A medida que perduran los problemas del agua en Occidente, el Consorcio de Innovación en Irrigación apoya las colaboraciones de la industria y las universidades

por Stacy Nick

A medida que el agua escasea cada vez más en el oeste americano, un grupo de socios universitarios y de la industria ha estado buscando innovaciones en el mayor uso de este recurso clave: el riego agrícola.

Durante casi cinco años, el Consorcio de Innovación en Riego ha apoyado la colaboración entre la industria y la universidad para mejorar las tecnologías de riego, fomentar su adopción e impulsar la gestión eficaz del agua en contextos agrícolas y paisajísticos.

Una subvención de $5 millones de la Fundación sin fines de lucro para la Investigación de la Alimentación y la Agricultura en 2018 ha respaldado las actividades de investigación y participación del consorcio. La CII ha seleccionado proyectos propuestos a través de convocatorias de investigación competitivas anuales para apoyar el desarrollo conjunto y la prueba de tecnologías, sistemas de apoyo a la toma de decisiones y estrategias avanzadas de gestión del riego. Los socios públicos y privados brindan apoyo equivalente a sus proyectos, lo que da como resultado una inversión total de más de US$10 millones en actividades de investigación y divulgación de la CII. Más recientemente, la CII también ha podido aprovechar los conocimientos adquiridos y su red para atraer financiamiento estatal y federal adicional para expandir su alcance e impacto.

El IIC, con sede en la Universidad Estatal de Colorado, incluye otras cuatro universidades con concesión de tierras como miembros fundadores: la Universidad de Nebraska-Lincoln, la Universidad Estatal de Kansas, la Universidad Texas A&M y la Universidad Estatal de California-Fresno. Los socios fundadores originales de la industria son Aqua Engineering, Irrigation Association, JAIN Irrigation Inc, LI-COR, CSU STRATA, Lindsay Corporation, Northern Water Conservation District, Valmont Industries y Rubicon Water.

Con el tiempo, la red de la CII ha crecido hasta incluir más de 165 investigadores, técnicos de investigación y estudiantes, y más de 50 empresas privadas y entidades públicas. (Consulte la lista actual de socios de la CII aquí)

"Los resultados de la investigación respaldada por la CII y los esfuerzos de divulgación están contribuyendo a aumentar el interés en el papel fundamental del riego y el potencial para escalar el impacto y el uso de herramientas y estrategias de gestión avanzadas al trabajar con organizaciones como la Mesa Redonda de EE. UU. para la carne de res sostenible, la Asociación de Irrigación, los servicios de agua locales y la California Almond Board", dijo Amy Kremen, directora adjunta de la CII. Kremen ha representado a la Universidad Estatal de Colorado en nombre de proyectos multiinstitucionales y multiestatales centrados en el avance del conocimiento y la práctica relacionados con la gestión del riego desde 2016, inicialmente con el Proyecto Agrícola Coordinado de Agua Ogallala financiado por USDA-NIFA con sede en CSU y Colorado Master Irrigator programa, antes de incorporarse a la CII.

"La audiencia de los hallazgos y resultados del trabajo de la CII es grande y está creciendo", dijo Kremen. "Es un espacio emocionante en el que estar, debido a las relaciones, el entendimiento mutuo y la experiencia que se forja en respuesta a una gran necesidad".

Gran parte de la investigación de la CII se ha centrado en abordar los desafíos relacionados con el agua del oeste americano. Aquí, el riego agrícola es el mayor usuario de agua, y la presión para reducir el uso de agua está creciendo a medida que las comunidades enfrentan una sequía sostenida y una disminución de los suministros de agua superficial y subterránea.

"La escasez de agua, la regulación del agua existente o inminente, las tendencias climáticas más cálidas y secas: muchos factores están impulsando la innovación tecnológica y social en la actualidad", dijo Kremen. "Debemos usar todas las herramientas a nuestra disposición, aprovechando todo el ingenio, la experiencia y el conocimiento de los sistemas disponibles si queremos sostener y apoyar la calidad de vida de la comunidad y las cadenas de valor agrícolas estables".

Con muchas empresas de tecnología entrando en el espacio de gestión del agua agrícola y paisajista, hay mucho entusiasmo, pero a menudo falta claridad para los usuarios finales. La curva de aprendizaje requerida para usar una nueva herramienta de manera efectiva, y los costos asociados, a menudo siguen siendo demasiado altos, y los beneficios potenciales de su uso no son necesariamente obvios.

Si bien existe una gran necesidad y oportunidad de actualizar los sistemas de riego y optimizar la gestión del riego, lograr ese tipo de cambio es difícil, dijo Kremen. "Puede considerar que lo que conduce a cambios en la gestión del riego tiene cuatro partes, con aspectos técnicos, prácticos, económicos y sociales interconectados, incluido el contexto político y de políticas en evolución pero siempre presente. Las herramientas, los datos y la capacitación deben abordar esas cosas juntas. Esa es una gran pregunta, pero ahí es cuando ocurre un cambio significativo".

En esencia, la misión de la CII de "avanzar en la adopción" de herramientas y estrategias de riego innovadoras ha significado encontrar formas de hacer que los datos sean procesables, orientando el tiempo y las cantidades de aplicación de riego.

Las siguientes instantáneas destacan algunas contribuciones de los investigadores de la CSU dentro de la cartera general de proyectos de la CII y cómo su trabajo está apoyando nuevas direcciones en investigación y divulgación.

Socio industrial: Vertical Irrigation, LLC

Investigador principal: Joshua Craver, profesor asistente, Horticultura en Ambiente Controlado, CSU

La iluminación representa entre el 40% y el 60% de los costos de entrada del sistema de riego de la agricultura vertical, lo que limita la sostenibilidad y la rentabilidad. Para abordar este problema, Joshua Craver dirigió un proyecto respaldado por la CII para evaluar el uso de intensidades variables de luz roja lejana suplementaria en la producción de microvegetales.

"Nuestro laboratorio ha llevado a cabo una amplia investigación sobre aplicaciones de iluminación con diodos emisores de luz (LED) con el objetivo de mejorar el rendimiento y la calidad de los cultivos, al tiempo que mejora la eficiencia del uso de energía y agua. Con la ayuda de nuevas instalaciones como el Laboratorio de Investigación de Horticultura de Ambiente Controlado en el Terra Building en el campus de CSU Spur, esperamos compartir estos avances en la tecnología agrícola moderna con el público", dijo Craver.

Socios universitarios: Universidad Estatal de Colorado, Universidad de Arizona, Laboratorio Nacional de Energía Renovable (NREL)

Socios de la industria: Jack's Solar Garden

Investigador principal: Jordan Macknick, analista principal de energía, agua y tierra, NREL

"Agrivoltaica", tal como la define el Departamento de Energía de EE. UU., se refiere al "uso simultáneo de la tierra para la agricultura y la generación de energía fotovoltaica".

Este proyecto respaldado por la CII aspira a comprender mejor los requisitos de agua de riego y los posibles ahorros de riego para diferentes cultivos que crecen debajo y alrededor de paneles solares.

Para este proyecto, los investigadores están colaborando con Jack's Solar Garden, un sitio comercial de investigación agrovoltaica de 24 acres en Longmont que combina un jardín comunitario con un panel solar de 1,2 megavatios. Desde entonces, CSU ha iniciado investigaciones adicionales relacionadas en el sitio y en el nuevo edificio Terra en el campus de CSU Spur.

"Puedes visitar Jack's y ver cómo funciona la agrovoltaica en un hábitat de polinizadores, en un hábitat de pastoreo y en un entorno de producción intensiva de vegetales", co-PI Meagan Schipanski, profesora asistente de Ciencias del Suelo y Cultivos en CSU "Es una experiencia emocionante , piloto integral que proporcionará información importante para administradores de terrenos, desarrolladores de energía solar y legisladores en todo Colorado y más allá".

En un proyecto diferente, el especialista en recursos hídricos de CSU, Joel Schneekloth, trabajó con el ingeniero Lee Wheeler para desarrollar una nueva calculadora de eficiencia de plantas de riego y bombeo basada en Excel.

Esta herramienta se puede utilizar para señalar posibles ineficiencias en el funcionamiento de la bomba y el suministro de agua del pivote central, lo que indica la necesidad de realizar auditorías o reparaciones exhaustivas del sistema. El Instituto de Investigación de Energía Eléctrica y la empresa eléctrica Tri-State Generation and Transmission Association, Inc. sirvieron como socios de la industria que brindaron apoyo para este proyecto.

"El valor de las tecnologías de manejo de precisión más nuevas y sofisticadas no se puede realizar si un sistema de riego no está funcionando de acuerdo con las especificaciones del sistema", dijo Kremen. "Las auditorías del sistema de riego pueden parecer menos atractivas que los nuevos widgets y los tableros de soporte de decisiones, pero el hecho es que mejorar los fundamentos del rendimiento del sistema de riego podría generar importantes ahorros de agua y energía para el agua en Occidente".

El equipo realizó auditorías de pivote central para probar los resultados de la calculadora y encontró ahorros de energía potenciales de hasta un 27 %. Esta calculadora gratuita se puede utilizar para alentar a los regantes a evaluar y priorizar de manera proactiva el rendimiento del sistema de riego en lugar de tratar las ineficiencias como problemas que deben resolverse cuando algo se rompe, se obstruye o claramente no funciona bien. Desde entonces, Schneekloth ha colaborado con el programa Colorado Master Irrigator para ayudar a capacitar a los regantes en el uso de la calculadora.

Socios de la industria: Trout Unlimited, Servicio de Conservación de Recursos Naturales, Paige Wireless

En este proyecto, Trout Unlimited está trabajando con socios agrícolas, CSU Extension, el Laboratorio de calidad del agua de CSU y el IIC para demostrar el uso de la tecnología LoRa, que implica la modulación de radiofrecuencia para la transferencia de datos de bajo consumo y largo alcance para controlar las estructuras de verificación automatizadas.

Financiado a través de una Subvención para la Innovación en la Conservación del Servicio de Conservación de Recursos Naturales (NRCS), este proyecto tiene como objetivo ayudar a los productores históricamente desatendidos a utilizar zanjas tradicionales de distribución de agua impulsadas por gravedad, lo que hace posible controlar de forma remota el suministro de agua cuando se necesita.

Para este proyecto, Trout Unlimited está trabajando con ocho productores que operan por encima de los 5500 pies de altura en las cuencas de los ríos Gunnison y Rio Grande de Colorado. El equipo está implementando redes LoRa y paneles de restricción de agua automatizados con temporizador para probar y demostrar su potencial como herramientas de bajo costo y alto impacto. Esta configuración permitirá a los productores incorporar datos monitoreados remotamente en tiempo real en sus operaciones diarias, reduciendo sus costos de mano de obra y optimizando los resultados de producción, al mismo tiempo que mantienen los beneficios hidrológicos y de hábitat proporcionados por el riego por inundación.

Los escenarios de pago y la guía de aplicación práctica se desarrollarán utilizando esta investigación para ayudar a informar y actualizar los estándares de práctica de gestión del agua de riego de NRCS.

"Con muchos agricultores trabajando fuera de la granja, poder monitorear y controlar estos flujos de forma remota en tiempo real debería ofrecer ahorros significativos de tiempo y costos", dijo Perry Cabot, científico investigador del Centro de Investigación del Oeste de Colorado que se especializa en riego y agua. gestión de los recursos.

Una de las ventajas más significativas de este enfoque es que la tecnología utiliza una plataforma de conectividad de código abierto que puede ayudar a que los dispositivos se comuniquen entre sí en áreas donde Wi-Fi o banda ancha pueden no estar disponibles, dijo Cabot.

"Abordar la falta de brechas de conectividad confiables para los regantes en áreas rurales de todo el oeste es esencial para avanzar en la gestión del riego", dijo.

Socio de la industria: Maíz de Colorado

Investigadores principales: Allan Andales, investigador principal del IIC y especialista en riego de extensión, CSU

La medición de la evapotranspiración ayuda a los agricultores a evaluar la pérdida de agua de la zona de las raíces y es una medida crítica para las decisiones de riego. Sin embargo, las condiciones variables de superficie y manejo complican la toma de decisiones de riego.

El programador de riego de agua para aplicaciones eficientes (WISE) es una herramienta de programación de riego basada en la nube que estima la evapotranspiración de cultivos utilizada para calcular los requisitos de agua de riego. WISE fue desarrollado en CSU por Allan Andales y el profesor de ingeniería civil y ambiental Mazdak Arabi. Para este proyecto respaldado por la CII, Andales y Mazdak colaboraron para probar técnicas de detección remota que darían cuenta de las condiciones in situ casi en tiempo real para mejorar las estimaciones de evapotranspiración diaria de cultivos de WISE.

"El equipo ha demostrado que los resultados del programador de riego WISE se pueden mejorar para indicar con mayor precisión cuándo, y cuánto, regar el maíz con riego total o deficitario utilizando datos de detección remota multiespectral de drones o microsatélites", dijo Andales. "Completamos con éxito un estudio de prueba de concepto que muestra que los datos de detección remota que incorporan las condiciones reales de los cultivos podrían usarse para actualizar los coeficientes de cultivos WISE necesarios para estimar la evapotranspiración de los cultivos. A su vez, esos coeficientes de cultivos actualizados pueden usarse para mejorar la herramienta WISE. recomendaciones de riego".

El próximo paso, dijo Andales, sería desarrollar un algoritmo que pueda automatizar el procesamiento de datos de sensores remotos y ajustar los coeficientes de cultivo WISE casi en tiempo real.

Socio industrial: Lindsay Corporation

Investigador principal: José Chávez, profesor, Ingeniería Civil y Ambiental, CSU

Los suministros de agua reducidos debido a la sequía y el calentamiento, el crecimiento urbano y la demanda de la industria están aumentando la necesidad de una gestión del agua más eficiente. Históricamente, la teledetección y las imágenes satelitales han ayudado a investigadores y legisladores, pero cada vez más productores individuales también pueden acceder y beneficiarse de esta tecnología.

Las plataformas de sistemas de aeronaves no tripuladas y satelitales equipadas con sensores multiespectrales avanzados ofrecen una alta resolución espacial y temporal que puede ayudar a los agricultores a tomar decisiones efectivas de gestión del riego. Los investigadores probaron la precisión de los UAS combinados con imágenes de satélite para determinar las necesidades reales de agua o la evapotranspiración y el déficit de agua del suelo para la gestión del riego tanto total como deficitario.

"En este momento, un desafío clave es averiguar cómo obtener herramientas como estas y qué tiene que suceder para que dicha herramienta funcione de manera confiable en tiempo real para una mejor toma de decisiones a escala de campo o de cuenca", dijo Chávez.

Al aprovechar los conocimientos adquiridos y trabajar para escalar el uso de las herramientas y los enfoques de gestión que ha ayudado a respaldar, la CII tiene como objetivo conectar a más investigadores y socios de la industria en los próximos meses.

"Una de las cosas en las que nos gusta pensar es, ¿cómo podemos involucrar a más socios clave de la cadena de valor agrícola que tienen interés en que el riego se use bien?" dijo Kremen. "¿Cómo los traemos a la mesa para ayudar a escalar la adopción y el uso de herramientas y estrategias de gestión innovadoras? ¿Cómo podemos asegurarnos de que el uso limitado de agua o la reutilización del agua puedan generar los mayores beneficios para las comunidades, los ecosistemas y las economías?"

Contar la historia de la ciencia para que más personas comprendan la importancia de una gestión eficaz del riego es otro objetivo, añadió Kremen.

"Los avances y mejoras respaldados por la CII en las herramientas y estrategias de gestión del riego están conectados a un sistema mucho más grande y representan parte del camino para abordar la escasez crítica de agua, los problemas de calidad y otros desafíos. Como resultado, estas innovaciones de riego son importantes para todos a nosotros."

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