Źródło:NASA
Każdego dnia – nawet do trzydziestu razy dziennie – jeden z pracowników Marka Masona w Nature’s Reward Farms w hrabstwie Monterey w Kalifornii przedstawia mu wyniki testu gleby do dyskusji.
Mason nadzoruje nawożenie i nawadnianie farmy o powierzchni 5000 akrów wzdłuż środkowego wybrzeża Kalifornii, która nosi przydomek „America's Salad Bowl” i jest jednym z najbardziej produktywnych i zróżnicowanych regionów rolniczych na świecie. Te wyniki testów gleby są kluczowymi danymi wejściowymi dla jednego z jego najnowszych narzędzi:CropManage, które jest obsługiwane przez University of California Cooperative Extension i wykorzystuje dane z NASA i innych źródeł do tworzenia dostosowanych zaleceń dotyczących nawadniania i nawozów. Oprócz pomiarów satelitarnych rozwoju upraw, mierzy lokalną pogodę, charakterystykę gleby i wydajność systemu nawadniającego.
„CropManage zwraca rekomendację osobie, która wyszła i pobrała próbkę gleby” – wyjaśnił Mason. „Otrzymuje wyniki, a potem omawia je ze mną. Wiem, jak wygląda pole, więc wezmę pod uwagę zalecenia CropManage i podejmę decyzję na podstawie tego, co wiem o metodzie nawadniania, kiedy zostanie zebrana, rodzaju gleby, jak wygląda uprawa i historii tego gruntu na tę porę roku”.
Jeśli zjadłeś dzisiaj owoc, warzywo lub orzech, istnieje duże prawdopodobieństwo, że pochodzi on z farmy takiej jak Nature's Reward Farms na środkowym wybrzeżu Kalifornii lub z pobliskiej Central Valley. Obejmujące ponad 20 000 mil kwadratowych w Złotym Stanie regiony te są domem dla tysięcy gospodarstw, które uprawiają setki różnych upraw, rocznie produkując ponad jedną trzecią warzyw i dwie trzecie owoców i orzechów w Stanach Zjednoczonych.
Ale w środkowej Kalifornii nie pada dużo deszczu. Większość wody w Dolinie Środkowej pochodzi ze strumieni i zbiorników, które wychwytują topniejące śniegi górskie i wody gruntowe zmagazynowane w porowatych osadach głęboko pod powierzchnią. Te źródła wody stoją w obliczu rosnącej presji ze względu na zmiany klimatu, wykorzystywanie przez ludzi i naturalną zmienność, co sprawia, że gospodarka wodna jest złożoną i ewoluującą kwestią. Monitorowanie ilości wody dostępnej do uprawy naszych artykułów spożywczych nigdy nie było bardziej istotne, a satelity obserwujące Ziemię i programy partnerskie NASA pomagają rolnikom, zarządzającym zasobami wodnymi i decydentom monitorować i przydzielać coraz bardziej ograniczone zasoby wody w całym stanie.
Pierwsze pytanie, jakie zadają naukowcy NASA badający słodką wodę na Ziemi, brzmi:Gdzie jest woda? Ponieważ stale krąży między parą wodną, deszczem i śniegiem oraz zbiornikami na powierzchni i pod ziemią, woda jest śledzona przez flotę satelitów NASA. Źródło:NASA / Katy Mersmann
Obserwowanie zaopatrzenia w wodę
W idealnym roku w kalifornijskich pasmach górskich pada obfity śnieg, który gromadzi się zimą i wiosną. Śnieg działa jak naturalny zbiornik, zatrzymujący i uwalniający wodę stopniowo do rzek i strumieni, gdy pogoda na wiosnę ociepla się. Stamtąd system akweduktów, kanałów i rurociągów doprowadza wodę do bardziej suchych regionów stanu. Wielu rolników w centralnych częściach stanu używa tej wody do nawadniania upraw, a także w dużym stopniu polega na wodzie gruntowej ze studni.
Ale nie każdy rok jest idealny. Na przykład w 2021 r. ekstremalne upały i susze nadal nękają Zachód. Zimowe opady poniżej średniej i wyjątkowo małe opady śniegu szybko wyparowały w wysokich wiosennych temperaturach lub stopiły się i przesiąkły glebą wciąż wyschniętą od suchej jesieni i zimy. W rezultacie pozostało niewiele wody, aby wypełnić zbiorniki i odżywiać rośliny położone dalej w dolinie. Już teraz ściśle przydzielone zasoby wody w regionie stały się jeszcze bardziej ograniczone, a niektórzy rolnicy muszą podejmować trudne decyzje dotyczące tego, które uprawy otrzymają tę wodę.
Naukowcy NASA uważnie obserwują źródła wody w środkowej Kalifornii, jak zmieniają się w czasie i dlaczego – i tworzą informacje, które można wykorzystać do ustalenia, co z tym zrobić. Satelity, misje powietrzne i polowe śledzą opady śniegu, opady deszczu, poziom wilgotności gleby, wyczerpywanie się wód gruntowych, zdrowie upraw i ewapotranspirację. Zapewniając lepsze informacje na temat ilości wody wpływającej i wypływającej z systemu, wskaźniki te pomagają rolnikom określić, ile wody będą potrzebować i jaka ilość będzie dostępna.
Matt Rodell jest zastępcą dyrektora ds. nauk o Ziemi w zakresie hydrosfery, biosfery i geofizyki w NASA Goddard Space Flight Center w Greenbelt w stanie Maryland. Bada wody gruntowe na całym świecie, korzystając z danych z misji NASA Gravity Recovery and Climate Experiment Follow-On (GRACE-FO). Wody gruntowe są szczególnie ważne w miejscach takich jak Dolina Środkowa i Wybrzeże Środkowe, które nie mają dużych opadów i są narażone na częste susze.
„Wody gruntowe są niezwykle ważne, ponieważ zazwyczaj są zawsze dostępne” – powiedział Rodell. „Jest przechowywany przez wiele lat, dziesięcioleci, stuleci lub tysiącleci – to jak twoje konto oszczędnościowe. Zawsze chcesz odstawić tę wodę na bok, aby była tam na trudne czasy”.
Kalifornia jest jednym z globalnych hotspotów, które badają naukowcy GRACE. Jest to jeden z wielu obszarów, w których wody gruntowe wyczerpują się szybciej niż są uzupełniane.
„Ludzie stają się nadmiernie uzależnieni od wód gruntowych” – powiedział Rodell. „Idealnie, podobnie jak konto oszczędnościowe, chciałbyś przez długi czas wydawać mniej, niż w nie zainwestujesz. Ale w Kalifornii zużywają tak dużo wód gruntowych, że ich poziom spada od dziesięcioleci”.
Kalifornia niedawno uchwaliła swoją pierwszą ogólnostanową politykę regulacji wód gruntowych, częściowo w odpowiedzi na obawy związane z wyczerpywaniem się wód gruntowych, powiedziała Claudia Faunt, hydrolog z US Geological Survey i szef programu sekcji dostępności i wykorzystania wód gruntowych w USGS California Water Science Center w San Diego. Kalifornia. Na niektórych obszarach spadający poziom wód gruntowych prowadzi do osiadania:powierzchnia ziemi opada, gdy woda jest wydobywana z osadów znajdujących się poniżej, a osady te osadzają się i zagęszczają.
„Problemy z osiadaniem wpływają na inne części infrastruktury, a studnie wysychają w obszarach, w których poziom wody został obniżony”, powiedział Faunt. Wiercenie głębiej, gdy studnia wysycha, lub wiercenie nowych studni w poszukiwaniu wody jest kosztowne i może przyczynić się do jeszcze większego wyczerpywania się wód gruntowych.
Inne zagrożenia dla zaopatrzenia w wodę w regionie – takie jak zmniejszająca się paczka śnieżna i zmieniające się wzorce opadów zimowych – wynikają ze zmiany klimatu. Ponadto ocieplenie klimatu zwiększy ewapotranspirację, co przyczynia się do niedoborów wilgoci w glebie i stresu wodnego roślin, a także może wpływać na lokalną pogodę. Wraz ze zmianą wzorców opadów przyszłe scenariusze opadów mogą stać się coraz bardziej ekstremalne. W Kalifornii i innych częściach zachodnich Stanów Zjednoczonych prawdopodobnie będzie to wyglądać jak susza, zagrażająca produkcji żywności.
W okresach, gdy zasoby wodne są ograniczone, narzędzia oparte na danych NASA mogą pomóc rolnikom takim jak Mark Mason zdecydować, gdzie przeznaczyć wodę i składniki odżywcze do nawadniania i nawozów. Źródło:NASA / Mark Mason
Wykorzystywanie danych NASA do pracy dla rolników z Kalifornii
Aby poradzić sobie ze zmieniającymi się warunkami, rolnicy z Kalifornii szukają nowych narzędzi i technologii, które pomogą im produkować owoce, orzechy i warzywa, na które stale zapotrzebowanie konsumentów ze Stanów Zjednoczonych.
Oprócz badania GRACE-FO wód gruntowych, misje takie jak SMAP (Soil Moisture Active Passive) i MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer) mierzą wilgotność gleby i ewapotranspirację, a GPM (misja Global Precipitation Measurement) śledzą deszcz i opady śniegu. Program konia roboczego Landsat, wspólny wysiłek NASA i U.S. Geological Survey, mierzy zdrowie i wzrost upraw od prawie 50 lat. Ponadto NASA współpracuje z uniwersytetami, prywatnymi firmami, instytucjami badawczymi i innymi agencjami rządowymi, aby tworzyć narzędzia i programy, które pozwolą wykorzystać wszystkie te dane. Dzięki programom NASA Applied Sciences i jej programom bezpieczeństwa żywności i rolnictwa, w tym NASA Harvest, rolnicy mogą uzyskać dostęp do użytecznych informacji, aby podejmować lepsze decyzje w swoich gospodarstwach.
Lee Johnson jest starszym naukowcem w NASA Ames Research Center i California State University w Monterey Bay (CSUMB). We współpracy z Forrestem Meltonem z programu Applied Sciences NASA oraz Alberto Guzmanem i Willem Carrarą z NASA Ames, wspiera system Satellite Irrigation Management Support (SIMS), internetową platformę danych, która wykorzystuje publicznie dostępne dane satelitarne Ziemi i modele open source do mapowania ewapotranspiracja w skali ćwierć akra.
„Ewapotranspiracja jest naprawdę dużą częścią cyklu hydrologicznego, a jednak w przeszłości wiele informacji na jej temat było trudno dostępnych lub kosztownych” – powiedział Johnson. „Wszyscy wiedzą o opadach; jest na ekranie głównym telefonu. Ale ewapotranspiracja jest procesem odwrotnym. Dla hodowców, którzy chcą wykorzystać je do kierowania swoją produkcją roślinną, informacje te są skąpe. A jeśli nie możesz tego wiarygodnie zmierzyć, trudniej jest nim zarządzać”.
„W przypadku większości upraw ewapotranspiracja oznacza minimalną ilość wody, którą należy uzupełnić poprzez nawadnianie lub opady, aby utrzymać zdrowe uprawy i zmaksymalizować plony” – powiedział Melton. „Połączenie danych satelitarnych z SIMS z CropManage pomaga rolnikom takim jak Mark Mason i jego zespół w Nature's Reward wyeliminować zgadywanie przy szacowaniu potrzeb nawadniania i nawozu dla ich upraw”.
Inne narzędzie do zarządzania wodą, GRAPEX (Grape Remote-sensing Atmospheric Profile and Evapotransspiration eXperiment), również wykorzystuje dane Landsat, tym razem pomagając właścicielom winnic. Termiczne i wizualne obrazy Landsat dostarczają plantatorom informacji o ewapotranspiracji i zdrowiu roślin w ich winnicach oraz pomagają upewnić się, że nie są zbyt mokre ani zbyt suche.
„Celem naszej pracy jest znalezienie sposobów na przekazanie danych NASA rolnikom i irygatorom w terenie, gdzie mogą one pomóc w poprawie zrównoważonego rozwoju rolnictwa Kalifornii” – powiedział Guzman, starszy inżynier oprogramowania w NASA Ames i CSUMB, który Karierę rozpoczął pracując na polach Kalifornii. „Współpraca z innowacyjnymi producentami, takimi jak Nature’s Reward, jest kluczem do zapewnienia, że możemy pobierać petabajty danych satelitarnych i przekształcać je w informacje, które można wykorzystać do codziennego podejmowania decyzji”.
Trzymaj jedzenie na stole
Niezależnie od tego, czy śledzisz pierwsze zimowe śniegi padające w Sierra Nevada, czy pomagasz rolnikowi z Kalifornii w lecie w alokacji ograniczonych zasobów wody, misje i programy NASA pomagają hodowcom kontynuować produkcję owoców i warzyw, które uwielbiamy jeść – jednocześnie przygotowując się i dostosowując do cieplejsza, bardziej sucha przyszłość.
