(English below)

Như những người nông dân và những người làm vườn ở ngoại ô đều biết, cây cối phát triển tốt nhất khi chúng được tưới vừa phải — không quá ít, không quá nhiều. Ngày càng nhiều nông dân Nam Á hiện đang tưới tiêu tối ưu cho cây trồng của họ nhờ các kỹ sư, điện thoại di động và dữ liệu vệ tinh. Công cụ mới đang giúp nông dân đồng thời tối đa hóa năng suất và tiết kiệm nước.

Tính bền vững của nguồn nước, an ninh lương thực và sinh kế của nông dân đều đang bị đe dọa ở Nam Á, vì vậy điều quan trọng là phải chấm dứt việc tưới quá mức. Faisal Hossain, một kỹ sư môi trường tại Đại học Washington, và các đồng nghiệp đang khai thác dữ liệu vệ tinh mở và miễn phí để giúp nông dân địa phương tưới nước vừa phải.

Trong nghiên cứu được công bố vào tháng 3 năm 2021 trên tạp chí Water Resources Research, Hossain và các đồng nghiệp đã chứng minh rằng một lượng nước ngầm đáng kinh ngạc có thể được tiết kiệm nếu hệ thống tư vấn tưới tiêu dựa trên vệ tinh được triển khai để cảnh báo những nông dân đang tưới quá nhiều cây trồng. Trong dự án trình diễn, nhóm nghiên cứu nhận thấy rằng các lời khuyên bằng tin nhắn SMS có thể tiết kiệm tới 80 triệu mét khối nước ở Ấn Độ và 150 triệu ở Pakistan.

Mặc dù hệ thống thủy lợi hiện đại đã bù đắp phần lớn tính chất khó lường của thời tiết đã từng làm phiền lòng nông dân, nhưng thành tựu “mưa theo yêu cầu” hiệu quả đi kèm với một cái giá phải trả: việc sử dụng nước cho ngành lương thực hiện chiếm khoảng 60 đến 90% lượng nước ngọt toàn cầu. Ở các nước có kiểu thời tiết lũ lụt sau hạn hán do gió mùa chi phối, việc canh tác quanh năm đặc biệt phụ thuộc vào khai thác nước ngầm.

Hossain nhận xét: “Sự khan hiếm nước là một vấn đề lớn ở Nam Á và ở hầu hết các nơi trên thế giới. “Nếu bạn nhìn vào dữ liệu, loài khỉ đột nặng 800 pound sử dụng nước là lĩnh vực thực phẩm.” Nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng một lượng nước không bền vững đã được bơm lên khỏi lòng đất ở Nam Á trong những năm gần đây. Đồng thời, cây trồng thường bị tưới quá mức, làm giảm năng suất và lãng phí một nguồn tài nguyên quý giá.

Nhóm nghiên cứu của Đại học Washington đang hợp tác chặt chẽ với các cơ quan cấp nước và nông nghiệp của Nam Á để giảm thiểu việc tưới tiêu lãng phí. Họ đã phát triển Hệ thống Tư vấn Thủy lợi (IAS) sử dụng dữ liệu mở và miễn phí để đánh giá xem cây trồng cần ít hay nhiều nước hơn. Họ đã thử nghiệm nó với 100.000 nông dân trong vùng.

Quy trình gồm nhiều bước bắt đầu với dữ liệu đo trọng lực vệ tinh từ Thử nghiệm Phục hồi Trọng lực và Theo dõi Khí hậu (GRACE-FO), cung cấp một bản tóm tắt định tính về các điều kiện nước ngầm hiện tại. Thông tin lưu trữ nước này cho phép IAS xác định các khu vực mà xu hướng suy giảm nguồn nước ngầm là đáng báo động và dai dẳng nhất.
Bản đồ trên cho thấy trữ lượng nước ngầm nông ở Nam Á vào ngày 15 tháng 3 năm 2021, được đo bằng GRACE-FO. Màu sắc mô tả phân vị độ ẩm; nghĩa là, mức nước ngầm so với các hồ sơ dài hạn trong tháng như thế nào. Các khu vực màu xanh lam có nhiều nước hơn bình thường, và các khu vực màu cam và đỏ có ít hơn. Màu đỏ đậm nhất đại diện cho điều kiện khô hạn chỉ xảy ra 2 phần trăm thời gian (khoảng 50 năm một lần).

Bước tiếp theo là ước tính lượng nước cần thiết cho các loại cây trồng nhất định, sau đó sử dụng Cảm biến hồng ngoại nhiệt của Landsat (TIRS) để tìm các trang trại tưới quá mức. Các hình ảnh ở đầu trang này cho thấy Baniachong, Bangladesh, phía đông bắc của Dhaka. Hình ảnh màu tự nhiên (trên cùng bên trái) từ Landsat 8 Operative Land Imager (OLI) cho thấy một ngôi làng được bao quanh bởi những cánh đồng lúa xanh tốt. Trong hình ảnh bên phải, TIRS cho thấy nhiệt độ bề mặt đất xung quanh cùng một khu vực: màu sáng ấm hơn và màu tối lạnh hơn.

Từ dữ liệu nhiệt này, nhóm có thể tính toán lượng thoát hơi nước — sự chuyển động của hơi ẩm và nhiệt từ đất sang không khí khi bề mặt ấm lên và thực vật “thở”. Biết được mức độ thoát hơi nước giúp Hossain và các đồng nghiệp tính được lượng nước được nông dân rải trên ruộng của họ. Khi lượng nước sử dụng để tưới cao hơn 20 phần trăm so với lượng cần thiết — có tính đến điều kiện thời tiết và giai đoạn phát triển của cây trồng — nông dân nhận được tin nhắn văn bản từ IAS rằng ruộng của họ đang được tưới quá mức.

“Tôi nghĩ đây là vấn đề nhân quyền để nông dân có thể tiếp cận miễn phí với các phương pháp hay nhất dựa trên khoa học,” Hossain lưu ý. “Nếu chúng ta muốn nói về tính bền vững của nước, chúng ta phải làm cho việc sử dụng nước nông nghiệp càng hiệu quả càng tốt bằng cách trồng nhiều hơn với ít nước hơn. Ngay cả khi chúng ta có thể cải thiện chỉ 1%, điều đó cũng có nghĩa là tiết kiệm nước rất lớn, nhiều hơn những gì mà toàn bộ quốc gia tiêu thụ cho nhu cầu sinh hoạt ”.

---------

Fine-Tuning Irrigation in Asia with free and open satellite application
As farmers and backyard gardeners know, plants grow best when they are watered just right—not too little, not too much. A growing number of South Asian farmers are now optimally irrigating their crops thanks to engineers, cell phones, and satellite data. The new tool is helping farmers simultaneously maximize their yield and conserve water.

Water sustainability, food security, and farmers’ livelihoods are all at stake in South Asia, so it is critical to end overwatering. Faisal Hossain, an environmental engineer at the University of Washington, and colleagues are harnessing free and open satellite data to help local farmers water just right.

In research published in March 2021 in Water Resources Research, Hossain and colleagues demonstrated that a staggering amount of groundwater could be saved if a satellite-based irrigation advisory system is deployed to alert farmers who are overwatering crops. In the demonstration project, the team found that SMS text message advisories could potentially save as much as 80 million cubic meters of water in India and 150 million in Pakistan.

While modern irrigation has largely offset the unpredictable nature of weather that once vexed farmers, the effective “rain-on-demand” achievement comes with a cost: water use by the food sector now accounts for some 60 to 90 percent of global freshwater use. In countries with monsoon-dominated flood-then-drought weather patterns, year-round farming is particularly reliant on groundwater extraction.

“Water scarcity is a big issue in South Asia and in most places around the world,” Hossain observed. “If you look at data, the 800-pound gorilla of water use is the food sector.” Previous research has shown that an unsustainable amount of water has been pumped out of the ground in South Asia in recent years. At the same time, crops are often over-watered, lowering yields and squandering a precious resource.

The University of Washington team is working closely with water and agriculture bureaus of South Asia to decrease wasteful irrigation. They developed an Irrigation Advisory System (IAS) that uses free and open data to assess where crops need less or more water. They tested it with 100,000 farmers in the region.

The multi-step process starts with satellite gravimetry data from the Gravity Recovery and Climate Experiment Follow On (GRACE-FO), which offers a qualitative synopsis of current groundwater conditions. This water storage information allows the IAS to identify regions where groundwater depletion trends are the most alarming and persistent.
The map above shows shallow groundwater storage in southern Asia on March 15, 2021, as measured by GRACE-FO. The colors depict the wetness percentile; that is, how the levels of groundwater compare to long-term records for the month. Blue areas have more abundant water than usual, and orange and red areas have less. The darkest reds represent dry conditions that should occur only 2 percent of the time (about once every 50 years).

The next step is to estimate the amount of water needed by certain crops, and then use Landsat’s Thermal Infrared Sensor (TIRS) to find overwatering farms. The images at the top of this page shows Baniachong, Bangladesh, northeast of Dhaka. The natural color image (top left) from the Landsat 8 Operational Land Imager (OLI) shows a village surrounded by lush green rice fields. In the right image, TIRS reveals land surface temperatures around the same area: bright colors are warmer and darker colors are cooler.

From this thermal data, the team can calculate the amount of evapotranspiration—the movement of moisture and heat from the land to the air as the surface warms and plants “breathe.” Knowing the level of evapotranspiration helps Hossain and colleagues derive the amount of water being spread by farmers on their fields. When the amount of water used for irrigation is 20 percent higher than the amount needed—taking into consideration weather conditions and the crop growth stage—the farmers receive text messages from IAS that their fields that are being excessively irrigated.

“I think this is a human rights issue for farmers to have free access to science-based best practices,” Hossain noted. “If we want to talk about water sustainability, we have to make agricultural water use as efficient as possible by growing more with less water. Even if we can improve by just 1 percent, it translates to huge savings in water, more than what entire nations consume for domestic needs.”

Geolink tổng hợp từ Earthobservatory.nasa