Med hot om vattenbrist som komplicerar behovet av att mata en växande global befolkning, det är viktigare än någonsin att få växtbevattning rätt. Övervattning kan tömma lokala vattenförsörjningar och leda till förorenad avrinning, medan undervattning kan leda till suboptimala grödor. Men få bönder använder vetenskapligt baserade verktyg för att hjälpa dem att bestämma när och hur mycket de ska vattna sina grödor.

En ny University of Illinois -ledd studie identifierar hinder och lösningar för att förbättra prestanda och anta verktyg för bevattningsbeslut i fältskala.

"Vi ville erbjuda vårt perspektiv på hur vi kan uppnå fältskalig precisionsbevattning med den senaste och avancerade tekniken för datainsamling, växtvattenstress, modellering, och beslutsfattande, "säger Jingwen Zhang, postdoktor vid Institutionen för naturresurser och miljövetenskap (NRES) i Illinois och huvudförfattare till artikeln i Miljöforskningsbrev .

Zhang säger att många bönder förlitar sig på traditionella tumregler, inklusive visuell observation, skörda kalendrar, och vad grannarna gör, att bestämma när och hur mycket man ska vattna. Bättre data och mer avancerad teknik finns för att göra dessa beslut, men de utnyttjas inte för närvarande till sin fulla potential.

Till exempel, vissa fält är utrustade med jordfuktighetssensorer eller kameror som upptäcker förändringar i grödans utseende, men det finns inte tillräckligt med dem för att ge korrekt information över fälten. Satelliter kan övervaka vegetation från rymden, men den rumsliga och tidsmässiga upplösningen av satellitbilder är ofta för stor för att hjälpa till att fatta beslut i fältskalan.

Kaiyu Guan, biträdande professor i NRES, Blue Waters professor med National Center for Supercomputing Applications, och projektledare för studien, pionjär för ett sätt att smälta högupplösta och högfrekventa satellitdata till en integrerad produkt med hög rumslig tidsupplösning för att spåra mark- och växtförhållanden.

"Baserat på fjärranalysfusionsteknik och avancerad modellering, vi kan hjälpa jordbrukare att få en helt skalbar lösning på distans, "säger han." Det är kraftfullt. Det kan potentiellt vara en revolutionerande teknik för bönder, inte bara i USA, men också småbrukare i utvecklingsländer. "

Med modern satellitteknik och Guans fusionsmodell, datainsamling kommer inte att vara en begränsande faktor i framtida precisionsbevattningsprodukter. Men det är fortfarande viktigt att definiera växtvattensspänning på lämpligt sätt.

Historiskt sett bevattningsbeslut baserades enbart på mått på markfuktighet. Guans grupp uppmanade nyligen jordbruksindustrin att omdefiniera torka, inte enbart baserat på markfuktighet, men på dess interaktion med atmosfärisk torrhet.

"Om vi ​​betraktar jord-växt-atmosfär-kontinuum som ett system, vilket återspeglar både markvattenförsörjning och atmosfäriskt vattenbehov, vi kan använda dessa växtcentrerade mätvärden för att definiera växtvattensspänning för att utlösa bevattning, "Säger Zhang." Återigen, om vi använder våra datafusionsmetoder och processbaserade modeller, vi kan uppnå precisionsbevattning med mycket hög noggrannhet och även hög upplösning. "

Forskarna tittade också på utmaningar när det gäller jordbrukarnas antagande av befintliga beslutsstödsverktyg. Eftersom nuvarande produkter är baserade på mindre än idealiska datakällor, Guan säger att producenterna är ovilliga att byta från traditionella tumregelmetoder till verktyg som kanske inte är mycket mer tillförlitliga. Icke-intuitiva användargränssnitt, dataintegritet, och oflexibel tidpunkt förvärrar problemet.

Trenton Franz, docent vid University of Nebraska-Lincoln (UNL) och en medförfattare, säger att jordbrukare kommer att vara mer benägna att anta beslutsverktyg för precisionsbevattning om de är korrekta till fältskalan, flexibel, och lätt att använda. Hans och Guans team arbetar med teknik för att fylla detta behov och testar aktivt tekniken på bevattnade fält i Nebraska. Detta inkluderar deltagande med Daran Rudnick, biträdande professor vid UNL och medförfattare till studien, i programmet UNL Testing Ag Performance (TAPS), som fokuserar på teknikanpassning och utbildning för producenter i hela regionen.

"Vi är ganska nära. Vi har data om evapotranspiration i realtid, och vi lägger till markfuktkomponenten och bevattningskomponenten. Förmodligen om mindre än ett år kommer detta att lanseras som en prototyp och kan testas bland bondesamhället, "Säger Guan.