Hvor meget vand løber der ind i landbrugsvanding?

Kunstvanding til landbrug er den største brug af ferskvand i hele kloden, men præcise registreringer og kort over, hvornår og hvor vand tilføres af landmænd, er vanskelige at lokalisere. Nu har et team af forskere opdaget, hvordan man kan spore vand, der bruges i landbruget.

I et papir offentliggjort i tidsskriftet Geofysiske forskningsbreve , forskerne detaljerer deres brug af satellitbilleder til at producere årlige kort over kunstvanding. Fundene, sagde forskerne, vil hjælpe landmænd, vandressourceforvaltere og andre forstår landbrugsvandingsvalg og træffer bedre beslutninger om vandforvaltning.

"Vi vil gerne vide, hvordan menneskelige aktiviteter har en indvirkning på miljøet, " sagde hydrogeolog David Hyndman fra Michigan State University (MSU), hovedefterforsker af projektet. "Vanding fordobler næsten afgrødeudbyttet og øger landmændenes indkomster, men ubæredygtig brug af vand til kunstvanding resulterer i udtømning af grundvandsmagasiner rundt om i verden. Spørgsmålet er:'Hvordan kan vi bedst bruge vand?'"

Papiret fremhæver behovet for at vide, hvornår og hvor kunstvanding finder sted for effektivt at styre vandressourcerne.

Projektet fokuserer på en økonomisk vigtig landbrugsregion i det centrale USA - det republikanske flodbassin - der ligger over dele af Colorado, Nebraska og Kansas, og leverer overfladevand og grundvand til High Plains Aquifer. Holdet fandt ud af, at kunstvanding i dette område omtrent blev fordoblet mellem 2002 og 2016.

Vandforbrug i denne region kan være kompliceret, fordi det er reguleret for at bevare strømstrømmen til Kansas i overensstemmelse med Republican River Compact fra 1942.

"Tidligere vi vidste, hvilke gårde der var udstyret til at vande, men ikke hvilke marker der rent faktisk blev vandet i et bestemt år, " sagde Jillian Deines, også af MSU og avisens hovedforfatter. "Vores vandingskort giver denne information over 18 år og kan bruges til at forstå de faktorer, der bidrager til vandingsbeslutninger."

Forskerne brugte Google Earth Engine, en cloud-computing-platform, der gør store satellit- og miljødataanalyser tilgængelige for offentligheden, at kvantificere ændringer i kunstvanding fra år til år - et vigtigt fund for landmænd, afgrødekonsulenter og politiske beslutningstagere, der arbejder på at forbedre effektiviteten af ​​kunstvanding.

Google Earth Engine har været et aktiv til at beregne det store antal satellitbilleder, der er nødvendige, sagde forskerne. "Det giver forskere mulighed for at bruge konsekvente metoder til at undersøge store regioner gennem tiden, " sagde Deines.

Projektet, som også involverer MSU-forsker Anthony Kendall, er støttet af det fælles National Science Foundation (NSF)-USDA National Institute of Food and Agriculture (NIFA) Water, Sustainability and Climate (WSC) program og det fælles NSF-NIFA Innovations på Nexus of Food, Energi- og vandsystemer (INFEWS) program.

"Ved hvad man skal plante, hvor meget jord at plante, og hvor meget kunstvandingsvand der er nødvendigt for at støtte en afgrøde gennem høst, har været en udfordring for landmænd gennem tiden, sagde Tom Torgersen, NSF programmedarbejder for WSC og INFEWS. "Landmænd kan nu forestille sig en fremtid, hvor modeller vil give muligheder for at hjælpe med at styre beslutninger for større effektivitet og afgrødeproduktivitet."

Programledere hos USDA-NIFA sagde, at efterspørgslen efter landbrugsprodukter sandsynligvis vil stige i fremtiden, mens vand til kunstvanding kan falde på grund af vandkvalitetsproblemer og konkurrencemæssige anvendelser.

De republikanske flodbassinforskere "udnyttede ny computerkraft til at håndtere 'Big Data' af alle tilgængelige Landsat-satellitscener, og udviklede vandingskort, der hjælper med at forklare menneskelige beslutninger om brug af kunstvandingsvand, " sagde Jim Dobrowolski, programmedarbejder i NIFAs afdeling for miljøsystemer. Kortene holder løftet, han sagde, af evnen til at forudsige fremtidig vandforbrug.

En NASA-graduate fellowship program-pris finansierede også forskningen.