Ảnh: Michele Walfred.

Với các mối đe dọa về khan hiếm nước, nhu cầu cung cấp thức ăn cho dân số toàn cầu ngày càng tăng và khó khăn hơn, trong đó điều quan trọng là phải tưới tiêu đúng cách cho cây trồng. Tưới quá nhiều có thể làm cạn kiệt nguồn cung cấp nước tại chỗ và dẫn đến ô nhiễm dòng chảy, trong khi tưới quá ít có thể dẫn đến mất năng suất. Tuy nhiên, rất ít nông dân hiểu biết nhiều về sử dụng phương thức tưới thông minh để giúp họ quyết định thời điểm và lượng nước tưới cho cây.

Một nghiên cứu mới do Đại học Illinois đã xác định những trở ngại và giải pháp để cải thiện hiệu suất và áp dụng các công cụ hỗ trợ quyết định tưới tiêu ở quy mô thực địa.

Jingwen Zhang, nghiên cứu sinh sau tiến sĩ tại Khoa Khoa học Tài nguyên và Môi trường (NRES) tại Illinois và là tác giả chính của bài báo trên tạp chí Environmental Research Letters, cho biết: “Chúng tôi muốn đưa ra quan điểm của mình về cách thực hiện hệ thống tưới tiêu chính xác ở quy mô đồng ruộng với các công nghệ tiên tiến và mới nhất về thu thập dữ liệu, áp lực nước của cây trồng, mô hình hóa và ra quyết định. Nhiều nông dân dựa vào các quy tắc truyền thống, bao gồm quan sát bằng mắt, lịch cây trồng và những gì người nông dân cạnh nhà đang làm, để quyết định thời điểm và lượng nước tưới. Dữ liệu và các công nghệ tiên tiến hơn tồn tại để giúp đưa ra những quyết định đó, nhưng chúng hiện chưa được tận dụng hết tiềm năng”.

Ví dụ như một số cánh đồng được trang bị cảm biến độ ẩm của đất hoặc máy ảnh phát hiện những thay đổi về diện mạo cây trồng, nhưng thực tế không có đủ các thiết bị như vậy để cung cấp thông tin chính xác giữa các cánh đồng. Vệ tinh có thể giám sát thảm thực vật từ không gian, nhưng độ phân giải không gian và thời gian của ảnh vệ tinh thường quá lớn để giúp đưa ra quyết định ở quy mô thực địa.

Kaiyu Guan, trợ lý GS. Blue Waters thuộc Trung tâm Quốc gia về Ứng dụng Siêu máy tính và là trưởng dự án nghiên cứu, đã đi tiên phong trong cách kết hợp dữ liệu vệ tinh tần số cao và độ phân giải cao thành một sản phẩm tích hợp độ phân giải không gian - thời gian cao giúp theo dõi điều kiện đất và cây trồng. Ông cho biết: “Dựa trên công nghệ tổng hợp viễn thám và mô hình tiên tiến, nông dân sẽ có được giải pháp có thể mở rộng hoàn toàn từ xa. Nó có thể là một công nghệ mang tính cách mạng cho nông dân, không chỉ ở Hoa Kỳ mà còn cho cả nông dân sản xuất nhỏ ở các nước đang phát triển".

Với công nghệ vệ tinh hiện đại và mô hình tổng hợp của Guan, việc thu thập dữ liệu sẽ không phải là yếu tố hạn chế trong các sản phẩm tưới tiêu chính xác trong tương lai. Nhưng điều quan trọng vẫn là xác định nhu cầu nước tới hạn của cây một cách thích hợp.

Trong lịch sử, các quyết định tưới tiêu chỉ dựa trên các thước đo về độ ẩm của đất. Nhóm của Guan gần đây đã kêu gọi ngành nông nghiệp xác định lại mức độ hạn hán đối với cây trồng, không chỉ dựa trên độ ẩm của đất mà dựa trên sự tương tác của nó với độ khô của khí quyển.

Zhang cho biết: “Nếu chúng ta xem đất-thực vật-bầu khí quyển là một hệ thống, phản ánh nguồn cung cấp nước trong đất và nhu cầu nước trong khí quyển, chúng ta có thể sử dụng các số liệu xác định nhu cầu nước của cây nhằm kích hoạt quá trình tưới tiêu cho cây trồng. Một lần nữa, nếu chúng ta sử dụng các phương pháp tổng hợp dữ liệu và mô hình dựa trên quy trình, chúng ta có thể xây dựng được hệ thống tưới với độ chính xác và độ phân giải cao”.

Các nhà nghiên cứu cũng xem xét những thách thức liên quan đến việc nông dân áp dụng các công cụ hỗ trợ quyết định hiện có. Theo Guan, vì các sản phẩm hiện tại dựa trên các nguồn dữ liệu kém lý tưởng hơn nên các nhà sản xuất không muốn chuyển từ phương pháp quy tắc ngón tay cái truyền thống sang các công cụ ít được tin cậy. Một vấn đề trở ngại nữa là giao diện người dùng không trực quan, quyền riêng tư của dữ liệu và thời gian không linh hoạt.

Nghiên cứu của nhóm tác giả do PGS. Trenton Franz tại Đại học Nebraska-Lincoln (UNL) dẫn đầu cho biết nông dân sẽ có nhiều khả năng áp dụng các công cụ quyết định tưới tiêu chính xác nếu chúng đưa ra số liệu chính xác ở quy mô đồng ruộng, linh hoạt và dễ sử dụng. Cùng với Guan, nhóm đang nghiên cứu và thử nghiệm công nghệ để đáp ứng nhu cầu tưới tiêu cây trồng ở Nebraska. Đồng thời, nhóm cũng tham gia trong chương trình Testing Ag Performance (TAPS), tập trung vào việc áp dụng công nghệ và tập huấn cho các nhà sản xuất trong khu vực.

Theo Guan, hiện nay đã xây dựng được dữ liệu thoát hơi nước theo thời gian và thành phần ẩm độ đất và thành phần tưới đang được nghiên cứu. Khoảng một năm nữa, sản phẩm này sẽ được đưa ra và thử nghiệm diện rộng.

Đỗ Thị Thanh Trúc theo Phys.org