农业每年使超过2400万英亩的肥沃土壤退化，这引发了人们对满足全球不断增长的粮食需求的担忧。但是，根据斯坦福大学的一项新研究，从1930年代的“沙尘碗”中诞生的一种简单的耕作方法可以提供解决方案。这项发表在《环境研究快报》上的研究表明，中西部农民减少了他们翻倒土壤的量(即耕作)，增加了玉米和大豆的产量，同时也培育了更健康的土壤并降低了生产成本。
斯坦福大学粮食安全与环境中心的博士后 研究员吉利安·迪恩斯说：“减少耕种是整个玉米带农业的双赢” 。“担心会损害作物单产的担忧阻止了一些农民改行，但我们发现这通常会导致单产增加。”
美国是世界上最大的玉米和大豆生产国，在中西部地区，这两种农作物的绝大部分都在这里种植。在过去的生长季节，农民从美国土壤中采摘了约3.67亿吨玉米和1.08亿吨大豆，提供了重要的食品，石油，原料，乙醇和出口价值。
从太空监视农业
农民通常在种植玉米或大豆之前先耕种土壤，这种方法众所周知可以控制杂草，混合养分，分解压实的污垢并最终在短期内增加粮食产量。但是，随着时间的流逝，这种方法会使土壤降解。 联合国粮食及农业组织2015年的 一份报告发现，在过去40年中，全世界因土地减少而损失了三分之一的粮食生产土地。曾经肥沃的土地的消亡给粮食生产带来了严峻的挑战，特别是在农业不断增加的压力下，以养活不断增长的全球人口。
相反，减少耕种(也称为保护性耕种)可促进更健康的土壤管理，减少侵蚀和径流并改善保水和排水。它涉及在播种下一季作物时将上一年的作物残渣(例如玉米秸秆)留在地面上，而很少或根本没有机械耕作。全球共有超过3.7亿英亩的土地使用了这种做法，主要是在南美，大洋洲和北美。但是，许多农民担心这种方法会降低产量和利润。过去对产量影响的研究仅限于本地实验(通常是在研究站进行)，这些实验不能完全反映生产规模的实践。
斯坦福大学的团队转向了机器学习和卫星数据集来解决这一知识鸿沟。首先，他们从先前公布的概述2005年至2016年美国年度实践的数据中确定了耕作减少的地区和常规耕作的领域。使用基于卫星的作物产量模型(考虑了气候和作物生命周期等变量)，他们还审查了玉米和在这段时间内大豆单产。为了量化耕作减少对作物产量的影响，研究人员培训了一种计算机模型，根据耕作实践比较了产量变化。他们还记录了土壤类型和天气等要素，以帮助确定哪些条件对收获有较大影响。
提高产量
研究人员计算出，在九个采样州中，通过长期的保护性耕作方式进行管理的田间，玉米平均单产提高了3.3%，大豆平均提高了0.74%。两种作物的增产吨位均居全球前15名。对于玉米，这总计增加了约1,100万吨，与2018年南非，印度尼西亚，俄罗斯或尼日利亚的国家产量相匹配。就大豆而言，新增的800,000吨介于印尼和南非的国家总量之间。
一些地区的玉米增长了8.1%，大豆增长了5.8%。在其他领域，玉米的负产量为1.3%，大豆的负产量为4.7。土壤中的水分和季节性温度是影响产量差异的最主要因素，尤其是在较干燥，较暖和的地区。还发现潮湿的环境对农作物有利，除了在早期季节，淹水的土壤会从常规耕作中受益，而传统耕作又使干旱和通气。
“搞清楚何时何地减少耕作效果最好可以帮助最大限度地提高该技术的好处，引导农民走向未来，”研究资深作者 大卫·罗贝尔，地球系统科学在地球，能源与环境科学学院教授粮食安全与环境中心主任Gloria和Richard Kushel。
减少耕作的收益需要时间，因为在连续实施下效果最佳。根据研究人员的计算，玉米种植者在最初的11年中不会看到全部收益，而大豆要实现全部产量所需的时间是原来的两倍。然而，由于减少了对劳动力，燃料和农用设备的需求，该方法还导致了较低的成本，同时还维持了肥沃的土地用于连续的粮食生产。即使在实施的第一年，该研究的确显示出少量的正收益，随着土壤健康的改善，收益会随着时间的推移逐渐增加。根据 2017年农业普查 报告，农民似乎已经开始接受长期投资，现在美国近35%的耕地都以减少耕种的方式进行管理。
“农业的最大挑战之一是要在不包括未来产量的情况下实现当今最佳的农作物产量。这项研究表明，减少耕种可以成为长期作物生产力的解决方案。” Deines说。
