Arizonan luunkuivalla länsipuolella, jossa Coloradon vesistöalue kohtaa Mojaven autiomaan, istuu 11,000 XNUMX hehtaarin suuruinen sinimailanen, durra, vehnä ja Sudanin ruoho, jotka kuuluvat Colorado-joen intiaaniheimoihin (CRIT), jotka kaikki on määrä korjata ja myydään eläinten rehuksi. Jotta täällä kasvaisi mitään, kastelu on välttämätöntä. Alle neljänneksen tuumaa on satanut tähän mennessä tänä vuonna, hevosen puolesta maatilaa hoitavan Josh Mooren mukaan.
"Varaus on rakennettu melko vanhentuneeseen tulvan kastelujärjestelmään", Moore sanoo. 19 -luvulla rakennettu kanavaverkko toimittaa vettä Colorado -joelta, järjestelmä, joka vaikutti paremmalta ajatukselta ennen kuin vedenjakaja joutui jatkuvaan ja yhä pahempaan kuivuuteen. Vaikka kanavat toimittavat tarpeeksi vettä CRIT: n maataloustarpeiden täyttämiseksi, heimot suunnittelevat kuumempaa ja kuivempaa tulevaisuutta. Tällä kaudella voidaan nähdä mustia muoviputkia, jotka käärivät alas satoja rivejä durraa: kokeilu mikropisarakastelulla, joka voisi vähentää radikaalisti tilan vetäytymistä ylikuormitetusta vesistöalueesta.
Kaikkialla maailmassa suurin osa viljelykasveista riippuu vedestä pelkästään sateesta, mutta paikoissa, joissa sademäärä ei riitä, meidän on pakko kastella. Kaikista innovaatioista huolimatta, jotka ovat viime vuosina tulleet maataloudelle, vuodesta GPS-ohjattavat traktorit geneettisesti muokattujen taimien osalta 85% kaikesta kastelusta tapahtuu edelleen vapauttamalla suuria määriä vettä pellon pinnan yli, suunnilleen samalla tavalla kuin 4,000 vuotta sitten Mesopotamiassa.
Tulvien kastelu on pysähtynyt, koska se on halpaa käteisellä, mutta luonnonvarojen kannalta se on hämmästyttävän kallista. Jopa 70% vedestä menee hukkaan, ja ylikasteltu sato ei välttämättä saavuta täyttä potentiaaliaan. Ylimääräinen lannoite kuljetetaan pois valumalla, saastuttavilla puroilla, kosteikoilla ja järvillä.
Mikropisarakastelun piti ratkaista kaikki tämä. 1930 -luvulla nuori insinööri nimeltä Simcha Blass huomasi puun, joka oli kasvanut paljon korkeammaksi kuin muut samassa rivissä; kun hän katsoi lähemmäs, hän huomasi, että sen juuret ruokkivat pieni vuoto läheisestä kasteluputkesta. Vuosia myöhemmin israelilainen käytti konseptia luodakseen muovisen tippakastelujärjestelmän, jota myytiin tuotenimellä Netafim. Se on edelleen alansa maailmanlaajuinen johtaja.
Nykyään on satoja tippakastelujärjestelmiä, mutta tekniikkaa sovelletaan alle 5 prosenttiin kastetuista hehtaareista maailmanlaajuisesti, yleensä suurlippuisiin kasveihin, kuten manteleihin, viinirypäleisiin ja tomaatteihin. Rajoittava tekijä on hinta. Koska järjestelmät on tällä hetkellä suunniteltu, veden työntäminen satojen jalkojen putkien läpi vaatii paljon voimaa, jonka viljelijät toimittavat pumpuilla; sähköiset, jos niillä on voimaa kentällään, hiilidioksidipitoiset dieselversiot, jos niitä ei ole. Tiputuslinjat ovat myös alttiita tukkeutumaan luonnollisessa vedessä olevista lietehiukkasista tai levistä, joten se on suodatettava, mikä lisää kustannuksia. Koko kokoonpano on vähintään 2,000 XNUMX dollaria hehtaarilta plus energialaskut. Vähemmän arvokkaille kasveille, kuten puuvillalle tai sinimailaselle, tippakastelu ei yksinkertaisesti maksa.
CRIT Farmsin käyttämä mikropisarakokoonpano maksaa kuitenkin alle 400 dollaria hehtaarilta, ja vaadittu paine toimitetaan kokonaan painovoiman avulla, jonka etuna on vapaa ja hiilineutraali. Satunnaiselle tarkkailijalle järjestelmä ei näytä paljon. Mutta Moorelle ajatus pisaroiden kasteluviljelykasveista eläinten ruokintaan on vallankumouksellinen. Olettaen tietysti, että se todella toimii.
"Kun kaivo on kuiva, tiedämme veden arvon", Benjamin Franklin kirjoitti 1746 Huono Richardin Almanack. Hän ei tiennyt puoltakaan. Nykyinen maailman väestö on kymmenkertainen verrattuna siihen aikaan, ja makean veden lähteet ovat laskussa. Suurin vesisika on ylivoimaisesti maatalous, jonka osuus on lähes kolme neljäsosaa maailmanlaajuisesta käytöstä.
Merkkejä veden puutteesta on kaikkialla ympärillämme, ja ne hälyttävät yhä enemmän vuosi vuodelta. Elokuussa Yhdysvaltojen hallitus julisti ensimmäistä kertaa historiassa Colorado -joen a pula -tila, mikä aiheuttaa tarjonnan supistuksia noin 40 miljoonalle siitä riippuvaiselle ihmiselle. Viisi miljoonaa heistä saa vedensa Central Arizona -projektin (CAP) ansiosta, joka on julkinen palvelu, joka toimittaa joen vettä kanavaa pitkin Arizonan länsireunasta 80 prosentille osavaltion väestöstä.
Chuck Cullom, CAP: n Colorado-joen ohjelmapäällikkö, on viimeisen vuosikymmenen aikana tutkinut vaihtoehtoja Arizonan vesihuollon lisäämiseksi. Vuonna 2019 Cullom tapasi Tel Avivissa pidetyssä konferenssissa israelilaisen kastelujärjestelmän johtajan N-Drip, joka kehitti järjestelmän, joka lupasi rajuja veden säästöjä ilman kohtuuttomia kustannuksia. "Olin superskeptinen", Cullom sanoo. "Se kuulosti yksisarvisen ratkaisulta."
Mutta maatalous muodostaa suurimman osan Arizonan makean veden käytöstä, joten Cullom oli valmis kokeilemaan N-Dripiä. Vuonna 2020 CAP toimitti järjestelmän CRIT Farmsille käytettäväksi 40 hehtaarin durralla. He havaitsivat, että se puolitti veden käytön puoleen ja paransi hieman sadon laatua: hämmästyttävä tulos, vaikkakin hyvin pienessä mittakaavassa. Tänä vuonna CAP laajensi pilottihanketta noin 200 hehtaariin durraa ja puuvillaa Arizonassa, ja jos kaikki menee hyvin, toivoo, että järjestelmä otetaan käyttöön alueellisesti vuoteen 2023 mennessä ja kattaa edelleen laitteiden kustannukset maanviljelijöille, jotka asentavat sen.
N-Drip on Uri Shaniin, Jerusalemin heprealaisen yliopiston maaperäfysiikan professorin ja Israelin vesiviranomaisen entisen puheenjohtajan, aivopohja. Hän päätti seitsemän vuotta sitten suunnitella mikropisaran kastelujärjestelmän, joka on riittävän halpa, jotta se olisi järkevää paitsi salaateille ja marjoille, myös hyödykeviljelykasveille, kuten soijalle ja maissille, jotka muodostavat suurimman osan maailman maataloustuotannosta.
"Ensimmäinen reaktioni oli, että tämä tietysti muuttaa maailmaa, mutta se ei koskaan toimi"
Shani on 72-vuotias, lyhyet suola- ja pippurikarvat, lankakehyksiset lasit ja avuncular. Hän syntyi vuonna 1950 kibbutsilla, joka oli täynnä ahdistusta, joka on ominaista elämälle kuivassa maassa, joka on sitoutunut maatalouden omavaraisuuteen. ”Isäni oli insinööri, joka työskenteli pääasiassa veden parissa. Olen varttunut koko elämäni ajattelemalla vettä ja vesiratkaisuja ”, Shani sanoo Zoomin puhuessa N-Dripin toimistosta Tel Avivissa.
Suoritettuaan asepalveluksensa eliittikomandoyksikössä Shani jatkoi heprealaiseen yliopistoon, Israelin merkittävimpään tutkimuslaitokseen, ja sai maisterintutkinnon maaperän fysiikasta. Hänen Ph.D. työskennellessään hän muutti Kibbutz Yotvatalle, erämaahan Israelin eteläpuolella. Alueella sataa alle tuumaa vuodessa ja sillä on vain murtovettä pohjavettä kasteluun: maatalouden ulkorajat. Hän aloitti siellä opiskelijana ja päätyi hallitsemaan kibbutsia.
Shanista tuli myöhemmin professori, ja vuonna 2006 hänet valittiin vastaperustetun Israelin vesiviranomaisen ensimmäiseksi johtajaksi. Rooli oli monimutkainen, ja se kattoi tekniikan, johtamisen, politiikan ja talouden, ja hän jatkoi sitä maan kanssa, joka koki kaikkien aikojen pahimman kuivuuden. Shani turboahdettu investointi veden kierrätykseen ja suolanpoistoon. Maksaakseen siitä hän nosti merkittävästi - ja kiistanalaisesti - veden hintaa.
"Maailmanlaajuisesti syy siihen, miksi vesiongelmia on niin paljon, on hyvin harvat maat valmiita laskuttamaan kuluttajilta todellista hintaa", sanoo Seth Siegel, N-Dripin vastuullisuusjohtaja ja vuoden 2015 New York Timesin bestseller-kirjoittaja. Olkoon Vesi, joka kertoo Israelin noususta vesiensuojelun ja -teknologian johtajaksi. Vuonna 2012 Shani jätti tehtävänsä Israelin kanssa makean veden ylijäämäisenä. "Se oli poikkeuksellista, mitä hän otti pois."
Jälleen yksityinen kansalainen Shani alkoi mietiskellä kasvavaa vesipulan uhkaa maailmanlaajuisesti. Yli neljäsosa maailman väestöstä asuu vedestä kärsivissä maissa, ja Yhdistyneiden kansakuntien arvion mukaan vesipula voi syrjäyttää 700 miljoonaa ihmistä vuosikymmenen loppuun mennessä. Hän päätti, että merkittävin panos, jonka hän voisi tehdä, olisi auttaa tippukastelua pääsemään valtavirtaan. Tämä tarkoitti sellaisen järjestelmän keksimistä, joka toimi ilman suodattimia ja pumppuja.
Ymmärtääksesi Shaniin haasteen sinun on ensin ymmärrettävä, mitä näiden nöyrien mustien muoviputkien sisällä tapahtuu. Jokaisen reiän varrella on sarja reikiä, ja jokaisen reiän sisällä on muovinen widget, joka on noin Tic Tacin kokoinen ja jota kutsutaan emitteriksi. Vesi liikkuu erittäin kapean, sokkelomaisen kanavan läpi säteilijän sisällä, säädettynä, joten se tulee ulos mitattuina pisaroina. Näiden säteilijöiden tuottama vastus on syy siihen, että tarvitaan paljon paineita veden siirtämiseksi pellon päästä toiseen perinteisessä järjestelmässä.
Shani suunnitteli uudenlaisen emitterin, joka vastusti niin vähän, että pelkästään painovoiman aiheuttama vedenpaine- kertynyt 1-2 metrin laskeutumisesta kastelukanavasta alla olevaan kenttään- riittäisi vetämään vettä tie alas satojen jalkojen putkista alas maahan. Ensin hän kokeili kutomalla muovi- ja metallikuituja erilaisiin kolmiulotteisiin hilarakenteisiin. Mutta se oli vaelluksella eräänä päivänä, hän sanoo, että läpimurto tuli: Siksak -kanavan sijasta hänen säteilijänsä muodostuisi tankoon, joka on ripustettu sylinterin sisään, ja vesi virtaa niiden välille muodostetun putken muodon läpi. Toisin kuin perinteisellä emitterillä, nyt mikään yksittäinen roskahiukkanen ei voinut estää veden virtausta. "Puomi", Shani sanoo. "Olin täysin vakuuttunut siitä, että se toimii. Sitten kehitimme kaiken matematiikan. ”
Kun hän oli hienosäätänyt konseptia, Shani joutui kaupallistamaan sen. Hän otti yhteyttä Eran Pollakiin, entiseen valtiovarainministeriön virkamieheen, jonka kanssa hän oli työskennellyt läheisesti vesijohtajana, ja kertoi Pollakille, että hän oli keksinyt tippakastelun, joka käytti vain painovoimaa. Pollak oli skeptinen. Hänkin oli kasvanut kibbutsilla ja tiesi kastelusta; ei ollut sellaista asiaa kuin nollapaine tippuminen.
"Ensimmäinen reaktioni oli, että tämä tietysti muuttaa maailmaa, mutta se ei koskaan toimi", Pollak kertoo. Hän tapasi Shani N-Dripin päämajassa, joka oli tuolloin pieni toimisto Tel Avivin esikaupungin strip-mallissa. Shani johdatti hänet takaisin suojaan. "Se oli 20 metriä putkea, manuaalisesti liimattu yhteen ja tippui vettä maahan pienestä muovisesta roskakorista", Pollak sanoo. "Se oli alkeellisimmassa vaiheessa kuin kuvitellaan, mutta tämä oli hetki, jolloin ymmärsin sen toimivan." Pollak allekirjoitti toimitusjohtajan tehtävän.
N-Drip asensi ensimmäisen virallisen kenttäkokeensa vuoden 2017 lopussa viiden hehtaarin sokeriruokoon Eswatinissa (entinen Swazimaa) vetäen vettä suoraan joesta. He havaitsivat, että järjestelmä ei ainoastaan toiminut ja käyttänyt vähemmän vettä, vaan myös kasvatti satoa 30%. Rohkaisevien tulosten ansiosta N-Drip siirtyi suurempiin kokeisiin Australiassa ja Yhdysvalloissa ja on sittemmin laajentunut 17 maahan Vietnamista Nigeriaan. Jos Shaniin visio toteutuu, N-Dripillä on mahdollisuus modernisoida miljoonia muita tiloja ja muuttaa makean veden kulutusta maailmanlaajuisesti.
Tähän mennessä N-Drip on kerännyt rahoitusta 25 miljoonaa dollaria, ja sen järjestelmää käyttävät sadat maanviljelijät 4,000 hehtaarin arvosta satoa, puuvillasta perunaan soijapavuihin. Shaniilla on kuitenkin pitkä matka, jos hän aikoo muuttaa Maan 600 miljoonan tulvien kastaman hehtaarin, ja tie puutarhavajasta globaaliin kasteluratkaisuun tulee olemaan paljon esteitä.
Koska N-Drip ei käytä suodatusta, suurin osa tähän asti esiintyneistä hikoista on liittynyt kaikkiin odottamattomiin asioihin, joita maatilan vedestä voi löytyä. Erään kokeen alussa eräs kalifornialainen viljelijä otti paniikissa yhteyttä N-Dripiin sanoakseen, että hänen järjestelmänsä oli lakannut toimimasta. Kun Shani saapui, hän löysi etusormen kokoisen kalan, joka tukki yhden putken. Vihreän levän kimppu teki jotain vastaavaa maatilalla Kazakstanissa. Nyt N-Dripin vesisäiliöt on varustettu verkkoverkolla kaikenlaisen kasvien ja eläinten elämään.
Arizonan paahtavalla auringolla alueella, jolla on erityisen mineraalipitoista vettä, tiputuslinjat kuumentuivat niin kuumaksi, että kalsiumkarbonaatti saostui ulos ja päällystivät päästöt kalkkikerroksella kuin brittiläisen teekannu. Tämä johti siihen, että N-Drip kehitti protokollia linjojen hautaamiseksi ohuelle maaperäkerrokselle, jotta ne pysyvät viileinä, ja pehmentimien käyttämiseen kovassa vedessä.
David Midmore, kasvien luonnontieteiden emeritusprofessori Australiassa Keski-Queenslandin yliopisto ja mikropisarakastelun asiantuntija sanoo, että jos N-Drip aikoo todella tavoittaa maailman 500 miljoonaa pienviljelijää, ei vain suuria, kehittyneitä viljelijöitä, menestys riippuu paitsi oikean tekniikan suunnittelusta myös huomattavista investoinneista koulutukseen ja tukea. "On erittäin tärkeää, että viljelijöille opetetaan oikeat tiputus- kastelutavat, yksinkertaiset vesimittaukset maaperässä ja kuinka ei saa kastella liikaa tai alikastella", hän sanoo. "Se ei ole vain koulutusta, vaan seurantaa."
N-Drip vaatii, että pienet tilat ovat tärkeä osa sen tehtävää. "Jos rikas maanviljelijä Australiassa kasvattaa satoa 47%, se on hienoa, avaa samppanja ja vie mukavampi loma sinä vuonna", sanoo Siegel, yrityksen vastuullisuusjohtaja. "Mutta jos toimeentulon viljelijä lisää satoa ja heillä on enemmän syötävää ja myytävää ruokaa, se muuttaa tuon perheen ja yhteisön."
Tätä tarkoitusta varten, kun Covid-19-pandemia ilmeni vuonna 2020, jolloin tuottoisat projektit Yhdysvalloissa ja Australiassa jäivät odottamaan, N-Drip aloitti näille käyttäjille suunnitellun 1 hehtaarin pakkauksen valmistamisen. Tämä DIY-järjestelmä tulee linkin kautta YouTube-videoon ja yksinkertaiset, Ikean kaltaiset linjapiirrokset, jotka opastavat maanviljelijää asennuksen aikana.
N-Drip on myös kehittänyt oman maaperäanturin, ns N-Drip Connect, joka seuraa kasvien ja maaperän olosuhteita ja lähettää viljelijöille reaaliaikaisen ohjauksen älypuhelinsovelluksen kautta, milloin kastella ja lannoittaa. Anturi antaa palautetta myös yrityksen maatalousryhmälle, jotta se voi seurata kenttäolosuhteita.
Toinen haaste N-Dripille on edelleen taloudellinen. Järjestelmä voidaan asentaa murto -osalla tavanomaisen paineistetun tiputusjärjestelmän kustannuksista ilman mitään jatkuvia energiakustannuksia, mutta vesi on ilmaista tai voimakkaasti tuettua useimmille viljelijöille maailmanlaajuisesti. Vaikka jotkut, kuten australialaiset puuvillanviljelijät, olisivat halukkaita investoimaan nopeasti heikentyvän luonnonvaran suojelemiseksi, monet maailman pienviljelijöistä eivät pystyisi kattamaan edes vaatimattomia lisäkustannuksia.
"Pienomistajamarkkinat ovat valtavat markkinat, ja ne voivat hyötyä järjestelmästämme eniten, mutta on erittäin vaikeaa tehdä kauppaa, jos sinulla ei ole suurta ja hyvin sijoitettua kumppania", Pollak myöntää. N-Drip aikoo tarjota järjestelmänsä näille viljelijöille ensisijaisesti voittoa tavoittelemattomien järjestöjen, valtion virastojen ja suuryritysten kautta kestävän kehityksen lupausten täyttämiseksi. Sen johtajat sanovat, että mahdollisuus lähitulevaisuudessa voidaan mitata satoihin tuhansiin hehtaareihin maatalousmaata.
Varhainen esimerkki tällaisesta kumppanuudesta on PepsiCo Inc., joka tekee suoraan sopimuksia 40,000 maanviljelijän kanssa ainesosista, kuten maissista, kaurasta ja perunasta, ja on asettanut tavoitteekseen parantaa maatalouden vedenkäytön tehokkuutta 15% vuoteen 2025 mennessä. Vietnamissa ja Yhdysvalloissa satotulokset paranivat, kun lannoitetta käytettiin vähemmän ja vettä kulutettiin 50% vähemmän kuin tulvien kastelussa.
Peter Gleick, presidentin emeritus ja perustaja Tyynenmeren instituutti, voittoa tavoittelematon tutkimuslaitos, joka keskittyy makean veden kysymyksiin, korostaa, että kastelun tulevaisuuden suhteen on kriittistä, ettemme unohda kokonaiskuvaa. Puuvilla- tai sinimailaspellojen muuttaminen tippakasteluksi on askel oikeaan suuntaan, mutta suurempi kysymys herää: Pitäisikö meidän todella kasvattaa näitä satoja kuivassa ilmastossa aluksi? "Meidän on käytävä todellinen keskustelu siitä, mitä järkeä on kasvaa vedessä niukalla länsimaalla, samoin kuin keskustelu siitä, kuinka kasvatamme sitä, mitä valitsemme kasvattaa tehokkaammin ja huolellisemmin", hän sanoo. "Tämä tekniikka saattaa auttaa toisessa kysymyksessä, mutta se ei auta ensimmäisessä, poliittisemmassa."
Gleick toteaa, että yksi asia on periaatteessa vastustaa arvokkaan juomaveden käyttöä viljelykasvien kasvattamiseen eläinten ruokintaan ja toinen kertoa viljelijöille, että heidän pitäisi lopettaa viljely. Palatessaan CRIT Farmsiin Moore sanoo olevansa iloinen voidessaan osallistua tutkimukseen, jota hän pitää tärkeänä alueen maatalouden tulevaisuuden kannalta. Ensi vuonna hän aikoo käyttää N-Dripin järjestelmää lisäviljelyyn. Vaikka heimojen varauksessa ei ole alennettu vesikiintiötä, Moore tietää, että jonain päivänä pula tulee kaikille. ”Meidän on alettava elää ikään kuin ne rajoitukset koskettavat meitä ostaaksemme jonkin aikaa”, hän sanoo. "Jotta voimme selviytyä ihmisinä ja yrityksenä, meidän on tarkasteltava tällaisia tekniikoita."