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密歇根州立大学新闻

大数据帮助农民适应气候变化

密歇根州立大学的一项新研究揭示了大数据和数字技术如何帮助农民更好地应对威胁现在和未来-来自变化的气候。

这项发表在《科学报告》(Scientific Reports)上的研究首次精确地量化了土壤和景观特征,以及响应气候变化的时空产量变化。它也是第一个使用大数据来识别单个领域中产量不稳定的领域。

从2007年到2016年,美国经济遭受了约5.36亿美元的经济损失,原因是中西部地区气候变化导致的不稳定农田的产量变化。该地区超过四分之一的玉米和大豆农田不稳定。年收益率在表现良好和表现不佳之间波动。

布鲁诺·巴索(Bruno Basso)是密歇根州立大学地球与环境科学基金会的教授,他的博士后研究员拉斐尔·马丁斯-费里亚(Rafael Martinez-Feria)从2015年开始着手解决国家粮食与农业研究所(National Institute for Food and Agriculture)协调农业项目的关键支柱问题。

“首先,我们想知道为什么——而本;在美国的玉米和大豆地带,农作物的产量年年都在变化。”低音部说。“接下来,我们想知道是否有可能利用大数据开发和部署气候智能型农业解决方案,帮助农民降低成本、增加产量和限制环境影响。”

巴索和马丁内斯-费里亚首先对土壤进行了研究,发现单靠土壤并不能充分解释如此剧烈的产量变化。

“同样的土壤,今年产量低,明年产量高。”低音部说。“那么,是什么导致了这种暂时的不稳定呢?”

利用从卫星、研究飞机、无人机和遥感器获得的大量数据,以及通过许多现代联合收割机中先进的地理空间传感器套件从农民那里获得的数据,巴索和马丁斯-费里亚将大数据和数字技术结合在一起。

他们发现,地形、天气和土壤之间的相互作用对不稳定地区的农田如何应对极端天气有巨大影响。地形的变化,如洼地、峰顶和斜坡,会形成局部区域,在这些区域内,水可以固定或流出。大约三分之二的不稳定地带发生在这些峰顶和洼地中,地形控制着作物所经历的水分胁迫。

通过综合数据和技术,研究小组量化了中西部每一块玉米或大豆田容易出现缺水或缺水的百分比。在降雨量少的季节,缺水地区的产量可能比田间平均产量低23 – 33%,但与非常湿润的年份的平均产量相当。在湿润年份,容易出现水分过剩的地区的产量比田间平均产量低26 – 33%。

巴索相信他们的工作将有助于决定气候智能型农业技术的未来。

“我们主要关心的是帮助农民以一种新的方式看待他们的土地,帮助他们做出更好的决定,以提高产量,降低成本,改善环境影响。”低音部说。“知道你所在的地区缺水,你就会以不同的方式规划施肥。这一地区的肥料用量应该大大低于同一块土地上有更多水可供作物使用的肥料用量。”

这项研究由美国农业部NIFA(2015-68007-23133, 2018- 67003-27406)和AgBioResearch资助。

“以这种方式将大数据空间和景观位置结合起来,可能永远改变中西部农民施肥的方式,并最终减少进入我们水体的活性氮量。”NIFA国家项目负责人Jim Dobrowolski说。

NIFA支持一种综合方法,以确保与农业相关的科学和技术的突破性发现能够到达能够将其付诸实践的人手中。

NIFA与密歇根州立大学团队的合作已经产生了许多学生和博士后研究员的论文。它支持一项重要任务,即资助创新农业科学和培养下一代科学家。NIFA主任Scott Angle说。

(媒体注意:请在网络报道中加入到原文的链接:https://www.nature.com/articles/s41598-020-59494-2)

新闻旨在传播有益信息,英文原版地址:https://msutoday.msu.edu/news/2020/big-data-helps-farmers-adapt-to-climate-variability/