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氣候智慧農業重大數據與數位科技

研究顯示土壤、地貌、氣候的交互作用影響耕地不同區塊的產量穩定度。密西根州立大學

美國密西根州立大學(MSU)發表於Scientific Reports新研究,首次精準量化氣候變化對地形與土壤特性,以及空間與時間相關作物產量異動的影響,顯示大數據(Big Data)與數位科技可協助農人適應目前與未來氣候變遷的威脅。

根據Farms.com報導,2007~2016年因氣候變化導致美國中西部超過4分之1的玉米與大豆耕地產量不穩定,年產量在超量豐收與歉收間波動,造成美國經濟約5.36億美元的損失。MSU的研究將協助農人掌握耕地的不同面向、做出更好的決策,以降低成本、提升產量、減少受到環境衝擊,並可望為氣候智慧型農業技術未來的走向定調。

在美國農業部(USDA)國家食物與農業研究所(NIFA)以及農業生物研究所(AgBioResearch)的資助下,MSU的地球與環境科學教授Bruno Basso與博士後研究員Rafael Martinez-Feria合作進行相關研究,首先是掌握美國中西部地區玉米與大豆作物產量每年產生變化的位置與原因,其次嘗試運用大數據發展與部署氣候智慧型農業解決方案。

Basso與Martinez-Feria運用數位科技與資料,量化美國中西部地區每一塊玉米與大豆耕地,受到水量不足或過多影響的產量變化百分比,發現在水量不足區塊的作物產量,可能比缺雨季的耕地平均產量低23~33%,但跟非常潮濕的季節差不多。而水量容易過多區塊的作物產量,可能比潮濕季節的耕地平均產量低26~33%。

農人掌握耕地中各區塊的水量就能據以調整施肥方式,水量不足區塊的肥料用量應該遠低於同一耕地中水量充裕的區塊。NIFA國家計畫主持人指出,結合大數據與地貌的空間位置,可望永久改變美國中西部農人施肥的方式,最終將促成活性氮減量以防止水汙染。

MSU的研究首創運用數位科技分析從無人機與遠端感測器、研究飛行器、衛星,以及新式聯合收割機配備的先進地理空間感測器組所收集到的大數據,找出個別耕地中作物產量不穩定的區塊。Basso與Martinez-Feria發現,同樣土壤在不同年度的產量卻出現大幅波動,斷定土壤並非造成年產量巨變的單一因素。

Basso與Martinez-Feria指出土壤、地貌、氣候的交互作用,為耕地作物產量不穩定區域因應極端氣候的方式帶來極大影響,窪地、斜坡、山頂等地形變化會形成集水或導致水流失的局部區塊,產量不穩定區塊約有3分之2是在山頂與窪地,顯示地形影響能供給作物的水量。

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