Kredit:NASA
Varje dag – upp till trettio gånger om dagen, faktiskt – ger en av Mark Masons anställda på Nature's Reward Farms i Monterey County, Kalifornien, resultatet av ett jordtest för diskussion.
Mason övervakar gödningsmedel och bevattning för gårdens 5 000 hektar längs Kaliforniens centrala kust, som har smeknamnet "America's Salad Bowl" och är en av de mest produktiva och mångsidiga jordbruksregionerna i världen. Dessa jordtestresultat är viktiga indata för ett av hans nyaste verktyg:CropManage, som drivs av University of California Cooperative Extension och använder data från NASA och andra källor för att skapa skräddarsydda rekommendationer för bevattning och gödningsmedel. Förutom satellitmätningar av grödans utveckling mäter den lokalt väder, markegenskaper och bevattningssystemets effektivitet.
"CropManage ger en rekommendation tillbaka till personen som har gått ut och tagit jordprovet," förklarade Mason. "Han får resultaten och diskuterar det sedan med mig. Jag vet hur fältet ser ut, så jag tar CropManages rekommendationer och tar ett beslut baserat på vad jag vet om bevattningsmetoden, när den ska skördas, jordtypen, hur grödan ser ut och markens historia. för den tiden på året.”
Om du åt en frukt, grönsak eller nötter idag är chansen stor att den kom från en gård som Nature's Reward Farms i Kaliforniens centrala kust, eller från den närliggande Central Valley. Dessa regioner täcker mer än 20 000 kvadratkilometer i Golden State och är hem för tusentals gårdar som odlar hundratals olika grödor, som årligen producerar mer än en tredjedel av USA:s grönsaker och två tredjedelar av deras frukter och nötter.
Men centrala Kalifornien får inte mycket regn. Det mesta av Central Valleys vatten kommer från bäckar och reservoarer som fångar bergssmältning och grundvatten lagrat i porösa avlagringar djupt under ytan. Dessa vattenkällor möter ökande tryck på grund av klimatförändringar, mänsklig användning och naturliga variationer, vilket gör vattenhantering till en komplex och föränderlig fråga. Att övervaka hur mycket vatten som finns tillgängligt för att odla våra matvaror har aldrig varit viktigare, och NASA:s jordobservationssatelliter och partnerskapsprogram hjälper bönder, vattenresursförvaltare och beslutsfattare att övervaka och allokera allt knappare vattenresurser i hela staten.
Den första frågan som NASA-forskare som studerar sötvatten på jorden ställer är:Var är vattnet? Eftersom det ständigt cirkulerar mellan vattenånga, regn och snö, och reservoarer över och under marken, spåras vattnet av en flotta av NASA-satelliter. Kredit:NASA / Katy Mersmann
Titta på vattenförsörjningen
Under ett idealiskt år faller tung snö i Kaliforniens bergskedjor och ackumuleras under vintern och våren. Snön fungerar som en naturlig reservoar som håller och släpper ut vatten gradvis i floder och bäckar när vädret värms upp på våren. Därifrån leder ett system av akvedukter, kanaler och rörledningar vattnet till torrare delar av staten. Många bönder i de centrala delarna av staten använder detta vatten för att bevattna sina grödor och är också mycket beroende av grundvatten från brunnar.
Men inte varje år är ett idealår. 2021, till exempel, har extrem hetta och torka fortsatt att slå mot väst. Vinterns nederbörd under genomsnittet och exceptionellt små snöfall avdunstade snabbt i höga vårtemperaturer eller smälte och blöts ned i jordar som fortfarande var torra efter en torr höst och vinter. Som ett resultat blev lite vatten kvar för att fylla reservoarer och ge näring till växter längre ner i dalen. Vattenförsörjningen i regionen har redan blivit snävt allokerad, och vissa bönder måste fatta svåra beslut om vilka grödor som ska få det vattnet.
NASA-forskare observerar noga centrala Kaliforniens vattenkällor, hur de förändras över tiden och varför - och producerar information som kan användas för att avgöra vad de ska göra åt det. Satelliter, luftburna och fältuppdrag spårar snöfall, nederbörd, markfuktighetsnivåer, grundvattenutarmning, grödors hälsa och evapotranspiration. Genom att ge bättre information om mängden vatten som kommer in i och lämnar systemet hjälper dessa indikatorer jordbrukare att avgöra hur mycket vatten de kommer att behöva och hur mycket som kommer att vara tillgängligt.
Matt Rodell är biträdande direktör för geovetenskaper för hydrosfär, biosfär och geofysik vid NASA:s Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland. Han studerar grundvatten runt om i världen med hjälp av data från NASA:s Gravity Recovery and Climate Experiment Follow-On (GRACE-FO) uppdrag. Grundvatten är särskilt viktigt på platser som Central Valley och Central Coast som inte får mycket nederbörd och ofta drabbas av torka.
"Grundvatten är oerhört viktigt eftersom det vanligtvis alltid är tillgängligt," sa Rodell. "Det har lagrats under många år, eller decennier, eller århundraden eller årtusenden - det är som ditt sparkonto. Du vill alltid ha det vattnet åt sidan så att det finns där under svåra tider.”
Kalifornien är en av de globala hotspots som GRACE-forskare studerar. Det är ett av många områden där grundvattnet töms ut snabbare än det laddas om.
"Människor blir alltför beroende av grundvatten," sa Rodell. "Helst skulle du, precis som ditt sparkonto, vilja spendera mindre än du investerar i det under lång tid. Men i Kalifornien använder de så mycket grundvatten att nivån har sjunkit i decennier nu.”
Kalifornien antog nyligen sin första statliga policy för grundvattenreglering, delvis som svar på oro för grundvattenutarmning, säger Claudia Faunt, en hydrolog vid U.S. Geological Survey och programchef för sektionen för tillgänglighet och användning av grundvatten vid USGS California Water Science Center i San Diego, Kalifornien. I vissa områden leder sjunkande grundvattennivåer till sättningar:Markytan sjunker när vatten utvinns från avlagringarna under, och dessa avlagringar sätter sig och kompakteras.
"Sänkningsproblem påverkar andra delar av infrastrukturen, och brunnar håller på att torka i områden när vattennivåerna har sänkts," sa Faunt. Att borra djupare när en brunn blir torr, eller att borra nya brunnar på jakt efter vatten, är dyrt och kan bidra till ännu mer grundvattenutarmning.
Andra hot mot regionens vattenförsörjning – som det minskande snöpaketet och förändrade vinternederbördsmönster – drivs av klimatförändringar. Det uppvärmande klimatet kommer också att öka evapotranspirationen, vilket bidrar till underskott av markfuktighet och växtvattenstress, och kan påverka det lokala vädret. När nederbördsmönster förändras kan framtida nederbördsscenarier bli allt mer extrema. I Kalifornien och andra delar av västra USA kommer detta sannolikt att se ut som torka som hotar livsmedelsproduktionen.
Under säsonger när vattenresurserna är knappa kan verktyg som drivs av NASA-data hjälpa bönder som Mark Mason att bestämma var de ska fördela vatten och näringsämnen för bevattning och gödningsmedel. Kredit:NASA / Mark Mason
Sätt NASA-data i arbete för bönder i Kalifornien
För att klara av förändrade förhållanden letar bönderna i Kalifornien efter nya verktyg och tekniker för att hjälpa dem att producera frukt, nötter och grönsaker som efterfrågas av amerikanska konsumenter.
Förutom att GRACE-FO studerar grundvatten, mäter uppdrag som SMAP (Soil Moisture Active Passive) och MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer) markfuktighet och evapotranspiration, och GPM (Global Precipitation Measurement-uppdraget) spårar regn och snöfall. Arbetshästen Landsat-programmet, en gemensam ansträngning av NASA och U.S. Geological Survey, har mätt grödans hälsa och tillväxt i nästan 50 år. Dessutom samarbetar NASA med universitet, privata företag, forskningsinstitutioner och andra statliga myndigheter för att skapa verktyg och program som sätter all denna data i arbete. Genom NASA Applied Sciences och dess program för livsmedelssäkerhet och jordbruk, inklusive NASA Harvest, kan bönder få tillgång till användbar information för att fatta bättre beslut på sina gårdar.
Lee Johnson är senior forskare vid NASA:s Ames Research Center och California State University i Monterey Bay (CSUMB). I samarbete med Forrest Melton från NASA:s Applied Sciences-program och Alberto Guzman och Will Carrara från NASA Ames, stödjer han systemet Satellite Irrigation Management Support (SIMS), en onlinedataplattform som använder allmänt tillgänglig jordsatellitdata och modeller med öppen källkod för att kartlägga evapotranspiration på kvarts-acre-skalan.
"Evapotranspiration är en riktigt stor del av den hydrologiska cykeln, och ändå har mycket information om det tidigare varit svårt att få eller dyrt," sa Johnson. ”Alla vet om nederbörd; det är på startskärmen på din telefon. Men evapotranspiration är typ den omvända processen. För odlare som vill använda den för att styra sin växtodling har denna information varit knapphändig. Och om du inte kan mäta det på ett tillförlitligt sätt, är det svårare att hantera det.”
"För de flesta grödor representerar evapotranspiration den minsta mängd vatten som måste ersättas genom bevattning eller nederbörd för att bibehålla en hälsosam gröda och maximera skördarna", säger Melton. "Att länka satellitbaserad data från SIMS till CropManage hjälper bönder som Mark Mason och hans team på Nature's Reward att ta reda på gissningarna från att uppskatta bevattnings- och gödselbehovet för sina grödor."
Ett annat vattenhanteringsverktyg, GRAPEX (Grape Remote-sensing Atmospheric Profile and Evapotranspiration eXperiment), använder också Landsat-data, denna gång för att hjälpa vingårdsägare. Termiska och visuella Landsat-bilder ger odlare information om deras vingårdars evapotranspiration och växthälsa och hjälper dem att se till att de inte blir för blöta eller för torra.
"Målet med vårt arbete är att hitta sätt att lägga NASA-data i händerna på bönder och bevattningsmaskiner på fältet, där det kan bidra till att förbättra hållbarheten för det kaliforniska jordbruket", säger Guzman, en senior mjukvaruingenjör vid NASA Ames och CSUMB som började sin karriär med att arbeta inom Kalifornien. "Partnerskap med innovativa producenter som Nature's Reward är nyckeln till att säkerställa att vi kan ta petabyte av satellitdata och omvandla den till information som kan användas för det dagliga beslutsfattandet."
Hålla mat på bordet
Oavsett om man spårar de första vintersnöna som faller i Sierra Nevada-området eller hjälper en jordbrukare i Kalifornien att fördela knappa vattenförråd på sommaren, hjälper NASA:s uppdrag och program odlare att fortsätta att producera de frukter och grönsaker vi älskar att äta – samtidigt som de förbereder sig för och anpassar sig till en varmare, torrare framtid.
