賓州州立大學(xué)的研究人員稱(chēng)，如果中西部地區(qū)的變暖持續(xù)不減，則可以預(yù)計(jì)50年后玉米和大豆生產(chǎn)的最佳條件將從愛(ài)荷華州和伊利諾伊州轉(zhuǎn)移到明尼蘇達(dá)州和達(dá)科他州。

團(tuán)隊(duì)使用機(jī)器學(xué)習(xí)(一種人工智能形式，可以使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)從數(shù)據(jù)中學(xué)習(xí))，研究小組從美國(guó)農(nóng)業(yè)部18個(gè)州的國(guó)家農(nóng)業(yè)統(tǒng)計(jì)服務(wù)中心考慮了三十多年的縣級(jí)作物產(chǎn)量數(shù)據(jù)在美國(guó)中部地區(qū)。該地區(qū)占這些作物的絕大部分。

研究人員評(píng)估了作物產(chǎn)量以及天氣數(shù)據(jù)。他們考慮了基本的氣候變量，以找到特定于每個(gè)作物生長(zhǎng)階段的產(chǎn)量預(yù)測(cè)指標(biāo)。該研究還分析了1980年至2016年氣候與玉米，高粱和大豆籽粒產(chǎn)量之間的關(guān)系。

“在我們現(xiàn)在生活的大數(shù)據(jù)時(shí)代之前，這種研究是不可能的，當(dāng)然，只有利用我們?cè)谫e州州立大學(xué)可以訪問(wèn)的強(qiáng)大計(jì)算能力，才能做到這一點(diǎn)，”副教授Armen Kemanian說(shuō)農(nóng)業(yè)科學(xué)學(xué)院的生產(chǎn)系統(tǒng)和建模研究。“這項(xiàng)研究很重要，因?yàn)樵谙鄬?duì)快速變化的氣候中，這些技術(shù)使我們能夠預(yù)見(jiàn)可能發(fā)生的情況。”

首席研究員亞歷克西斯·霍夫曼說(shuō)，這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)發(fā)表在《環(huán)境研究快報(bào)》上，并不一定意味著玉米和大豆生產(chǎn)將發(fā)生向北和向西的轉(zhuǎn)移，他于2018年在賓州州立大學(xué)獲得了氣象學(xué)博士學(xué)位。但是，基于研究人員得出的數(shù)據(jù)表明，這種轉(zhuǎn)變正在進(jìn)行中，并且很有可能會(huì)繼續(xù)下去。

凱曼尼安說(shuō)：“我們不建議這樣的轉(zhuǎn)變將是一場(chǎng)災(zāi)難。”“這并不意味著衣阿華州將停止生產(chǎn)農(nóng)作物，但這可能意味著衣阿華州的農(nóng)民適應(yīng)了氣候變暖的情況，一年內(nèi)生產(chǎn)兩種作物或不同作物組合，而不是玉米-大豆輪作占主導(dǎo)地位。這種變化很可能逐步發(fā)展，農(nóng)民和供應(yīng)鏈應(yīng)該能夠適應(yīng)。但是情況將會(huì)改變。”

霍夫曼指出，該研究中的三種農(nóng)作物對(duì)濕度和溫度的響應(yīng)是不同的，這是該研究最有說(shuō)服力的結(jié)果之一。通常，玉米需要更多的濕度，高粱可以承受更高的溫度，而大豆介于兩者之間。

她說(shuō)，在研究期間，研究人員根據(jù)縣級(jí)溫度估算每個(gè)縣的播種日期，以模擬農(nóng)民適應(yīng)寒冷或溫暖的年份。他們估計(jì)，一旦21天移動(dòng)平均值上升到特定于作物的閾值溫度，便開(kāi)始播種。玉米，高粱和大豆的種植溫度分別為華氏50、59和53.6華氏度。

霍夫曼解釋說(shuō)，從開(kāi)花前到開(kāi)花后，玉米在關(guān)鍵時(shí)期表現(xiàn)出獨(dú)特的強(qiáng)烈反應(yīng)，即產(chǎn)量增加對(duì)大氣濕度的增加，以及對(duì)暴露于極端溫度的強(qiáng)烈敏感性。

她說(shuō)：“濕度是研究的所有農(nóng)作物的一個(gè)因素，但數(shù)據(jù)告訴我們，與大豆或高粱相比，玉米對(duì)玉米的影響更大，而在很短的時(shí)間范圍內(nèi)，”“通過(guò)濕度，我們的意思是土壤可能是濕的，但是數(shù)據(jù)表明無(wú)論如何空氣中的水分都很重要。這以前是未知的。”

她說(shuō)，但是大豆對(duì)最高和最低溫度都有很強(qiáng)的反應(yīng)。“所有農(nóng)作物對(duì)高溫都有類(lèi)似閾值的響應(yīng)，盡管我們記錄了90.5 F對(duì)高粱的高溫耐受性相對(duì)較高，而玉米和大豆對(duì)84.2至86 F的耐受性更高。我們沒(méi)有描述這種響應(yīng)-機(jī)器學(xué)習(xí)向我們展示了它。”

Kemanian建議，這項(xiàng)研究可能會(huì)對(duì)銷(xiāo)售農(nóng)作物保險(xiǎn)的公司產(chǎn)生影響。

他說(shuō)：“高溫波動(dòng)是有害的。了解玉米和大豆的時(shí)間和數(shù)量至關(guān)重要。”“農(nóng)作物保險(xiǎn)公司對(duì)此感興趣，因?yàn)樗鼈冃枰u(píng)估給定壓力發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)以及由此產(chǎn)生的費(fèi)用。”

霍夫曼大學(xué)的地球與礦物科學(xué)教授克里斯·弗雷斯特(Chris Forest)參與了這項(xiàng)研究。這項(xiàng)研究基于霍夫曼及其團(tuán)隊(duì)在撒哈拉以南非洲地區(qū)所做的早期工作。