Credito:NASA
Ogni giorno - fino a trenta volte al giorno, infatti - uno dei dipendenti di Mark Mason presso la Nature's Reward Farms nella contea di Monterey, in California, gli porta i risultati di un test del suolo per la discussione.
Mason supervisiona i fertilizzanti e l'irrigazione per i 5.000 acri della fattoria lungo la costa centrale della California, che è soprannominata "l'insalatiera americana" ed è una delle regioni agricole più produttive e diversificate del mondo. Questi risultati dei test del suolo sono input chiave per uno dei suoi strumenti più recenti:CropManage, che è gestito dalla University of California Cooperative Extension e utilizza i dati della NASA e di altre fonti per creare raccomandazioni personalizzate per l'irrigazione e i fertilizzanti. Oltre alle misurazioni satellitari dello sviluppo delle colture, misura il clima locale, le caratteristiche del suolo e l'efficienza del sistema di irrigazione.
"CropManage restituisce una raccomandazione alla persona che è uscita e ha prelevato il campione di terreno", ha spiegato Mason. “Ottiene i risultati, poi ne discute con me. So che aspetto ha il campo, quindi seguirò i consigli di CropManage e prenderò una decisione in base a ciò che so sul metodo di irrigazione, quando verrà raccolto, il tipo di terreno, l'aspetto del raccolto e la storia di quel terreno per quel periodo dell'anno."
Se oggi hai mangiato un frutto, una verdura o una noce, è probabile che provenga da una fattoria come Nature's Reward Farms nella costa centrale della California, o dalla vicina Central Valley. Coprendo più di 20.000 miglia quadrate nel Golden State, queste regioni ospitano migliaia di fattorie che coltivano centinaia di colture diverse, producendo ogni anno più di un terzo delle verdure degli Stati Uniti e due terzi della loro frutta e noci.
Ma la California centrale non ha molta pioggia. La maggior parte dell'acqua della Central Valley proviene da ruscelli e bacini idrici che catturano lo scioglimento della neve di montagna e le acque sotterranee immagazzinate in depositi porosi in profondità sotto la superficie. Queste fonti d'acqua devono far fronte a pressioni crescenti dovute ai cambiamenti climatici, all'uso umano e alla variabilità naturale, rendendo la gestione dell'acqua una questione complessa e in evoluzione. Monitorare quanta acqua è disponibile per far crescere i nostri generi alimentari non è mai stato così importante e i satelliti per l'osservazione della Terra e i programmi di partnership della NASA aiutano gli agricoltori, i gestori delle risorse idriche e i responsabili politici a monitorare e allocare risorse idriche sempre più scarse in tutto il loro stato.
La prima domanda che si pongono i ricercatori della NASA che studiano l'acqua dolce sulla Terra è:dov'è l'acqua? Poiché scorre costantemente tra vapore acqueo, pioggia e neve e serbatoi sopra e sotto terra, l'acqua viene tracciata da una flotta di satelliti della NASA. Credito:NASA/Katy Mersmann
Osservare l'approvvigionamento idrico
In un anno ideale, una forte nevicata cade sulle catene montuose della California e si accumula durante l'inverno e la primavera. La neve funge da riserva naturale, trattenendo e rilasciando l'acqua gradualmente in fiumi e torrenti quando il clima si scalda in primavera. Da lì, un sistema di acquedotti, canali e condutture porta l'acqua nelle regioni più aride dello stato. Molti agricoltori nelle parti centrali dello stato utilizzano quest'acqua per irrigare i loro raccolti e fanno anche molto affidamento sulle falde acquifere dei pozzi.
Ma non tutti gli anni sono l'anno ideale. Nel 2021, ad esempio, il caldo estremo e la siccità hanno continuato a colpire l'Occidente. Le precipitazioni invernali al di sotto della media e le nevicate eccezionalmente piccole sono evaporate rapidamente nelle alte temperature primaverili o si sono sciolte e si sono inzuppate in terreni ancora aridi da un autunno e un inverno asciutti. Di conseguenza, restava poca acqua per riempire i serbatoi e nutrire le piante più a valle. Già strettamente stanziate, le forniture idriche nella regione sono diventate ancora più scarse e alcuni agricoltori devono prendere decisioni difficili su quali colture riceveranno quell'acqua.
I ricercatori della NASA osservano da vicino le fonti d'acqua della California centrale, come cambiano nel tempo e perché, e producono informazioni che possono essere utilizzate per determinare cosa fare al riguardo. I satelliti, le missioni aeree e sul campo tengono traccia delle nevicate, delle precipitazioni, dei livelli di umidità del suolo, dell'esaurimento delle acque sotterranee, della salute delle colture e dell'evapotraspirazione. Fornendo migliori informazioni sulla quantità di acqua in entrata e in uscita dal sistema, questi indicatori aiutano gli agricoltori a determinare quanta acqua avranno bisogno e quanta sarà accessibile.
Matt Rodell è il vicedirettore associato delle scienze della Terra per l'idrosfera, la biosfera e la geofisica presso il Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, nel Maryland. Studia le acque sotterranee di tutto il mondo, utilizzando i dati della missione Gravity Recovery and Climate Experiment Follow-On (GRACE-FO) della NASA. Le acque sotterranee sono particolarmente importanti in luoghi come la Central Valley e la Central Coast, dove non piove molto e si trovano ad affrontare frequenti siccità.
"Le acque sotterranee sono estremamente importanti perché in genere sono sempre disponibili", ha affermato Rodell. “È immagazzinato per molti anni, o decenni, o secoli, o millenni:è come il tuo conto di risparmio. Vuoi sempre che quell'acqua sia messa da parte in modo che sia lì per i momenti difficili."
La California è uno degli hotspot globali che i ricercatori GRACE stanno studiando. È una delle tante aree in cui le acque sotterranee si esauriscono più rapidamente di quanto non vengano ricaricate.
"Le persone diventano eccessivamente dipendenti dalle acque sotterranee", ha detto Rodell. "Idealmente, come il tuo conto di risparmio, vorresti spendere meno di quanto investi nel lungo periodo. Ma in California usano così tante falde acquifere che il livello è in calo da decenni ormai”.
La California ha recentemente approvato la sua prima politica di regolamentazione delle acque sotterranee in tutto lo stato, in parte in risposta alle preoccupazioni sull'esaurimento delle acque sotterranee, ha affermato Claudia Faunt, idrologa presso l'US Geological Survey e capo del programma per la sezione sulla disponibilità e l'uso delle acque sotterranee presso l'USGS California Water Science Center di San Diego, California. In alcune aree, il calo del livello delle acque sotterranee porta al cedimento:la superficie del terreno sprofonda quando l'acqua viene estratta dai depositi sottostanti e questi depositi si depositano e si compattano.
"I problemi di cedimento interessano altre parti dell'infrastruttura e i pozzi si stanno prosciugando nelle aree quando i livelli dell'acqua sono stati abbassati", ha affermato Faunt. La perforazione più profonda quando un pozzo si esaurisce, o la perforazione di nuovi pozzi in cerca di acqua, è costoso e può contribuire a un ulteriore esaurimento delle falde acquifere.
Altre minacce all'approvvigionamento idrico della regione, come il calo del manto nevoso e il cambiamento delle precipitazioni invernali, sono guidate dai cambiamenti climatici. Inoltre, il riscaldamento del clima aumenterà l'evapotraspirazione, che contribuisce ai deficit di umidità del suolo e allo stress idrico delle piante, e può influenzare il clima locale. Man mano che i modelli delle precipitazioni cambiano, gli scenari futuri delle precipitazioni potrebbero diventare sempre più estremi. In California e in altre parti degli Stati Uniti occidentali, probabilmente sembrerà siccità, minacciando la produzione alimentare.
Nelle stagioni in cui le risorse idriche sono scarse, gli strumenti basati sui dati della NASA possono aiutare gli agricoltori come Mark Mason a decidere dove allocare acqua e sostanze nutritive per l'irrigazione e i fertilizzanti. Credito:NASA / Mark Mason
Mettere i dati della NASA al lavoro per gli agricoltori della California
Per far fronte alle mutevoli condizioni, gli agricoltori californiani stanno cercando nuovi strumenti e tecnologie per aiutarli a produrre frutta, noci e verdura costantemente richieste dai consumatori statunitensi.
Oltre a GRACE-FO che studia le acque sotterranee, missioni come SMAP (Soil Moisture Active Passive) e MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer) misurano l'umidità del suolo e l'evapotraspirazione e GPM (la missione Global Precipitation Measurement) tiene traccia di pioggia e neve. Il cavallo di battaglia del programma Landsat, uno sforzo congiunto della NASA e dell'US Geological Survey, ha misurato la salute e la crescita delle colture per quasi 50 anni. Inoltre, la NASA collabora con università, società private, istituti di ricerca e altre agenzie governative per creare strumenti e programmi che mettano in pratica tutti questi dati. Attraverso la NASA Applied Sciences e i suoi programmi per la sicurezza alimentare e l'agricoltura, tra cui la NASA Harvest, gli agricoltori possono accedere a informazioni utilizzabili per prendere decisioni migliori nelle loro fattorie.
Lee Johnson è ricercatore senior presso l'Ames Research Center della NASA e la California State University di Monterey Bay (CSUMB). In collaborazione con Forrest Melton del programma di scienze applicate della NASA e Alberto Guzman e Will Carrara della NASA Ames, supporta il sistema SIMS (Satellite Irrigation Management Support), una piattaforma dati online che utilizza i dati dei satelliti terrestri pubblicamente disponibili e modelli open source per mappare evapotraspirazione alla scala di un quarto di acro.
"L'evapotraspirazione è una parte davvero importante del ciclo idrologico, eppure in passato molte informazioni su di essa erano difficili da ottenere o costose", ha affermato Johnson. “Tutti conoscono le precipitazioni; è nella schermata iniziale del telefono. Ma l'evapotraspirazione è una specie di processo inverso. Per i coltivatori che vogliono usarlo per guidare la loro produzione agricola, queste informazioni sono state scarse. E se non riesci a misurarlo in modo affidabile, è più difficile gestirlo."
"Per la maggior parte delle colture, l'evapotraspirazione rappresenta la quantità minima di acqua che deve essere sostituita attraverso l'irrigazione o le precipitazioni per mantenere un raccolto sano e massimizzare i raccolti", ha affermato Melton. "Il collegamento dei dati satellitari di SIMS con CropManage aiuta gli agricoltori come Mark Mason e il suo team di Nature's Reward a eliminare le congetture dalla stima delle esigenze di irrigazione e fertilizzanti per le loro colture".
Anche un altro strumento di gestione dell'acqua, GRAPEX (Grape Remote-sensing Atmospheric Profile and Evapotranspiration eXperiment), utilizza i dati Landsat, questa volta per aiutare i proprietari di vigneti. Le immagini termiche e visive Landsat forniscono ai coltivatori informazioni sull'evapotraspirazione e sulla salute delle piante dei loro vigneti e li aiutano ad assicurarsi che non si bagnino o si secchino troppo.
"L'obiettivo del nostro lavoro è trovare il modo di mettere i dati della NASA nelle mani di agricoltori e irrigatori sul campo, dove possono aiutare a migliorare la sostenibilità dell'agricoltura californiana", ha affermato Guzman, un ingegnere software senior presso la NASA Ames e CSUMB che ha iniziato la sua carriera lavorando nei campi della California. "Le partnership con produttori innovativi come Nature's Reward sono la chiave per garantire che possiamo prendere petabyte di dati satellitari e trasformarli in informazioni che possono essere utilizzate per il processo decisionale quotidiano."
Mantenere il cibo in tavola
Che si tratti di monitorare le prime nevicate invernali che cadono nella catena montuosa della Sierra Nevada o di aiutare un agricoltore californiano a distribuire le scarse riserve idriche in estate, le missioni e i programmi della NASA aiutano i coltivatori a continuare a produrre la frutta e la verdura che amiamo mangiare, mentre si preparano e si adattano a un futuro più caldo e più secco.
