Три технологии, которые помогают сохранить водные ресурсы

К 2050 году более 5 млрд людей в мире не будут иметь доступа к воде по меньшей мере один месяц в году. В 2018 году, как сообщают во Всемирной метеорологической организации, таких людей насчитывалось 3,6 млрд. Значительная часть водных ресурсов используется для удовлетворения нужд сельского хозяйства. Рост населения и увеличение потребности в продовольствии, как ожидается, усугубят проблему дефицита воды. Некоторые государственные и частные организации пытаются этого не допустить. Они обращаются к помощи космических спутников, микроорошения и технологии интернета вещей.

Онлайн-платформа OpenET для планирования поливов

Осенью 2021 года Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства США (НАСА) запустило онлайн-платформу, которая помогает измерять потери воды. В разработке участвовали американский Фонд защиты окружающей среды, компания HabitatSeven (специализируется на разработке веб-дизайна), несколько университетов и других организаций. Инструмент под названием OpenET предоставляет данные по эвапотранспирации (англ. — evapotranspiration, ET) на территории 17 западных штатов. Эвапотранспирация — это суммарное количество воды, которое попало в атмосферу в результате транспирации (испарение влаги надземными частями растений. — Прим. Plus-one.ru) и эвапорации (испарение воды с поверхности почвы. — Прим. Plus-one.ru).

Для измерения уровня эвапотранспирации платформа использует снимки со спутников из группировки Sentinel-2 Европейского космического агентства, а также с аппаратов GOES (Geostationary Operational Environmental Satellite), запущенных НАСА и Национальным управлением океанических и атмосферных исследований США. Основным источником информации служат изображения, которые предоставляются в рамках программы постоянного наблюдения за поверхностью Земли Landsat. Она реализуется НАСА и Геологической службой США.

Обработка спутниковых данных осуществляется при помощи инструмента Google Earth Engine. Пользователи платформы могут получить доступ к данным об эвапотранспирации за день, месяц или год на отдельном поле или на другом интересующем их участке. Ожидается, что платформа будет иметь открытый исходный код, благодаря чему к ее помощи смогут прибегать многие специалисты.

В НАСА уверены, что платформа будет полезна сельским жителям, специалистам по водным ресурсам, природоохранным организациям и фермерам. Последним она позволит более рационально использовать водные ресурсы: земледельцы смогут более тщательно планировать процесс орошения, зная, сколько воды испаряется сельскохозяйственными культурами. Разработчики признали свое изобретение особенно актуальным для фермеров из западной части США, так как те сталкиваются с дефицитом воды из-за частых засух. Например, в августе этого года власти США зафиксировали нехватку воды в реке Колорадо. Расположенное в ее течении водохранилище Мид, которое обеспечивает водой около 25 млн человек в Аризоне, Неваде, Калифорнии и Мексике, было заполнено всего на 35% — это самый низкий показатель с момента появления озера в 1930-е годы. Заполненность озера Пауэлл, которое питается рекой Колорадо, составляла всего 32%.

OpenET, как обещают специалисты, поможет реализовывать проекты, направленные на сохранение водных ресурсов и создание устойчивых систем водоснабжения. В НАСА планируют в ближайшее время добавить информацию об осадках и расширить программу на другие части страны.

Система N-Drip для микроорошения

При капельном орошении, используемом в сельском хозяйстве, необходимое количество воды подается непосредственно на корни растений. Этот метод позволяет сократить расход жидкости, защитить верхний слой почвы от эрозии и повысить урожайность культур. Однако у подобных систем орошения высокая стоимость эксплуатации. Вода двигается по трубам при помощи насосов, для работы которых нужна энергия. Кроме того, трубы забиваются различными частицами и водорослями — их необходимо очищать, и это тоже приводит к увеличению расходов. Для того чтобы обеспечить водой 0,4 га земли с помощью такой системы, необходимо не меньше $2 тыс. без учета расходов на электроэнергию.

Израильская компания N-Drip разработала систему гравитационного микроорошения, стоимость использования которой составляет $400 за 0,4 га. Вложенные средства, как сообщают производители, окупаются за один год. Капельницы в системе разработаны таким образом, что практически не оказывают сопротивления и вода подается через них под давлением собственной силы тяжести. Помимо этого, разработчики оснастили резервуары для сбора воды специальной сеткой. Это устройство не позволяет мелким растениям и животным загрязнять систему, поэтому она не нуждается в дополнительных фильтрах. Изобретение просто в эксплуатации и обслуживании и позволяет сэкономить до 70% воды. После окончания поливного сезона детали, изготовленные из полимера, можно сдать в переработку.

В компании также разработали датчик под названием N-Drip Connect, который отслеживает состояние почвы и растений в режиме реального времени. Через мобильное приложение фермеры могут узнавать, когда им нужно поливать и удобрять растения.

Первые полевые испытания разработки были проведены в 2017 году на плантациях сахарного тростника в Эсватини (в прошлом — Свазиленд, государство в южной части Африки. — Прим. Plus-one.ru). Разработчики выяснили, что технология не только помогла сократить количество используемой для полива воды, но и способствовала 30-процентному увеличению урожайности. Более масштабные испытания системы также проводились в Австралии и США. Сейчас N-Drip используется в 17 странах, включая Вьетнам и Нигерию. С ее помощью фермеры выращивают сельскохозяйственные культуры — например, хлопок, картофель и сою. Согласно информации Bloomberg, N-Drip привлекла финансирование в размере более $25 млн.

Датчики WaterBit для планирования поливов

Повысить эффективность водопользования призвана и система автоматического орошения WaterBit, разработанная одноименной американской компанией. Система состоит из датчиков интернета вещей (Internet of Things, IoT) под названием Carbon. Приборы размером с ладонь оснащены солнечными батареями с низким уровнем энергопотребления, благодаря чему они могут работать даже в условиях плохой освещенности. Устройства подключены к оборудованию, которое включает и отключает насосы и клапаны, а также к полевым датчикам, собирающим данные о состоянии почвы, расходе и давлении воды. Информация по дальней радиосвязи (англ. — Long Range Radio) попадает в облачное хранилище. Система позволяет фермерам круглосуточно управлять процессом полива с помощью мобильного телефона или компьютера. Сейчас решение WaterBit может применяться при выращивании многих культур, включая виноград, миндаль, зелень.

В прошлом году в компании расширили функциональные возможности своего программного обеспечения. У фермеров появилась возможность настраивать устройства таким образом, чтобы при определенном уровне влажности почвы они автоматически запускали полив. В дополнение к этому у пользователей появилась возможность добавлять в приложение заметки и делиться своими наблюдениями с другими людьми, а также выгружать полученные данные в другие системы AgTech (применение IT-инструментов в сельском хозяйстве. — Прим. Plus-one.ru).