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。

从预测天气到选择作物，农业一直都是一项亲力亲为的事业。当农民想知道一种作物需要多少水时，一个简单的测试就足够了:抓一把土壤，感受它是如何结块的。

现在，另一种东西正在帮助告知农民的触摸:数据。传感器，卫星和软件正在添加成堆的新数据来帮助管理农场的水。从土壤湿度到叶片蒸腾，从泵速到阀门状态，如今的农田就像机场一样错综复杂。

缺水增加了对这类信息的寻求的紧迫性。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——不仅是农民，而且是整个经济，”Susan O 'Shaughnessy说，她是美国农业部位于得克萨斯州布什兰的农业研究工程师。

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。我们不能阻止它，”她说。“灌溉对这里的人们很重要——不仅是农民，而且是整个经济。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河流和小溪的改道，为水生栖息地和其他人类用途留下更多的水。当水从农田流出时，它可以防止除草剂和化肥被带回到河流中。

敏感的系统

农业占全球69%的淡水提取量根据联合国粮食和农业组织的估计，这是美国的第一次粮食危机。这一数字在发展中国家普遍较高，在工业化国家较低，其中制造业占了较大的份额。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。

许多人认识中心旋转洒水器，因为它能产生从空中可见的“麦田圈”。一个巨大的带轮子的洒水车围绕着中央供水系统(水井或供水管道)旋转，浇灌着一个圆形的农田。这是得克萨斯州狭长地带和美国其他地区最常见的灌溉技术。

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。

奥肖内西正在通过开发红外传感器来帮助中枢枢轴系统更加高效。奥肖内西和他的同事诺兰·克拉克在照片中对这些数据进行了调整，这些数据悬挂在中心轴臂上，用以测量下面作物的树冠层的温度，并为农民提供仅在需要的时候和地点浇水的数据。她说，这些数据比传统的土壤水分读数更能反映植物健康状况，后者通常用于确定灌溉环境。

在奥肖内西的系统中，一台现场计算机——这个价值3000美元的系统的大脑——处理来自红外传感器和天气信息的数据。计算机将这些数据与特定作物的压力阈值进行比较，以确定需要灌溉多少。根据土壤类型、排水特性等因素，圈内不同区域可能会有不同的阈值，得到不同的水量。

“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，以提供每个地区需要的水。按照农民自己的判断，如果需要考虑其他因素，他们要么允许它继续进行，要么改变它。

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。

滴灌是一种日益流行的方法，以提高灌溉效率的传统方法。这项技术将水分散在小型灵活的水管中，可以在地面上也可以在地下。在大多数情况下，每个电站都有一个“发射器”，也就是每个电站的开口，根据电站的需要，以可测量的速度放水。

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,卢比孔河水该公司正与南昆士兰大学(University of Southern Queensland)合作，使用一种被称为“高性能地表灌溉”的方法，使地表灌溉像滴灌一样高效。

基本原理是用比传统方法更快的速度和更有限的水量灌溉农田。这似乎违反直觉，但它很有效，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流出农田，或渗入作物无法利用的土地。

运河的自动化每年节省了32000英亩-英尺的水用于农作物，这些水随后被用来改善墨瑞河的栖息地。在墨尔本北部墨利河流域的一项政府资助的项目中，运河闸门实现了自动化，以将Shepparton灌溉区的失水从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”,测量接触植物的风涡的能量。当风穿过田野时，水蒸气从植物飘到空气中。一个传感器测量风的能量变化，然后用它来计算在风移动的区域内的水蒸气转移量。

农民利用这些信息来测量作物吸收的水量。它可以与植物中预先确定的胁迫水平进行比较，以决定为获得最佳产量需要多少水分——或者，对于酿酒葡萄来说，用酸的最佳平衡来获得想要的味道。

由加州大学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这家公司是在大学的支持下成立的。

Tule Technologies的首席执行官汤姆·沙普兰(Tom Shapland)说:“在同一块田地、同一季节，我们有时会帮助节水、提高产量和质量。”

该公司安装传感器，每个传感器的价格为1500美元，覆盖面积可达10英亩，并提供全年的数据订阅。该系统被用于酿酒葡萄、杏仁、核桃、柑橘、开心果、瓜类、草莓、西红柿和其他农作物。

沙普兰说，目标是提高作物产量和节约用水。

“Tule是一种高效的技术，”Shapland说，他在攻读博士学位时开发了这个系统。他说:“如果种植者碰巧开始施放过多的水，我们就会告诉他们，植物没有使用所有的水。在同一块田地，同一季节，我们有时会帮助节水，提高产量和质量。”

时间和金钱

在任何一种新的灌溉技术中，时间都是一个重要的因素，而这一点通常并不被考虑在内，Daniel Howes说，他是位于圣路易斯奥比斯波的加州理工州立大学的工程和灌溉技术教授。

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。

但它们所吐出的大量数据可能会让人无法承受。豪斯说，时间管理研究表明，农民每天只有5%的时间来做灌溉决定。这一天剩下的时间充满了各种各样的选择，包括劳动管理、拖拉机工作、虫害防治、施肥和购买原材料——更不用说出售作物了。

“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。

下一步，豪斯说，是使无人驾驶飞机用热成像相机。与美国国家航空航天局和美国地质调查局的同事合作，豪斯正在努力将卫星图像中的遥感数据转化为农田的蒸散发量。该团队正在制作分辨率为30米的卫星照片，以不同颜色编码显示作物的用水情况。这些照片让农民一眼就能看出作物的哪个地区需要更多的水或更少的水。

由于处理时间的关系，这些图像到达农民手中可能已经有几个星期了。豪斯说，下一步是给无人机配备热成像摄像机，以更快、更精细地绘制出相同类型的地图。尽管无人机作为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。

加州圣华金谷的农民约翰迪纳(John Diener)帮助豪斯和他的同事们绘制卫星地图，他说:“这项工作的一大部分是确保你不会在技术上超支。”“我们正在尽可能节约每一滴水。如果不这么做，就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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