné půdy, což vyvolává obavy z uspokojování rostoucí celosvětové poptávky po potravinách. Podle nového výzkumu ve Stanfordu by však řešení mohlo nabídnout jednoduchá zemědělská praxe, která se narodila ve 30. letech 20. století. Studie, publikovaná 6. prosince v Environmental Research Letters , ukazuje, že zemědělci na Středozápadě, kteří snížili, o kolik převrátili půdu - známou jako obdělávání -, zvýšili výnosy kukuřice a sóji a zároveň podporovali zdravější půdu a snižovali výrobní náklady.
"Snížené zpracování půdy je výhodné pro zemědělství napříč kukuřičným pásem," uvedl vedoucí studie Jillian Deines , postgraduální vědecký pracovník ve Stanfordově středisku pro bezpečnost potravin a životní prostředí . "Obavy, že to může poškodit úrodu plodin, zabránily některým farmářům v přepínání, ale zjistili jsme, že to obvykle vede ke zvýšeným výnosům."
USA - největší producent kukuřice a sójových bobů na světě - pěstuje většinu těchto dvou plodin na Středozápadě. Zemědělci v minulé vegetační sezóně vytrhali z americké půdy asi 367 milionů metrických tun kukuřice a 108 milionů metrických tun sóji. Poskytli tak klíčové jídlo, olej, suroviny, ethanol a exportní hodnotu.
Monitorování zemědělství z vesmíru
Farmáři obecně do půdy před výsadbou kukuřice nebo sóji - praxe známá jako kontrola plevelů, smíchání živin, rozbíjení zhutněných nečistot a v konečném důsledku zvýšení produkce potravin. V průběhu času však tato metoda degraduje půdu. Organizace spojených národů pro výživu a zemědělství z roku 2015 zjistila, že za posledních 40 let svět ztratil třetinu půdy určené k produkci potravin na zmenšenou půdu. Zánik kdysi úrodné půdy představuje vážnou výzvu pro produkci potravin, zejména s rostoucím tlakem na zemědělství, aby nakrmila rostoucí celosvětovou populaci.
Naproti tomu snížené zpracování půdy - známé také jako zachování půdy - podporuje zdravější hospodaření s půdou, snižuje erozi a odtok a zlepšuje zadržování a odvod vody. Zahrnuje zbytky plodin z předchozího roku (například stonky kukuřice) na zemi při výsadbě další plodiny s malým nebo žádným mechanickým zpracováním půdy. Tato praxe se používá celosvětově na více než 370 milionech akrů, většinou v Jižní Americe, Oceánii a Severní Americe. Mnoho farmářů se však obává, že by tato metoda mohla snížit výnosy a zisky. Předchozí studie účinků výnosů byly omezeny na místní experimenty, často na výzkumných stanicích, které plně neodrážejí postupy ve velkém měřítku výroby.
Tým Stanford se obrátil na strojové učení a satelitní datové soubory, aby vyřešil tuto mezeru ve znalostech. Nejprve určili oblasti omezeného a konvenčního obdělávání na základě dříve publikovaných údajů, které uvádějí roční americké postupy pro roky 2005 až 2016. Pomocí modelů výnosu plodin založených na satelitu - které zohledňují proměnné, jako je klima a životní cykly plodin - také přezkoumaly kukuřici a během této doby výnosy sóji. Aby se kvantifikoval dopad sníženého zpracování půdy na výnosy úrody, vyškolili vědci výpočetní model pro porovnání změn výnosů na základě praxe zpracování půdy. Zaznamenali také prvky, jako je typ půdy a počasí, které pomohou určit, které podmínky měly na sklizeň větší vliv.
Vylepšené výnosy
Vědci vypočítali výnosy kukuřice v průměru o 3,3 procenta a sóji o 0,74 procenta na polích řízených dlouhodobými postupy zpracování půdy v devíti státech, ve kterých byly odebrány vzorky. Výnosy z dodatečné tonáže se řadí mezi 15 nejlepších na světě pro obě plodiny. V případě kukuřice to představuje přibližně 11 milionů metrických tun odpovídajících produkci v Jižní Africe, Indonésii, Rusku nebo Nigérii v roce 2018. U sójových bobů se přidaných 800 000 metrických tun řadí mezi Indonésii a Jihoafrickou republiku celkem.
V některých oblastech došlo ke zvýšení kukuřice o 8,1 procenta a sóji o 5,8 procenta. Na jiných polích došlo k negativním výnosům 1,3% u kukuřice a 4,7 u sóji. Voda v půdě a sezónní teploty byly nejvlivnějšími faktory rozdílů ve výnosech, zejména v suchších a teplejších oblastech. Mokré podmínky byly také shledány příznivými pro plodiny, s výjimkou období rané sezóny, kdy na vodách zaznamenané půdy těží z konvenčního zpracování půdy, které zase zasychá a provzdušňuje.
"Zjistit, kdy a kde práce s omezeným zpracováním půdy nejlépe mohou pomoci maximalizovat výhody technologie a vést farmáře do budoucnosti," uvedl hlavní autor studie David Lobell , profesor vědy o Zemi na Zemi, Energetika a environmentální vědy a Gloria a Richard Kushel ředitel Centra pro bezpečnost potravin a životní prostředí.
Zjednodušené zpracování půdy vyžaduje určitý čas, protože nejlépe funguje při nepřetržité implementaci. Podle výpočtů vědců zemědělci v kukuřici neuvidí plné výhody za prvních 11 let a sója trvá dvakrát déle, než se naplní plné výnosy. Tento přístup však také vede k nižším nákladům v důsledku snížené potřeby práce, pohonných hmot a zemědělských zařízení a zároveň udržuje úrodnou půdu pro nepřetržitou výrobu potravin. Studie vykazuje malý pozitivní zisk dokonce i během prvního roku provádění, přičemž se zlepšováním zdravotního stavu půdy časem narůstají vyšší zisky. Podle zprávy Zemědělské sčítání lidu z roku 2017 se zdá, že se zemědělci dostávají na palubu s dlouhodobými investicemi a téměř 35 procent zemědělské půdy v USA je nyní obhospodařováno se sníženou obdělávání půdy.
„Jednou z velkých výzev v zemědělství je dosažení nejlepších výnosů plodin dnes, aniž by to zahrnovalo budoucí výrobu. Tento výzkum ukazuje, že snížené zpracování půdy může být řešením pro dlouhodobou produktivitu plodin, “řekl Deines.