Aufgelassenes Ackerland könnte einen Beitrag zur Bekämpfung des Klimawandels leisten. Studie zeigt genau, wo sie sind

Ackerland ist oft ein Schlachtfeld im Kampf gegen den Klimawandel. Sonnenkollektoren und Energiepflanzen wirken sich negativ auf die Lebensmittelproduktion aus, während gut gemeinte politische Entscheidungen Landwirte dazu anregen können, neues Land zu bebauen, wodurch noch mehr Wärme speichernde Gase in die Atmosphäre gelangen.

Aus diesem Grund konzentrieren sich Strategien für nachhaltige Kraftstoffe auf pflanzlicher Basis auf Randgebiete – Felder, die zu schwierig zu kultivieren sind oder deren Erträge nicht ausreichen, um als rentabel zu gelten.

Ein neues Tool, das von Wissenschaftlern der University of Wisconsin-Madison entwickelt wurde, könnte helfen, diese Spannung zu lindern.

Unter der Leitung der Forscher Yanhua Xie und Tyler Lark vom Great Lakes Bioenergy Research Center nutzte das Team maschinelles Lernen, um fast 30 Millionen Hektar US-amerikanisches Ackerland zu kartieren, das seit den 1980er Jahren aufgegeben wurde, und schuf so ein Tool, das Entscheidungen darüber treffen könnte, wie Energie- und Nahrungsmittelproduktion in Einklang gebracht werden können.

Ihre Schlussfolgerungen, veröffentlicht in der Zeitschrift Umweltforschungsbriefe, umfassen die bisher detaillierteste Kartierung zuvor kultivierter Flächen in den Vereinigten Staaten. Sie ermöglichen eine bodennahe Auflösung verlassener Ackerflächen, die für den Anbau von Pflanzen wie Rutenhirse oder Sorghum genutzt werden könnten, die Kohlenstoff im Boden binden und als Rohstoff für Biokraftstoffe und als Ersatz für Petrochemikalien dienen können.

„Wenn wir verstehen, wo sich diese Gebiete befinden und welche Eigenschaften sie haben, können wir ihr wahres Potenzial für Dinge wie die Eindämmung des Klimawandels wirklich verstehen“, sagt Lark, Wissenschaftler am Center for Sustainability and Global Environment der UW-Madison.

Lark, der Landnutzungsänderungen und ihre Auswirkungen auf Land- und Wasserressourcen untersucht, sagt, dass dieses Verständnis genutzt werden könnte, um Investitionen in saubere Energie dorthin zu lenken, wo sie am wenigsten mit anderen vorteilhaften Nutzungen konkurrieren.

„Das ist eine Schlüsselanwendung davon“, sagt Lark. „Ob es sich um die Entwicklung von Photovoltaik-Solarenergie, Agrarvoltaik, Zellulose-Bioenergie oder einfach um die Wiederherstellung natürlicher Ökosysteme handelt: Diese Standorte könnten hervorragende Kandidaten für viele dieser Anwendungen sein.“

Die Studie war eine Zusammenarbeit zwischen Forschern der UW-Madison und der Michigan State University. Die resultierenden Daten sind im interaktiven U.S. Cropland Atlas des GLBRC öffentlich verfügbar, der auch Trends bei der Erweiterung landwirtschaftlicher Flächen und der Bewässerung abbildet.

Forscher haben sich traditionell auf Datensätze wie die USDA-Landwirtschaftszählung verlassen, die alle fünf Jahre Schätzungen der landwirtschaftlichen Nutzfläche auf Kreisebene liefert und zur Schätzung der stillgelegten Landfläche verwendet werden kann.

Aber bis jetzt gab es keine Möglichkeit, genau zu wissen, wo sich dieses Land befand und wann es aufgegeben wurde.

„Die meisten dieser Schätzungen wurden alle auf Kreisebene durchgeführt“, sagt Lark. „Dies ist wirklich die Analyse mit der höchstmöglichen Auflösung, die es gibt. Sie betrachtet direkt die Landschaft, Feld für Feld, Hektar für Hektar, auf der sich diese Ackerflächen befinden.“

Obwohl es Satellitenbilder schon seit Jahrzehnten gibt, sei es ohne die jüngsten Fortschritte im Cloud-Computing unmöglich gewesen, die fast 2 Milliarden Hektar Land in den Vereinigten Staaten zu klassifizieren, sagt Lark.

Um die Analysen des Teams zu erstellen, nutzte Xie, jetzt Professor an der University of Oklahoma, vorhandene Landbedeckungsdaten, um einem Computer beizubringen, diese Bilder zu lesen und Beschneidungsmuster zu erkennen. Anschließend beauftragten die Forscher diesen Algorithmus, Satellitendaten von 1986 bis 2018 zu analysieren und jedes Pixel zu kategorisieren, um festzustellen, ob es kultiviert wurde.

Die Ergebnisse sagen in neun von zehn Fällen den genauen Standort verlassener Ackerflächen genau voraus und können sogar das Jahr, in dem sie aufgegeben wurden, mit einer Genauigkeit von etwa 65 Prozent bestimmen.

Das Team stellte fest, dass in diesen 32 Jahren mehr als 30 Millionen Hektar Ackerland aufgegeben worden waren. Die meisten verlassenen Gebiete konzentrierten sich auf die Great Plains und entlang des Mississippi zwischen Süd-Illinois und dem Golf von Mexiko.

Zu diesen 30 Millionen Hektar zählen keine städtischen Flächen, die laut Lark wahrscheinlich nie wieder bewirtschaftet werden. Von diesen verlassenen Ackerflächen wurde mehr als die Hälfte zu Weideland oder Grasland und etwa ein Drittel bestand entweder aus Gestrüpp, Wald, Feuchtgebieten oder kahlen Gebieten.

Lark war überrascht, als er herausfand, dass weniger als ein Fünftel des verlassenen Landes an einem formellen Naturschutzprogramm teilnahm, etwa dem Conservation Reserve Program des USDA, das Landwirte dafür bezahlt, ökologisch sensible Flächen zu nutzen. Das bedeutet, dass möglicherweise mehr Flächen als bisher angenommen für den Anbau von Bioenergiepflanzen genutzt werden könnten.

„Viele Annahmen gingen davon aus, dass es auf diesem alten Ackerland zahlreiche formelle Naturschutzprogramme gab“, sagt Lark. „Aber wir haben gesehen, dass es sich dabei fast vollständig um getrennte Becken handelt.“

Forscher können die resultierenden Daten nun nutzen, um die Menge an Biomasse zu modellieren, die auf diesen Flächen angebaut werden könnte, sowie ihr Potenzial, Kohlendioxid aus der Atmosphäre im Boden zu binden.

Die Studie erklärt nicht, warum das Land aufgegeben wurde. „Der nächste Schritt besteht darin, die treibenden Faktoren zu bestimmen“, sagt Lark.

Zu diesem Zweck kann das Team laut Lark andere Informationen wie sozioökonomische Daten und Steuerunterlagen auswerten, um eine bessere Vorstellung davon zu bekommen, was auf Parzellenebene passiert (z. B. ob ein Landwirt ein Feld aus der Produktion genommen oder verkauft hat). der gesamte Hof). und nutzen Sie es, um potenzielle Nutzungsmöglichkeiten für das Land zu ermitteln.

„Wenn sie einen Heuhaufen anbauen, lässt sich das wahrscheinlich leichter mit Zellulose-Biokraftstoff-Rohstoffen skalieren, weil sie vielleicht schon über die Ausrüstung verfügen … und man könnte auch so etwas wie Rutenhirse ernten“, erklärt Lark. „Wenn es sich um einen Ort handelt, an dem es keine landwirtschaftliche Produktion mehr gibt, ist das vielleicht schwieriger umzusetzen, aber vielleicht besser für eine Solaranlage geeignet.“