Як Фермери Айови Захищають Посіви Кукурудзи Від Посухи
Наприкінці липня 2022 року в північно-західній частині штату Айова протягом шести тижнів поспіль панувала сильна посуха. Однак, повідомлялося, що запилення посухостійкої кукурудзи пройшло досить добре, і загальний стан посівів зрештою виявився кращим, ніж у попередні два роки.
Керуючись ідеєю зробити космічні технології головним рушієм сталого розвитку на Землі, EOS Data Analytics, глобальний постачальник аналітики супутникових зображень на основі штучного інтелекту, продовжує демонструвати, як технології дистанційного зондування відкривають нові можливості для розв’язання екологічних проблем. Лише у 2022 році компанія допомогла оцінити збитки від розливу нафти в басейні Амазонки, сприяла громадам Чаду в забезпеченні доступності ресурсів для теперішнього та майбутніх поколінь, а також дослідила руйнівні наслідки нелегального видобутку золота в Бразилії.
У цьому матеріалі компанія більш детально вивчає вплив посухи на посіви кукурудзи в північно-західній Айові та можливості інструментів супутникової аналітики – зокрема супутникової онлайн-платформи точного землеробства для моніторингу полів EOSDA Crop Monitoring – в оцінці потенційних загроз посухи для посівів.
Огляд Кліматичних Особливостей Штату Айова
Для того, щоб краще зрозуміти вплив посухи у регіоні, важливо спершу отримати загальне уявлення про клімат Айови.
Темні родючі ґрунти Айови мають високу водоутримувальну здатність. Поля по всьому штату або плоскі, або мають хвилястий рельєф, що дозволяє використовувати великогабаритну техніку. Сприятлива сонячна погода, достатня кількість опадів у потрібний час та ідеальні температури в період, коли рослини перебувають у стані спокою, забезпечують таку густу рослинність і високі врожаї, що Айову визнано національним лідером у виробництві кукурудзи та розведенні тварин, які харчуються кукурудзою .
Протягом кількох останніх десятиліть врожайність кукурудзи в регіоні зростає не лише завдяки вдосконаленню технологій або виведенню кращих сортів, а й тому, що клімат Айови стає більш сприятливим для сільського господарства. Рясні дощі навесні та багато сонця влітку настільки позитивно впливають на ріст і розмноження сільськогосподарських культур, що вчені назвали ці кліматичні зміни “періодом Золотоволоски” або, інакше кажучи, “періодом золотої середини”.
На жаль, він не триватиме вічно: очікується, що до 2050 року продуктивність сільського господарства в регіоні впаде до рівня 1980-х років . Дві основні причини цього – майбутнє збільшення середньорічної максимальної добової кількості опадів та підвищення температури під час літніх теплових хвиль. Останнє явище може призвести до того, що вже в середині 21 століття запилення кукурудзи відбуватиметься лише раз на два роки .
Чому Погода Відіграє Важливу Роль У Запиленні Кукурудзи
Запилення – найважливіший етап росту і розвитку кукурудзи, який безпосередньо впливає на обсяг врожаю.
Кукурудза – однодомна рослина. Кожна особина виробляє 2-5 мільйонів зерен пилку для запилення сусідніх рослин. Пилок розноситься за допомогою комах або вітру і зазвичай досягає кукурудзяного рильця в радіусі 6-15 метрів.
Після того, як зерно пилку потрапляє на стовпчик з рильцями, яйцеклітина запліднюється протягом наступних 28 годин. У разі успішного запилення рильця відокремлюються і відпадають від заплідненого зерна, якщо розгорнути листя і потрясти качан кукурудзи.
На цьому етапі вже можна виділити умови, які є вирішальними для успішного запилення:
- Надмірні зливи спричиняють надмірну вологість пиляків, обмежуючи осипання пилку.
- Водночас вологість ґрунту має бути достатньою, але з обмеженим стресом для успішного розвитку рильця та зерна.
- Також для продовження вегетації необхідні оптимальні температури. Для більшості видів кукурудзи денна температура вище 38° C (100° F) призводить до недостатнього запилення.
- На кінцеву врожайність також впливає здатність конкретного сорту кукурудзи адаптуватися до посухи.
Далі ми розглянемо кожен з цих аспектів більш детально. Для наочності ми проаналізуємо динаміку кукурудзяного поля між Данбері та Су-Сіті на північному заході штату Айова у 2022 році за допомогою EOSDA Crop Monitoring.
Як Посухи Впливають На Вологість Ґрунту В Айові
Аби краще зрозуміти особливості дощів та опадів на північному заході Айови, ми поспілкувалися з доктором Джастіном Глісаном, вченим-метеорологом.
Протягом останніх трьох років на північному заході Айови спостерігається дефіцит опадів – на 380-630 міліметрів нижче середньорічної норми. Це вкрай посушливі умови. На щастя, в Айові більшість опадів випадає з травня по серпень, і переважна більшість цих опадів – нічні грозові дощі.
Хоча посухи переважно є тривалими періодами аномально низької кількості опадів, це не обов’язково означає, що вони спричиняють низьку вологість повітря.
Коли відносна вологість призводить до збільшення вмісту водяної пари в атмосфері, більша хмарність утримує нижчі нічні температури. У випадках, коли посухи спричиняють сухість повітря, таке повітря швидше нагрівається й охолоджується вдень.
За словами доктора Глісана, під час посушливого періоду на північному заході Айови своєчасні дощі та прохолодніші температури (порівняно з середніми літніми температурами) можуть сприяти послабленню інтенсивності посухи та поповненню втраченої вологи в ґрунті.
Понаднормові високі температури в поєднанні з посушливими умовами можуть зменшити здатність кукурудзи до запилення. Якщо нічні низькі температури тримаються нижче 26° C (80° F) в період, коли рослини мають високі вегетативні потреби, стрес від нестачі вологи у кукурудзи знижується, що важливо в умовах тривалої посухи.
Більш того, тривалі посухи не завжди спричиняють підвищення температури.
У 2012 році Айова потерпала від сильної посухи, яка супроводжувалася дуже високими липневими температурами. Протягом нинішньої трирічної посухи ми не спостерігаємо таких аномально спекотних температур. Щобільше, у 2022 році середня температура опустилася приблизно на градус нижче.
Догляд За Ґрунтом Та Посівами В Умовах Посухи
Аби з’ясувати, як ґрунт і посіви кукурудзи реагують на посуху, ми також поспілкувалися з доктором Марком Ліхтом, доцентом і фахівцем з дорадництва у вирощуванні сільськогосподарських культур в Університеті штату Айова.
Ґрунти мають велике значення, і є ряд параметрів, які впливають на те, як вони утримують вологу. Одним з них є тип ґрунту. Алювіальні ґрунти мають піщану структуру з низьким вмістом органічних речовин. Мулисті глинисті ґрунти, як правило, мають дрібнозернисту структуру, але ґрунти з високим вмістом органіки можуть утримувати ще більше вологи. Водоутримувальна здатність дуже важлива, оскільки вона може компенсувати наслідки посухи та нестачі опадів.
EOSDA Crop Monitoring
Отримайте доступ до супутникових знімків з високою роздільною здатністю – керуйте полями ефективно!
Якщо ця здатність низька, у фермерів може не бути можливості накопичити достатню кількість вологи в ґрунті, аби уникнути проблем. Наприклад, під час посухи 2012 року фермери штату Айова втратили врожай на деяких ділянках з низьким рівнем ґрунтових вод і наявної ґрунтової вологи, оскільки температура була занадто високою, а відсутність опадів тривала занадто довго, щоб ґрунтова волога змогла забезпечити достатню буферність ґрунту.
Другим параметром, за словами Марка Ліхта, є наявність горизонту ґрунтових вод, тобто чи є в ґрунті вільна вода. У всій центральній Айові горизонт ґрунтових вод знаходиться на глибині від 25 до 75 сантиметрів під поверхнею землі. На заході штату ґрунти не мають горизонту ґрунтових вод навіть на глибині 2,5-3 метрів.
За наявності достатньої кількості вологи для подальшого росту вглиб і такого рівня ґрунтових вод, який цьому не перешкоджатиме, коріння кукурудзи може вирости до 1,5-2 метрів, максимум до 2,5 метрів завдовжки.
Отже, залежно від типу ґрунту та глибини залягання ґрунтових вод фермери можуть бути змушені додатково зрошувати землю в певні місяці, а в інші – використовувати підземний дренаж.
EOSDA Crop Monitoring дозволяє отримати карту NDMI конкретного поля та побачити, як змінювалася вологість посівів у динаміці. Маючи доступ до історичних даних з цього питання, фермери можуть оцінити водоутримувальну здатність свого ґрунту.
На анімації вище видно, що посуха не сильно вплинула на ріст рослинності на цьому полі, і умови для запилення кукурудзи були сприятливими, попри довготривалі періоди з низьким рівнем опадів.
Ще однією проблемою є стрес у рослин. Коли культура перебуває у стані стресу, вона починає робити все, щоб зменшити споживання води та стати більш продуктивною. Якщо фермер вчасно помітить ознаки такого стресу в критичний для запилення період і допоможе його зменшити, то навіть за незначних зусиль зможе отримати гідний врожай.
EOSDA Crop Monitoring дозволяє створити карту NDRE, щоб перевірити, чи не уражені посіви хворобами рослин. NDRE (нормалізований диференційний Red Edge індекс) аналізує фотосинтетичну активність рослинного покриву, щоб визначити концентрацію азоту в листі рослин. Нестача азоту – важливої поживної речовини для життєдіяльності рослин – вказує на стрес і проблеми з їхнім розвитком.
Фермери завжди прагнуть розподілити ризики, а тому намагаються вирощувати різні сорти кукурудзи. Кожен сорт має свою тривалість вегетаційного періоду і запилюється та дозріває в різний час. Це дає змогу розподілити найпоширеніші ризики – погодні. В такому випадку потенційна сильна посуха не вразить всі посіви одразу.
Такі виробники, як Bayer, Syngenta та Corteva, пропонують посухостійкі гібриди, які забезпечать вищий потенціал врожайності в умовах посухи. З іншого боку, у випадку достатньої кількості опадів, такі гібриди, як правило, не дають належного врожаю. Це – зворотний бік.
Однак, навіть кукурудза без генетично розробленої стійкості до посухи має певні можливості адаптації до екстремально посушливих умов. Коли фермери висаджують кукурудзу в сухіші ґрунти, це змушує коріння рослини заглиблюватися в пошуках вологи. Отже, немає нічого жахливого в тому, щоб саджати кукурудзу на сухіших ґрунтах: це навпаки корисно, якщо нам вдається досягти сухіших умов під час запилення або фази вегетативного розвитку кукурудзи.
Також фермери можуть вживати заходів для захисту коріння. Різні засоби для обробки насіння можуть захистити коріння від грибкових патогенів або комах-шкідників і тим самим сприяти ефективному використанню води.
Як Фермери Передбачають Посухи
Із розмови з Деннісом Тодеєм, директором Кліматичного хабу Міністерства сільського господарства США на Середньому Заході, стає зрозуміло, що в майбутньому очікуються ще більші збитки від посух.
Люди все частіше звертають увагу на посилення стресу для посівів кукурудзи, але це явище ще не є регулярним. Однак, зі зміною клімату стрес для посівів ставатиме частішим, і зрошення буде застосовуватися більш активно.
З огляду на такі очікування, як фермерам передбачити майбутні посухи, щоб мати змогу вчасно на них відреагувати?
Один із варіантів – стежити за прогнозами. Однак, прогнози на 30-60 днів мають лише орієнтовний характер. Прогнози ж на 60+ днів виглядають скоріше як “буде мокріше, ніж зазвичай”.
Ще один можливий варіант – аналіз грозових прогнозів. У ті роки, коли спостерігаються сильніші посухи, відбувається менше гроз. Ці грози дають ґрунту близько 60-75% річних опадів протягом вегетаційного періоду, тому відповідні прогнози можуть пролити світло на ймовірну інтенсивність посух.
Наразі вчені не здатні прогнозувати грози й торнадо на щомісячній або сезонній основі, як це робиться з температурою та опадами, але вони можуть отримати досить чітке уявлення про параметри, які повинні зійтися приблизно за тиждень до виникнення грози.
Певну кількість інформації можна отримати з даних про зимову погоду. Оскільки вегетаційний період 2023 року розпочнеться незабаром, вже зараз помітно, що цієї зими в Айові випало дуже мало снігу. Таким чином, ґрунт не відновив запаси вологи та вже є виснаженим. Нормальні опади наприкінці вегетаційного періоду з вересня по листопад забезпечили б 200-300 міліметрів води в ґрунті. Це означає, що фермери на північному заході Айови, швидше за все, зіткнуться з тривалою сухістю ґрунту протягом усього майбутнього сезону і мають бути готовими або підтримувати ґрунт у зволоженому стані, або висаджувати посухостійкі сорти кукурудзи.
Підготовка До Кліматичних Викликів 21-го Століття
Наразі ґрунти Айови залишаються достатньо стійкими, щоб протистояти тривалим посухам, які є найбільшою загрозою для врожаю. Але оскільки ситуація може змінитися в найближчі десятиліття, вже зараз вживаються заходи для пом’якшення майбутніх наслідків.
На додаток до виведення нових сортів кукурудзи, зрошення й дренажу, а також ефективнішого догляду за корінням, нові інструменти управління викидами вуглецю можуть допомогти поліпшити структуру ґрунту для утримання води та запобігання його ущільненню.
Методи управління земельними ресурсами, агрономічні дослідження та нові технологічні досягнення в таких галузях, як дистанційне зондування, мають допомогти виробникам активніше дбати про свій врожай. Такі інструменти, як Drought Monitor, прогнози погоди та платформи на кшталт EOSDA Crop Monitoring, вже зараз допомагають фермерам підтримувати ґрунти зволоженими, посіви здоровими, а врожайність високою.
Ми в EOSDA віримо, що сучасні космічні технології можуть допомогти не лише розв’язати поточні проблеми, але й уникнути майбутніх. З огляду на кількість інформації та досягнень, які вже доступні фермерам Айови, я налаштована оптимістично і вірю, що виробники харчових продуктів у цьому штаті зможуть ефективно адаптуватися до кліматичних змін, перш ніж вони зашкодять врожайності сільськогосподарських культур та родючості ґрунтів.
Ці екологічні проєкти створюються відповідно до бачення EOSDA зробити космічні технології глобальною рушійною силою сталого розвитку на Землі. Якщо ви хочете розповісти історію, пов’язану з цією ідеєю, і вважаєте, що наші рішення можуть допомогти в її розвитку, пишіть нам на pr@eosda.com.
Про автора:
Віра Петрик відповідає за маркетинг та зв'язки з громадськістю в EOSDA з акцентом на просуванні сталого розвитку та збереженні планети шляхом впровадження космічних технологій. Вона має ступінь з маркетингу Нідерландського інституту маркетингу, а також ступінь магістерки Київського інституту усних та письмових перекладачів при Українському науково-дослідному центрі.
Oстанні статті
Вирощування Батату: Посадка, Догляд Та Збирання
Хоча процес вирощування батату є досить прости, для успішного розвитку культури та отримання рясного урожаю треба враховувати важливі особливості вирощування батату.
Вирощування Винограду: Як Садити, Доглядати Та Збирати Врожай
Традиції поєднуються з сучасними технологіями вирощування винограду. Вікова мудрість забезпечує правильну обрізку винограду, а супутники відстежують стрес лози та керують підживленням.
EOSDA Crop Monitoring: Запущено Конструктор Карт
Завдяки новій функції користувачі EOSDA Crop Monitoring тепер можуть використовувати дані про врожайність зі своєї техніки для оптимізації використання ресурсів та продуктивності посівів.