Naukowcy analizujący 30-letni eksperyment dotyczący rotacji kukurydzy-soi- w stanie Michigan odkryli, że moment zakończenia uprawy okrywowej i temperatura powietrza były najsilniejszymi predyktorami dostępności azotu w glebie w agroekosystemach uprawianych pod osłonami, oferując hodowcom nowy wgląd w zarządzanie uwalnianiem azotu podczas produkcji kukurydzy.
W badaniu przeprowadzonym w ośrodku Kellogg Biological Station Long-Term Ecoological Research wykorzystano losowe modele leśnego uczenia maszynowego do zbadania dynamiki mineralizacji azotu w systemach upraw o obniżonym nakładzie-i uprawach organicznych w latach 1990–2020. Naukowcy odkryli, że zawartość nieorganicznego azotu w glebie, zwłaszcza azotanów (NO3--N), szybko wzrastała po zakończeniu uprawy roślin strączkowych i zazwyczaj osiągała szczyt około 50 dni później, zwłaszcza gdy przekraczały średnie dzienne temperatury 12 stopni.
Badania skupiały się na roślinach okrywowych koniczyny czerwonej stosowanych w systemach produkcji kukurydzy i sprawdzały, w jaki sposób warunki pogodowe, biomasa roślin okrywowych, wilgotność gleby i praktyki zarządzania wpływają na uwalnianie azotu. Zgodnie z ustaleniami, dni po zakończeniu uprawy okrywowej były niezmiennie najważniejszym czynnikiem wpływającym na dostępność zarówno azotanów, jak i amonu, podczas gdy w większości modeli temperatura zajmowała drugie miejsce pod względem znaczenia. Badanie wykazało, że uwalnianie azotu wynikało z interakcji tych czynników, a nie z pojedynczej zmiennej.
Naukowcy twierdzą, że odkrycia mogą pomóc rolnikom w lepszej synchronizacji uwalniania azotu z roślin okrywowych z popytem na rośliny uprawne, potencjalnie zmniejszając zależność od nawozów syntetycznych i zmniejszając wpływ na środowisko, taki jak wymywanie azotanów i emisje podtlenku azotu. Badanie wykazało również, że stężenie azotanów w glebie na ogół osiągało szczyt w fazie szybkiego wzrostu upraw kukurydzy, a następnie spadało w miarę wchłaniania azotu przez rośliny.
Modele uczenia maszynowego wyjaśniły około 35% zmienności poziomów azotanów w glebie w niezależnych sezonach wegetacyjnych, podczas gdy dokładność prognozowania poziomów amonu była niższa. Pomimo różnic w produktywności między systemem-o zmniejszonym wkładzie a systemem organicznym, oba systemy wykazywały podobną sezonową dynamikę azotu, co sugeruje, że temperatura i czas odgrywają dominującą rolę w mineralizacji azotu niezależnie od podejścia do zarządzania.
Naukowcy zauważyli, że sama biomasa roślin okrywowych miała słabszy wpływ na dostępność azotu, niż oczekiwano, prawdopodobnie dlatego, że poziomy biomasy różniły się stosunkowo nieznacznie w poszczególnych latach w porównaniu z warunkami pogodowymi. Dodali, że przyszłe prace integrujące dane empiryczne z modelami-procesowymi mogą ulepszyć prognozy dla różnych gleb i klimatów.
Badanie prowadził Rabin KC-ze współautorami G. Philipem Robertsonem i Sieglinde Snapp. Finansowanie pochodziło z długoterminowego-terminowego programu badań ekologicznych National Science Foundation, długoterminowego-programu badawczego USDA Agroecosystem oraz AgBioResearch z Michigan State University.
