Forskare som analyserade ett 30-årigt experiment med majs-sojabönor-vete i Michigan fann att tidpunkten för att täcka grödan och lufttemperaturen var de starkaste förutsägelserna för markens kvävetillgänglighet i täckodlade agroekosystem, vilket ger odlarna nya insikter om hur majsproduktionen frigörs.
Studien, som utfördes vid Kellogg Biological Station Long-Term Ecological Research-webbplatsen, använde slumpmässiga skogsmaskininlärningsmodeller för att undersöka kvävemineraliseringsdynamik i minskad-inmatning och organiska odlingssystem mellan 1990 och 2020. Forskare fann att oorganiskt kväve i marken, särskilt nitrat{5}N−3, ökade snabbt täckning av kväve{5}NO3 och nådde vanligtvis en topp runt 50 dagar senare, särskilt när den genomsnittliga dagliga temperaturen översteg 12 grader.
Forskningen fokuserade på täckgrödor av rödklöver som används i majsproduktionssystem och undersökte hur väderförhållanden, biomassa av täckgröda, markfuktighet och förvaltningsmetoder påverkade kväveutsläppet. Enligt resultaten var dagar efter avslutad täckning genomgående den viktigaste faktorn som påverkade både nitrat- och ammoniumtillgänglighet, medan temperaturen kom på andra plats i betydelse i de flesta modeller. Studien visade att kvävefrisättning drevs av interaktionen mellan dessa faktorer snarare än av någon enskild variabel.
Forskare sa att resultaten kan hjälpa jordbrukare att bättre synkronisera kväveutsläpp från täckgrödor med efterfrågan på grödor, vilket potentiellt kan minska beroendet av syntetiska gödselmedel och minska miljöpåverkan som nitratläckage och lustgasutsläpp. Studien fann också att nitratkoncentrationerna i jorden i allmänhet nådde sin topp under majsgrödans snabba tillväxtstadium innan de minskade när växter absorberade kväve.
Maskininlärningsmodellerna förklarade cirka 35 % av variationen i nitratnivåer i jorden över oberoende växtsäsonger, medan prediktionsnoggrannheten för ammoniumnivåer var lägre. Trots skillnader i produktivitet mellan de reducerade -tillförselsystemen och de organiska systemen, visade båda systemen liknande säsongsbetonad kvävedynamik, vilket tyder på att temperatur och tidpunkt spelar en dominerande roll i kvävemineralisering oavsett förvaltningsmetod.
Forskare noterade att biomassan från täckgrödan i sig hade en svagare inverkan på kvävetillgången än väntat, troligen eftersom biomassanivåerna varierade relativt lite mellan åren jämfört med väderförhållandena. De tillade att framtida arbete med att integrera empirisk data med process-baserade modeller kan förbättra förutsägelser över olika jordar och klimat.
Studien leddes av Rabin KC med-medförfattarna G. Philip Robertson och Sieglinde Snapp. Finansieringen tillhandahölls av National Science Foundation Long-Term Ecological Research Program, USDA Long-Term Agrocosystem Research-programmet och Michigan State University AgBioResearch.
