Deckfrüchte mit ihrer Fähigkeit, Erosion zu reduzieren und die Bodengesundheit zu fördern, werden auf mehr Land im Mittleren Westen der USA denn je angepflanzt. Das geht aus einer neuen Studie der University of Illinois hervor, die zeigt, dass die Akzeptanz von Deckfrüchten im Jahr 2021 7,2 % erreichte, gegenüber nur 1,8 % ein Jahrzehnt zuvor. Das Ergebnis ist das Ergebnis hochentwickelter satellitengestützter Fernerkundungsbemühungen, bei denen Deckfrüchte auf 140 Millionen Morgen Ackerland genau erfasst und ihre Ausdehnung über 20 Jahre verfolgt wurden.
Der Artikel „Der jüngste rasche Anstieg der Akzeptanz von Deckfrüchten im gesamten US-Mittelwesten wurde durch die Fusion von Satellitendaten aus mehreren Quellen festgestellt“ wurde in veröffentlicht Geophysikalische Forschungsbriefe.
„Es ist unmöglich, Feldstudien für den gesamten Mittleren Westen durchzuführen. Daher kann die Fernerkundung einen kostengünstigen Ansatz für die Erkennung von Zwischenfrüchten bieten. Wir können jedes Feld von Anfang bis Ende des Jahres überwachen und uns so eine klare Vorstellung verschaffen.“ was im Laufe der Zeit passiert ist“, sagt Qu Zhou, der Hauptautor der Studie und Doktorand am Department of Natural Resources and Environmental Sciences (NRES), Teil des College of Agricultural, Consumer and Environmental Sciences in Illinois. Zhou wird von Kaiyu Guan, außerordentlicher Professor am NRES, Gründungsdirektor des Agroecosystem Sustainability Center und leitender Autor der Studie, betreut.
Der Anstieg bei der Einführung von Zwischenfrüchten erfolgt vor dem Hintergrund zunehmender staatlicher und bundesstaatlicher Anreizprogramme, ein statistisch signifikanter Treiber, so die Studie.
„Wir haben die Fläche der Deckfrüchte in jedem Jahr mit der diesjährigen Finanzierung analysiert und festgestellt, dass sie stark korreliert ist. Wir haben auch die Investitionen in verschiedenen Bundesstaaten überprüft und gezeigt, dass einige Bundesstaaten höhere Prozentsätze für Zwischenfrüchte haben, die mit ihren Finanzierungsinvestitionen zusammenhängen“, sagt Sheng Wang, wissenschaftlicher Assistenzprofessor am NRES und Co-Autor der Studie.
Um die Auswirkungen der Naturschutzpolitik zu verstehen, musste das Team zunächst das Ausmaß der Einführung von Deckfrüchten in der gesamten Region bewerten, eine technische Herausforderung. Vor-Ort-Vermessungen sind genau, aber zeitaufwändig und schwer zu skalieren. Frühere fernerkundungsbasierte Schätzungen von Zwischenfrüchten verloren zugunsten einer größeren räumlichen Abdeckung an bodenbasierter Genauigkeit. Die Mehrzahl der Fernerkundungsstudien konzentrierte sich jedoch auf kleinere Gebiete, beispielsweise einzelne Staaten, und konnte nicht zuverlässig landesweit skaliert werden.
In der neuen Studie entwickelte das Team von Guan einen neuartigen Algorithmus zur Erkennung von Deckfrüchten aus dem Weltraum, integrierte ein detailliertes Verständnis des Wachstums von Deckfrüchten mit maschinellem Lernen und erstellte hochauflösende Karten für die gesamte Region des Mittleren Westens.
Für das ungeschulte Auge sehen die Vegetationsdaten von Satelliten wie ein massiver grüner Fleck über der Landschaft aus. Herauszufinden, welche Grüns tatsächlich Zwischenfrüchte darstellten, war eine Frage des Timings. Die Forscher entwickelten Algorithmen, um zu beobachten, ob zwischen April und Mai, wenn die meisten Zwischenfrüchte aktiv wachsen, kahle Böden grün werden, und um dann nach Beendigung der Zwischenfrüchte und vor Beginn des Wachstums von Marktfrüchten wieder Böden zu bilden.
Nachdem sie sich auf diesen bestimmten grünen Impuls eingestellt hatten und eine fleckige oder asynchrone Begrünung vermieden hatten, die auf Unkrautwachstum auf Feldern hindeuten würde, entwickelten die Forscher dynamische Schwellenwerte, um Signale von Deckfrüchten zu identifizieren, da ihr Wachstum von Region zu Region und von Jahr zu Jahr unterschiedlich ist.
„Wir haben unsere Satellitendaten mit Volkszählungsdaten für 2012-2017 verglichen und sie mit Felddaten aus fast allen verfügbaren Quellen validiert, die wir finden konnten, einschließlich unserer Partner, der USDA Risk Management Agency (RMA) und dem Landwirtschaftsministerium von Indiana. Daher sind wir zuversichtlich, dass wir Deckfrüchte in unserem Modell mit hoher Genauigkeit erkannt haben“, sagt Guan. „Jede Studie hat Unsicherheiten, aber ich denke, das ist bisher die sicherste Antwort.“
„Die Nutzung von Fernerkundung und neuartigen Algorithmen gibt uns die Gewissheit, dass das staatliche Ernteversicherungsprogramm effektiv verwaltet wird“, sagt James Hipple, Senior Physical Scientist bei RMA und Mitautor der Studie. „Außerdem hilft es uns, die Auswirkungen der Bemühungen des USDA besser zu verstehen, Landwirte zu unterstützen, die Deckfrüchte anbauen. In den letzten Jahren hat das USDA seine Unterstützung für diese wichtige Erhaltungspraxis verstärkt, einschließlich zusätzlicher Prämienvorteile für Erzeuger, die Deckfrüchte anbauen, eine neue Partnerschaft mit Farmers for Soil Health, Erhöhung der technischen und finanziellen Unterstützung für die Einführung von Zwischenfrüchten und zusätzliche Flexibilität beim Heuen, Beweiden und Häckseln von Zwischenfrüchten.“
Die bedeutendsten Zuwächse bei der Einführung von Zwischenfrüchten traten in den letzten Jahren auf und standen in engem Zusammenhang mit dem Beginn von Hilfsprogrammen für Zwischenfrüchte. Beispielsweise stiegen die Mittel für Kostenbeteiligungsprogramme von 5 Millionen US-Dollar im Jahr 2005 auf 156 Millionen US-Dollar im Jahr 2018, mit der höchsten Investitionsrate nach 2015. Die Einführung von Zwischenfrüchten hat sich zwischen 2017 und 2021 in der gesamten Region verdoppelt.
Obwohl 7,2 % Akzeptanz eine Vervierfachung seit 2011 darstellen, ist dies immer noch ein sehr kleiner Prozentsatz.
„Aus politischer Sicht sind wir für diese Praxis zu sehr auf Kostenbeteiligung angewiesen, aber wir sehen Innovationen“, sagt Co-Autor Jonathan Coppess, außerordentlicher Professor in der Abteilung für Agrar- und Verbraucherökonomie, die ebenfalls Teil des College of ist Asse in Illinois. „Zum Beispiel haben Illinois und Iowa mit einem Rabatt auf Ernteversicherungsprämien für die Einführung von Deckfrüchten den Weg geebnet, und beide haben sich zu relativ niedrigen Kosten als beliebt erwiesen. Das USDA hat kürzlich auch damit experimentiert. Es ist viel mehr Innovation in der Politik erforderlich, wenn Wir sollen den Übergang zu einer weit verbreiteten Einführung und erfolgreichen Verwaltung dieser Praxis unterstützen. Die Policen müssen Risikokomponenten beinhalten und mehr leisten, als nur einen Teil der Kosten zu decken.“
Deckfrüchte stellen ein potenzielles Risiko im Hinblick auf das Pflanzfenster im Frühjahr dar, in dem die Landwirte die Deckfrüchte schnell beenden und Cash-Crop-Samen unter zunehmend herausfordernden Wetterbedingungen aussäen müssen. Aber vielleicht noch bemerkenswerter, wenn Deckfrüchte nicht richtig bewirtschaftet werden, können sie mit Ertragseinbußen verbunden sein, die sich auf die Marktfrüchte in der folgenden Saison auswirken. Eine kürzlich von der Stanford University geleitete Studie, die sich auf Guans Satellitenbilder und Analysen von Deckfrüchten im Mittleren Westen stützte, zeigte, dass Deckfrüchte den Maisertrag um etwa 5 % verringern können.
„Derzeit ist der Deckfruchtanbau noch etwas für Innovatoren und Early Adopters; es hat sich nicht als gängige Praxis durchgesetzt“, sagt Coppess. „Ein großer Teil des Problems besteht darin, dass das Hinzufügen von Deckfrüchten zur Fruchtfolge eine Systemänderung für den Landwirt und die Felder bedeutet. Es erhöht die Kosten, das Risiko und die Managementherausforderungen, aber unter den Innovatoren findet wichtiges Lernen statt und die Landwirte sammeln wertvolle Erfahrungen. “
Mehr Informationen:
Qu Zhou et al., Jüngste schnelle Zunahme der Einführung von Deckfrüchten im gesamten US-amerikanischen Mittleren Westen, die durch die Fusion von Satellitendaten aus mehreren Quellen festgestellt wurde, Geophysikalische Forschungsbriefe (2022). DOI: 10.1029/2022GL100249