Varje dag - upp till trettio gånger om dagen, faktiskt - en av Mark Masons anställda på Nature's Reward Farms i Monterey County, Kalifornien ger honom resultaten av ett jordtest för diskussion.

Mason övervakar gödsel och bevattning för gårdens 5, 000 tunnland längs Kaliforniens centrala kust, som har smeknamnet "America's Salad Bowl" och är en av de mest produktiva och mångsidiga jordbruksområdena i världen. Dessa jordtestresultat är viktiga ingångar 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 anpassade bevattnings- och gödningsmedelrekommendationer. Förutom satellitmätningar av växtutveckling, det mäter lokalt väder, markegenskaper, och bevattningssystemets effektivitet.

"CropManage ger en rekommendation tillbaka till personen som har gått ut och tagit jordprovet, "Mason förklarade." Han får resultaten, diskuterar sedan det med mig. Jag vet hur fältet ser ut, så jag tar CropManages rekommendationer och fattar ett beslut baserat på vad jag vet om bevattningsmetoden, när det ska skördas, jordtypen, hur grödan ser ut, och historien om den marken för den tiden på året. "

Om du åt en frukt, grönsak eller nöt idag, chansen är stor att den kom från en gård som Nature's Reward Farms i Kaliforniens centrala kust, eller från den närliggande Central Valley. Täcker mer än 20, 000 kvadratkilometer i Golden State, dessa regioner är hem för tusentals gårdar som odlar hundratals olika grödor, årligen producerar mer än en tredjedel av USA:s grönsaker och två tredjedelar av deras frukt och nötter.

Men centrala Kalifornien får inte mycket regn. Det mesta av Central Valley -vattnet kommer från bäckar och reservoarer som fångar upp snösmältning i berg och grundvatten lagrat i porösa avlagringar djupt under ytan. Dessa vattenkällor står inför ökat tryck på grund av klimatförändringar, mänsklig användning och naturlig variation, gör vattenhantering till en komplex och utvecklande 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 övervakar och fördelar alltmer knappa vattenresurser i hela sin stat.

Tittar på vattentillförseln

I ett idealiskt år, kraftig snö faller i Kaliforniens bergskedjor och ackumuleras under vintern och våren. Snön fungerar som en naturlig reservoar, hålla och släppa ut vatten gradvis i floder och bäckar när vädret värmer på våren. Därifrån, ett system med akvedukter, kanaler och rörledningar leder vattnet till torrare regioner i staten. Många bönder i de centrala delarna av staten använder detta vatten för att bevattna sina grödor, och förlitar sig också starkt på grundvatten från brunnar.

Men inte varje år är ett idealiskt år. År 2021, till exempel, extrem värme och torka har fortsatt att tappa väst. Vinterns nederbörd under genomsnittet och exceptionellt små snöfall avdunstade snabbt vid höga vårtemperaturer eller smälte och dränktes i jordar som fortfarande var uttorkade från en torr höst och vinter. Som ett resultat, lite vatten återstod för att fylla reservoarer och ge näring åt växter längre ner i dalen. Redan tätt tilldelat, vattenförsörjningen i regionen har blivit ännu knappare, och vissa bönder måste fatta hårda beslut om vilka grödor som ska få det vattnet.

NASA -forskare följer noga centrala Kaliforniens vattenkällor, hur de förändras med tiden, och varför - och ta fram information som kan användas för att avgöra vad man ska göra åt det. Satelliter, luft- och fältuppdrag spårar snöfall, regn, markfuktighetsnivåer, uttömning av grundvatten, grödans hälsa och evapotranspiration. Genom att ge bättre information om mängden vatten som kommer in och lämnar systemet hjälper dessa indikatorer bönderna att avgöra hur mycket vatten de kommer att behöva och hur mycket som kommer att vara tillgängligt.

Matt Rodell är biträdande biträdande chef för jordvetenskap för hydrosfären, biosfär, och geofysik vid NASA:s Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland. Han studerar grundvatten runt om i världen, med 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 möter täta torkor.

"Grundvatten är oerhört viktigt eftersom det vanligtvis alltid är tillgängligt, "Rodell sa." 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 det är där i svåra tider. "

Kalifornien är en av de globala hotspots som GRACE -forskare studerar. Det är ett av många områden där grundvattnet tar slut snabbare än det laddas.

"Människor blir alltför beroende av grundvatten, "Rodell sa." Helst, som ditt sparkonto, du vill spendera mindre än du investerar i det under den långa perioden. Men i Kalifornien, de använder så mycket grundvatten att nivån har sjunkit i decennier nu. "

Kalifornien har nyligen godkänt sin första statliga grundvattenregleringspolicy, delvis som svar på grundvattenutarmning, sa Claudia Faunt, en hydrolog vid U.S. Geological Survey och programchef för grundvattentillgänglighet och användningssektion vid USGS California Water Science Center i San Diego, Kalifornien. På vissa områden, sjunkande grundvattennivåer leder till sjunkning:Markytan sjunker när vatten utvinns från avlagringarna nedanför, och dessa insättningar sedimenterar och kompakteras.

"Sänkningsfrågor påverkar andra delar av infrastrukturen, och brunnar torkar i områden när vattennivåerna har dragits ner, "Sa Faunt. Borra djupare när en brunn rinner ut, eller borra nya brunnar på jakt efter vatten, är dyrt och kan bidra till ännu mer uttömning av grundvattnet.

Andra hot mot regionens vattenförsörjning - som fallande snöpack och förändrade vintermängder - drivs av klimatförändringar. Också, värmande klimat kommer att öka evapotranspiration, vilket bidrar till markfuktighetsunderskott och växtvattenstress, och kan påverka det lokala vädret. När nederbördsmönstren förändras, framtida nederbördsscenarier kan bli alltmer extrema. I Kalifornien och andra delar av västra USA, detta kommer troligen att se ut som torka, hotar matproduktionen.

Sätter NASA -data i arbete för bönder i Kalifornien

För att klara förändrade förhållanden, Kaliforniens bönder letar efter nya verktyg och teknik för att hjälpa dem att producera frukterna, nötter och grönsaker i ständig efterfrågan av amerikanska konsumenter.

Förutom att GRACE-FO studerar grundvatten, uppdrag som SMAP (Soil Moisture Active Passive) och MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer) mäter markfuktighet och evapotranspiration, och GPM (Global Precipitation Measurement mission) spårar regn och snöfall. Arbetshästens Landsat -program, en gemensam insats från NASA och U.S. Geological Survey, har mätt grödans hälsa och tillväxt i nästan 50 år. Vidare, NASA samarbetar med universitet, privata företag, forskningsinstitutioner och andra myndigheter för att skapa verktyg och program som gör att all denna data fungerar. Genom NASA Applied Sciences och dess program för livsmedelssäkerhet och jordbruk, inklusive NASA Harvest, bönder kan 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, han stöder systemet Satellite Irrigation Management Support (SIMS), en online-dataplattform som använder allmänt tillgängliga Earth-satellitdata och modeller med öppen källkod för att kartlägga evapotranspiration i en kvarts tunnland stor skala.

"Evapotranspiration är en riktigt stor del av den hydrologiska cykeln, och ändå tidigare, mycket information om det har varit svårt att få eller dyrt, "Johnson sa." Alla vet om nederbörd; det finns på startskärmen på din telefon. Men evapotranspiration är en omvänd process. För odlare som vill använda den för att styra sin växtodling, denna information har varit knapp. Och om du inte kan mäta det på ett tillförlitligt sätt, det är svårare att hantera det. "

"För de flesta grödor, evapotranspiration representerar den minsta mängd vatten som måste ersättas genom bevattning eller nederbörd för att upprätthålla en hälsosam gröda och maximera skörden, "sa Melton." Att länka satellitbaserade data från SIMS till CropManage hjälper bönder som Mark Mason och hans team på Nature's Reward att ta gissningarna ur att uppskatta bevattnings- och gödningsbehovet för sina grödor. "

Ett annat vattenhanteringsverktyg, GRAPEX (Grape Remote-sensing Atmospheric Profile and Evapotranspiration eXperiment), använder också Landsat -data, den här gången för att hjälpa vingårdsägare. Termiska och visuella Landsat -bilder ger odlare information om deras vingårds evapotranspiration och växtskydd och hjälper dem att se till att de inte blir för våta eller för torra.

"Målet med vårt arbete är att hitta sätt att lägga NASA -data i händerna på bönder och bevattningsanläggare på fältet, där det kan bidra till att förbättra hållbarheten i Kaliforniens jordbruk, "sa Guzman, en senior mjukvaruutvecklare på NASA Ames och CSUMB som började sin karriär inom Kalifornien. "Partnerskap med innovativa producenter som Nature's Reward är nyckeln till att se till att vi kan ta petabyte med satellitdata och göra det till information som kan användas för dagliga beslut."