农场传感器，软件和用更少的水种植更多粮食？

这篇文章，与公民吃，最初出现在Ensia。

从观察天气到选择作物，农业一直是一项亲力亲为的事业。当一个农民想知道一种作物需要多少水的时候，一个简单的测试就足够了:抓一把土壤，感受它是如何凝聚在一起的。

现在，另一件事也在帮助农民触摸:数据。传感器、卫星和软件增加了大量的新数据来帮助管理农场的水资源。从土壤湿度到叶片蒸腾，从泵速到阀门状态，如今的农田看上去就像机场一样。

缺水为寻找这类信息增加了紧迫性。干旱似乎变得越来越普遍而在全球范围内持续，呈现农民艰难的选择和更轻薄的经济利润。在面对不确定性，技术提供的一种方式发挥了基本的投入，例如水更多的控制。

在德克萨斯州狭长地带，近期持续干旱迫使许多农民意识到，他们不再能单独依靠雨水来灌溉农作物。许多人钻深井进军奥加拉拉蓄水层，在北美最大的，用于补充灌溉用水。

“灌溉对这里的人们很重要——不仅对农民，对整个经济也很重要，”德克萨斯州布什兰美国农业部的农业研究工程师Susan O 'Shaughnessy说。

奥肖内西正在开发中心支轴式灌溉设备，帮助农民新的传感器确保珍贵的地下水不浪费。该传感器测量叶冠温到计水的需求，这有助于避免过度灌溉。

“我们知道它总有一天会用完的。我们无法阻止这一切，”她说。“灌溉对这里的人们很重要——不仅是农民，还有整个经济。我们希望在未来几年维持农民的生计。”

提高灌溉效率还可以减少小溪和河流的改道，为水生栖息地和其他人类用途留下更多的水。它还可以防止除草剂和化肥在水从农田流出时被带回这些河流。

敏感的系统

农业占全球百分之六十九的淡水抽取据联合国粮食及农业组织估计。发展中国家的这一数字一般较高，而工业化国家的这一数字较低，因为工业化国家的制造业所占比例较大。在美国，农业消耗了近40%的淡水。

只有约20的全球农田％的灌溉，但灌溉的土地占粮食产量的40％。大水漫灌是最常用的方法，即使庄稼只使用约一半的水通过应用这种方法。

很多人认识中心支点喷灌机，因为它能在空中形成“麦田圈”。一个巨大的带轮子的洒水器围绕一个中心供水系统(井或供水管道)旋转，灌溉一个圆形区域。这是德克萨斯州和美国其他许多地方最常见的灌溉技术。

而且它在世界各地越来越受欢迎，因为它比其他许多灌溉技术更简单，更耐用。它也可以是有效的，具有高达90％的水施加由自动化中心枢轴系统作物吸收。将剩余的10％要么输给风或运行场外。

欧肖内西正在开发红外传感器，以帮助提高中枢系统的效率。在照片中，奥肖内西和他的同事诺兰·克拉克正在调整这些设备，这些设备悬挂在中心枢轴臂上，用来测量下方作物叶片冠层的温度，并提供数据，供农民在需要时和需要时使用。她说，这类数据比传统的土壤湿度数据更能反映植物的健康状况。土壤湿度数据通常用于确定灌溉设置。

在奥肖内西的系统中，一台现场使用的电脑——价值3000美元的系统的大脑——处理来自红外传感器的数据以及天气信息。计算机将这些数据与特定作物的压力阈值进行比较，以确定灌溉量。根据土壤类型、排水特性等因素，环带内的不同区域可能会有不同的阈值，得到的水量也会不同。

“午夜时分，它需要这个数据......和空间计算作物缺水每个管理区”，奥肖内西说。“所以，如果超过，它标志着该系统的灌溉需要在该区域。”

该系统生成一个圆圈的地图，让农民显示哪些地区需要水。它还创建了一个新的灌溉计划，以提供每个区域所需的水。农民要么允许它继续种植，要么根据他自己的判断，在其他因素需要考虑的情况下改变它。

洪水、滴、洪水

在世界上大多数灌溉农田，水到达某种形式的地面灌溉的，通常是由淹水到明沟由河供水或从地面抽水。然后它以植物有几千年的方式 - 通过淹没沟。这是作物灌溉的最古老，最简单的形式。

与传统灌溉方式相比，滴灌是一种越来越受欢迎的提高灌溉效率的方式。这项技术将水分散在小而灵活的输水管道中，可以在地面上也可以在地下。在大多数情况下，一个“发射器”，或在每个工厂的开口，释放水的测量速度根据工厂的需要。

很多农场正转换成滴，因为它允许水精确应用，以及那些与水直接输送到根区施肥。但要使它工作，水首先必须在现场进行加压，要求池塘，水泵，过滤器和压力调节器 - 这需要在电源和定期维护的投资。

一个澳大利亚公司,卢比孔河水目前，该公司正与南昆士兰大学(University of Southern Queensland)合作，利用一种被称为“高性能地表灌溉”的方法，使地表灌溉与滴灌一样高效。

基本原理包括以比传统方法更快的速度和更有限的水淹没农田。这听起来似乎违反直觉，但它确实有效，因为土壤湿度传感器和自动水闸提供的速度和精度意味着水没有机会跑出农田，也没有机会深入到作物无法利用的地方。

运河的自动化每年节省了32000英亩英尺的水，这些水被用来种植农作物，然后被用来改善墨利河的栖息地。在一项政府资助的项目中，在墨尔本北部的墨瑞河流域，运河的闸门被自动化，以减少整个舍普顿灌溉区的水资源损失，从30%减少到10%。

该地区被认为是澳大利亚最富有成效的，不断增长的各种农作物，包括谷物，油籽，苹果，梨和许多其他的水果。运河自动化节省每年水32000英亩脚被转用于农作物，然后用于改善墨累河的栖息地。

澳大利亚的谷物研究和开发公司在3月完成的一项研究发现，超过50％的根区以下地表灌溉水减少这样的损失严密控制。它还通过植物减少了氮的损失和改善的氮吸收。农民注意，该技术节省了时间，因为他们不再在正确的时间，必须通过自己的领域密切和开放的运河闸门赛手。

测定吸收

另一项新技术在加州被使用，主要与滴灌，措施实际蒸散 - 水从土壤中通过植物到大气中的运动 - 在整个农田。传感器早就已经被可用来测量蒸散单个工厂或在现场单点，提供数据的农民可以用它来估计在整场用水。但这种方法是不准确的。

新方法,“表面更新”,测量与植物接触的风涡旋的能量。当风穿过田野时，水蒸气从植物中进入空气中。一个传感器测量风的能量变化，然后用来计算在风所经过的区域的水蒸气转移量。

农民利用这些信息来估计作物吸收的水量。它可以与植物中预先确定的压力水平进行比较，从而决定需要多少水才能获得最佳产量——或者，就酿酒葡萄而言，可以与葡萄中最佳的酸平衡来获得所需的风味。

由美国国立卫生研究院的研究人员开发加州大学戴维斯分校中，系统正在商业部署由图里技术该公司是在大学的支持下成立的。

Tule科技公司的首席执行官Tom Shapland说:“在同一领域，同一季节，我们有时会在节水、产量和质量方面提供帮助。”

该公司安装的传感器可以覆盖多达10英亩的土地，每台售价1,500美元，并提供生长季的数据订阅服务。该系统被用于酿酒葡萄、杏仁、核桃、柑橘、开心果、甜瓜、草莓、西红柿和其他农作物。

夏普兰说，他们的目标是提高作物产量和节约用水。

“Tule是一种高效技术，”Shapland说，他在攻读博士学位时开发了这个系统。“如果一个种植者碰巧开始施用过量的水，我们就告诉他们植物没有使用所有施用的水。在同一地区，同一季节，我们有时在节水、产量和质量方面提供帮助。”

时间和金钱

位于圣路易斯奥比斯波的加州理工州立大学(California Polytechnic State University in San Luis Obispo)工程与灌溉技术教授丹尼尔·豪斯(Daniel Howes)说，时间是任何一种新灌溉技术的重要因素，但人们通常不会考虑到这一点。

豪斯引述掩埋2至3英尺下来在一个场时间间隔战略土壤湿度传感器提供的数据的例子。决定多少水一分田的需求，当这些传感器具有多种类型的作物，帮助农民的成为横跨美国普遍。

但它们吐出的大量数据可能令人难以承受。豪斯说，时间管理研究表明，农民每天只有5%的时间来做灌溉决策。这一天剩下的时间都充满了关于劳动管理、拖拉机工作、虫害控制、施肥和购买原材料的选择，更不用说销售作物了。

“那[土壤水分]系统，因为......他们只是没有时间来实际看它每天和解密数据，很多农民已经得到的停滞不前和基本放弃了”豪斯说。

豪斯说，下一步，是使无人驾驶飞机用热成像相机。豪斯与美国国家航空航天局和美国地质调查局的同事们合作，正致力于将卫星图像中的遥感数据转化为农田蒸散量的测量方法。该小组正在制作30米分辨率的卫星照片，显示不同颜色代码的作物用水量。这些照片向农民们展示了作物哪个部分需要更多或更少的水。

由于处理时间的原因，这些图像到达农民那里时可能已经有几周的时间了。豪斯说，下一步是给无人机配备热成像摄像机，以更快、更精细地制作出同样的地图。虽然无人机作为一种商业工具受到了广泛关注，但这些承诺是否会产生效果还有待观察。

钱的问题，太。

约翰·迪纳是加州圣华金河谷的一名农民，他帮助豪斯和他的同事绘制了卫星地图。“我们正在尽我们所能保护每一滴水。除此之外，做任何事情都不符合我们的经济利益。”

有从来没有在农场这么多的方法，以帮助节省水。关键的问题是，农民会拥抱他们，给予取舍？就像未来水资源供需的轨迹，可以看出遗体。

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