Las mazorcas de arriba son de un grupo de maíz que no experimentó estrés hídrico. Las mazorcas de abajo son de un grupo de maíz que experimentó estrés hídrico durante la floración. Las mazorcas irregulares y más cortas con granos abortados son típicos del maíz bajo estrés hídrico debido al suelo seco o al aire muy seco, y muestran cómo responde el cultivo a las condiciones climáticas. Crédito:Amanda Burton, Penn State
Si el calentamiento continúa sin cesar en el Medio Oeste, en 50 años podemos esperar que las mejores condiciones para la producción de maíz y soja se hayan trasladado de Iowa e Illinois a Minnesota y las Dakotas, según los investigadores de Penn State.
Mediante el uso del aprendizaje automático, una forma de inteligencia artificial que permite que un sistema informático aprenda de los datos, el equipo consideró más de tres décadas a nivel de condado, datos de rendimiento de cultivos del Servicio Nacional de Estadísticas Agrícolas del Departamento de Agricultura de EE. UU. para 18 estados de la región central de los Estados Unidos. Esa zona produce la mayoría de estos cultivos.
Los investigadores evaluaron los rendimientos de los cultivos junto con los datos meteorológicos. Consideraron variables climáticas fundamentales para encontrar predictores de rendimiento específicos para cada una de las fases de crecimiento de los cultivos. El estudio también analizó las relaciones entre el clima y el maíz, rendimiento de grano de sorgo y soja de 1980 a 2016.
"Este tipo de investigación era imposible antes de la era de los macrodatos en la que vivimos ahora, y por supuesto, solo se puede hacer utilizando la poderosa capacidad informática a la que podemos acceder en Penn State, "dijo el investigador Armen Kemanian, profesor asociado de sistemas de producción y modelización en la Facultad de Ciencias Agrarias. "Este estudio es importante porque en un clima que está cambiando con relativa rapidez, estas técnicas nos permiten prever lo que puede suceder ".
Los resultados, publicado en Cartas de investigación ambiental , no necesariamente significa que el cambio hacia el norte y el oeste en la producción de maíz y soja ocurrirá, dijo el investigador principal Alexis Hoffman, quien obtuvo su doctorado en meteorología en Penn State en 2018. Pero, basado en los datos, los investigadores concluyen que ese cambio está en marcha, y existe una gran probabilidad de que continúe.
"No estamos sugiriendo que tal cambio sería una catástrofe, ", Dijo Kemanian." No significa que Iowa dejará de producir cultivos, pero podría significar que los agricultores de Iowa se adaptan a un clima más cálido produciendo dos cultivos en un año o una combinación diferente de cultivos en lugar de la rotación dominante de maíz y soja. Es probable que los cambios sean graduales, y los agricultores y la cadena de suministro deberían poder adaptarse. Pero las cosas cambiarán ".
Los tres cultivos del estudio tienen distintas respuestas a la humedad y la temperatura, uno de los resultados más reveladores del estudio, señaló Hoffman. En general, el maíz necesita más humedad, el sorgo tolera temperaturas más altas y la soja se encuentra en algún punto intermedio.
El gráfico muestra la superposición de la precipitación y la temperatura codificadas por colores para representar las mejores ubicaciones para el maíz en 2016 y en un escenario climático representativo de 2064 si no se reducen las emisiones. El tono más oscuro de púrpura es donde la temperatura y la precipitación se alinean para proporcionar el mejor clima para el maíz, por ejemplo, desde el norte de Ohio hasta el oeste a través de partes de Indiana, Michigan, Illinois y Iowa, entre otros estados. En el panel proyectado de 2060, la mejor combinación de precipitación y temperatura se vuelve más estrecha y se mueve hacia el norte de las condiciones actuales. Crédito:Grupo de Investigación de Kemanian / Penn State
Para cada año durante el período de estudio, los investigadores estimaron las fechas de siembra para cada condado, basado en temperaturas a nivel de condado para simular la adaptación de los agricultores a años fríos o cálidos, ella dijo. Estimaron que la siembra ocurre una vez que el promedio móvil de 21 días se eleva a una temperatura umbral específica del cultivo. Temperaturas de siembra de maíz, el sorgo y la soja eran 50, 59, y 53,6 grados Fahrenheit, respectivamente.
El maíz mostró una respuesta excepcionalmente fuerte de mayor rendimiento al aumento de la humedad atmosférica durante su fase crítica, desde antes hasta después de la floración, así como una fuerte sensibilidad a la exposición a temperaturas extremas, Hoffman explicó.
"La humedad es un factor para todos los cultivos estudiados, pero lo que nos dicen los datos es que es más un factor para el maíz que para la soja o el sorgo, y en una ventana de tiempo muy estrecha, ", dijo." Y por la humedad, queremos decir que los suelos pueden estar húmedos, pero los datos muestran que la humedad en el aire es importante, a pesar de todo. Eso no se sabía antes ".
Sin embargo, La soja tiene una fuerte respuesta tanto a las temperaturas máximas como a las mínimas, ella dijo. "Todos los cultivos tuvieron respuestas similares a umbrales a las altas temperaturas, aunque documentamos una tolerancia comparativamente mayor a las altas temperaturas para el sorgo a 90.5 F versus un rango de 84.2 a 86 F para el maíz y la soja. No describimos esa respuesta, el aprendizaje automático nos la reveló ".
La investigación puede tener implicaciones para las empresas que venden seguros de cosechas, Sugiere Kemanian.
"Los cambios de temperatura son dañinos. Aprender cuándo y cuánto para el maíz y la soja es de vital importancia, "Las compañías de seguros agrícolas tienen interés en esto porque necesitan evaluar el riesgo de que ocurra un estrés determinado y cuánto pagarán como resultado".
Chris Forest, profesor de ciencias de la tierra y minerales, El asesor de doctorado de Hoffman participó en la investigación. Esta investigación se basa en trabajos anteriores realizados por Hoffman y el equipo en África subsahariana.
