Forscher, die ein 30-jähriges Mais-{2}}Sojabohnen--Weizenrotationsexperiment in Michigan analysierten, fanden heraus, dass der Zeitpunkt des Endes der Zwischenfrucht und die Lufttemperatur die stärksten Prädiktoren für die Stickstoffverfügbarkeit im Boden in Agrarökosystemen mit Zwischenfruchtanbau waren, was Landwirten neue Einblicke in die Steuerung der Stickstofffreisetzung für die Maisproduktion bot.
Die Studie, die am Kellogg Biological Station Long{0}}Term Ecological Research-Standort durchgeführt wurde, nutzte zufällige maschinelle Lernmodelle für den Wald, um die Stickstoffmineralisierungsdynamik in Systemen mit reduziertem-Eintrag und organischem Anbau zwischen 1990 und 2020 zu untersuchen. Die Forscher fanden heraus, dass der anorganische Stickstoff im Boden, insbesondere Nitrat (NO3−-N), nach Beendigung der Leguminosen-Deckfrucht schnell anstieg und typischerweise etwa 50 Tage später seinen Höhepunkt erreichte, insbesondere wenn die durchschnittlichen Tagestemperaturen überschritten wurden 12 Grad.
Die Forschung konzentrierte sich auf Rotklee-Zwischenfrüchte, die in Maisproduktionssystemen verwendet werden, und untersuchte, wie Wetterbedingungen, Zwischenfruchtbiomasse, Bodenfeuchtigkeit und Bewirtschaftungspraktiken die Stickstofffreisetzung beeinflussten. Den Ergebnissen zufolge waren die Tage nach Beendigung der Zwischenfrucht durchweg der wichtigste Faktor, der sowohl die Nitrat- als auch die Ammoniumverfügbarkeit beeinflusste, während die Temperatur in den meisten Modellen an zweiter Stelle stand. Die Studie zeigte, dass die Stickstofffreisetzung durch das Zusammenspiel dieser Faktoren und nicht durch eine einzelne Variable allein gesteuert wurde.
Die Forscher sagten, die Ergebnisse könnten den Landwirten dabei helfen, die Stickstofffreisetzung aus Zwischenfrüchten besser mit der Pflanzennachfrage zu synchronisieren, was möglicherweise die Abhängigkeit von synthetischen Düngemitteln verringern und Umweltauswirkungen wie Nitratauswaschung und Lachgasemissionen verringern könnte. Die Studie ergab auch, dass die Nitratkonzentration im Boden im Allgemeinen während der schnellen Wachstumsphase der Maispflanze ihren Höhepunkt erreichte, bevor sie abnahm, da die Pflanzen Stickstoff absorbierten.
Die Modelle des maschinellen Lernens erklärten etwa 35 % der Schwankungen des Nitratgehalts im Boden über unabhängige Vegetationsperioden hinweg, während die Vorhersagegenauigkeit für den Ammoniumgehalt geringer war. Trotz der Produktivitätsunterschiede zwischen den Systemen mit reduziertem -Input und den organischen Systemen zeigten beide Systeme eine ähnliche saisonale Stickstoffdynamik, was darauf hindeutet, dass Temperatur und Zeitpunkt unabhängig vom Managementansatz eine dominierende Rolle bei der Stickstoffmineralisierung spielen.
Die Forscher stellten fest, dass die Biomasse der Zwischenfrüchte selbst einen schwächeren Einfluss auf die Stickstoffverfügbarkeit hatte als erwartet, wahrscheinlich weil die Biomassemengen zwischen den Jahren im Vergleich zu den Wetterbedingungen relativ wenig schwankten. Sie fügten hinzu, dass zukünftige Arbeiten zur Integration empirischer Daten mit prozessbasierten Modellen die Vorhersagen für verschiedene Böden und Klimazonen verbessern könnten.
Die Studie wurde von Rabin KC zusammen mit den Co-Autoren G. Philip Robertson und Sieglinde Snapp geleitet. Die Finanzierung erfolgte durch das National Science Foundation Long-Term Ecological Research Program, das USDA Long-Term Agroecosystem Research Program und die Michigan State University AgBioResearch.
