“水形物语”：农业科技是如何提高灌溉效率的？
编者按：农业领域的新技术为灌溉带来了革命性的突破，但是一些小农场主仍旧因为创业公司提供的解决方案与它们面临的问题不匹配而面临窘境。但从世界范围内来看，人们对例如水资源短缺之类的环境问题正予以越来越多的关注，为解决环境问题提供了新的契机。本文作者MARK WALLACE，原文标题The shape of water: How agtech is making irrigation more efficient。
图片来源：Biletskiy_Evgeniy/iStoc; Mirifada/iStock
Bowles Farming Company位于加州中央山谷（Central Valley）的D-17号田颇为干燥，春天我和Emery Silberman去参观时，发现那里还没有种植什么东西。去年的西瓜7月就已经收割了，今年的西红柿还要几个月才能下地。我们查看了一系列用来处理该地区农业用水的球状红砂过滤器，Silberman向我展示了附近用来控制流量的滴灌泵和阀门。他还向我展示了WaterBit公司生产的小型设备，该设备的设计初衷是对农田环境进行更细致的控制，这样一来，Silberman的老板Cannon Michael这样的农场主就可以节省水肥等宝贵资源。
WaterBit Carbon是一个小型的传感器，无论它安装在什么地方，都可以监测土壤湿度、土壤温度和其他因素。通过将一块土地进行分割，Waterbit希望能让农民们有效控制种植作物摄取的水分和其他营养物质。传感器收集到的有关土壤状况的数据显示在一个远程仪表盘上，这比人工测试土壤湿度节省了大量的时间和人力成本。“我们正在做的是为用户提供基础设施，使他们能够根据植物的需要更精确地供水，”WaterBit首席执行官Andrew Wright说。
Cannon Michael，Bowles Farming Company“掌门人”
图片来源：Bowles Farming Company
特别是在灌溉用水由运河输送的地方，许多农场只能粗略地了解每片农田的每一部分需要多少水。出于不确定性和心理安慰，农民们经常会把水浇的太多。Silberman说：“如果你胶水浇少了，某种程度上来说你就是在冒险。反正如果浇多了问题也不大”，这么一来，过多灌溉就成了最理性的选择。
Bowles Farming Company的一条小运河
图片来源：Bowles Farming Company
而像WaterBit这样的公司，现在可以依靠它们的技术向农民提供更多关于农田的信息了，这些信息比农民们以前任何时候都容易获得的信息要丰富的多——从详细的土壤湿度读数到关于阳光、植物健康等方面的现成数据，农民们现在有机会利用这些数据流更好地安排自己的劳动，从而节约成本和水资源，获取更大的市场效益之余还能对环境产生积极影响。但这些新技术并不总是考虑到农场生活的现实，这让一些农场主——比如Michael这种拥有12000亩的中型农场主——急于安装这些令人印象深刻的新工具和设备，但由于他们面临的问题与创业公司提供的解决方案不匹配，这些新技术的投入使用受到了阻碍。
自我灌溉？
像WaterBit这样的传感器，不仅能获悉灌溉状况，还能了解降水给植物带来了多少水分。Michael说：“我们的想法是，在地面上的一系列探测装置可以读取土壤的实际湿度，并向控制器发送信号，这些控制器实际上更像是一个随需应变的响应系统。”
事实上，WaterBit的首席执行官说，这正是公司想要实现的目标。Wright说：“我们希望不仅能够执行种植者的灌溉建议，而且要帮助他们得出如何灌溉最好的建议。在未来的某个时候，我们能够实现完全自主地灌溉大量作物。”
WaterBit Carbon传感器
图片来源：WaterBit
该公司目前正在其董事长、Cypress Semiconductor前首席执行官T.J. Rodgers拥有的小型葡萄园进行这样的试验。Rodgers自1992年以来一直在旧金山半岛经营一家小型酿酒厂。
正是Rodgers对酿酒的浓厚兴趣使他来到了WaterBit公司。作为一名葡萄酒商，Rodgers长期以来一直对监测和调整土壤条件很感兴趣，他在Cypress的一个项目就是测量葡萄园的湿度。Rodgers在2014年左右被介绍给了WaterBit的创始人Manu Pillai和Leif Chastaine，并与他们进行了两年的非正式合作，之后他投资了这家公司，并提供了自己的技术。Wright在2016年离开Cypress之前曾在该公司负责新产品开发，去年作为首席技术官加入后不久升任首席执行官，当时该公司进行了A轮融资。
近年来，Rodgers进行了一项实验，他在自己的葡萄园利用WaterBit的系统进行隔行灌溉。他说：“两年前，我决定把这台机器投入运行，证明用这种方式生产出来的葡萄酒的品质与人工灌溉生产出来的葡萄酒的品质没什么差别。”
图片来源：WaterBit
Rodgers说：“根据我在自己葡萄园的种植经验，我的猜测是，我们灌溉用的水有一半以上被浪费了。我们的技术将让人们更仔细地观察灌溉，并对灌溉方式进行微调，以更低的灌溉用水投入获得更高的产量。”
然而，对于大多数农民来说，这还不像在地里插入传感器并观察水流那么简单。Silberman是Bowles Farming的首席技术官，他在200英亩的西瓜地里安装了23个WaterBit的传感器进行实验——西瓜是农场价值最高的作物。但正如Michael所指出的，在像D-17这样占地48.6英亩的土地上，不同地方的pH值或水容量可能不同，调整灌溉基础设施以适应这一变化并不总是能够一蹴而就。Bowles Farming在很大程度上已经转变为采用滴灌的方式，水通过地下的“滴灌带”流向植物（而不是效率较低的犁沟灌溉，即每行之间的犁沟被水淹没）。但是，Michael农场所在水源地的灌溉基础设施的设计并不是为了按照不同的时间表提供精确的水量的。
D-17号田滴灌站
图片来源：Mark Wallace
新技术能节省大量的资源。但新技术的成本也可能会使像Bowles这样的中型农场望而却步。Silberman提到，每个传感器的成本接近1000美元，一个通信单元的成本也差不多。他说：“如果一块地需要两个传感器，这就得3000美元了，而我们有超过147块地，成本相当高。”
以农业为中心的设计
另一种旨在提高农业效率的基于田间的传感器是来自新泽西州普林斯顿大学Arable实验室的产品Arable Mark。Arable实验室的传感器收集了一系列的输入值，包括温度、阳光、叶绿素含量以及通过麦克风测量的降雨量。
“你可以把它理解为农业领域的Alexa，” Arable的创始人兼首席科学家Adam Wolf说，“它能听得到雨滴的声音，它实际上有一个麦克风，能够把所有的声音频谱提取出来，然后来估计降雨量。”
图片来源：Arable
虽然Arable Mark并不能测量土壤湿度，但它可以与土壤湿度探测器和其他传感器结合在一起，对收集到的数据呈现出一个综合的视图，让农民可以从事该公司所说的“决策农业”。Arable Mark本身也是Nest恒温器设计师Fred Bould的得意之作。
Wolf说：“从设计的角度来看，人们对待农业就像对待垃圾一样。”在推出Arable项目之前，他是普林斯顿大学的一名研究员，对环境技术的总体状况深感沮丧。“在我们用来做研究和收集自然世界测量数据的所有这些技术，农业作为其中的一个子集自上世纪80年代以来从未改变。”
Wolf设想了一种解决方案，可以利用云技术，在桌面屏幕和移动设备之间实现无缝切换。“有几家公司已经开始生产传感器和数据记录器，但什么都没有改变。在这里，我们使用复杂的云基础设施以及可视化和消费数据的方法，对它进行数据科学研究。然而，在收集数据的领域里，你仍然需要插入一根电缆才能将数据下载到你的笔记本电脑上。我不敢相信这就是现实，所以我觉得，我想如果我是那个必须做点什么的人，我就必须拿出行动和成果来。”由于对Nest的用户体验印象深刻，他找了一位设计师——Bould来帮助自己完成这项任务。
环境议题的未来
和WaterBit一样，Arable在进军市场初期就看到了希望。Arable已经在120多个客户中安装了大约1000台设备，其中一部分是国际客户。WaterBit大约有3000台设备，分布在50个农场。虽然很多客户都在美国中西部的农业区，但也有很多人在加州，加州的水资源状况可能是应对日益复杂的未来最重要的一课。专门负责与当地企业和水务机构就一系列广泛的政策问题进行合作的旧金山湾区议会（Bay Area Council）公共政策副主席Adrian Covert表示：“加州80%的人类用水都用于农业。”
当然，农业并不是唯一可以节约用水的地方。部分原因是，随着时间的推移，水资源问题只会变得更加紧迫，企业家们已经开始注意到这一点。为旨在解决全球水资源问题的项目提供帮助的非营利组织ImagineH2O总裁Scott Bryan表示，一系列与水有关的危机——从密歇根州Flint的污染，到开普敦的配给制度，再到加利福尼亚的干旱，等等——已经让人们意识到解决其中一些资源和环境挑战刻不容缓。他说：“最大的变化是，公众对水资源短缺问题的紧迫性有了更大的认识，从而对解决方案的实际内容产生了兴趣。”
编译组出品，编辑：郝鹏程
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