Ученые предлагают усовершенствовать систему точного орошения

Из-за угрозы нехватки воды, усложняющей необходимость прокормить растущее население мира, как никогда важно правильно орошать посевы. Избыточный полив может истощить местные запасы воды и привести к загрязнению стока, в то время как недостаточный полив может привести к частичной потере урожая. Тем не менее, немногие фермеры используют научно обоснованные инструменты, которые помогают им решить, когда и сколько поливать свои посевы.

Новое исследование, проведенное под руководством Университета Иллинойса, выявляет препятствия и решения для повышения производительности и внедрения инструментов поддержки принятия решений в области орошения в масштабах поля.

«Мы хотели предложить свое видение того, как добиться точного орошения в масштабе поля с использованием самых последних и передовых технологий в области сбора данных, водного стресса растений, моделирования и принятия решений», — говорит Цзинвен Чжан, научный сотрудник отдела естественных наук и ведущий автор этой статьи опубликованной в журнале Environmental Research Letters.

Чжан говорит, что многие фермеры полагаются на традиционные практические правила, включая визуальное наблюдение, календари урожая и действия соседей, чтобы решить, когда и сколько поливать. Существуют более качественные данные и более продвинутые технологии, помогающие принимать эти решения, но в настоящее время они не используются в полной мере.

Например, некоторые поля оснащены датчиками влажности почвы или камерами, которые обнаруживают изменения внешнего вида сельскохозяйственных культур, но их недостаточно для предоставления точной информации по полям. Спутники могут контролировать растительность из космоса, но пространственное и временное разрешение спутниковых изображений часто слишком велико, чтобы помочь принимать решения в масштабе поля.

Кайю Гуань, доцент в NRES, профессор Blue Waters из Национального центра суперкомпьютерных приложений и руководитель проекта по исследованию, первым изобрел способ объединения спутниковых данных высокого разрешения и высокочастотных данных в один интегрированный продукт с высоким пространственно-временным разрешением который поможет отслеживать состояние почвы и растений.

«Основываясь на технологии синтеза дистанционного зондирования и передовом моделировании, мы можем помочь фермерам получить полностью масштабируемое решение удаленно», — говорит он. «Это потенциально может быть революционная технология для фермеров не только в США, но и для фермеров в других странах».

Благодаря современной спутниковой технологии и модели слияния сбор данных не будет ограничивающим фактором для будущих продуктов для точного орошения. Но все же важно правильно определить водный стресс растений.

Так же, читайте: Ученые разработали систему «умного» орошения на основе камеры и искусственного интеллекта

Исторически решения об ирригации основывались исключительно на измерениях влажности почвы. Группа Гуаня недавно призвала сельскохозяйственную промышленность пересмотреть определение засухи, основываясь не только на влажности почвы, но и на ее взаимодействии с атмосферной засухой.

«Если мы рассмотрим континуум почва-растение-атмосфера-атмосфера как систему, которая отражает и запасы воды в почве, и потребность в воде в атмосфере, мы можем использовать эти ориентированные на растения метрики для определения водного стресса и принятия решения для запуска орошения», — говорит Чжан. «Опять же, если мы будем использовать наши методы слияния данных и моделирование на основе процессов, мы сможем добиться орошения с очень высокой точностью и высоким разрешением».

Исследователи также рассмотрели проблемы, связанные с внедрением фермерами существующих инструментов поддержки принятия решений. Поскольку текущие продукты основаны на далеко не идеальных источниках данных, по словам Гуаня, производители не хотят переходить от традиционных практических методов к инструментам, которые не факт, что надежные. Непонятные пользовательские интерфейсы, конфиденциальность данных и негибкая синхронизация усугубляют проблему.

Трентон Франц, доцент Университета Небраски-Линкольн и соавтор проекта, говорит, что фермеры с большей вероятностью примут инструменты принятия решений о точном орошении, если они будут точными до масштаба поля, гибкими и простыми в использовании. Команды проекта работают над технологиями, чтобы удовлетворить эту потребность, и активно тестируют технологию на орошаемых полях в Небраске.

Для получения более подробной информации см. Статью «Проблемы и возможности систем поддержки принятия решений при точном орошении для центральных шарниров», опубликованную в журнале Environmental Research Letters [DOI: 10.1088 / 1748-9326 / abe436 ].

Источник: Университет Иллинойса