Как цифровизация АПК поможет фермерам адаптироваться к изменению климата

Как цифровизация АПК поможет фермерам адаптироваться к изменению климата

В новом исследовании Мичиганского государственного университета ученые рассмотрели вопрос, какую роль играют большие данные и цифровые технологии в условиях меняющегося климата

Это исследование является первым для точного количественного определения характеристик почвы и ландшафта, а также пространственных и временных изменений урожайности в ответ на изменчивость климата. Ученые также впервые использовали большие данные для определения характеристик отдельных полей, где урожай нестабилен.

В период с 2007 по 2016 год экономике США был причинен ущерб в размере 536 миллионов долларов из-за колебаний урожайности в нестабильных сельскохозяйственных угодьях, подверженных влиянию перемены климата на Среднем Западе. Более четверти посевных площадей кукурузы и сои в регионе показали сильные колебания ежегодной урожайности от высоких до низких показателей.

Бруно Бассо, профессор Фонда наук о Земле и окружающей среде, и его научный сотрудник Радаэль Мартинес-Ферия, провели научные изыскания в рамках сельскохозяйственного проекта Национального института продовольствия и сельского хозяйства, который Бассо возглавляет с 2015 года.

«Во-первых, мы хотели знать, почему и где урожайность культур варьировалась из года в год в кукурузном и соевом поясе США, - говорит Бассо. - Затем мы хотели выяснить, возможно ли использовать большие данные для разработки и развертывания экологически безопасных сельскохозяйственных решений, которые помогут фермерам снизить затраты, повысить урожайность и ограничить воздействие на окружающую среду».

Изучение почвы, взятой из этих нестабильных областей, не смогло в достаточной мере объяснить такие резкие колебания урожайности.

«Культуры, произрастающие на одной и той же почве, имели низкую урожайность в один год и высокую урожайность в следующем, - сказал Бассо. - Итак, что вызывает эту временную нестабильность?»

Используя огромное количество данных, полученных со спутников, исследовательских самолетов, дронов и дистанционных датчиков, а также от фермеров с помощью современных геопространственных датчиков, которые присутствуют во многих современных зерноуборочных комбайнах, Бассо и Мартинес-Ферия объединили большие данные и цифровой опыт.

Они обнаружили, что именно взаимодействие между топографией, погодой и почвой оказывает огромное влияние на то, как поля сельскохозяйственных культур реагируют на экстремальные погодные условия в нестабильных районах.

Изменения ландшафта, такие как низины, вершины и склоны, создают локализованные области, где вода стоит или стекает. Примерно две трети нестабильных зон относятся к вершинам, где зерновые культуры испытывают нехватку воды, что объясняется рельефом местности.

Обладая точными данными и цифровыми технологиями, ученые количественно определили процентное соотношение каждого отдельного кукурузного или соевого поля на Среднем Западе, склонного к избытку или дефициту воды.

Урожайность в районах с дефицитом воды может быть на 23–33% ниже средней для поля во время сезонов с небольшим количеством осадков, но сопоставима со средней в очень влажные годы.

Бассо считает, что их работа поможет определить будущее технологий климатически безопасного сельского хозяйства.

«Мы в первую очередь заинтересованы в том, чтобы помочь фермерам по-новому взглянуть на свои поля, помочь им принять более правильные решения по повышению урожайности, снижению затрат и улучшению воздействия на окружающую среду, - заключает Бассо. - Зная, что у вас недостаточно воды, вы будете планировать внесение удобрений по-другому. Количество удобрений для этой области должно быть значительно меньше, чем то, которое вы вносите в областях того же поля с большим количеством воды, доступной для растений».