As espigas acima são de um plantio de milho que não sofreu estresse hídrico. As espigas abaixo são de um plantio de milho que passou por estresse hídrico durante a floração. As espigas irregulares e curtas com grãos abortados são típicas do milho sob estresse hídrico devido ao solo seco ou ar muito seco - e mostram como a cultura responde às condições climáticas. Crédito:Amanda Burton, Estado de Penn
Se o aquecimento continuar inabalável no meio-oeste, em 50 anos, podemos esperar que as melhores condições para a produção de milho e soja tenham mudado de Iowa e Illinois para Minnesota e Dakotas, de acordo com pesquisadores da Penn State.
Usando o aprendizado de máquina, uma forma de inteligência artificial que permite que um sistema de computador aprenda com os dados, a equipe considerou mais de três décadas de nível de condado, dados de produção de safras do Serviço Nacional de Estatísticas Agrícolas do Departamento de Agricultura dos Estados Unidos para 18 estados na região central dos Estados Unidos. Essa área produz a maior parte dessas safras.
Os pesquisadores avaliaram os rendimentos das colheitas junto com dados meteorológicos. Eles consideraram variáveis climáticas fundamentais para encontrar preditores de produção específicos para cada uma das fases de crescimento da cultura. O estudo também analisou as relações entre clima e milho, rendimento de grãos de sorgo e soja de 1980 a 2016.
"Esse tipo de pesquisa era impossível antes da era de big data em que vivemos agora, e claro, isso só pode ser feito usando a poderosa capacidade de computação que podemos acessar na Penn State, "disse o pesquisador Armen Kemanian, professor associado de sistemas de produção e modelagem na Faculdade de Ciências Agrárias. "Este estudo é importante porque em um clima que está mudando de forma relativamente rápida, essas técnicas nos permitem prever o que pode acontecer. "
As evidências, publicado em Cartas de Pesquisa Ambiental , não significa necessariamente que ocorrerá a mudança para o norte e oeste na produção de milho e soja, disse o pesquisador principal Alexis Hoffman, que obteve seu doutorado em meteorologia na Penn State em 2018. Mas, com base nos dados, pesquisadores concluem que tal mudança está em andamento, e há uma grande probabilidade de que continue.
"Não estamos sugerindo que tal mudança seria uma catástrofe, "Kemanian disse." Isso não significa que Iowa vai parar de produzir safras, mas pode significar que os agricultores de Iowa se adaptam a um clima mais quente, produzindo duas safras em um ano ou uma mistura diferente de safras, em vez da rotação dominante de milho-soja. As mudanças provavelmente serão graduais, e os agricultores e a cadeia de abastecimento devem ser capazes de se adaptar. Mas as coisas vão mudar. "
As três culturas em estudo têm respostas distintas à umidade e temperatura, um dos resultados mais reveladores do estudo, observou Hoffman. Em geral, o milho precisa de mais umidade, o sorgo tolera temperaturas mais altas e a soja está em algum ponto intermediário.
O gráfico mostra a sobreposição de precipitação e temperatura codificados por cores para representar os melhores locais para o milho em 2016 e em um cenário climático representativo de 2064 se as emissões não forem reduzidas. O tom mais escuro de roxo é onde a temperatura e a precipitação se alinham para fornecer o melhor clima para o milho - por exemplo, do norte de Ohio até o oeste através de partes de Indiana, Michigan, Illinois e Iowa, entre outros estados. No painel projetado para 2060, a melhor combinação de precipitação e temperatura torna-se mais estreita e se move para o norte a partir das condições atuais. Crédito:Grupo de Pesquisa Kemanian / Penn State
Para cada ano durante o período de estudo, pesquisadores estimaram datas de plantio para cada condado, com base nas temperaturas ao nível do condado para simular a adaptação do agricultor aos anos frios ou quentes, ela disse. Eles estimaram que o plantio ocorre quando a média móvel de 21 dias aumenta para uma temperatura limite específica da cultura. Temperaturas de plantio para milho, sorgo e soja foram 50, 59, e 53,6 graus Fahrenheit, respectivamente.
O milho exibiu uma resposta excepcionalmente forte de aumento de rendimento ao aumento da umidade atmosférica durante sua fase crítica, de antes a depois da floração, bem como uma forte sensibilidade à exposição a temperaturas extremas, Hoffman explicou.
“A umidade é um fator para todas as culturas estudadas, mas o que os dados nos dizem é que é mais importante para o milho do que para a soja ou sorgo, e em uma janela de tempo muito estreita, "disse ela." E pela umidade, queremos dizer que os solos podem ser úmidos, mas os dados mostram que a umidade do ar é importante, sem considerar. Isso não era conhecido antes. "
Contudo, a soja tem uma forte resposta às temperaturas máximas e mínimas, ela disse. "Todas as safras tiveram respostas semelhantes a limiares à alta temperatura, embora tenhamos documentado uma tolerância comparativamente maior à alta temperatura para sorgo a 90,5 F contra uma faixa de 84,2 a 86 F para milho e soja. Não descrevemos essa resposta - o aprendizado de máquina a revelou para nós. "
A pesquisa pode ter implicações para as empresas que vendem seguro agrícola, Kemanian sugere.
"As oscilações de alta temperatura são prejudiciais. Aprender quando e por quanto, tanto para o milho quanto para a soja, é extremamente importante, ", disse ele." As seguradoras têm interesse nisso porque precisam avaliar o risco de um determinado estresse acontecer e quanto pagarão como resultado. "
Chris Forest, professor de ciências da terra e minerais, O orientador do doutorado de Hoffman estava envolvido na pesquisa. Esta pesquisa se baseia em trabalhos anteriores feitos por Hoffman e a equipe na África Subsaariana.
