Les épis ci-dessus proviennent d'un peuplement de maïs qui n'a subi aucun stress hydrique. Les épis ci-dessous proviennent d'un peuplement de maïs qui a subi un stress hydrique pendant la floraison. Les épis inégaux et plus courts avec des grains avortés sont typiques du maïs soumis à un stress hydrique dû à un sol sec ou à un air très sec - et montrent comment la culture réagit aux conditions climatiques. Crédit :Amanda Burton, État de Pennsylvanie
Si le réchauffement se poursuit sans relâche dans le Midwest, dans 50 ans, nous pouvons nous attendre à ce que les meilleures conditions pour la production de maïs et de soja se soient déplacées de l'Iowa et de l'Illinois au Minnesota et aux Dakotas, selon les chercheurs de Penn State.
À l'aide de l'apprentissage automatique, une forme d'intelligence artificielle qui permet à un système informatique d'apprendre à partir de données, l'équipe a examiné plus de trois décennies au niveau du comté, données sur le rendement des cultures du Service national des statistiques agricoles du département de l'Agriculture des États-Unis pour 18 États de la région centrale des États-Unis. Cette région produit la majorité de ces cultures.
Les chercheurs ont évalué les rendements des cultures ainsi que les données météorologiques. Ils ont considéré des variables climatiques fondamentales pour trouver des prédicteurs de rendement spécifiques à chacune des phases de croissance des cultures. L'étude a également analysé les relations entre le climat et le maïs, rendement en grains de sorgho et de soja de 1980 à 2016.
"Ce genre de recherche était impossible avant l'ère des mégadonnées dans laquelle nous vivons maintenant, et bien sûr, cela ne peut être fait qu'en utilisant la puissante capacité de calcul à laquelle nous pouvons accéder à Penn State, " a déclaré le chercheur Armen Kemanian, professeur agrégé de systèmes de production et de modélisation au Collège des sciences agricoles. « Cette étude est importante car dans un climat qui évolue relativement vite, ces techniques nous permettent de prévoir ce qui peut arriver."
Les résultats, Publié dans Lettres de recherche environnementale , ne signifie pas nécessairement que le déplacement vers le nord et l'ouest de la production de maïs et de soja se produira, a déclaré le chercheur principal Alexis Hoffman, qui a obtenu son doctorat en météorologie à Penn State en 2018. Mais, sur la base des données, les chercheurs concluent qu'un tel changement est en cours, et il y a de fortes chances que cela continue.
"Nous ne suggérons pas qu'un tel changement serait une catastrophe, " a déclaré Kemanian. " Cela ne signifie pas que l'Iowa cessera de produire des cultures, mais cela pourrait signifier que les agriculteurs de l'Iowa s'adaptent à un climat plus chaud en produisant deux cultures par an ou un mélange de cultures différent au lieu de la rotation dominante maïs-soja. Les changements devraient être progressifs, et les agriculteurs et la chaîne d'approvisionnement devraient pouvoir s'adapter. Mais les choses vont changer."
Les trois cultures de l'étude ont des réponses distinctes à l'humidité et à la température, l'un des résultats les plus révélateurs de l'étude, a noté Hoffman. En général, le maïs a besoin de plus d'humidité, le sorgho tolère des températures plus élevées et le soja se situe quelque part entre les deux.
Le graphique montre la superposition des précipitations et des températures codées par couleur pour représenter les meilleurs emplacements pour le maïs en 2016 et dans un scénario climatique représentatif de 2064 si les émissions ne sont pas réduites. La nuance de violet la plus foncée est celle où la température et les précipitations s'alignent pour offrir les meilleures conditions météorologiques pour le maïs - par exemple, du nord de l'Ohio jusqu'à l'ouest à travers certaines parties de l'Indiana, Michigan, l'Illinois et l'Iowa, entre autres États. Dans le panneau 2060 projeté, la meilleure combinaison de précipitations et de température devient plus étroite et se déplace vers le nord par rapport aux conditions actuelles. Crédit : Kemanian Research Group/Penn State
Pour chaque année de la période d'études, les chercheurs ont estimé les dates de plantation pour chaque comté, basé sur les températures au niveau du comté pour simuler l'adaptation des agriculteurs aux années froides ou chaudes, elle a dit. Ils ont estimé que la plantation a lieu une fois que la moyenne mobile de 21 jours atteint une température seuil spécifique à la culture. Températures de semis pour le maïs, le sorgho et le soja étaient 50, 59, et 53,6 degrés Fahrenheit, respectivement.
Le maïs a présenté une réponse particulièrement forte d'augmentation du rendement à l'augmentation de l'humidité atmosphérique pendant sa phase critique, d'avant à après la floraison, ainsi qu'une forte sensibilité à l'exposition à des températures extrêmes, Hoffmann a expliqué.
« L'humidité est un facteur pour toutes les cultures étudiées, mais ce que les données nous disent, c'est que c'est plus un facteur pour le maïs que pour le soja ou le sorgho, et dans une fenêtre de temps très étroite, " dit-elle. " Et par l'humidité, nous voulons dire que les sols peuvent être humides, mais les données montrent que l'humidité dans l'air est importante, indépendamment. Cela n'était pas connu avant."
Cependant, le soja a une forte réponse aux températures maximales et minimales, elle a dit. « Toutes les cultures ont eu des réponses de type seuil à une température élevée, bien que nous ayons documenté une tolérance comparativement plus élevée à une température élevée pour le sorgho à 90,5 F par rapport à une plage de 84,2 à 86 F pour le maïs et le soja. Nous n'avons pas décrit cette réponse, l'apprentissage automatique nous l'a révélée."
La recherche peut avoir des implications pour les entreprises vendant de l'assurance-récolte, Kemanian suggère.
« Les fluctuations à haute température sont dommageables. Il est extrêmement important de savoir quand et dans quelle mesure pour le maïs et le soja, ", a-t-il déclaré. "Les compagnies d'assurance-récolte ont un intérêt à cela parce qu'elles doivent évaluer le risque qu'un stress donné se produise et combien elles paieront en conséquence."
Chris Forest, professeur de sciences de la terre et des minéraux, Le conseiller de doctorat de Hoffman a été impliqué dans la recherche. Cette recherche s'appuie sur des travaux antérieurs effectués par Hoffman et l'équipe en Afrique subsaharienne.
