Desde tenra idade, Yushu Xia estava profundamente consciente da importância da saúde ambiental – uma paixão despertada pelo seu avô, um professor de geologia e autor de livros científicos populares que inspiraram o seu amor pela ciência e pela educação.
Hoje, Xia combina esses interesses como professor assistente de pesquisa na Observatório Terrestre Lamont-Dohertyque faz parte da Columbia Climate School. O nicho de Xia: a interseção da ciência do solo e da agricultura com a modelagem e a ciência de dados, todas essenciais para “compreender verdadeiramente como os solos funcionam”, diz ela.
Na discussão a seguir, Xia fala sobre sua crescente lista de projetos de pesquisa inovadores que procuram compreender e melhorar a saúde do solo; a importância do envolvimento da comunidade e dos estudantes; e maneiras de permanecer à frente em um cenário científico em mudança.
Como você se interessou pela ciência ambiental? E especificamente a saúde do solo?
Fui profundamente inspirado pelo meu avô, um professor de geologia cuja maior paixão era influenciar a próxima geração e comunicar a ciência a públicos vastos. Ele escreveu muitos livros infantis que apresentaram aos jovens leitores as maravilhas da geociência. Seu exemplo despertou meu interesse pela academia e meu desejo de usar a pesquisa como forma de inspirar outras pessoas. Desde cedo, fui motivado a enfrentar os desafios ambientais e contribuir para mudanças positivas na sociedade.
Sempre fui apaixonado pelos solos, que estão no centro de muitos temas importantes. Por exemplo, uma melhor gestão do solo pode reduzir a poluição ambiental. Também poderia ser considerada uma solução baseada na natureza porque colocar mais carbono nos solos pode reduzir o dióxido de carbono na atmosfera. Mais importante ainda, uma melhor gestão da saúde do solo pode aumentar a produtividade agrícola, o que beneficia directamente os agricultores e pecuaristas.
Estudar a saúde do solo é fascinante e desafiador. Hoje, a pesquisa sobre a saúde do solo envolve mais do que apenas coletar amostras de campo e realizar testes de laboratório. Para compreender verdadeiramente como funcionam os solos, é essencial conectar observações de campo e de laboratório com ciência de dados e técnicas de modelagem para capturar processos em diferentes escalas. Gosto desta complexidade e considero a investigação sobre a saúde do solo profundamente relevante para a sociedade atual.
Em quais projetos você está trabalhando agora?
Um projeto em que estou trabalhando atualmente é em colaboração com o Projeto de Intercomparação e Melhoria de Modelos Agrícolas, AgMIP, que me conecta a uma rede global de modeladores agrícolas. Lançamos recentemente um projeto para melhorar a modelagem da dinâmica do carbono e do nitrogênio no solo em terras agrícolas. Este esforço reúne os principais grupos de modelização agrícola dos EUA para compilar, normalizar e harmonizar conjuntos de dados. Nosso objetivo é reduzir a incerteza do modelo e melhorar a precisão preditiva. Os resultados beneficiarão os agricultores e pecuaristas dos EUA, ao mesmo tempo que informarão a formulação de políticas para apoiar a segurança alimentar.
Em outro projeto, estou colaborando com o National Soil Survey Center para melhorar a modelagem da saúde do solo nos EUA. Atualmente, estamos explorando o uso de IA e algoritmos de aprendizagem profunda para modelar a saúde do solo no espaço e no tempo. Os resultados da modelação serão visualizados numa plataforma baseada na comunidade, que poderá fornecer informações práticas para melhorar a gestão agrícola e florestal e orientar as decisões políticas, bem como informar os próximos passos para os esforços nacionais de pesquisa de solos.
“Não importa o quão avançados os modelos e algoritmos se tornem, a compreensão do solo, das plantas e dos ecossistemas no terreno continua a ser essencial, por isso os estudantes não devem ter medo de sujar as mãos.”
Outro projecto em curso visa melhorar a estimativa da dinâmica do carbono e da água nas pastagens. Para este trabalho, colaboramos com ONGs como a National Audubon Society, o World Wildlife Fund e a National Fish and Wildlife Foundation. Estamos aproveitando o RangeStar, um novo modelo que desenvolvi durante meu pós-doutorado que integra sensoriamento remoto com modelagem baseada em processos. Neste projeto, estamos analisando dados de vários milhões de acres de pastagens para refinar o RangeStar e gerar estimativas mais precisas da saúde do solo e da produtividade do ecossistema. Ao mesmo tempo, os nossos colaboradores estão a avaliar a biodiversidade, a qualidade da água e a saúde da vegetação. Esta abordagem interdisciplinar permite-nos explorar os impulsionadores de múltiplos resultados de serviços ecossistémicos e examinar as suas ligações com a saúde do solo.
Também estou trabalhando com parceiros locais para envolver estudantes e partes interessadas de forma mais direta. Por exemplo, estabelecemos recentemente um local experimental no campus Floresta do Santuário de Lamont. Mais de 30 alunos, do ensino médio à pós-graduação, participaram da coleta de amostras, testes de laboratório, análise de dados e construção de modelos para avaliar a saúde da floresta e do solo. Em Nova York, também estou colaborando com o Stone Barns Center for Food and Agriculture, Hudson Carbon e o Cary Institute. No verão passado, meu laboratório enviou equipes de estudantes a locais de campo em Nova York para realizar amostragens e interagir com agricultores locais.
Como você equilibra todos esses projetos de pesquisa com ensino e orientação?
Equilibrar vários projetos de pesquisa com ensino e orientação é certamente um desafio para um docente em início de carreira. Sou uma pessoa muito enérgica e a minha paixão pelos solos permite-me dedicar um tempo significativo a todos os aspectos do meu trabalho. Dito isto, como a minha investigação se situa na intersecção entre a ciência do solo e a ciência dos dados, ela liga-se naturalmente às minhas atividades de ensino e orientação, o que torna tudo mais integrado.
Dou uma aula chamada Agroecologia. Os tópicos incluem não apenas o rendimento das colheitas e a produtividade dos ecossistemas, que são extremamente importantes, mas também os resultados dos ecossistemas relacionados com a saúde do solo, a qualidade e disponibilidade da água, a saúde animal e a biodiversidade da vida selvagem. O objetivo é fornecer aos alunos uma compreensão holística da agricultura para que possam avaliar e melhorar melhor a gestão e a política agrícola.
Você ganhou recentemente o Prêmio Inovador da Fundação para Pesquisa Agrícola e Alimentar. Você pode falar um pouco sobre esse projeto e o que ele significa para você?
Este prêmio significa muito para mim, especialmente porque estou apenas no segundo ano na Columbia. Ser selecionado afirma que a FFAR vê valor no trabalho que estou realizando e estou ansioso para me envolver ainda mais com sua rede excepcional.
Neste projeto, colaborarei com uma ampla gama de partes interessadas, como agricultores, pecuaristas e legisladores. Estamos coletando medições de campo e de laboratório, bem como dados disponíveis publicamente de sensoriamento remoto, levantamentos de solo e observações baseadas em rede. Além disso, estamos extraindo covariáveis ambientais que representam clima, vegetação e características topográficas para construir modelos preditivos. Os objectivos são melhorar a nossa compreensão mecanicista da dinâmica do carbono e do azoto no solo e dos seus factores de controlo, melhorar modelos e ferramentas e criar impactos mais amplos através do envolvimento das partes interessadas.
Estou particularmente entusiasmado com a integração de modelos de sensoriamento remoto e de gestão em um sistema mais flexível e com o envolvimento com as partes interessadas de forma iterativa, coletando seu feedback para melhorar continuamente nosso sistema de modelagem para apoiar decisões de gestão oportunas. Também forneceremos ferramentas interativas de apoio à decisão onde agricultores e pecuaristas poderão usar um aplicativo da web ou de telefone para explorar como diferentes cenários de manejo e climáticos podem afetar os resultados. Os alunos estarão ativamente envolvidos em todo este processo de concepção e implementação destas plataformas.
Que conselho você dá aos seus alunos que estão tentando ingressar nesta área?
Meu conselho para os alunos é permanecerem curiosos, proativos e à frente da curva. É importante ler amplamente e interagir com investigadores e partes interessadas para compreender o que já foi feito e identificar novas direções na investigação que possam beneficiar a sociedade. Por exemplo, quando eu estava fazendo meu doutorado, poucos estudantes exploravam a interseção das ciências do solo e da agricultura com a modelagem e a ciência de dados. Com o rápido desenvolvimento da IA e das novas tecnologias, reconheci o potencial desta área e posicionei-me para aproveitar as oportunidades emergentes. Após a formatura, encontrei muitas oportunidades de carreira nessa direção. Encorajo os alunos a procurar nichos semelhantes onde a sua curiosidade e competências possam ter um impacto significativo e acelerar o progresso em direcção aos seus objectivos profissionais.
Olhando para o futuro, vejo um ponto importante na investigação agrícola e do solo na melhoria da agricultura de precisão, especialmente através da utilização de tecnologias baseadas em sensores, como drones e deteção remota. Isso exige que os alunos desenvolvam fortes habilidades quantitativas e adotem abordagens interdisciplinares. Ao mesmo tempo, por mais avançados que sejam os modelos e algoritmos, a compreensão do solo, das plantas e dos ecossistemas no terreno continua a ser essencial, por isso os alunos não devem ter medo de sujar as mãos. Embora muitas pesquisas permaneçam teóricas, acredito que o trabalho aplicado é igualmente importante. O envolvimento com agricultores, pecuaristas e decisores políticos permite aos investigadores incorporar feedback prático em sistemas de modelação iterativos, o que garantirá que os conhecimentos científicos se traduzam em impacto no mundo real.
