Resolviendo el misterio de la pérdida de fertilizantes de las tierras de cultivo del medio oeste

Los agricultores no pueden predecir con certeza su cosecha anual de maíz, pero con la ayuda de una nueva investigación de la Universidad Estatal de Michigan, ahora pueden identificar partes específicas de sus campos que producen de manera consistente buenos o malos rendimientos. Esto no solo les ahorrará tiempo y dinero; Resolverá uno de los problemas ambientales más generalizados que enfrentan las regiones productoras de cultivos: la pérdida de nitrógeno.

“Esta es la primera vez que alguien puede cuantificar cuánta variabilidad de rendimiento a pequeña escala hay en el Cinturón de Maíz de los Estados Unidos”, dijo Bruno Basso, profesor de ciencia de ecosistemas de la MSU y autor principal del estudio. “Nuestros hallazgos permiten a los agricultores saber exactamente qué partes de sus campos agrícolas tienen rendimientos estables, lo que les permite administrar mejor sus campos variables para ahorrar dinero, reducir las pérdidas de fertilizantes y reducir las emisiones de gases de efecto invernadero”.

Basso y sus coautores de MSU, Guanyuan Shuai, Jinshui Zhang y Phil Robertson, descubrieron que casi todos los campos tienen ciertas áreas con rendimientos consistentemente bajos o altos, lo que significa que gran parte del fertilizante agregado a las áreas de bajo rendimiento no se utilizará y será Perdido al medio ambiente. Al mismo tiempo, el nitrógeno no utilizado se pierde en el medio ambiente en lugar de ser absorbido por el cultivo. El estudio muestra que la pérdida de nitrógeno de 10 estados del medio oeste asciende a un total de casi $ 1 billón en fertilizantes desperdiciados y 6,8 millones de toneladas métricas de emisiones de gases de efecto invernadero por año.

La investigación, publicada en Scientific Reports, es la primera en cuantificar las pérdidas de nitrógeno de las áreas de baja producción de los campos individuales. El equipo de Basso utilizó imágenes satelitales para medir ocho años de campos de sub-rendimiento en 70 millones de acres de tierras de cultivo en el medio oeste. El análisis proporcionó a los investigadores una imagen resuelta de toda la producción de maíz del medio oeste, dijo Basso.

Para validar las imágenes satelitales, el equipo comparó los datos satelitales con 10 años de datos de rendimiento de alta resolución recopilados por sensores montados en cosechadoras combinadas de más de 1,000 granjas.

“Hemos codificado con colores los píxeles en las imágenes para ver dónde el cultivo era estable y de alto rendimiento, donde era estable y de bajo rendimiento y donde era inestable año tras año”, dijo Basso. “En total, aproximadamente el 50% de las áreas de los subcampos que analizamos fueron estables y de alto rendimiento. Las áreas de bajo rendimiento e inestables representaron aproximadamente el 25% del total de las tierras agrícolas”.

Al evaluar cuánto gastan los granjeros del cinturón de maíz en fertilizantes que no se usan, los autores concluyeron que el mejor resultado, tanto para los agricultores como para el medio ambiente, es evitar la fertilización de las áreas de bajo rendimiento de cada campo. De hecho, dijo Basso, desde el punto de vista económico podría ser mejor dejar estas áreas sin armas, plantarlas con pastos de conservación o en el futuro, con cultivos bioenergéticos perennes.

En cualquier caso, Basso dijo que el tiempo y los recursos deberían centrarse en cultivar las porciones de los campos que tienen un alto rendimiento o que son inestables; un alto rendimiento de algunos años, otros de bajo rendimiento. Las áreas inestables aún pueden manejarse bien con un manejo cuidadoso durante la temporada del fertilizante nitrogenado, dijo.

“Al poner big data al servicio de la sostenibilidad, ahora podemos proporcionar a los agricultores un mapa de fertilizantes nitrogenados (Rx) de prescripción para sus campos, que puede cambiar completamente cómo y dónde enfocan sus esfuerzos”, dijo Basso. “Los agricultores quieren ser buenos administradores ambientales, y estos hallazgos les brindan una forma adicional de hacerlo: evitar la sobre-fertilización de los campos que perderán la mayor cantidad de nitrógeno en las aguas subterráneas, ríos y arroyos. Nadie gana cuando se desperdicia el fertilizante áreas que no producirán. Una vez que los agricultores identifican estas áreas, pueden ahorrar dinero y ayudar al medio ambiente “.

El trabajo se realizó en una variedad de escalas geográficas, que abarcan desde la investigación a pequeña escala en el sitio de Investigación Ecológica a Largo Plazo de la Estación Biológica Kellogg hasta las granjas individuales de la región y, en última instancia, todo el Medio Oeste.

“El trabajo demuestra que la fertilización excesiva de tierras de cultivo consistentemente de bajo rendimiento es muy costosa para la industria y ofrece un enfoque valioso para cumplir con el objetivo de la industria agrícola de manejo de nitrógeno de precisión. Es importante destacar que lo mejor para los agricultores también es lo mejor para el medio ambiente”, dijo Colette. St. Mary, directora del programa de investigación ecológica a largo plazo de la National Science Foundation.

“Los hallazgos brindan recomendaciones prácticas basadas en un conjunto de datos convincentemente completo junto con sensores remotos para persuadir a los agricultores de que igualar los bajos rendimientos de los cultivos en áreas estables de bajo rendimiento podría eliminar los excesos estacionales en el nitrógeno reactivo”, dijo Jim Dobrowolski, Líder del Programa Nacional para el Agua en USDA-NIFA. “Con esta investigación, el equipo de MSU ayuda a los resultados finales del agricultor, a la vez que reduce las emisiones de gases de efecto invernadero y mantiene la calidad del agua. Es una solución ‘ganar-ganar-ganar'”.

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