Jordbruket bryter ner över 24 miljoner tunnland bördig jord varje år, väcka oro över att möta den stigande globala efterfrågan på mat. Men en enkel jordbruksmetod från 1930 -talets Dust Bowl kan ge en lösning, enligt ny Stanford -forskning. Studien, publicerad 6 december Miljöforskningsbrev , visar att bönder i Mellanvästern som minskade hur mycket de vältade jorden - så kallad jordbearbetning - ökade avkastningen på majs och sojabönor samtidigt som de vårdade friskare jordar och sänkte produktionskostnaderna.

"Minskad jordbearbetning är en win-win för jordbruket över majsbältet, "säger studieförfattaren Jillian Deines, en postdoktor vid Stanford's Center on Food Security and the Environment. "Oron för att det kan skada grödorna har hindrat vissa bönder från att byta metoder, men vi fann att det vanligtvis leder till ökade avkastningar. "

USA - den största producenten av majs och sojabönor i världen - odlar en majoritet av dessa två grödor i Mellanvästern. Jordbrukare plockade cirka 367 miljoner ton majs och 108 miljoner ton sojabönor från amerikansk mark under den senaste växtsäsongen, tillhandahålla nyckelmat, olja, råvara, etanol och exportvärde.

Övervakning av jordbruk från rymden

Bönder brukar i allmänhet bearbeta jorden innan de planterar majs eller sojabönor - en metod som är känd för att bekämpa ogräs, blanda näringsämnen, bryta upp komprimerad smuts och i slutändan öka livsmedelsproduktionen på kort sikt. Dock, med tiden bryter denna metod ner jorden. En rapport från FN:s livsmedels- och jordbruksorganisation från 2015 visade att världen under de senaste 40 åren har förlorat en tredjedel av matproducerande mark till minskad mark. Nedgången av en gång bördig mark utgör en allvarlig utmaning för livsmedelsproduktion, särskilt med ökat tryck på jordbruket för att föda en växande global befolkning.

I kontrast, minskad jordbearbetning - även känd som bevarandebearbetning - främjar en sundare markhantering, minskar erosion och avrinning och förbättrar vätskeretention och dränering. Det innebär att man lämnar föregående års skörderester (t.ex. majsstjälkar) på marken när man planterar nästa gröda, med liten eller ingen mekanisk jordbearbetning. Övningen används globalt på över 370 miljoner tunnland, mestadels i Sydamerika, Oceanien och Nordamerika. Dock, många bönder fruktar att metoden kan minska avkastningen och vinsten. Tidigare studier av avkastningseffekter har begränsats till lokala experiment, ofta på forskningsstationer, som inte helt speglar produktionsskalan.

Stanford -teamet vände sig till maskininlärning och satellitdatauppsättningar för att ta itu med detta kunskapslucka. Först, de identifierade områden med reducerad och konventionell jordbearbetning från tidigare publicerade data som beskriver årliga amerikanska metoder för 2005 till 2016. Med hjälp av satellitbaserade skördemodeller-som tar hänsyn till variabler som klimat och grödors livscykler-granskade de också majs och sojabönor. under denna tid. För att kvantifiera effekterna av minskad jordbearbetning på grödorna, forskarna utbildade en datormodell för att jämföra förändringar i avkastning baserat på jordbearbetningspraxis. De registrerade också element som jordtyp och väder för att avgöra vilka förhållanden som hade ett större inflytande på skördarna.

Förbättrad avkastning

Forskarna beräknade majsutbytet förbättrade i genomsnitt 3,3 procent och sojabönor med 0,74 procent över fält som hanterades med långsiktig bevarandepraxis i de nio staterna som ingick i urvalet. Avkastning från det extra tonnaget är bland de 15 bästa i världen för båda grödorna. För majs, detta uppgår till cirka 11 miljoner extra ton som matchar Sydafrikas landsproduktion 2018, Indonesien, Ryssland eller Nigeria. För sojabönor, de tillagda 800, 000 ton ligger mellan Indonesiens och Sydafrikas landssumma.

Vissa områden upplevde en uppgång på 8,1 procent för majs och 5,8 procent för sojabönor. På andra områden, negativa avkastningar på 1,3 procent för majs och 4,7 för sojabönor inträffade. Vatten i marken och säsongstemperaturer var de mest inflytelserika faktorerna i avkastningsskillnader, särskilt i torrare, varmare regioner. Våtförhållandena befanns också gynnsamma för grödor utom under den tidiga säsongen där vattenloggad jord dra nytta av konventionell jordbearbetning som i sin tur torkar och luftar.

"Att räkna ut när och var minskad jordbearbetning fungerar bäst kan hjälpa till att maximera fördelarna med tekniken och vägleda jordbrukare in i framtiden, "sade studiens seniorförfattare David Lobell, professor i jordsystemvetenskap vid jordskolan, Energi- och miljövetenskap och Gloria och Richard Kushel chef för Centrum för livsmedelssäkerhet och miljö.

Det tar tid att se fördelarna med minskad jordbearbetning, eftersom det fungerar bäst under kontinuerlig implementering. Enligt forskarnas beräkningar, majsodlare kommer inte att få full nytta under de första 11 åren, och sojabönor tar dubbelt så lång tid för full avkastning att uppstå. Dock, tillvägagångssättet resulterar också i lägre kostnader på grund av minskat behov av arbetskraft, bränsle och jordbruksutrustning samtidigt som de upprätthåller bördiga marker för kontinuerlig matproduktion. Studien visar en liten positiv vinst även under det första implementeringsåret, med högre vinster som tillkommer över tiden när markhälsan förbättras. Enligt en rapport från jordbruksräkningarna 2017, bönder verkar komma ombord med den långsiktiga investeringen och nära 35 procent av odlingsmarken i USA sköts nu med minskad jordbearbetning.

"En av de stora utmaningarna inom jordbruket är att uppnå de bästa skördeavkastningarna idag utan att omfatta framtida produktion. Denna forskning visar att minskad jordbearbetning kan vara en lösning för långsiktig grödproduktivitet, "Sa Deines.