Met de dreiging van waterschaarste die de noodzaak om een ​​groeiende wereldbevolking te voeden bemoeilijkt, het is belangrijker dan ooit om de gewasirrigatie goed te krijgen. Te veel water kan de lokale watervoorraden uitputten en leiden tot vervuilde afvoer, terwijl onder water kan leiden tot suboptimale gewasprestaties. Toch gebruiken maar weinig boeren wetenschappelijk onderbouwde tools om te beslissen wanneer en hoeveel ze hun gewassen water geven.

Een nieuwe studie onder leiding van de Universiteit van Illinois identificeert obstakels en oplossingen om de prestaties en acceptatie van irrigatiebeslissingsondersteunende tools op veldschaal te verbeteren.

"We wilden ons perspectief bieden over hoe we precisie-irrigatie op veldschaal kunnen bereiken met de meest recente en geavanceerde technologieën voor gegevensverzameling, planten water stress, modellering, en besluitvorming, " zegt Jingwen Zhang, postdoctoraal onderzoeker bij het Department of Natural Resources and Environmental Sciences (NRES) in Illinois en hoofdauteur van het artikel in Brieven voor milieuonderzoek .

Zhang zegt dat veel boeren vertrouwen op traditionele vuistregels, inclusief visuele observatie, bijsnijden kalenders, en wat de buren doen, om te beslissen wanneer en hoeveel water te geven. Er bestaan ​​betere gegevens en geavanceerdere technologieën om die beslissingen te helpen nemen, maar ze worden momenteel niet optimaal benut.

Bijvoorbeeld, sommige velden zijn uitgerust met bodemvochtsensoren of camera's die veranderingen in gewasuiterlijk detecteren, maar er zijn er niet genoeg om nauwkeurige informatie over velden te verstrekken. Satellieten kunnen vegetatie vanuit de ruimte volgen, maar de ruimtelijke en temporele resolutie van satellietbeelden is vaak te groot om beslissingen op veldschaal te helpen nemen.

Kaiyu Guan, assistent-professor bij NRES, Blue Waters-hoogleraar bij het National Center for Supercomputing Applications, en projectleider van het onderzoek, pionierde met een manier om satellietgegevens met een hoge resolutie en een hoge frequentie samen te voegen tot één geïntegreerd product met een hoge ruimtelijke en temporele resolutie om de bodem- en plantomstandigheden te helpen volgen.

"Gebaseerd op remote sensing-fusietechnologie en geavanceerde modellering, we kunnen boeren helpen om op afstand een volledig schaalbare oplossing te krijgen, "zegt hij. "Dat is krachtig. Het kan mogelijk een revolutionaire technologie zijn voor boeren, niet alleen in de VS, maar ook kleine boeren in ontwikkelingslanden."

Met moderne satelliettechnologie en Guan's fusiemodel, data-acquisitie zal geen beperkende factor zijn in toekomstige precisie-irrigatieproducten. Maar het is nog steeds belangrijk om plantwaterstress op de juiste manier te definiëren.

historisch, irrigatiebeslissingen waren uitsluitend gebaseerd op metingen van bodemvocht. Guan's groep riep onlangs de landbouwsector op om droogte te herdefiniëren, niet alleen gebaseerd op bodemvocht, maar op zijn interactie met atmosferische droogte.

"Als we het bodem-plant-atmosfeer-continuüm als een systeem beschouwen, die zowel het bodemwateraanbod als de atmosferische vraag naar water weerspiegelt, we kunnen die plantgerichte meetwaarden gebruiken om waterstress bij planten te definiëren om irrigatie op gang te brengen, " zegt Zhang. "Nogmaals, als we onze datafusiemethoden en procesgebaseerde modellering gebruiken, we kunnen precisie-irrigatie bereiken met een zeer hoge nauwkeurigheid en ook een hoge resolutie."

De onderzoekers keken ook naar uitdagingen met betrekking tot de acceptatie door boeren van bestaande beslissingsondersteunende tools. Omdat de huidige producten zijn gebaseerd op minder ideale gegevensbronnen, Guan zegt dat producenten terughoudend zijn om over te schakelen van traditionele vuistregels naar tools die misschien niet veel betrouwbaarder zijn. Niet-intuïtieve gebruikersinterfaces, data Privacy, en inflexibele timing verergeren het probleem.

Trenton Franz, universitair hoofddocent aan de Universiteit van Nebraska-Lincoln (UNL) en een co-auteur, zegt dat boeren eerder geneigd zullen zijn om precisie-instrumenten voor irrigatie te gebruiken als ze nauwkeurig zijn tot op de schaal van het veld, flexibel, en gemakkelijk te gebruiken. De teams van hem en Guan werken aan technologieën om in deze behoefte te voorzien en testen de technologie actief in geïrrigeerde velden in Nebraska. Dit omvat deelname met Daran Rudnick, assistent-professor bij UNL en co-auteur van de studie, in het UNL Testing Ag Performance (TAPS)-programma, die zich richt op technologie-adoptie en onderwijs voor producenten in de hele regio.

"We zijn redelijk dichtbij. We hebben realtime verdampingsgegevens, en we voegen de bodemvochtcomponent en de irrigatiecomponent toe. Waarschijnlijk wordt dit over minder dan een jaar gelanceerd als prototype en kan het worden getest onder de boerengemeenschap, "zegt Guan.