Ogni giorno, fino a trenta volte al giorno, infatti, uno dei dipendenti di Mark Mason presso Nature's Reward Farms nella contea di Monterey, La California gli porta i risultati di un test del suolo per la discussione.

Mason supervisiona fertilizzanti e irrigazione per i 5 della fattoria, 000 acri lungo la costa centrale della California, che è soprannominata "America's Salad Bowl" ed è una delle regioni agricole più produttive e diversificate del mondo. Questi risultati dei test del suolo sono input chiave per uno dei suoi strumenti più recenti:CropManage, che è gestito dalla University of California Cooperative Extension e utilizza i dati della NASA e altre fonti per creare raccomandazioni personalizzate per l'irrigazione e i fertilizzanti. Oltre alle misurazioni satellitari dello sviluppo delle colture, misura il tempo locale, caratteristiche del suolo, ed efficienza del sistema di irrigazione.

"CropManage dà una raccomandazione alla persona che è uscita e ha prelevato il campione di terreno, " Ha spiegato Mason. "Ottiene i risultati, poi ne discute con me. So com'è il campo, quindi prenderò le raccomandazioni di CropManage e prenderò una decisione in base a ciò che so sul metodo di irrigazione, quando sarà raccolto, il tipo di terreno, come appare il raccolto, e la storia di quel terreno per quel periodo dell'anno."

Se hai mangiato un frutto, verdura o noci oggi, è probabile che provenga da una fattoria come Nature's Reward Farms nella costa centrale della California, o dalla vicina Central Valley. Coprendo più di 20, 000 miglia quadrate nel Golden State, queste regioni ospitano migliaia di aziende agricole che coltivano centinaia di colture diverse, produce annualmente più di un terzo delle verdure degli Stati Uniti e due terzi della loro frutta e noci.

Ma la California centrale non piove molto. La maggior parte dell'acqua della Central Valley proviene da ruscelli e bacini idrici che catturano lo scioglimento della neve di montagna e le acque sotterranee immagazzinate in depositi porosi in profondità sotto la superficie. Queste fonti d'acqua affrontano pressioni crescenti a causa dei cambiamenti climatici, uso umano e variabilità naturale, rendere la gestione dell'acqua una questione complessa e in continua evoluzione. Monitorare quanta acqua è disponibile per coltivare i nostri generi alimentari non è mai stato così vitale, e i satelliti di osservazione della Terra della NASA e i programmi di partenariato aiutano gli agricoltori, i gestori delle risorse idriche e i responsabili politici monitorano e allocano risorse idriche sempre più scarse in tutto il loro stato.

Guardando l'approvvigionamento idrico

In un anno ideale, la neve pesante cade nelle catene montuose della California e si accumula durante l'inverno e la primavera. La neve funge da riserva naturale, trattenendo e rilasciando gradualmente l'acqua nei fiumi e nei torrenti man mano che il clima si riscalda in primavera. Da li, un sistema di acquedotti, canali e condutture portano l'acqua nelle regioni più secche dello stato. Molti agricoltori nelle parti centrali dello stato usano quest'acqua per irrigare i loro raccolti, e fanno anche molto affidamento sulle acque sotterranee dei pozzi.

Ma non tutti gli anni sono ideali. Nel 2021, Per esempio, il caldo estremo e la siccità hanno continuato a colpire l'Occidente. Le precipitazioni invernali al di sotto della media e le nevicate eccezionalmente piccole sono evaporate rapidamente con le alte temperature primaverili o si sono sciolte e si sono inzuppate in terreni ancora aridi a causa dell'autunno e dell'inverno secchi. Di conseguenza, rimaneva poca acqua per riempire i serbatoi e nutrire le piante più a valle. Già ben allocato, le risorse idriche nella regione sono diventate ancora più scarse, e alcuni agricoltori devono prendere decisioni difficili su quali colture riceveranno quell'acqua.

I ricercatori della NASA osservano da vicino le fonti d'acqua della California centrale, come stanno cambiando nel tempo, e perché, e produrre informazioni che possono essere utilizzate per determinare cosa fare al riguardo. Satelliti, missioni aeree e sul campo tracciano le nevicate, pioggia, livelli di umidità del suolo, esaurimento delle acque sotterranee, salute delle colture ed evapotraspirazione. Fornendo informazioni migliori sulla quantità di acqua in entrata e in uscita dal sistema, questi indicatori aiutano gli agricoltori a determinare quanta acqua avranno bisogno e quanta sarà accessibile.

Matt Rodell è il vicedirettore associato di Scienze della Terra per l'idrosfera, biosfera, e geofisica presso il Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, Maryland. Studia le acque sotterranee in tutto il mondo, utilizzando i dati della missione Gravity Recovery and Climate Experiment Follow-On (GRACE-FO) della NASA. Le acque sotterranee sono particolarmente importanti in luoghi come la Central Valley e la Central Coast che non ricevono molte precipitazioni e affrontano frequenti siccità.

"Le acque sotterranee sono estremamente importanti perché in genere sono sempre disponibili, " Ha detto Rodell. "È immagazzinato per molti anni, o decenni, o secoli, o millenni:è come il tuo conto di risparmio. Vuoi sempre mettere da parte quell'acqua, quindi è lì per i momenti difficili".

La California è uno degli hotspot globali che i ricercatori di GRACE stanno studiando. È una delle tante aree in cui le acque sotterranee si esauriscono più rapidamente di quanto non vengano ricaricate.

"Le persone diventano eccessivamente dipendenti dalle acque sotterranee, " ha detto Rodell. "Idealmente, come il tuo conto di risparmio, vorresti spendere meno di quanto investi in esso nel lungo periodo. Ma in California, usano così tante acque sotterranee che il livello è in calo da decenni ormai".

La California ha recentemente approvato la sua prima politica statale di regolamentazione delle acque sotterranee, in parte in risposta ai problemi di esaurimento delle acque sotterranee, disse Claudia Faunt, un idrologo presso l'US Geological Survey e capo del programma per la disponibilità e l'uso delle acque sotterranee presso l'USGS California Water Science Center di San Diego, California. In alcune zone, la caduta del livello delle acque sotterranee porta alla subsidenza:la superficie terrestre affonda quando l'acqua viene estratta dai depositi sottostanti, e questi depositi si depositano e si compattano.

"I problemi di subsidenza interessano altre parti dell'infrastruttura, e i pozzi si stanno prosciugando nelle aree in cui i livelli dell'acqua sono stati abbassati, " disse Faunt. Scavando più a fondo quando un pozzo si prosciuga, o scavare nuovi pozzi in cerca d'acqua, è costoso e può contribuire a un ulteriore impoverimento delle acque sotterranee.

Altre minacce all'approvvigionamento idrico della regione, come il calo del manto nevoso e il cambiamento dei modelli di precipitazioni invernali, sono guidate dal cambiamento climatico. Anche, il riscaldamento del clima aumenterà l'evapotraspirazione, che contribuisce ai deficit di umidità del suolo e allo stress idrico delle piante, e può influenzare il clima locale. Quando i modelli di precipitazione cambiano, scenari futuri di pioggia potrebbero diventare sempre più estremi. In California e in altre parti degli Stati Uniti occidentali, questo probabilmente sembrerà siccità, minacciando la produzione alimentare.

Sfruttare i dati della NASA per gli agricoltori della California

Per far fronte a condizioni mutevoli, Gli agricoltori della California stanno cercando nuovi strumenti e tecnologie per aiutarli a produrre i frutti, noci e verdure in costante domanda dai consumatori statunitensi.

Oltre a GRACE-FO che studia le acque sotterranee, missioni come SMAP (Soil Moisture Active Passive) e MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer) misurano l'umidità del suolo e l'evapotraspirazione, e GPM (la missione Global Precipitation Measurement) tiene traccia della pioggia e delle nevicate. Il cavallo di battaglia del programma Landsat, uno sforzo congiunto della NASA e dell'U.S. Geological Survey, ha misurato la salute e la crescita delle colture per quasi 50 anni. Per di più, La NASA collabora con le università, compagnie private, istituti di ricerca e altre agenzie governative per creare strumenti e programmi che mettano in pratica tutti questi dati. Attraverso le scienze applicate della NASA e i suoi programmi di sicurezza alimentare e agricoltura, tra cui la raccolta della NASA, gli agricoltori possono accedere a informazioni utili per prendere decisioni migliori nelle loro aziende agricole.

Lee Johnson è un ricercatore senior presso l'Ames Research Center della NASA e la California State University a Monterey Bay (CSUMB). In collaborazione con Forrest Melton del programma Applied Sciences della NASA e Alberto Guzman e Will Carrara della NASA Ames, supporta il sistema di supporto alla gestione dell'irrigazione satellitare (SIMS), una piattaforma di dati online che utilizza i dati satellitari della Terra disponibili pubblicamente e modelli open source per mappare l'evapotraspirazione su una scala di un quarto di acro.

"L'evapotraspirazione è una parte davvero importante del ciclo idrologico, eppure in passato, molte informazioni su di esso sono state difficili o costose da ottenere, " Johnson ha detto. "Tutti conoscono le precipitazioni; è sulla schermata iniziale del telefono. Ma l'evapotraspirazione è una specie di processo inverso. Per i coltivatori che vogliono usarlo per guidare la loro produzione agricola, queste informazioni sono state scarse. E se non puoi misurarlo in modo affidabile, è più difficile gestirlo".

"Per la maggior parte delle colture, l'evapotraspirazione rappresenta la quantità minima di acqua che deve essere sostituita attraverso l'irrigazione o la precipitazione per mantenere un raccolto sano e massimizzare i raccolti, " ha detto Melton. "Collegare i dati satellitari di SIMS con CropManage aiuta gli agricoltori come Mark Mason e il suo team a Nature's Reward a fare le congetture nella stima delle esigenze di irrigazione e fertilizzanti per le loro colture".

Un altro strumento di gestione dell'acqua, GRAPEX (profilo atmosferico di telerilevamento dell'uva e esperimento di evapotraspirazione), utilizza anche i dati Landsat, questa volta per aiutare i proprietari di vigneti. Le immagini termiche e visive Landsat forniscono ai coltivatori informazioni sull'evapotraspirazione e sulla salute delle piante dei loro vigneti e li aiutano a garantire che non si bagnino o si secchino troppo.

"L'obiettivo del nostro lavoro è trovare modi per mettere i dati della NASA nelle mani degli agricoltori e degli irrigatori sul campo, dove può aiutare a migliorare la sostenibilità dell'agricoltura californiana, " disse Guzman, un ingegnere software senior presso la NASA Ames e CSUMB che ha iniziato la sua carriera lavorando nei campi della California. "Le partnership con produttori innovativi come Nature's Reward sono la chiave per garantire che possiamo prendere petabyte di dati satellitari e trasformarli in informazioni che possono essere utilizzate per il processo decisionale quotidiano".