Укрепление здоровья почвы в Кукурузном поясе с помощью спутниковых данных NASA

Фермер из Иллинойса Пол Ешке после уборки кукурузы осенью засеял часть своих полей (60 акров из 4500) озимой рожью в качестве покровной культуры. Это эксперимент для защиты и улучшения почвы, когда товарная культура не растет.

Почва — основа продовольственных систем. США теряют около 5 тонн почвы на акр ежегодно, что в 10 раз превышает скорость ее образования. Ветровая и водная эрозия, усиленные деятельностью человека и изменением климата, истощают самый плодородный верхний слой.

Ключевая стратегия борьбы с эрозией — улучшение здоровья почвы с помощью практик, таких как покровные культуры и нулевая обработка почвы (no-till). Однако их внедрение сопряжено с трудностями.

Отслеживание эрозии почвы из космоса

Кукурузный пояс обладает самыми продуктивными почвами страны. Эрозия, ускоряемая экстремальными погодными условиями и обработкой почвы, влияет на продуктивность, загрязняет водоемы питательными веществами и высвобождает накопленный в почве углерод в атмосферу в виде CO₂.

Спутники NASA, такие как MODIS на аппаратах Terra и Aqua, а также Landsat (совместный проект NASA и USGS), предоставляют данные для изучения проблемы в региональном масштабе. Архив Landsat охватывает почти 50 лет.

В недавнем исследовании, поддержанном NASA, ученые использовали спутниковые снимки и топографические данные для оценки потерь почвы. Они обнаружили, что примерно одна треть пахотных земель региона полностью потеряла верхний плодородный слой. Ежегодные потери фермеров оцениваются до $3 млрд.

Такие проекты, как Daily Erosion Project, используют данные Landsat, погодные и топографические данные для моделирования эрозии и стока в нескольких штатах. «Спутниковые данные позволяют нам оставаться в курсе текущей ситуации», — отмечает почвовед Брайан Гелдер.

Внедрение и управление методами сохранения почвы

Консервация почвы в национальном масштабе началась после Пыльного котла 1930-х годов. USDA по-прежнему помогает землепользователям внедрять методы борьбы с эрозией.

• No-till используется на 21% пахотных земель США.
• Покровные культуры в 2017 году занимали 3,4% площадей, что на 50% больше, чем в 2012.

Внедрение этих методов сталкивается с финансовыми и агротехническими барьерами. Фермерам необходимо научиться управлять новыми культурами и балансировать их потребности с основными.

Спутниковые данные помогают оценить эффективность методов. Исследование Джиллиан Дейнс (партнер NASA Harvest) с использованием машинного обучения и данных Landsat, MODIS и Sentinel-1 показало, что долгосрочное использование минимальной обработки в Кукурузном поясе (2005–2017) привело к среднему увеличению урожайности: +3,3% для кукурузы и +0,74% для сои.

Ученые также разрабатывают инструменты для поддержки фермеров. Модель Кайю Гуана (Университет Иллинойса, партнер NASA Harvest) объединяет данные Landsat, MODIS и Sentinel-2 с информацией о почве и погоде, чтобы давать индивидуальные рекомендации по управлению полем, подобно медицинскому «рецепту».

Для Пола Ешке итоговым критерием успеха эксперимента с покровной рожью станет урожайность сои осенью. «Время покажет», — говорит фермер.