欧米の水問題が続く中、灌漑イノベーションコンソーシアムが産業界と大学の連携を支援

ステイシー・ニック著

アメリカ西部で水がますます不足する中、大学と産業界のパートナーからなるグループは、この重要な資源である農業灌漑の最大の利用法におけるイノベーションを追求してきました。

ほぼ 5 年間、灌漑イノベーション コンソーシアムは、灌漑技術を改善し、その導入を促進し、農業および景観における効果的な水管理を促進する産学連携を支援してきました。

2018 年に非営利食品農業研究財団からの 500 万ドルの助成金が、コンソーシアムの研究と取り組み活動を支えてきました。 IIC は、技術、意思決定支援システム、高度な灌漑管理戦略の共同開発とテストをサポートするために、毎年の競争調査を通じて提案されたプロジェクトを選択しました。 公的および民間のパートナーがそれぞれのプロジェクトに適切なサポートを提供し、その結果、IIC の研究および支援活動に総額 1,000 万ドル以上が投資されています。 最近では、IIC は得られた知識とそのネットワークを活用して、追加の州および連邦資金を獲得し、その範囲と影響力を拡大することもできました。

コロラド州立大学に本部を置く IIC には、ネブラスカ大学リンカーン校、カンザス州立大学、テキサス A&M 大学、カリフォルニア州立大学フレズノ校の 4 つの土地補助大学が設立メンバーとして含まれています。 当初の設立業界パートナーは、Aqua Engineering、Irrigation Association、JAIN Irrigation Inc、LI-COR、CSU STRATA、Lindsay Corporation、Northern Water Conservation District、Valmont Industries、Rubicon Water です。

時間が経つにつれ、IIC のネットワークには 165 名以上の研究者、研究技術者、学生、および 50 社以上の民間企業や公共団体が含まれるようになりました。 (IIC の現在のパートナーリストはこちらをご覧ください)

「IICが支援する研究結果と支援活動は、持続可能な牛肉のための米国ラウンドテーブル、灌漑協会、地元の水道事業体とカリフォルニア・アーモンド委員会」とIICのアソシエート・ディレクター、エイミー・クレメン氏は語った。 クレメン氏は、2016年以来、灌漑管理に関する知識と実践の向上に重点を置いた複数の機関、複数の州のプロジェクトを代表してコロラド州立大学を代表しており、当初はCSUとコロラドマスター灌漑施設を拠点とするUSDA-NIFAの資金によるオガララ水連携農業プロジェクトに携わっていた。 IICに参加する前のプログラム。

「IICの活動の発見と成果を視聴する人は多く、増え続けています」とクレメン氏は語った。 「大きなニーズに応えて人間関係、相互理解、専門知識が築かれているため、ここはエキサイティングな空間です。」

IIC の研究の多くは、アメリカ西部の水関連の課題に対処することに焦点を当ててきました。 ここでは、農業用灌漑が最大の水利用者であり、地域社会が持続的な干ばつと地表水と地下水の供給量の減少に対処する中で、水の使用量を削減する圧力が高まっています。

「水不足、既存または差し迫った水規制、高温化・乾燥化する気候傾向など、多くの要因が今日の技術革新と社会革新を推進している」とクレメン氏は述べた。 「地域社会の生活の質と安定した農業バリューチェーンを維持し支援するには、利用可能な創意工夫、専門知識、システム知識をすべて活用し、自由に使えるすべてのツールを使用する必要があります。」

多くのテクノロジー企業が農業および景観の水管理分野に参入しており、非常に興奮していますが、多くの場合、エンドユーザーにとっては明確さが欠けています。 新しいツールを効果的に使用するために必要な学習曲線とそれに関連するコストは依然として高すぎることが多く、それらを使用する潜在的な利点は必ずしも明らかではありません。

潅漑システムを更新し、潅漑管理を最適化する大きなニーズと機会がある一方で、そのような変化を実現するのは難しいとクレメン氏は語った。 「灌漑管理の変化につながるものは、進化しているが常に存在する政策や政治的背景を含む、技術的、実践的、経済的、社会的側面が相互に関連している 4 つの部分から構成されると考えることができます。ツール、データ、トレーニングはこれらの事柄に一緒に対処する必要があります。それは大きな質問ですが、そのときに意味のある変化が起こります。」

革新的な灌漑ツールと戦略の「導入を進める」という IIC の使命の核心は、データを実用的なものにし、灌漑散布のタイミングと量をガイドする方法を見つけることを意味します。

以下のスナップショットは、IIC のプロジェクト全体のポートフォリオにおける CSU 研究者の貢献の一部と、彼らの研究が研究と支援の新たな方向性をどのようにサポートしているかを強調しています。

業界パートナー:Vertical Irrigation, LLC

主任研究者: Joshua Craver、助教授、管理環境園芸学、CSU

照明は垂直農業灌漑システムの投入コストの 40% ～ 60% を占めており、持続可能性と収益性が制限されています。 この問題に対処するために、ジョシュア クレイバー氏は、マイクログリーン生産においてさまざまな強度の補助遠赤色光を使用して評価する、IIC 支援プロジェクトを主導しました。

「私たちの研究室は、作物の収量と品質を向上させながら、エネルギーと水の使用効率を向上させることを目的として、発光ダイオード（LED）照明の応用に関する広範な研究を行ってきました。環境制御園芸研究室などの新しい施設の助けを借りて、 CSU SpurキャンパスのTerra Buildingで、現代の農業技術の進歩を一般の人々と共有できることを楽しみにしています」とクレイバー氏は語った。

大学パートナー: コロラド州立大学、アリゾナ大学、国立再生可能エネルギー研究所 (NREL)

業界パートナー: Jack's Solar Garden

主任研究者: Jordan Macknick、NREL エネルギー・水・土地主任アナリスト

米国エネルギー省が定義する「アグリボルタティクス」とは、「農業と太陽光発電の両方のために土地を同時に利用すること」を指します。

IIC が支援するこのプロジェクトは、太陽光パネルの下や周囲で栽培されるさまざまな作物に対する灌漑用水の要件と潜在的な灌漑節約の理解をより深く理解することを目的としています。

このプロジェクトでは、研究者らは、コミュニティガーデンと1.2メガワットの太陽電池アレイを組み合わせたロングモントの24エーカーの商業農業研究施設であるジャックス・ソーラー・ガーデンと協力している。 その後、CSU はその場所と CSU Spur キャンパスの新しい Terra 建物で追加の関連研究を開始しました。

CSUの共同主任研究者ミーガン・スキパンスキー助教授（土壌・作物科学）は、「ジャックスを訪ねると、花粉媒介者の生息地、放牧地、集中的な野菜生産環境でアグリボルタティクスがどのように機能しているかを知ることができる」と語る。コロラド州全域およびその他の地域の土地管理者、太陽光発電開発者、政策立案者に重要な情報を提供する包括的なパイロットです。」

別のプロジェクトでは、CSU 水資源スペシャリストのジョエル・シュニークロス氏がエンジニアのリー・ウィーラー氏と協力して、新しい Excel ベースの灌漑およびポンプ施設の効率計算ツールを開発しました。

このツールを使用すると、ポンプの動作やセンター ピボットによる給水効率の低下の可能性を警告し、詳細なシステム監査や修理の必要性を知らせることができます。 電力研究所と電力会社トライステート発電送電協会が業界パートナーとしてこのプロジェクトを支援しました。

「灌漑システムがシステム仕様に従って動作していなければ、洗練された新しい精度管理技術の価値を実現することはできません」とクレメン氏は述べています。 「灌漑システムの監査は、新しいウィジェットや意思決定支援ダッシュボードに比べてあまり魅力的ではないように思えるかもしれませんが、実際のところ、灌漑システムのパフォーマンスの基礎を改善することは、西側諸国の水にとって重要な水とエネルギーの節約につながる可能性があります。」

チームはセンター ピボット監査を実行して計算機の結果をテストし、最大 27% のエネルギー節約の可能性を発見しました。 この無料の計算ツールを使用すると、何かが壊れたり詰まったり、明らかに正しく動作していない場合に、非効率性を解決が必要な問題として扱うのではなく、灌漑システムのパフォーマンスを積極的に評価して優先順位を付けるよう、灌漑業者に奨励することができます。 シュニークロスはそれ以来、コロラド マスター灌漑プログラムと協力して、灌漑業者が計算機を使用できるように訓練するのを支援しています。

業界パートナー: Trout Unlimited、Natural Resources Conservation Service、Paige Wireless

このプロジェクトでは、Trout Unlimited は農業パートナー、CSU Extension、CSU の水質研究所、IIC と協力して、自動チェック構造を制御するための低電力で長距離のデータ転送のための無線周波数変調を含む LoRa テクノロジーの使用を実証しています。

天然資源保護局 (NRCS) の保全イノベーション助成金を通じて資金提供されたこのプロジェクトは、従来の重力駆動の配水溝を使用し、歴史的に十分なサービスを受けられなかった生産者を支援し、必要なときに給水を遠隔制御できるようにすることを目的としています。

このプロジェクトでは、トラウト アンリミテッドは、コロラド州のガニソン川流域とリオグランデ川流域の標高 5,500 フィート以上で操業する 8 つの生産者と協力しています。 チームは、LoRa ネットワークとタイマー自動水制限パネルを導入し、低コストで効果の高いツールとしての可能性をテストし実証しています。 この設定により、生産者はリアルタイムで遠隔監視されたデータを日々の業務に組み込むことができ、人件費を削減し、生産成果を最適化しながら、洪水灌漑によってもたらされる生息地や水文学上の利益も維持できるようになります。

支払いシナリオと実践適用ガイダンスは、NRCS の灌漑用水管理実践基準の情報提供と更新に役立つように、この調査を使用して開発されます。

「多くの農家が農場外で働いているため、これらの流れをリアルタイムで遠隔監視し制御できれば、時間とコストを大幅に節約できるはずです」と、灌漑と水を専門とするウェスタンコロラド研究センターの研究員ペリー・カボット氏は述べた。リソース管理。

このアプローチの最も重要な利点の 1 つは、この技術が Wi-Fi やブロードバンドが利用できない地域でもデバイスが相互に通信できるようにするオープンソースの接続プラットフォームを使用していることだとカボット氏は述べています。

同氏は、「西部全域の農村地域における灌漑業者の信頼できる接続ギャップの欠如に対処することは、灌漑管理を進める上で不可欠である」と述べた。

業界パートナー: コロラドコーン

主任研究者: Allan Andales、IIC 主任研究員および拡張灌漑専門家、CSU

蒸発散量の測定は、農家が根域からの水分損失を評価するのに役立ち、灌漑を決定するための重要な測定値です。 しかし、地表や管理条件が変化するため、灌漑に関する意思決定が複雑になります。

Water Irrigation Scheduler for Efficient Application (WISE) は、灌漑用水の要件を計算するために使用される作物の蒸発散量を推定するクラウドベースの灌漑スケジュール ツールです。 WISE は CSU で Allan Andales と土木環境工学教授の Mazdak Arabi によって開発されました。 IIC が支援するこのプロジェクトでは、アンデレスとマザックは協力して、ほぼリアルタイムの現場の状況を考慮して、WISE の毎日の作物蒸発散量推定値を改善するリモート センシング技術をテストしました。

「チームは、ドローンや超小型衛星からのマルチスペクトルリモートセンシングデータを使用して、WISE灌漑スケジューラの出力を改善し、灌漑トウモロコシに完全に灌漑するか、不足した灌漑を行うべき時期とその量をより正確に示すことができることを示した」とアンデレス氏は述べた。 「私たちは、実際の作物の状態を組み込んだリモートセンシングデータを使用して、作物の蒸発散量の推定に必要なWISE作物係数を更新できることを示す概念実証研究を無事に完了しました。次に、それらの更新された作物係数は、WISEツールの改善に使用できます。」灌漑の推奨事項。」

アンデレス氏によると、次のステップは、リモートセンシングデータの処理を自動化し、WISEクロップ係数をほぼリアルタイムで調整できるアルゴリズムを開発することだという。

業界パートナー: Lindsay Corporation

主任研究者: ホセ・チャベス、CSU土木環境工学部教授

干ばつや温暖化、都市の成長、産業需要による水供給量の減少により、より効率的な水管理の必要性が高まっています。 歴史的に、リモート センシングと衛星画像は研究者や政策立案者に役立ってきましたが、個人の栽培者もこのテクノロジーにアクセスして恩恵を受けることができるようになってきています。

高度なマルチスペクトル センサーを備えた衛星および無人航空機システム プラットフォームは、農家が効果的な灌漑管理の意思決定を行うのをサポートできる高い空間的および時間的解像度を提供します。 研究者らは、完全灌漑管理と不足灌漑管理の両方について、実際の水の必要量や蒸発散量、土壌水分不足を判断するために、衛星画像と組み合わせた UAS の精度をテストしました。

「現時点での重要な課題は、このようなツールをどのように入手するか、現場規模または流域規模での意思決定を改善するためにそのようなツールがリアルタイムで確実に動作するためには何が必要かを理解することだ」とチャベス氏は述べた。

IIC は、知識の獲得に基づいて、これまでサポートしてきたツールや管理アプローチの利用拡大に取り組むことで、今後数か月間でより多くの研究者と業界パートナーを結びつけることを目指しています。

「私たちが考えたいことの 1 つは、適切に利用される灌漑に利害関係を持つ、より多くの主要な農業バリュー チェーン パートナーをどのように関与させることができるかということです。」 クレメン氏は語った。 「革新的な管理ツールと戦略の導入と使用を拡大するには、どうすればそれらを議論の対象にできるでしょうか? 限られた水の使用または水の再利用が、地域社会、生態系、経済に最大の利益をもたらすことを保証するにはどうすればよいでしょうか?」

効果的な灌漑管理の重要性をより多くの人に理解してもらうために、科学のストーリーを伝えることももう一つの目標である、とクレメン氏は付け加えた。

「IICが支援する灌漑管理ツールの進歩と改善、および戦略の改善は、より大きなシステムに結びついており、重大な水不足、水質問題、その他の課題に対処するための道の一部を表しています。その結果、これらの灌漑の革新はすべての人々にとって重要です。」私たち。"

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