وجد الباحثون الذين قاموا بتحليل تجربة تناوب القمح-الذرة-فول الصويا- لمدة 30 عامًا في ميشيغان أن توقيت انتهاء محصول التغطية ودرجة حرارة الهواء كانا أقوى المؤشرات على توفر النيتروجين في التربة في النظم الإيكولوجية الزراعية المغطاة، مما يوفر للمزارعين رؤى جديدة لإدارة إطلاق النيتروجين لإنتاج الذرة.
استخدمت الدراسة، التي أجريت في موقع البحوث البيئية الطويلة المدى التابع لمحطة كيلوج البيولوجية، نماذج التعلم الآلي للغابات العشوائية لفحص ديناميكيات تمعدن النيتروجين في أنظمة المحاصيل العضوية والمدخلات المنخفضة بين عامي 1990 و2020. ووجد الباحثون أن النيتروجين غير العضوي في التربة، وخاصة النترات (NO3−-N)، زاد بسرعة بعد انتهاء محاصيل الغطاء البقولي وبلغ ذروته عادةً بعد حوالي 50 يومًا، خاصة عند متوسط درجات الحرارة اليومية تجاوزت 12 درجة.
ركز البحث على محاصيل البرسيم الأحمر المستخدمة في أنظمة إنتاج الذرة وفحص كيفية تأثير الظروف الجوية وتغطية الكتلة الحيوية للمحاصيل ورطوبة التربة وممارسات الإدارة على إطلاق النيتروجين. وفقًا للنتائج، كان بعد أيام من انتهاء محصول التغطية هو العامل الأكثر أهمية الذي يؤثر على توافر النترات والأمونيوم، في حين احتلت درجة الحرارة المرتبة الثانية من حيث الأهمية في معظم النماذج. وأظهرت الدراسة أن إطلاق النيتروجين كان مدفوعًا بتفاعل هذه العوامل وليس بأي متغير منفرد وحده.
وقال الباحثون إن النتائج يمكن أن تساعد المزارعين على مزامنة إطلاق النيتروجين من محاصيل التغطية بشكل أفضل مع الطلب على المحاصيل، مما قد يقلل الاعتماد على الأسمدة الاصطناعية وخفض الآثار البيئية مثل ترشيح النترات وانبعاثات أكسيد النيتروز. ووجدت الدراسة أيضًا أن تركيزات نترات التربة بلغت ذروتها عمومًا خلال مرحلة النمو السريع لمحصول الذرة قبل أن تنخفض مع امتصاص النباتات للنيتروجين.
وأوضحت نماذج التعلم الآلي حوالي 35% من التباين في مستويات نترات التربة عبر مواسم النمو المستقلة، في حين كانت دقة التنبؤ بمستويات الأمونيوم أقل. على الرغم من الاختلافات في الإنتاجية بين أنظمة المدخلات المنخفضة والأنظمة العضوية، أظهر كلا النظامين ديناميكيات نيتروجين موسمية متشابهة، مما يشير إلى أن درجة الحرارة والتوقيت يلعبان دورًا مهيمنًا في تمعدن النيتروجين بغض النظر عن نهج الإدارة.
لاحظ الباحثون أن تغطية الكتلة الحيوية للمحاصيل نفسها كان لها تأثير أضعف على توافر النيتروجين مما كان متوقعا، ويرجع ذلك على الأرجح إلى أن مستويات الكتلة الحيوية تختلف قليلا نسبيا بين السنوات مقارنة بالظروف الجوية. وأضافوا أن العمل المستقبلي الذي يدمج البيانات التجريبية مع النماذج القائمة على العمليات-يمكن أن يؤدي إلى تحسين التنبؤات عبر أنواع التربة والمناخات المختلفة.
أدار الدراسة رابين كيه سي مع المؤلفين المشاركين-ج. فيليب روبرتسون وسيجليند سناب. تم توفير التمويل من خلال برنامج الأبحاث البيئية طويل الأمد التابع لمؤسسة العلوم الوطنية، وبرنامج أبحاث النظام البيئي الزراعي طويل الأمد التابع لوزارة الزراعة الأمريكية، وجامعة ولاية ميشيغان AgBioResearch.
