Forskere foreslår forbedringer af præcis afgrødevanding

Med trusler om vandmangel, der komplicerer behovet for at fodre en voksende global befolkning, det er vigtigere end nogensinde at få afgrødevanding korrekt. Overvanding kan nedbryde lokal vandforsyning og føre til forurenet afstrømning, mens undervand kan føre til suboptimal afgrødeydelse. Alligevel er det få landmænd, der bruger videnskabsbaserede værktøjer til at hjælpe dem med at beslutte, hvornår og hvor meget de skal vande deres afgrøder.

En ny undersøgelse ledet af University of Illinois identificerer forhindringer og løsninger til forbedring af ydeevnen og vedtagelse af støtteværktøjer til kunstvanding i markskalaen.

"Vi ønskede at tilbyde vores perspektiv på, hvordan vi kan opnå præcisionsvanding i markskala med de nyeste og avancerede teknologier til dataindsamling, plantevandsspænding, modellering, og beslutningstagning, "siger Jingwen Zhang, postdoktor i Institut for Naturressourcer og Miljøvidenskab (NRES) i Illinois og hovedforfatter på artiklen i Miljøforskningsbreve .

Zhang siger, at mange landmænd er afhængige af traditionelle tommelfingerregler, herunder visuel observation, afgrøde kalendere, og hvad naboerne laver, at bestemme hvornår og hvor meget der skal vandes. Der findes bedre data og mere avancerede teknologier til at træffe disse beslutninger, men de udnyttes ikke i øjeblikket til deres fulde potentiale.

For eksempel, nogle marker er udstyret med jordfugtighedssensorer eller kameraer, der registrerer ændringer i afgrødeudseende, men der er ikke nok af dem til at give nøjagtige oplysninger på tværs af felter. Satellitter kan overvåge vegetation fra rummet, men den rumlige og tidsmæssige opløsning af satellitbilleder er ofte for stor til at hjælpe med at træffe beslutninger i markskalaen.

Kaiyu Guan, adjunkt i NRES, Blue Waters -professor med National Center for Supercomputing Applications, og projektleder på undersøgelsen, banebrydende en måde at smelte højopløselige og højfrekvente satellitdata til et integreret produkt med høj rumlig tidsmæssig opløsning for at spore jord- og planteforhold.

"Baseret på fjernmåling fusionsteknologi og avanceret modellering, vi kan hjælpe landmænd med at få en fuldt skalerbar løsning eksternt, "siger han." Det er stærkt. Det kan potentielt være en revolutionerende teknologi for landmænd, ikke kun i USA, men også småbønder i udviklingslande. "

Med moderne satellitteknologi og Guans fusionsmodel, dataindsamling vil ikke være en begrænsende faktor i fremtidige præcisionsvandingsprodukter. Men det er stadig vigtigt at definere plantevandsspændingen korrekt.

Historisk set vandingsbeslutninger var udelukkende baseret på målinger af jordfugtighed. Guans gruppe opfordrede for nylig landbrugsindustrien til at omdefinere tørke, ikke baseret på jordfugtighed alene, men om dets interaktion med atmosfærisk tørhed.

"Hvis vi betragter jord-plante-atmosfære-kontinuum som et system, som afspejler både jordvandstilførsel og atmosfærisk vandbehov, vi kan bruge disse plantecentriske metrik til at definere plantevandsspænding til at udløse kunstvanding, "Siger Zhang." Igen, hvis vi bruger vores datafusionsmetoder og procesbaseret modellering, vi kan opnå præcisionsvanding med meget høj nøjagtighed og også høj opløsning. "

Forskerne kiggede også på udfordringer vedrørende landmandens vedtagelse af eksisterende beslutningsstøtteværktøjer. Fordi nuværende produkter er baseret på mindre end ideelle datakilder, Guan siger, at producenterne er tilbageholdende med at skifte fra traditionelle tommelfingerregler til værktøjer, der måske ikke er meget mere pålidelige. Ikke-intuitive brugergrænseflader, databeskyttelse, og ufleksibel timing forværrer problemet.

Trenton Franz, lektor ved University of Nebraska-Lincoln (UNL) og en medforfatter, siger, at landmænd vil have større sandsynlighed for at vedtage præcisionsvandingsbeslutningsværktøjer, hvis de er præcise ned til markskalaen, fleksibel, og let at bruge. Hans og Guans teams arbejder på teknologier til at opfylde dette behov og afprøver aktivt teknologien på kunstvandede marker i Nebraska. Dette inkluderer deltagelse med Daran Rudnick, adjunkt ved UNL og medforfatter af undersøgelsen, i programmet UNL Testing Ag Performance (TAPS), som fokuserer på teknologioptagelse og uddannelse for producenter i hele regionen.

"Vi er temmelig tætte. Vi har evapotranspirationsdata i realtid, og vi tilføjer jordfugtkomponenten og kunstvandingskomponenten. Sandsynligvis om mindre end et år bliver dette lanceret som en prototype og kan testes blandt bondesamfundet, "Siger Guan.