På grund av den stora användningen av vatten inom jordbruket, många samhällen i Kalifornien har inte längre rinnande vatten, och kollapsande akviferer har fått vägar och byggnader att sjunka flera fot. Purdue Universitys el- och datateknikprofessor David Ebert använder data som samlats in från jordbruksplatser för att svara på dessa problem.
Med dessa uppgifter, forskare arbetar med att skapa en programvara som skulle förenkla de komplexa relationerna mellan jordbruk och resursbrist. Denna programvara kommer att finnas på en stationär eller mobil enhet för användning i fält och skulle göra det lättare för jordbrukare att fatta beslut som främjar långsiktiga lösningar på problem med vattenbrist inom jordbruket; det kallas ett system för samverkande beslutsfattande mellan människa och dator.
"Vi försöker hjälpa odlare att få användbar information för att förbättra sina metoder för både ekonomisk och ekologisk hållbarhet, " säger Ebert. "Vi försöker ta ett hav av data och omvandla det till beslut som människor måste fatta så att de kan göra bättre, effektivare beslut."
Teamet hoppas kunna uppnå sina mål genom att samarbeta med odlare av grödor som lever året runt, känd som fleråriga grödor. Vanliga fleråriga grödor inkluderar druvor, äpplen, bananer, sparris och mandel. Forskarna kommer att diskutera med odlare vilka problem de har med vattenbrist och sedan ta upp problemen med olika affärsmetoder och kommersialiseringsmodeller. Slutligen, teamet kommer att ta nuvarande och väntande data från dessa odlare och andra partners och omvandla det till användbar information för jordbruksproducenter och andra beslutsfattare.
Discovery Park, en forskningspark vid Purdue som är specialiserad på tvärvetenskaplig forskning, finansierar projektet genom Big Idea Challenge, ett program som ger resurser till tvärvetenskapliga team med innovativ forskning.
När det gäller att optimera resurser inom jordbruket, brist på vatten var en naturlig plats att börja för Ebert och hans team. Enligt Ebert, 80 procent av Kaliforniens vattenanvändning går till jordbruk, och bara en 0,6 procents minskning av denna jordbruksanvändning skulle försörja Los Angeles vattenbehov under ett år.
"Det är verkligen en konkurrens av resurser, " säger Jao Surakitbanharn, en Purdue-forskningsanalytiker som arbetar med projektet. "Även den minsta mängden vattenbesparingar har enorma effekter."
Forskningen fokuserar på fleråriga grödor som vindruvor och nötter eftersom dessa grödor "är ännu mer komplicerade beslutsfattande miljöer. Du börjar inte med ett blankt blad varje år, säger Ebert
Dessutom, Ebert noterar att muttern, vin- och druvgrödor bidrar med mer än 250 miljarder USD slutligt marknadsvärde till USA:s ekonomi. Därför, en minskning av tillgängligt vatten kan få negativa ekonomiska konsekvenser för produktionen av dessa produkter, inklusive förlust av jobb och förstörelse av samhället.
"Genom att gå efter nötter, vindruvor och vindruvor, det här är grödor där värdet på grödan är mycket högt, så den påverkan vi kan ha lätt kan omvandlas till en vinstökning, säger Ebert.
Eberts tillvägagångssätt härrör från att förstå hur data och teknik kan omvandlas till information som hjälper människor att fatta bättre beslut. Att göra detta, hans team kommer att behöva kombinera växtvetenskap, jord, hydrologi samt marknadsdrivkrafterna för grödorna. De kommer då att kombinera data, modeller och affärspraxis för att få en lösning för att hantera allt. Ebert planerar sedan att tillämpa resultaten från liten skala till stor skala. Teamet kommer att förklara sina resultat och tillvägagångssätt för lokala odlare, göra det möjligt för dem att ändra sin praxis och komma med policyer för att stödja dessa metoder.
Teamet fokuserar det mesta av sin forskning på västra USA eftersom det området har flest problem med torka. En av teamets partners är Robert Biale Vineyards i Napa, Kalifornien. Bob Biale, en av grundarna av vingården, säger att lagets arbete har tagit vingårdsförvaltningen till en annan nivå.
"På grund av David och hans teams kunskap om en fungerande vingård, detta system har gjort skillnaden för oss och är ett utmärkt verktyg eftersom det ger oss det extra förtroendet som vi behöver för att uppfylla våra produktionsmål, " han säger.
Forskarna samarbetar också med Huber's Orchard, Vingård och vingårdar i Borden, Indiana. Vingårdar och fruktträdgårdar i områden som Indiana har ofta problemet med för mycket vatten, men beslutsfattande teknik kan fortfarande vara tillämplig.
Att samarbeta med odlare är avgörande för detta projekt; att kunna samla in data från källan och förstå problem på operativ nivå är till stor hjälp för forskare. Därför, teamets partners inkluderar druvbönder, Almond Board of California och vingårdsägare.
"Vi är där för att lyssna på dem om deras problem och hjälpa dem att ta itu med det, säger Surakitbanharn.
Ebert och hans team har också kunnat träffa olika delstatsuniversitet i Kalifornien som har kopplingar eller erfarenhet av bevattning, växtodling och vinföretagsledning.
Tvärvetenskaplig forskning är en nyckelkomponent i forskningen, så teamet består av experter på policy, markvetenskap, växtvetenskap, mat vetenskap, avkänningsteknik, miljöteknik, dataanalys och jordbruksverksamhet.
Teamets övergripande mål är att optimera resurserna. De vill ha långsiktiga lösningar på problemen som orsakas av brist, betonar vikten av att inte slösa med några resurser.
"Ju mindre du slösar bort saker eftersom du vet vad effekten kommer att bli, ju bättre det är både ekologiskt och ekonomiskt, säger Ebert.
Genom finansieringen av Big Idea Challenge, teamet har redan kunnat besöka Kalifornien för att prata med odlare om problem som jordbruksproduktion står inför samt titta på befintliga sensordata.
"Utan Big Ideas finansiering, vi skulle inte ha kunnat göra dessa kopplingar för att utöka vår forskning", säger Surakitbanharn.
Slutmålet för forskarna är att utveckla ett samarbetande beslutssystem för mänskliga datorer för odlare för att hjälpa dem att fatta bättre beslut angående deras jordbruksmetoder. Beslutssystemet kommer att vara ett grafiskt gränssnitt som gör det möjligt för användare att enkelt se och analysera information. Systemet kommer att vara ett flytande och naturligt sätt att ge odlarna den information de behöver och även lägga in sin feedback i systemet, vilket kommer att förfina analysen för vidare användning.
