Elke dag - tot dertig keer per dag, in feite - een van de medewerkers van Mark Mason bij Nature's Reward Farms in Monterey County, Californië brengt hem de resultaten van een bodemonderzoek ter discussie.

Mason houdt toezicht op kunstmest en irrigatie voor de 5 boerderijen, 000 acres langs de centrale kust van Californië, die de bijnaam "America's Salad Bowl" heeft gekregen en een van de meest productieve en diverse landbouwgebieden ter wereld is. Die resultaten van de grondtest zijn de belangrijkste input voor een van zijn nieuwste tools:CropManage, die wordt beheerd door de University of California Cooperative Extension en gebruikt gegevens van NASA en andere bronnen om aangepaste aanbevelingen voor irrigatie en bemesting te maken. Naast satellietmetingen van gewasontwikkeling, het meet het lokale weer, bodemkenmerken, en de efficiëntie van het irrigatiesysteem.

"CropManage geeft een aanbeveling terug aan de persoon die is uitgegaan en het grondmonster heeft genomen, " legde Mason uit. "Hij krijgt de resultaten, bespreekt dat dan met mij. Ik weet hoe het veld eruitziet, dus ik zal de aanbevelingen van CropManage opvolgen en een beslissing nemen op basis van wat ik weet over de irrigatiemethode, wanneer het zal worden geoogst, de grondsoort, hoe het gewas eruit ziet, en de geschiedenis van die grond voor die tijd van het jaar."

Als je een vrucht hebt gegeten, groente of noten vandaag, de kans is groot dat het afkomstig is van een boerderij als Nature's Reward Farms in de Central Coast van Californië, of uit de nabijgelegen Central Valley. Meer dan 20, 000 vierkante mijl in de Gouden Staat, deze regio's zijn de thuisbasis van duizenden boerderijen die honderden verschillende gewassen verbouwen, produceert jaarlijks meer dan een derde van de groenten in de Verenigde Staten en tweederde van hun fruit en noten.

Maar centraal Californië krijgt niet veel regen. Het meeste water in de Centrale Vallei is afkomstig van beken en reservoirs die smeltende bergsneeuw en grondwater opvangen dat is opgeslagen in poreuze afzettingen diep onder het oppervlak. Deze waterbronnen staan ​​onder toenemende druk als gevolg van klimaatverandering, menselijk gebruik en natuurlijke variabiliteit, waterbeheer een complex en evoluerend vraagstuk maken. Het is nog nooit zo belangrijk geweest om te controleren hoeveel water er beschikbaar is om onze boodschappen te verbouwen. en NASA's aardobservatiesatellieten en partnerschapsprogramma's helpen boeren, waterbeheerders en beleidsmakers monitoren en verdelen steeds schaarser wordende watervoorraden in hun staat.

Kijken naar de watervoorziening

In een ideaal jaar zware sneeuwval valt in de bergketens van Californië en stapelt zich op in de winter en de lente. De sneeuw fungeert als een natuurlijk reservoir, water vasthouden en geleidelijk in rivieren en beken laten stromen als het weer in de lente warmer wordt. Vanaf daar, een systeem van aquaducten, kanalen en pijpleidingen voeren het water naar de drogere delen van de staat. Veel boeren in de centrale delen van de staat gebruiken dit water om hun gewassen te irrigeren, en ook sterk afhankelijk van grondwater uit putten.

Maar niet elk jaar is een ideaal jaar. in 2021, bijvoorbeeld, extreme hitte en droogte blijven het Westen teisteren. De benedengemiddelde neerslag in de winter en de uitzonderlijk kleine sneeuwval verdampten snel bij hoge lentetemperaturen of smolten en smolten in de bodem die nog steeds uitgedroogd was van een droge herfst en winter. Als resultaat, er bleef weinig water over om de reservoirs te vullen en de planten verderop in de vallei te voeden. Al strak toegewezen, de watervoorziening in de regio is nog schaarser geworden, en sommige boeren moeten harde beslissingen nemen over welke gewassen dat water zullen krijgen.

NASA-onderzoekers houden de waterbronnen van centraal Californië nauwlettend in de gaten, hoe ze in de loop van de tijd veranderen, en waarom - en informatie produceren die kan worden gebruikt om te bepalen wat eraan te doen. Satellieten, missies in de lucht en in het veld volgen sneeuwval, regenval, bodemvochtgehalte, grondwater uitputting, gewasgezondheid en verdamping. Door betere informatie te verstrekken over de hoeveelheid water die het systeem binnenkomt en verlaat, helpen deze indicatoren boeren om te bepalen hoeveel water ze nodig hebben en hoeveel beschikbaar zal zijn.

Matt Rodell is de associate adjunct-directeur van Aardwetenschappen voor hydrosfeer, biosfeer, en geofysica in het Goddard Space Flight Center van NASA in Greenbelt, Maryland. Hij bestudeert grondwater over de hele wereld, met behulp van gegevens van NASA's Gravity Recovery and Climate Experiment Follow-On (GRACE-FO) missie. Grondwater is vooral belangrijk in plaatsen zoals de Central Valley en Central Coast, die niet veel neerslag krijgen en vaak te maken hebben met droogte.

"Grondwater is enorm belangrijk omdat het meestal altijd beschikbaar is, "Zei Rodell. "Het is gedurende vele jaren opgeslagen, of decennia, of eeuwen, of millennia - het is net als uw spaarrekening. Je wilt dat water altijd apart hebben, dus het is er voor moeilijke tijden."

Californië is een van de wereldwijde hotspots die GRACE-onderzoekers bestuderen. Het is een van de vele gebieden waar het grondwater sneller opraakt dan dat het wordt aangevuld.

"Mensen worden te afhankelijk van grondwater, "Zei Rodell. "Idealiter, zoals uw spaarrekening, u wilt er over een lange periode minder aan uitgeven dan u erin investeert. Maar in Californië, ze gebruiken zo veel grondwater dat het peil al tientallen jaren daalt."

Californië heeft onlangs zijn eerste landelijke grondwaterreguleringsbeleid aangenomen, deels als reactie op de bezorgdheid over de uitputting van het grondwater, zei Claudia Faunt, een hydroloog bij de U.S. Geological Survey en programmachef voor de sectie beschikbaarheid en gebruik van grondwater in het USGS California Water Science Center in San Diego, Californië. In sommige gebieden, dalende grondwaterstanden leiden tot bodemdaling:het landoppervlak zinkt als water wordt onttrokken aan de afzettingen eronder, en deze deposito's bezinken en verdichten.

"Verzakkingsproblemen hebben gevolgen voor andere delen van de infrastructuur, en putten droogvallen in gebieden waar het waterpeil is gedaald, " zei Faunt. Dieper boren als een bron droogvalt, of nieuwe putten boren op zoek naar water, is duur en kan bijdragen aan nog meer grondwateruitputting.

Andere bedreigingen voor de watervoorziening in de regio, zoals het afnemende sneeuwdek en veranderende neerslagpatronen in de winter, worden veroorzaakt door klimaatverandering. Ook, opwarmend klimaat zal de verdamping doen toenemen, wat bijdraagt ​​aan bodemvochttekorten en plantwaterstress, en kan het lokale weer beïnvloeden. Als neerslagpatronen veranderen, toekomstige regenvalscenario's kunnen steeds extremer worden. In Californië en andere delen van het westen van de Verenigde Staten, dit zal waarschijnlijk op droogte lijken, voedselproductie bedreigen.

NASA-gegevens aan het werk zetten voor boeren in Californië

Om te kunnen omgaan met veranderende omstandigheden, Californische boeren zijn op zoek naar nieuwe tools en technologieën om hen te helpen de vruchten te produceren, noten en groenten waar veel vraag naar is door Amerikaanse consumenten.

Naast GRACE-FO die grondwater bestudeert, missies zoals SMAP (Soil Moisture Active Passive) en MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer) meten bodemvocht en verdamping, en GPM (de Global Precipitation Measurement-missie) houdt regen en sneeuwval bij. Het werkpaard Landsat-programma, een gezamenlijke inspanning van NASA en de U.S. Geological Survey, meet al bijna 50 jaar de gezondheid en groei van gewassen. Verder, NASA werkt samen met universiteiten, particuliere bedrijven, onderzoeksinstellingen en andere overheidsinstanties om tools en programma's te maken die al deze gegevens aan het werk zetten. Via NASA Applied Sciences en haar programma's voor voedselzekerheid en landbouw, inclusief NASA Oogst, boeren hebben toegang tot bruikbare informatie om betere beslissingen te nemen over hun bedrijf.

Lee Johnson is een senior onderzoekswetenschapper bij het Ames Research Center van NASA en de California State University in Monterey Bay (CSUMB). In samenwerking met Forrest Melton van NASA's Applied Sciences-programma en Alberto Guzman en Will Carrara van NASA Ames, hij ondersteunt het Satellite Irrigation Management Support (SIMS) systeem, een online dataplatform dat gebruikmaakt van openbaar beschikbare satellietgegevens van de aarde en open-sourcemodellen om verdamping op een schaal van een halve hectare in kaart te brengen.

"Verdamping is een heel groot onderdeel van de hydrologische cyclus, en toch in het verleden, veel informatie erover was moeilijk te verkrijgen of duur, ' zei Johnson. 'Iedereen kent neerslag; het staat op het startscherm van je telefoon. Maar verdamping is een soort van het omgekeerde proces. Voor telers die het willen gebruiken om hun gewasproductie te begeleiden, deze informatie was schaars. En als je het niet betrouwbaar kunt meten, het is moeilijker om het te beheren."

"Voor de meeste gewassen verdamping vertegenwoordigt de minimale hoeveelheid water die moet worden vervangen door irrigatie of neerslag om een ​​gezond gewas te behouden en de gewasopbrengst te maximaliseren, "Zei Melton. "Het koppelen van op satellieten gebaseerde gegevens van SIMS met CropManage helpt boeren zoals Mark Mason en zijn team bij Nature's Reward het giswerk weg te nemen bij het inschatten van de irrigatie- en bemestingsbehoeften voor hun gewassen."

Een ander instrument voor waterbeheer, GRAPEX (Grape Remote-sensing Atmospheric Profile en Evapotranspiration eXperiment), maakt ook gebruik van Landsat-gegevens, deze keer om wijngaardeigenaren te helpen. Thermische en visuele Landsat-beelden geven telers informatie over de verdamping van hun wijngaarden en de plantgezondheid en helpen ervoor te zorgen dat ze niet te nat of te droog worden.

"Het doel van ons werk is manieren te vinden om NASA-gegevens in handen te geven van boeren en irrigators in het veld, waar het kan helpen de duurzaamheid van de landbouw in Californië te verbeteren, " zei Guzman, een senior software-engineer bij NASA Ames en CSUMB die zijn carrière begon in Californië. "Samenwerkingen met innovatieve producenten zoals Nature's Reward zijn de sleutel om ervoor te zorgen dat we petabytes aan satellietgegevens kunnen verzamelen en omzetten in informatie die kan worden gebruikt voor de dagelijkse besluitvorming."