Copenhagen, Denmark
April 28, 2020
Higher yields and fewer weeds are possible if farmers sow wheat, maize, soy and other crops in more uniform spatial patterns, according to University of Copenhagen researchers. More precise sowing can also help reduce herbicide use and fertiliser runoff.
One of the greatest challenges facing humanity is how to grow more food while reducing the negative impacts of agriculture upon the environment. Our ability to do so requires ever-more efficient and sustainable agricultural practices. The promising news is that researchers have found out that the spatial pattern in which a farmer sows their crops is an important determinant of what they will reap.
"In the vast majority of cases, higher yields and fewer weeds are the result of sowing crops in a more uniform, grid-like pattern, where each plant is equidistant from its neighbouring plants, both within and between rows," says Professor Jacob Weiner of the University of Copenhagen’s Department of Plant and Environmental Sciences.
Professor Weiner and his colleagues from Northeast Agricultural University in China conducted a large metastudy of research in the area to discover the impact of uniform spatial patterns on crop yields and weed growth. The study, now published in the prestigious serial Advances in Agronomy, demonstrated that a uniform seeding pattern resulted in higher yields in 76% of trials, and fewer weeds in 73% of trials.
In particular, the researchers looked at three of the world's most widely-cultivated crops: wheat, maize and soybean. In many studies, yields were roughly 20% higher, while one study yielded 60% more wheat and another, up to 90% more soybeans. With regards to weed growth, several studies resulted in more than a 30% reduction in weeds when traditional, less precise sowing was replaced by the uniform sowing pattern.
"Our own research has demonstrated the positive effects of the uniform sowing of wheat when weeds are present, but the new study shows that this benefit extends to other crops, both with and without competition from weeds" says Professor Weiner.
Left: Wheat sown in straight rows. Right: Wheat sown in uniform grid patterns
Til venstre: Hvede sået i almindelige lige rækker. Til højre: Hvede sået i ensartet gittermønster.
Win-win for the environment
Today, a typical seeding machine sows in a fairly precise distance between rows. However, within each row, the distance between seeds is random, meaning that some plants have close neighbours, while others have distant ones.
Conversely, when seeds are sown in uniform grid patterns, roots spread and occupy soil space faster, while more readily and efficiently absorbing nutrients. This helps to reduce the release of nutrients such as nitrogen, which is good for the environment.
"From an environmental perspective, it's win-win. There is less nitrogen runoff, and herbicide can be reduced because there are fewer weeds to contend with. This ability to increase yields and mitigate environmental impacts contributes to more sustainable agriculture," according to the the professor.
Above ground, the uniform grid pattern is advantageous because crop plants shade one another less during the early part of the growing season. One study estimateded that crop leaves covered the ground several weeks sooner when sown in a uniform sowing pattern.
"It’s a bit like a forest plantation, where trees are planted in a uniform pattern. In this way, there is nothing new to this principle. It just hasn’t been seen as important for crops as it is for trees. People didn’t believe that a sowing pattern could have such a significant impact for crops. But we were able to conclude that it does," says Jacob Weiner.
Technically, this type of precision sowing has been a challenge.
"But now, there are machines suited for the job and new ones are constantly being developed. This applies to both precision seeders and robots. You might pay more for the machine, but it's a one-time expense that pays itself off," says Jacob Weiner.
Afgrøder sået i ensartet mønster giver højere udbytte og mindre miljøpåvirkning
Hvis landmændene sår hvede, majs, soja og andre afgrøder i mere ensartede mønstre end de gør i dag, får de både et større udbytte og mindre ukrudt, lyder det fra forskere fra Københavns Universitet. Den mere præcise såning kan samtidig mindske brugen af pesticider og udslip af gødning.
En af de allerstørste udfordringer, som verden står overfor, er, hvordan vi i fremtiden producerer flere fødevarer og samtidig reducerer den negative påvirkning af miljøet. Det kræver et landbrug, der både er mere effektivt, men også mere bæredygtigt end i dag. Derfor er det gode nyheder, at forskere nu har fundet ud af, at det mønster, landmanden sår sine afgrøder i, spiller en væsentlig rolle for, hvor stort et udbytte, landmanden får.
”I langt de fleste tilfælde giver det både højere udbytte og mindre ukrudt at så sine afgrøder i et mere ensartet gitteragtigt mønster, hvor hver plante har samme afstand til sine naboplanter både inden for rækkerne og på tværs af rækkerne,” siger professor Jacob Weiner fra Institut for Plante- og Miljøvidenskab ved Københavns Universitet.
Han og kolleger fra Northeast Agricultural University i Kina har udført et stort metastudie af forskning på området for netop at finde ud af, hvilken forskel et ensartet såningsmønster gør for udbytte og ukrudt. Studiet, som er publiceret i det førende tidsskrift Advances in Agronomy , viser, at et ensartet såningsmønster i sig selv resulterede i højere udbytte i 76 % af forsøgene og i mindre ukrudt i 73 % af forsøgene.
Forskerne har især kigget på tre af verdens mest dyrkede afgrøder, nemlig hvede, majs og soja. I mange forsøg blev udbyttet cirka 20 % højere, mens ét forsøg gav 60 % mere hvede og et andet forsøg op til 90 % flere sojabønner. Når det gælder ukrudt, resulterede adskillige forsøg i over 30 % mindre ukrudt, hvis den traditionelle og mindre præcise såning blev skiftet ud med et ensartet dyrkningsmønster.
”Vores egen forskning har vist positive effekter af ensartet såning af hvede, når der er ukrudt tilstede, men det nye studie viser, at fordelen også ses med andre afgrøder og både med og uden pres fra ukrudt” siger Jacob Weiner.
Win-win for miljøet
I dag sætter en almindelig såmaskine frøene med en ret præcis afstand imellem rækkerne, men inden for rækkerne er afstanden mellem frøene fuldstændig tilfældig. Det betyder, at nogle planter har ”naboplanter” tæt på, mens andre har mere fjerne naboer.
Når frøene derimod ligger i et ensartet gittermønster, fylder plantens rødder pladsen ud hurtigere og optager dermed næringsstofferne hurtigere og mere effektivt. Dermed sker der mindre udslip af næringsstoffer som kvælstof.
”Set i et miljøperspektiv er det win-win at så på denne måde, i og med vi mindsker udvaskningen af kvælstof og har mindre behov for pesticider, fordi der er mindre ukrudt at slås med. Så vi kan altså både få mere udbytte, mindre miljøpåvirkning og dermed bidrage til et mere bæredygtigt landbrug,” lyder det fra professoren.
Over jorden er fordelen ved det ensartede mønster, at planterne vil skygge mindre for hinanden tidligt i vækstsæsonen. Forsøg har vist, at jorden bliver dækket med blade tre uger tidligere med et ensartet mønster.
”Man kan sammenligne det med en skovplantage, hvor træerne står i et tilsvarende mønster. På den måde er princippet ikke nyt, men man har ikke ment, at det var lige så vigtigt for afgrøder som for træer. Man har ikke har troet, at såningsmønstret ville gøre en væsentlig forskel for afgrøder. Men det kan vi jo nu konkludere, at det gør,” siger Jacob Weiner.
Derudover har det teknisk været en udfordring at så med en sådan præcision.
”Men nu findes maskinerne, der kan klare opgaven, og der bliver hele tiden udviklet nye. Det gælder både præcisions-såmaskiner og robotter. Man betaler måske mere for maskinen, men det er jo en engangsudgift, som kan betale sig,” siger Jacob Weiner.
Topics
Species
