Istraživači koji su analizirali 30-godišnji eksperiment rotacije kukuruza-soje-pšenice u Michiganu otkrili su da su vrijeme završetka pokrovnih usjeva i temperatura zraka najjači prediktori dostupnosti dušika u tlu u agroekosustavima pokrovnih usjeva, nudeći uzgajivačima nove uvide u upravljanje oslobađanjem dušika za proizvodnju kukuruza.
Studija, provedena na lokaciji Kellogg Biological Station Long{0}}Term Ecological Research, koristila je nasumične modele strojnog učenja šuma za ispitivanje dinamike mineralizacije dušika u sustavima smanjenog-unosa i organskih usjeva između 1990. i 2020. Istraživači su otkrili da se anorganski dušik u tlu, posebno nitrat (NO3−-N), brzo povećao nakon prestanka uzgoja mahunarki i obično je dostigao vrhunac oko 50 dana kasnije, posebno kada su prosječne dnevne temperature prelazile 12 stupnjeva.
Istraživanje je bilo usredotočeno na pokrovne usjeve crvene djeteline koji se koriste u sustavima proizvodnje kukuruza i ispitivalo je kako vremenski uvjeti, biomasa pokrovnih usjeva, vlažnost tla i postupci upravljanja utječu na otpuštanje dušika. Prema nalazima, dani nakon završetka pokrovnog usjeva dosljedno su bili najvažniji čimbenik koji je utjecao na dostupnost nitrata i amonijaka, dok je temperatura bila druga po važnosti u većini modela. Studija je pokazala da je oslobađanje dušika potaknuto interakcijom ovih čimbenika, a ne samo jednom varijablom.
Istraživači kažu da bi otkrića mogla pomoći poljoprivrednicima da bolje sinkroniziraju otpuštanje dušika iz pokrovnih usjeva s potražnjom usjeva, potencijalno smanjujući oslanjanje na sintetička gnojiva i smanjujući utjecaje na okoliš kao što su ispiranje nitrata i emisije dušikovog oksida. Studija je također otkrila da su koncentracije nitrata u tlu općenito dostigle vrhunac tijekom faze brzog rasta usjeva kukuruza prije nego što su opadale kako su biljke apsorbirale dušik.
Modeli strojnog učenja objasnili su oko 35% varijacija u razinama nitrata u tlu tijekom neovisnih sezona rasta, dok je točnost predviđanja za razine amonija bila niža. Unatoč razlikama u produktivnosti između smanjenog-unosa i organskih sustava, oba su sustava pokazala sličnu sezonsku dinamiku dušika, što sugerira da temperatura i vrijeme imaju dominantnu ulogu u mineralizaciji dušika bez obzira na pristup upravljanju.
Istraživači su primijetili da sama biomasa pokrovnih usjeva ima slabiji utjecaj na dostupnost dušika od očekivanog, vjerojatno zato što su razine biomase relativno malo varirale između godina u usporedbi s vremenskim uvjetima. Dodali su da bi budući rad na integraciji empirijskih podataka s-modelima temeljenim na procesima mogao poboljšati predviđanja za različita tla i klime.
Studiju je vodio Rabin KC s ko-autorima G. Philipom Robertsonom i Sieglinde Snapp. Sredstva su osigurali Nacionalna znanstvena zaklada za dugo-program ekoloških istraživanja, USDA-ov dugoročni-program za istraživanje agroekosustava i AgBioResearch Sveučilišta Michigan.
