Med de stigande kostnaderna för kvävegödselmedel och dess inverkan på luft- och vattenkvaliteten, vill forskare vid University of Illinois hjälpa bönder att fatta mer välgrundade beslut om gödselmedel. Deras senaste modelleringsinsats syftar till att göra det genom att undersöka vilken roll vädret har för säsongens förväxande på markens kvävedynamik och majsskörd i slutet av säsongen.

"När bönder planterar majs på våren vet de redan vad som hände under förväxtsäsongen, från föregående höst till våren. Till skillnad från den kommande odlingssäsongen, som vi inte kan förutsäga tillförlitligt, kan vi använda information om förväxtsäsongen. för att vägleda bönder att justera sin gödseltillförsel", säger Ziyi Li, doktorandforskare vid Department of Natural Resources and Environmental Sciences (NRES) i Illinois och huvudförfattare till den nya studien publicerad i Field Crops Research .

Lis modell fann att blötare förväxtsäsonger minskade markens kväve genom urlakning. Utan tillsats av gödsel på våren ledde en ökning av nederbörden försäsongen till skördeminskningar på mellan 5 och 14 %. Men med vårgödsel tillfört cirka 150 lb kväve per hektar, 2018 års genomsnittliga hastighet i Illinois, minskade kraftig nederbörd försäsongen fortfarande avkastningen med 1-3%.

"I vår analys fann vi att tillförsel av mer gödselmedel kan mildra och till och med eliminera avkastningsförlusten som orsakas av överskott av nederbörd före växtsäsongen. Baserat på vår modell, om en bonde i Illinois applicerar 150 pund kväve per hektar, är 1-3 % skördeförlust kan förhindras genom att tillsätta cirka 16 pund mer kväve", säger Li.

Under kallare än normalt förväxtsäsonger minskade oorganiskt kväve i jorden och skörden vid slutet av säsongen på grund av minskad markmikrobiell aktivitet och förbättrad urlakning. Men i det här fallet kanske det inte gör så mycket att lägga till extra gödsel på våren.

"Effekterna av kalla temperaturer före växtsäsongen på avkastningen kan inte elimineras genom att lägga till ytterligare gödningsmedel", säger Li. "Det beror på att temperaturen inte bara påverkar kvävehalten i marken, utan också verkar begränsa tidig tillväxt på sätt som påverkar avkastningspotentialen, även om vädret återgår till det normala senare."

Li använde en avancerad agroekosystemmodell, känd som ecosys, för att förstå hur temperatur och nederbörd under förväxtsäsongen påverkade innehållet och skörden av oorganiskt kväve i jorden. Forskargruppen valde ecosys-modellen på grund av dess avancerade förmåga att simulera kol-, vatten- och näringskretslopp. Modellen använder första principer och sofistikerade algoritmer för att simulera förvaltningsmetoder och deras effekter.

"Ecosys-modellen har använts flitigt för många olika fall för jordbruket, och den här studien visar ytterligare att ecosys kan prestera bra för att simulera kvävecykler. Valideringsdatauppsättningen vi använde kom från årtionden av kväveförsök utförda av våra medarbetare i Illinois och andra delstater i Mellanvästern. Vi fann att modellen faktiskt kan reproducera dessa mönster, inte bara Illinois-data, utan mönster från den bredare Mellanvästern", säger Kaiyu Guan, docent i NRES, grundare av Agroecosystem Sustainability Center i Illinois, och huvudutredare för denna studie.

"Vi har gjort en mycket omfattande valideringsinsats; detta betyder mycket eftersom man vill lita på en modell som har validerats, som är robust. Vi tror att resultaten i detta arbete ger en viss motivering för övervägandet av väder före växtsäsongen i bestämma vårens kvävegödseltillförsel," tillägger Guan. "En av våra framtida studier kommer att undersöka dessa faktorer i beslutsfattande verktyg för jordbrukare."

Guan och Li säger att modellens resultat kan användas för att förbättra kvävehastighetskalkylatorer som för närvarande används. Under tiden säger Emerson Nafziger, emeritusprofessor vid Institutionen för växtvetenskaper och medförfattare till studien, att bönder som vill justera sin kvävetillförsel kanske vill överväga tester med stripp som en kompletterande metod.

"Höga mängder kväve tenderar att producera mörkgrön majs, men lägre mängder kan också göra det. Det enda sättet att veta om du använde för mycket kväve är att jämföra hastigheten du använde med en lägre mängd i samma fält. En remsa i fält med en lägre hastighet, eller högre om hastigheten i fältet är måttlig [mindre än 200 lb per acre från alla källor], är ett utmärkt sätt att få förtroende för att sänka kvävehalten i framtiden. I det osannolika fallet högre ränta ger tillräckligt med extra avkastning för att betala för sig själv, vi borde kunna identifiera den sannolika orsaken till skillnaden (till exempel våta jordar) och använda det för att justera priserna i framtiden, säger Nafziger.