Как Фермеры Защищают Посевы Кукурузы От Засухи В Айове
В конце июля 2022 года северо-запад штата Айова уже шесть недель подряд страдал от сильнейшей засухи. Тем не менее опыление кукурузы на засушливых землях проходило довольно успешно, и общее состояние посевов в итоге оказалось лучше, чем в предыдущие два года.
Движимая идеей сделать космические технологии основным двигателем устойчивого развития на Земле, компания EOS Data Analytics, глобальный провайдер аналитики спутниковых снимков на основе искусственного интеллекта, продолжает демонстрировать, как технологии дистанционного зондирования открывают новые способы решения экологических проблем. Только в 2022 году компания помогла оценить ущерб от разлива нефти в Амазонии, оказала помощь общинам Чада в обеспечении доступности ресурсов для нынешнего и будущих поколений, а также изучила разрушительные последствия незаконной добычи золота в Бразилии.
В данном случае компания решила глубже изучить последствия засух для посевов кукурузы на северо-западе Айовы и выяснить, как такие инструменты, как спутниковый мониторинг в лице онлайн-платформы для точного земледелия EOSDA Crop Monitoring, может помочь выявить потенциальные угрозы.
Обзор Климатических Особенностей Штата Айова
Чтобы лучше понять последствия засух в регионе, важно иметь общее представление о климате Айовы.
Плодородные, темные почвы Айовы обладают высокой способностью удерживать воду. Поля по всему штату либо плоские, либо имеют холмистый рельеф, что позволяет использовать крупную технику. Благоприятное солнечное освещение, достаточное количество осадков в нужное время и идеальные температуры в период покоя сельскохозяйственных культур обеспечивают развитие густой растительности и высокую урожайность, что делает Айову национальным лидером по производству кукурузы и разведению животных, питающихся ею .
В последние несколько десятилетий урожайность кукурузы в регионе растет не только благодаря усовершенствованным технологиям или лучшим сортам культуры, но и потому, что климат Айовы становится более благоприятным для сельского хозяйства. Обилие дождей весной и солнечного света летом оказывают настолько положительное влияние на рост и размножение растения, что ученые назвали эти климатические изменения “периодом Златовласки”.
К сожалению, ожидается, что он не будет длиться вечно: к 2050 году сельскохозяйственная продуктивность региона снизится до уровня 1980-х годов . Две основные причины этого — предстоящее увеличение среднегодового максимального суточного количества осадков и повышение температуры во время летних тепловых волн. Последнее станет причиной того, что в середине 21 века опыление кукурузы будет под угрозой каждый второй год .
Почему Погода Так Важна Для Опыления Кукурузы
Опыление — самый критический этап развития кукурузы, который напрямую влияет на размер урожая.
Поскольку кукуруза однодомное растение, она способна как к самоопылению, так и опылению соседних растений. Одно растение производит 2-5 миллионов пыльцевых зерен для оплодотворения кукурузы поблизости. Пыльца переносится с помощью насекомых или ветра и обычно достигает волокон кукурузы в радиусе 20-50 футов (6 – 15 м).
После того как пыльцевое зерно достигает волокон, которые являются рыльцами кукурузы, яйцеклетка оплодотворяется в течение следующих 28 часов. В случае успешного опыления рыльца отделяются от оплодотворенных зерен и опадает, если снять шелуху и потрясти колос кукурузного растения.
На этом этапе мы уже можем видеть, какие условия являются решающими для успешного опыления:
- Слишком дождливая погода вызывает чрезмерное увлажнение пыльников, тем самым ограничивая осыпание пыльцы.
- В то же время влажность почвы должна быть достаточной для успешного развития рыльца и зерен и при этом не вызывать стресс культуры.
- Оптимальные температуры также необходимы для продолжения процесса вегетации. Для большинства сортов кукурузы дневная температура выше 100° F (38° C) приводит к недостаточному опылению.
- Способность определенной породы кукурузы адаптироваться к засухам также влияет на урожай.
Теперь рассмотрим каждый из этих пунктов более подробно. Для иллюстрации этих явлений будет проанализирована динамика развития кукурузы за 2022 год на поле между Дэнбери и Сиукс-Сити на северо-западе Айовы с помощью системы мониторинга посевов EOSDA.
Как Засухи Влияют На Влажность Почвы В Айове
Чтобы лучше понять природу дождей и осадков на северо-западе Айовы, мы поговорили с доктором Джастином Глисаном, ученым-атмосферником.
За последние три года в северо-западной Айове наблюдался дефицит осадков, на 15 – 25 дюймов (380 – 630 мм) ниже среднего уровня. Это крайне сухие условия. К счастью, в Айове основная масса осадков выпадает с мая по август, и большинство из них — ночные грозы.
Хотя засухи, по сути, являются длительными периодами аномально низкого количества осадков, это не обязательно означает, что они вызывают низкую влажность воздуха.
Когда относительная влажность воздуха приводит к увеличению количества водяных паров в атмосфере, сформировавшийся облачный покров обеспечивает более низкие ночные температуры. В тех случаях, когда засухи приводят к сухости воздуха, такой воздух быстрее нагревается и охлаждается в течение дня.
Когда на северо-западе Айовы начинается засушливый период, объясняет доктор Глисан, своевременные дожди и более низкие температуры (относительно средних летних температур) могут помочь смягчить влияние засухи и восполнить часть потерянной почвенной влаги.
Температура выше нормы в сочетании с засушливыми условиями может снизить потенциал опыления кукурузы. Если ночные низкие температуры остаются ниже 80° F (26° C) в период активного роста, кукуруза не испытывает водный стресс, что важно в условиях долгосрочной засухи.
Более того, длительные засухи не обязательно приводят к повышению температуры.
В 2012 году Айова пострадала от сильной засухи, которая сопровождалась очень высокими температурами в июле. В отличии от того случая, мы не наблюдаем таких аномально высоких температур в течение последней трехлетней засухи. Более того, в 2022 году средняя температура опустилась на градус ниже.
Управление Почвой И Культурами В Условиях Засухи
Чтобы выяснить, как почва и кукуруза реагируют на засуху, мы также поговорили с доктором Марком Лихтом, доцентом и специалистом по расширенным системам возделывания сельскохозяйственных культур в Университете штата Айова.
На способность почвы удерживать влагу влияет несколько параметров. Один из них — тип почвы. Аллювиальные почвы имеют песчаную текстуру с меньшим содержанием органического вещества. Илистые глинистые почвы обычно имеют мелкую текстуру, но почвы с высоким содержанием органического вещества могут удерживать еще больше воды. Влагоудерживающая способность действительно важна, поскольку она может смягчить условия засухи и недостаток осадков.
EOSDA Crop Monitoring
Получите доступ к спутниковым снимкам с высоким разрешением – управляйте полями эффективно!
Если эта способность низкая, фермеры могут не успеть накопить достаточно влаги в почве, чтобы предотвратить проблемы. Например, во время засухи 2012 года фермеры штата Айова потеряли урожай в некоторых районах с более низкими уровнем грунтовых вод и доступной влажностью почвы, потому что температура была слишком высокой, а отсутствие осадков продолжалось слишком долго, чтобы почвенная влага могла обеспечить достаточную буферность почвы.
Второй фактор, по словам Марка Лихта, — это наличие уровня грунтовых вод, т.е. наличие свободной воды в почве. В центральной Айове уровень грунтовых вод находится на глубине от 10 до 30 дюймов (25 – 76 см) ниже поверхности почвы, в то время, как на западе штата грунтовых вод может не быть даже на глубине 100 – 120 дюймах (2,5 – 3 м).
При условии, что корням кукурузы достаточно влаги и им не препятствуют грунтовые воды, они могут расти вниз до глубины 60-80 дюймов (1,5 – 2 м), иногда достигая 100 дюймов (2,5 м) в длину.
Таким образом, в зависимости от типа почвы и уровня грунтовых вод, фермерам, возможно, придется приложить дополнительные усилия по орошению в одни месяцы и использовать подземный дренаж в другие.
EOSDA Crop Monitoring позволяет создать карту NDMI конкретного поля и увидеть, как изменялась влажность посевов в динамике. А имея доступ к историческим данным, фермеры могут оценить влагонакопительную способность почвы.
На данной анимации видно, что засухи не сильно повлияли на растительность на этом поле, и опыление кукурузы с большой вероятностью прошло успешно, несмотря на длительные периоды с низким количеством осадков.
Другая проблема — стресс для урожая. Когда культура испытывает стресс, она начинает делать все, чтобы снизить потребление воды и стать более эффективной. Если фермер сможет заметить такой стресс в критический для опыления период и поможет растениям с ним справится, то вероятность получить достойный урожай станет значительно выше.
Чтобы проверить не страдает ли культура от болезней растений, в программе EOSDA Crop Monitoring можно использовать NDRE карту. NDRE (Нормализованный Дифференциальный Red Edge Индекс) анализирует фотосинтетическую активность растительного покрова для оценки концентрации азота в листьях растений. Недостаток азота как необходимого питательного вещества для функционирования растений указывает на стресс и проблемы с их развитием.
Фермеры всегда стремятся снизить риски, поэтому стараются высаживать разные сорта кукурузы. Каждый сорт имеет свою продолжительность вегетационного периода и будет опыляться и созревать в разное время. Это позволяет распределить самые распространенные риски — погодные. Таким образом, возможная засуха не затронет все посевы одновременно.
Такие производители семян кукурузы, как Bayer, Syngenta и Corteva, предлагают засухоустойчивые гибриды, которые обеспечат более высокий потенциал урожайности в условиях засухи. С другой стороны, в случае достаточного количества осадков такие сорта, как правило, не очень продуктивны.
Однако даже кукуруза, которая не была генетически выведена засухоустойчивой, может адаптироваться к экстремально сухим условиям. Выращивание кукурузы на более сухих почвах заставляет ее корни уходить глубже в поисках влаги. Поэтому не страшно сажать кукурузу в более сухие почвы, а если засушливые условия наступают во время опыления или вегетативной стадии, это даже полезно.
Фермеры также могут приложить усилия для защиты корней растения. Различные обработки семян могут защитить корни от грибковых патогенов или насекомых-вредителей, что способствует эффективности использования воды.
Как Фермеры Прогнозируют Засухи
Из беседы с Деннисом Тоди, директором USDA Midwest Climate Hub, становится ясно, что проблема засух в будущем принесет еще больший ущерб.
Люди начинают обращать внимание на некоторое усиление стресса на посевах кукурузы, но пока проблема не носит достаточно регулярный характер. Однако с изменением климата кукуруза будет испытывать стресс еще чаще, что приведет к увеличению объемов ирригации.
С учетом таких перспектив, как фермеры могут предвидеть предстоящие засухи, чтобы своевременно отреагировать на них?
Один из способов — читать прогнозы. Однако прогнозы на 30-60 дней являются лишь ориентировочными. Прогнозы на 60+ дней — это скорее “будет более влажно, чем обычно”.
Другой возможный способ взглянуть на это — прогнозы гроз. В периоды, когда наблюдается засуха, происходит меньше гроз. Эти грозы дают почве около 60-75% годовых осадков в вегетационный период, поэтому соответствующие прогнозы могут пролить свет на возможную интенсивность засухи.
В настоящее время ученые не могут прогнозировать грозы и торнадо на ежемесячной или сезонной основе, как они это делают с температурой и осадками, но они могут получить довольно хорошее представление о параметрах предвещающих грозу примерно за неделю до нее.
Из зимней погоды можно извлечь лишь ограниченную информацию. Поскольку скоро начнется вегетационный период 2023 года, уже сейчас заметно, что этой зимой в Айове выпало очень мало осадков в виде снега. Таким образом, почва не пополнилась влагой и уже истощена. Нормальное количество осадков в конце вегетационного периода в сентябре-октябре-ноябре принесло бы 8-12 дюймов (200 – 300 мм) воды, имеющейся в почве. Это означает, что фермеры на северо-западе штата Айова, скорее всего, столкнуться с сухостью почвы в течение всего предстоящего вегетационного периода и должны быть готовы либо поддерживать почву в увлажненном состоянии, либо высаживать засухоустойчивые сорта кукурузы.
Подготовка К Климатическим Вызовам XXI Века
В настоящее время почвы Айовы, похоже, остаются достаточно стойкими, чтобы противостоять длительным засухам как самой большой угрозе для урожая. Однако, поскольку в ближайшие десятилетия ситуация должна измениться, уже сейчас предпринимаются усилия по смягчению предстоящих последствий.
В дополнение к вышеупомянутой селекции новых сортов кукурузы, усилиям по ирригации и дренажу воды, а также лучшему уходу за корнями, новые инструменты управления углеродом могут помочь обеспечить почве лучшую текстуру для удержания воды и уменьшения уплотнения.
Практики землепользования, агрономические исследования и новые достижения в области таких технологий, как дистанционное зондирование, должны помочь производителям быть более проактивными в том, как они заботятся о своих культурах. Такие инструменты, как Drought Monitor, прогнозы погоды и платформа EOSDA Crop Monitoring уже помогают фермерам поддерживать почву увлажненной, урожай здоровым, а урожайность высокой.
В EOSDA мы считаем, что современные космические технологии могут помочь не только решить существующие проблемы, но и избежать будущих. Учитывая количество информации и достижений, уже доступных фермерам Айовы, я с оптимизмом смотрю на то, как производители продуктов питания в этом штате смогут эффективно адаптироваться к изменениям климата до того, как они нанесут ущерб урожайности и плодородию почвы.
Эти экологические проекты созданы в соответствии с видением EOSDA сделать космические технологии глобальной движущей силой устойчивого развития на Земле. Если вы хотите рассказать историю, связанную с этой идеей, и считаете, что наши решения могут помочь в ее развитии, пишите нам на pr@eosda.com.
Об авторе:
Вера Петрик отвечает за маркетинг и PR для EOSDA, уделяя основное внимание продвижению целей устойчивого развития и сохранения планеты путем внедрения космических технологий. Она получила степень по маркетингу в Нидерландском Институте Маркетинга, а также степень магистра в Киевском институте устных и письменных переводчиков при Украинском научно-исследовательском центре.
Последние cтатьи
Выращивание Винограда: Как Сажать, Ухаживать И Собирать Урожай
Традиции сочетаются с современными технологиями посадки и выращивания винограда. Вековая мудрость гарантирует правильную обрезку винограда, а спутники отслеживают стресс лозы и управляют удобрениями.
Выращивание Свеклы: От Посадки Семян до Хранения Урожая
Выбор сорта свеклы и места выращивания – это лишь первый шаг на пути к хорошему урожаю свеклы. На всех этапах выращивания культуры точное земледелие станет незаменимым помощником.
Выращивание Салата: Как Сажать, Ухаживать И Собирать
Выращивание салата привлекло внимание фермеров благодаря возможности собирать несколько урожаев в год. Чтобы разнообразить план посевов, салат можно выращивать чередуя с другими культурами.