解决中西部农田肥料流失之谜

农民无法确切地预测其年度玉米收获，但在密歇根州立大学的新研究的帮助下，他们现在可以确定其田地的特定部分，这些部分始终产生好的或不好的产量。这不仅节省了他们的时间和金钱;它将解决作物产区所面临的最广泛的环境问题之一 - 氮损失。

“这是有史以来第一次有人能够量化美国玉米带的小规模产量变异性，”MSU生态系统科学教授，该研究的主要作者Bruno Basso说。“我们的研究结果使农民能够确切地知道他们农田的哪些部分具有稳定的产量 - 这使他们能够更好地管理他们的可变田地以节省资金，减少肥料损失并减少温室气体排放。”

Basso和他的密歇根州立大学的合着者 - 关元帅，张金水和Phil Robertson发现，几乎所有油田都有一定的产量低或高的地区，这意味着大部分添加到低产地区的肥料将不再使用失去了环境。同时，未使用的氮气会流失到环境中而不会被作物吸收。该研究表明，中西部10个州的氮损失总计近10亿美元的废弃肥料和每年680万公吨的温室气体排放量。

该研究发表在“科学报告”上，是第一个量化单个油田低产区氮损失的研究。Basso的团队利用卫星图像测量了中西部7000万英亩农田8年的副产区。Basso说，该分析为研究人员提供了整个中西部玉米产量的精细分辨图像。

为了验证卫星图像，该团队将卫星数据与安装在1000多个农场的联合收割机上的传感器收集的10年高分辨率产量数据进行了比较。

“我们对图像中的像素进行了颜色编码，以确定作物稳定和高产的地方，稳定和低产的地方，以及同比不稳定的地方，”Basso说。“总的来说，我们分析的大约50%的子区域是稳定的和高产的。表现不佳和不稳定的区域各占整个农田的25%。”

通过评估玉米带农民在未使用的肥料上花费了多少，作者得出结论，无论是农民还是环境，最好的结果都是避免给每个田地的表现不佳区域施肥。事实上，巴索说，从经济的角度来看，将这些地区放在手无寸铁的地方，用保护草或将来种植多年生物能源作物可能会更好。

无论如何，Basso说，时间和资源应该集中在高产或不稳定的田地上种植 - 高产多年，高产低产。他说，通过对氮肥进行仔细的季节性管理，可以很好地管理不稳定地区。

“通过将大数据用于可持续发展服务，我们现在能够为农民提供处方(Rx)氮肥的地图，这可以完全改变他们集中精力的方式和地点，”Basso说。“农民希望成为良好的环境管理者，这些研究结果为他们提供了另外一种方法 - 避免过度施肥，这些地区将失去最多的氮气到地下水，河流和溪流。当化肥被浪费时，没有人获胜一旦农民识别出这些区域，就可以节省资金并帮助改善环境。“

这项工作是在各种地理范围内进行的，从凯洛格生物站长期生态研究场地的小规模研究扩展到该地区的个别农场，最终延伸到整个中西部地区。

“这项工作表明，持续低产农田的过度施肥对该行业来说成本非常高，并为满足农业精准氮肥管理目标提供了有价值的方法。重要的是，对农民来说最好的对环境也是最好的，”科莱特说。圣玛丽，国家科学基金会长期生态研究计划的主任。

“该研究结果提供了基于令人信服的完整数据集和遥感技术的实用建议，以说服农民从低稳定的低产区匹配低产量，可以消除活性氮中的季节性过剩，”国家水资源项目负责人Jim Dobrowolski表示。美国农业部NIFA。“通过这项研究，MSU的团队可以帮助农民提高利润，同时减少温室气体排放并保持水质。这是一个'三赢'的解决方案。”

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