Para peneliti yang menganalisis eksperimen rotasi jagung-kedelai-gandum selama 30-tahun di Michigan menemukan bahwa waktu penghentian tanaman penutup tanah dan suhu udara merupakan prediktor terkuat ketersediaan nitrogen tanah di agroekosistem tanaman penutup tanah, sehingga menawarkan wawasan baru bagi para petani dalam mengelola pelepasan nitrogen untuk produksi jagung.
Penelitian yang dilakukan di situs Penelitian Ekologi Jangka Panjang-Kellogg Biological Station, menggunakan model pembelajaran mesin hutan acak untuk menguji dinamika mineralisasi nitrogen dalam sistem penanaman organik dan input berkurang antara tahun 1990 dan 2020. Para peneliti menemukan bahwa nitrogen anorganik tanah, khususnya nitrat (NO3−-N), meningkat dengan cepat setelah penghentian tanaman penutup tanaman legum dan biasanya mencapai puncaknya sekitar 50 hari kemudian, terutama ketika suhu rata-rata harian melebihi 12 derajat .
Penelitian ini berfokus pada tanaman penutup semanggi merah yang digunakan dalam sistem produksi jagung dan mengkaji bagaimana kondisi cuaca, biomassa tanaman penutup tanah, kelembaban tanah, dan praktik pengelolaan mempengaruhi pelepasan nitrogen. Berdasarkan temuan tersebut, hari setelah penghentian tanaman penutup tanah secara konsisten merupakan faktor terpenting yang mempengaruhi ketersediaan nitrat dan amonium, sementara suhu menduduki peringkat kedua dalam hal terpenting di sebagian besar model. Studi tersebut menunjukkan bahwa pelepasan nitrogen didorong oleh interaksi faktor-faktor ini, bukan oleh variabel tunggal saja.
Para peneliti mengatakan temuan ini dapat membantu petani menyelaraskan pelepasan nitrogen dari tanaman penutup tanah dengan permintaan tanaman, sehingga berpotensi mengurangi ketergantungan pada pupuk sintetis dan menurunkan dampak lingkungan seperti pencucian nitrat dan emisi dinitrogen oksida. Studi ini juga menemukan bahwa konsentrasi nitrat tanah umumnya mencapai puncaknya selama tahap pertumbuhan cepat tanaman jagung sebelum menurun saat tanaman menyerap nitrogen.
Model pembelajaran mesin menjelaskan sekitar 35% variasi kadar nitrat tanah sepanjang musim tanam independen, sementara akurasi prediksi kadar amonium lebih rendah. Meskipun ada perbedaan produktivitas antara sistem-pengurangan input dan sistem organik, kedua sistem menunjukkan dinamika nitrogen musiman yang serupa, sehingga menunjukkan bahwa suhu dan waktu memainkan peran dominan dalam mineralisasi nitrogen, apa pun pendekatan pengelolaannya.
Para peneliti mencatat bahwa biomassa tanaman penutup tanah itu sendiri memiliki pengaruh yang lebih lemah terhadap ketersediaan nitrogen dibandingkan yang diperkirakan, kemungkinan karena tingkat variasi biomassa relatif sedikit antar tahun dibandingkan dengan kondisi cuaca. Mereka menambahkan bahwa upaya di masa depan yang mengintegrasikan data empiris dengan model berbasis proses dapat meningkatkan prediksi di berbagai jenis tanah dan iklim.
Penelitian ini dipimpin oleh Rabin KC bersama-rekan penulisnya G. Philip Robertson dan Sieglinde Snapp. Pendanaan disediakan oleh Program Penelitian Ekologi Jangka Panjang-National Science Foundation, program Penelitian Agroekosistem Jangka Panjang-USDA, dan AgBioResearch Universitas Negeri Michigan.
