La reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) y la contaminación del agua por nitrógeno de la agricultura son las principales prioridades ambientales en los Estados Unidos. La clave para lograr los objetivos climáticos es ayudar a los productores a navegar por los mercados de carbono, al mismo tiempo que ayuda al medio ambiente y mejora los ingresos agrícolas.

Una nueva herramienta desarrollada por un equipo de investigación de la Universidad de Minnesota permite a los agricultores crear un balance presupuestario de cualquier plan de reducción de nitrógeno y ver el costo económico y ambiental. retorno y márgenes, todo personalizado a los campos bajo su gestión.

"Con estos números en mente, los agricultores pueden tomar decisiones más informadas sobre la mitigación del nitrógeno que no solo les ahorran dinero, pero también reduce significativamente los contaminantes al medio ambiente, "dijo Zhenong Jin, quien dirigió la investigación y es profesor asistente en el Departamento de Ingeniería de Bioproductos y Biosistemas (BBE) de la Facultad de Alimentos, Ciencias agrícolas y de los recursos naturales (CFANS).

Las herramientas anteriores no permitían realizar predicciones personalizadas para todos los campos del cinturón de maíz de EE. UU., ya que los costos computacionales y de almacenamiento de ejecutar estos modelos de cultivos a gran escala serían muy costosos.

Como se describe en un artículo publicado en IOPscience , El equipo de investigación creó una serie de metamodelos basados ​​en el aprendizaje automático que pueden imitar casi a la perfección un modelo de cultivo bien probado a velocidades mucho más rápidas. Usando los metamodelos, generaron millones de simulaciones de escenarios e investigaron dos cuestiones fundamentales de sostenibilidad:dónde están los puntos críticos de mitigación, y cuánta mitigación se puede esperar en diferentes escenarios de gestión.

"Sintetizamos cuatro indicadores simulados de sostenibilidad de agroecosistemas:rendimiento, norte ₂ O emisiones, lixiviación de nitrógeno, y cambios en el carbono orgánico del suelo:en beneficios económicos netos para la sociedad como base para identificar puntos críticos y tierras inviables para la mitigación, "dijo Taegon Kim, Investigador asociado CFANS en el departamento BBE. Los beneficios sociales incluyen ahorros de costos de la mitigación de GEI, así como una mejor calidad del agua y del aire.

"Al proporcionar indicadores clave de sostenibilidad relacionados con la producción agrícola, Nuestros metamodelos pueden ser una herramienta útil para que las empresas alimentarias cuantifiquen las emisiones en su cadena de suministro y distingan las opciones de mitigación para establecer objetivos de sostenibilidad. "dijo Timothy Smith, profesor de Gestión de Sistemas Sostenibles y Gestión de Negocios Internacionales en el departamento BBE de CFANS.

El estudio, realizado en el cinturón de maíz del medio oeste de EE. UU., encontrado que:

• Reducir el fertilizante nitrogenado en un 10% conduce a un 9,8% menos de N ₂ Emisiones de O y 9,6% menos de lixiviación de nitrógeno, a costa de un 4,9% más de agotamiento del carbono orgánico del suelo, pero solo una reducción del rendimiento del 0,6% en la región de estudio.
• Los beneficios sociales anuales totales netos estimados tienen un valor de $ 395 millones (la incertidumbre varía de $ 114 millones a casi $ 1.3 mil millones), incluyendo un ahorro de $ 334 millones al evitar las emisiones de GEI y la contaminación del agua, $ 100 millones usando menos fertilizante, y $ 40 millones negativos debido a pérdidas de rendimiento.
• Más del 50% de los beneficios sociales netos provienen del 20% de las áreas de estudio, que, por lo tanto, pueden verse como puntos calientes en los que se debe priorizar las acciones.

"Nuestro análisis reveló puntos críticos en los que se puede eliminar el exceso de fertilizante nitrogenado sin penalizar el rendimiento, ", dijo Jin." Notamos en algunos lugares que la reducción de la contaminación relacionada con el nitrógeno tiene el costo de agotar el carbono orgánico en el suelo, sugiriendo que otras prácticas regenerativas, como el cultivo de cobertura, deben combinarse con la gestión del nitrógeno ".

En el futuro, el equipo ampliará el marco presentado en este estudio y desarrollará modelos de calificación de carbono más avanzados y precisos a través de una combinación de modelos basados ​​en procesos, inteligencia artificial y teledetección.