NASA holder øje med vand for at hjælpe med at dyrke vores dagligvarer

Hver dag - op til tredive gange om dagen, faktisk - en af ​​Mark Masons medarbejdere på Nature's Reward Farms i Monterey County, Californien bringer ham resultaterne af en jordprøve til diskussion.

Mason fører tilsyn med gødning og kunstvanding til gårdens 5, 000 hektar langs Californiens centrale kyst, som har tilnavnet "America's Salad Bowl" og er en af ​​de mest produktive og mangfoldige landbrugsregioner i verden. Disse jordtestresultater er centrale input til et af hans nyeste værktøjer:CropManage, som drives af University of California Cooperative Extension og bruger data fra NASA og andre kilder til at oprette tilpassede vandings- og gødningsanbefalinger. Ud over satellitmålinger af afgrødeudvikling, det måler lokalt vejr, jordkarakteristika, og vandingssystemets effektivitet.

"CropManage giver en anbefaling tilbage til den person, der er gået ud og trukket jordprøven, "Mason forklarede." Han får resultaterne, diskuterer det derefter med mig. Jeg ved, hvordan feltet ser ud, så jeg tager CropManages anbefalinger og træffer en beslutning baseret på, hvad jeg ved om vandingsmetoden, hvornår det skal høstes, jordtypen, hvordan afgrøden ser ud, og grundens historie for den tid på året. "

Hvis du spiste en frugt, grøntsag eller nød i dag, chancerne er gode for, at det kom fra en gård som Nature's Reward Farms i Californiens centrale kyst, eller fra den nærliggende Central Valley. Dækker mere end 20, 000 kvadratkilometer i Golden State, disse regioner er hjemsted for tusindvis af gårde, der dyrker hundredvis af forskellige afgrøder, årligt producerer mere end en tredjedel af USAs grøntsager og to tredjedele af deres frugt og nødder.

Men det centrale Californien får ikke meget regn. Det meste af vandet i Central Valley stammer fra vandløb og reservoirer, der fanger snesmeltning i bjergene og grundvand lagret i porøse aflejringer dybt under overfladen. Disse vandkilder står over for et stigende pres på grund af klimaændringer, menneskelig brug og naturlig variation gør vandforvaltning til et komplekst og udviklende problem. Det har aldrig været mere vigtigt at overvåge, hvor meget vand der er til rådighed for at dyrke vores dagligvarer, og NASAs jordobservationssatellitter og partnerskabsprogrammer hjælper landmænd, vandressourceforvaltere og politikere overvåger og tildeler stadig mere knappe vandressourcer i hele deres stat.

Ser vandforsyningen

I et ideelt år, kraftig sne falder i Californiens bjergkæder og ophobes hen over vinteren og foråret. Sneen fungerer som et naturligt reservoir, holde og frigive vand gradvist i floder og vandløb, når vejret varmer om foråret. Derfra, et system med akvædukter, kanaler og rørledninger fører vandet til tørre områder i staten. Mange landmænd i de centrale dele af staten bruger dette vand til at vande deres afgrøder, og er også stærkt afhængige af grundvand fra brønde.

Men ikke hvert år er et ideelt år. I 2021, for eksempel, ekstrem varme og tørke har fortsat pummel Vesten. Vinterens nedbør under gennemsnittet og usædvanligt lille snefald fordampede hurtigt i høje forårstemperaturer eller smeltede og gennemblødt i jord, der stadig var udtørret fra et tørt efterår og vinter. Som resultat, lidt vand var tilbage for at fylde reservoirer og nære planter længere nede i dalen. Allerede stramt tildelt, vandforsyninger i regionen er blevet endnu mere knappe, og nogle landmænd må træffe hårde beslutninger om, hvilke afgrøder der får det vand.

NASA -forskere observerer nøje det centrale Californiens vandkilder, hvordan de ændrer sig over tid, og hvorfor - og frembring oplysninger, der kan bruges til at bestemme, hvad de skal gøre ved det. Satellitter, luftbårne og feltmissioner sporer snefald, Regn, jordens fugtighedsniveau, udtømning af grundvand, afgrødesundhed og fordampning. Ved at give bedre information om mængden af ​​vand, der kommer ind og forlader systemet, hjælper disse indikatorer landmændene med at bestemme, hvor meget vand de skal bruge, og hvor meget der vil være tilgængeligt.

Matt Rodell er associeret vicedirektør for jordvidenskab for hydrosfæren, biosfære, og geofysik ved NASAs Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland. Han studerer grundvand rundt om i verden, ved hjælp af data fra NASA's Gravity Recovery and Climate Experiment Follow-On (GRACE-FO) mission. Grundvand er især vigtigt på steder som Central Valley og Central Coast, der ikke får meget nedbør og står over for hyppige tørker.

"Grundvand er enormt vigtigt, fordi det typisk altid er tilgængeligt, "Rodell sagde." Det er gemt i mange år, eller årtier, eller århundreder, eller årtusinder - det er ligesom din opsparingskonto. Du vil altid have det vand afsat, så det er der i hårde tider. "

Californien er et af de globale hotspots, GRACE -forskere studerer. Det er et af mange områder, hvor grundvandet bliver tømt hurtigere, end det genoplades.

"Folk bliver alt for afhængige af grundvand, "Rodell sagde." Ideelt set, ligesom din opsparingskonto, du vil bruge mindre end du investerer i det over den lange periode. Men i Californien, de bruger så meget grundvand, at niveauet har været faldende i årtier nu. "

Californien har for nylig vedtaget sin første statslige politik for grundvandsregulering, dels som reaktion på grundvandsforringelse, sagde Claudia Faunt, en hydrolog ved U.S. Geological Survey og programchef for sektionen om tilgængelighed og brug af grundvand ved USGS California Water Science Center i San Diego, Californien. På nogle områder, faldende grundvandsniveau fører til nedsynkning:Jordoverfladen synker, når vand udvindes fra aflejringerne nedenunder, og disse aflejringer bosætter sig og kompakteres.

"Problemer med nedsynkning påvirker andre dele af infrastrukturen, og brønde tørrer i områder, når vandstandene er blevet trukket ned, "Sagde Faunt. Borer dybere, når en brønd løber tør, eller boring af nye brønde på jagt efter vand, er dyrt og kan bidrage til endnu mere nedbrydning af grundvandet.

Andre trusler mod regionens vandforsyning - som den faldende snepose og skiftende vinternedbørsmønstre - er drevet af klimaændringer. Også, opvarmning af klimaet vil øge fordampning, hvilket bidrager til jordfugtighedsunderskud og stress af plantevand, og kan påvirke det lokale vejr. Efterhånden som nedbørsmønstre ændres, fremtidige nedbørsscenarier kan blive stadig mere ekstreme. I Californien og andre dele af det vestlige USA, det vil sandsynligvis ligne tørke, truer madproduktion.

Sætter NASA -data i arbejde for landmænd i Californien

For at klare skiftende forhold, Landmænd i Californien søger nye værktøjer og teknologier til at hjælpe dem med at producere frugterne, nødder og grøntsager i konstant efterspørgsel af amerikanske forbrugere.

Ud over at GRACE-FO studerer grundvand, missioner som SMAP (Soil Moisture Active Passive) og MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer) måler jordfugtighed og fordampning, og GPM (Global Precipitation Measurement mission) sporer regn og snefald. Arbejdshesten Landsat -programmet, en fælles indsats fra NASA og U.S. Geological Survey, har målt afgrødes sundhed og vækst i næsten 50 år. Desuden, NASA samarbejder med universiteter, private virksomheder, forskningsinstitutioner og andre offentlige instanser til at skabe værktøjer og programmer, der sætter alle disse data i arbejde. Gennem NASA Applied Sciences og dets programmer om fødevaresikkerhed og landbrug, herunder NASA Harvest, landmænd kan få adgang til brugbar information for at træffe bedre beslutninger på deres gårde.

Lee Johnson er seniorforsker ved NASAs Ames Research Center og California State University i Monterey Bay (CSUMB). I partnerskab med Forrest Melton fra NASA's Applied Sciences -program og Alberto Guzman og Will Carrara fra NASA Ames, han understøtter Satellite Irrigation Management Support (SIMS) -systemet, en online dataplatform, der bruger offentligt tilgængelige satellitdata fra jorden og modeller med open source til at kortlægge fordampning i kvart-acre skala.

"Fordampning er en virkelig stor del af den hydrologiske cyklus, og alligevel tidligere, mange oplysninger om det har været svært at få eller dyre, "Sagde Johnson." Alle kender til nedbør; det er på startskærmen på din telefon. Men evapotranspiration er en slags omvendt proces. For avlere, der ønsker at bruge det til at styre deres afgrødeproduktion, disse oplysninger har været knappe. Og hvis du ikke kan måle det pålideligt, det er sværere at styre det. "

"For de fleste afgrøder, evapotranspiration repræsenterer den mindste mængde vand, der skal udskiftes gennem kunstvanding eller nedbør for at opretholde en sund afgrøde og maksimere afgrødeudbytter, "sagde Melton." At forbinde satellitbaserede data fra SIMS med CropManage hjælper landmænd som Mark Mason og hans team på Nature's Reward med at tage gætterierne ud af at estimere behovet for kunstvanding og gødning til deres afgrøder. "

Et andet vandhåndteringsværktøj, GRAPEX (Grape Remote-sensing Atmospheric Profile and Evapotranspiration eXperiment), bruger også Landsat -data, denne gang for at hjælpe vingårdsejere. Termiske og visuelle Landsat -billeder giver avlere oplysninger om deres vinmarkers fordampning og plantesundhed og hjælper dem med at sikre, at de ikke bliver for våde eller for tørre.

"Målet med vores arbejde er at finde måder at lægge NASA -data i hænderne på landmænd og vandingsmaskiner i marken, hvor det kan bidrage til at forbedre bæredygtigheden i Californiens landbrug, "sagde Guzman, en senior softwareingeniør hos NASA Ames og CSUMB, der begyndte sin karriere inden for Californien. "Partnerskaber med innovative producenter som Nature's Reward er nøglen til at sikre, at vi kan tage petabytes af satellitdata og gøre dem til oplysninger, der kan bruges til den daglige beslutningstagning."