Di sisi barat Arizona yang kering tulang, di mana Lembah Sungai Colorado bertemu Gurun Mojave, duduk 11,000 hektar alfalfa, sorgum, gandum, dan rumput Sudan milik Suku Indian Sungai Colorado (CRIT), semuanya ditakdirkan untuk dipanen dan dijual untuk pakan ternak. Untuk apa pun yang tumbuh di sini, irigasi adalah suatu keharusan. Kurang dari seperempat inci hujan turun sepanjang tahun ini, menurut Josh Moore, yang mengelola pertanian atas nama sukunya.
“Pemesanan diatur pada sistem irigasi banjir yang sudah ketinggalan zaman,” kata Moore. Jaringan kanal yang dibangun pada abad ke-19 mengalirkan air dari Sungai Colorado, sebuah sistem yang tampaknya merupakan ide yang lebih baik sebelum daerah aliran sungai memasuki kondisi kekeringan yang terus-menerus dan semakin mengerikan. Meskipun kanal menyediakan cukup air untuk memenuhi kebutuhan pertanian CRIT untuk saat ini, suku-suku tersebut merencanakan masa depan yang lebih panas dan lebih kering. Musim ini, pipa plastik hitam terlihat meliuk-liuk di ratusan baris sorgum: sebuah eksperimen dengan irigasi tetes mikro yang secara radikal dapat mengurangi penarikan pertanian dari daerah aliran sungai yang dibebani pajak.
Di seluruh dunia, sebagian besar tanaman bergantung pada hujan saja untuk air mereka, tetapi di tempat-tempat di mana curah hujan tidak cukup, kami terpaksa mengairi. Terlepas dari semua inovasi yang masuk ke pertanian dalam beberapa tahun terakhir, dari Traktor berpemandu GPS untuk bibit rekayasa genetika, 85% dari semua irigasi masih dilakukan dengan melepaskan sejumlah besar air di permukaan ladang, hampir sama dengan cara yang ditangani 4,000 tahun yang lalu di Mesopotamia.
Irigasi banjir telah bertahan karena murah, tetapi dari perspektif sumber daya alam, itu sangat mahal. Sebanyak 70% air terbuang sia-sia, dan tanaman yang kelebihan air dapat gagal mencapai potensi penuhnya. Kelebihan pupuk terbawa oleh limpasan, mencemari sungai, lahan basah, dan danau.
Irigasi microdrip seharusnya menyelesaikan semua itu. Pada tahun 1930-an, seorang insinyur muda bernama Simcha Blass melihat sebuah pohon yang tumbuh jauh lebih tinggi daripada yang lain di baris yang sama; ketika dia melihat lebih dekat, dia menemukan bahwa akarnya diberi makan oleh kebocoran kecil dari pipa irigasi di dekatnya. Bertahun-tahun kemudian, orang Israel menggunakan konsep tersebut untuk membuat sistem irigasi tetes plastik yang kemudian dijual dengan nama merek Netafim. Ini tetap menjadi pemimpin global di sektornya.
Saat ini, ada ratusan perusahaan irigasi tetes, tetapi teknologi tersebut diterapkan pada kurang dari 5% dari areal irigasi di seluruh dunia, biasanya untuk tanaman mahal seperti almond, anggur anggur, dan tomat. Faktor pembatasnya adalah biaya. Karena sistem saat ini dirancang, mendorong air melalui pipa sepanjang ratusan kaki membutuhkan banyak tenaga, yang dipasok petani dengan pompa; yang listrik jika mereka memiliki kekuatan di bidangnya, versi diesel yang menyemburkan karbon jika tidak. Garis dripper juga rentan tersumbat oleh partikel lumpur atau ganggang yang ditemukan di air alami, sehingga harus disaring, yang menambah biaya lain. Seluruh pengaturan berjumlah setidaknya $ 2,000 per hektar, ditambah tagihan energi. Untuk tanaman bernilai lebih rendah seperti kapas atau alfalfa, irigasi tetes sama sekali tidak berguna.
Pengaturan microdrip yang digunakan oleh CRIT Farms, bagaimanapun, membutuhkan biaya kurang dari $400 per hektar untuk dipasang, dan tekanan yang diperlukan disuplai sepenuhnya oleh gravitasi, yang memiliki keuntungan karena bebas dan netral karbon. Untuk pengamat biasa, sistem ini tidak terlihat banyak. Tapi bagi Moore, ide tanaman irigasi tetes untuk pakan ternak tidak kekurangan revolusioner. Dengan asumsi, tentu saja, itu benar-benar berfungsi.
“Ketika sumur mengering, kita tahu betapa berharganya air,” tulis Benjamin Franklin dalam edisi 1746 Almanack Richard yang malang. Dia tidak tahu setengahnya. Populasi global saat ini 10 kali lipat dari saat itu, dan sumber air tawar menurun. Babi air terbesar sejauh ini adalah pertanian, yang menyumbang hampir tiga perempat penggunaan global.
Tanda-tanda kelangkaan air ada di sekitar kita, semakin mengkhawatirkan setiap tahun. Pada bulan Agustus, untuk pertama kalinya dalam sejarah, Sungai Colorado dinyatakan oleh pemerintah AS sebagai keadaan kekurangan, memicu pemotongan pasokan ke beberapa dari 40 juta orang yang bergantung padanya. Lima juta dari mereka mendapatkan air mereka dari Central Arizona Project (CAP), sebuah utilitas publik yang menyalurkan air sungai melalui kanal dari tepi barat Arizona ke 80% populasi negara bagian.
Chuck Cullom, manajer program Sungai Colorado di CAP, telah menghabiskan dekade terakhir mengeksplorasi pilihan untuk meningkatkan pasokan air Arizona, termasuk teknologi pengolahan air limbah dan gadget yang membantu pelanggan perkotaan membatasi penggunaannya. Pada 2019, di sebuah konferensi di Tel Aviv, Cullom bertemu dengan seorang eksekutif dari startup irigasi Israel bernama N-Tetes, yang sedang mengembangkan sistem yang menjanjikan penghematan air secara drastis tanpa biaya yang mahal. “Saya sangat skeptis,” kata Cullom. "Kedengarannya seperti solusi unicorn."
Tapi pertanian menyumbang sebagian besar penggunaan air tawar Arizona, jadi Cullom bersedia mencoba N-Drip. Pada tahun 2020, CAP menyediakan sistem untuk CRIT Farms untuk digunakan pada 40 hektar sorgum. Mereka menemukan bahwa itu mengurangi penggunaan air menjadi dua, sementara sedikit meningkatkan kualitas tanaman: hasil yang mengejutkan, meskipun dalam skala yang sangat kecil. Tahun ini, CAP memperluas uji coba ke sekitar 200 hektar sorgum dan kapas di seluruh Arizona, dan, jika semuanya berjalan dengan baik, berharap untuk menerapkan sistem secara regional pada tahun 2023, terus menutupi biaya peralatan bagi petani yang memasangnya.
N-Drip adalah gagasan Uri Shani, seorang profesor fisika tanah di Universitas Ibrani Yerusalem dan mantan ketua otoritas air Israel. Dia mulai tujuh tahun lalu untuk merancang sistem irigasi microdrip yang cukup murah untuk masuk akal tidak hanya untuk selada dan beri tetapi juga tanaman komoditas seperti kedelai dan jagung, yang merupakan sebagian besar hasil pertanian dunia.
“Reaksi pertama saya adalah, tentu saja ini akan mengubah dunia, tetapi itu tidak akan pernah berhasil”
Shani berusia 72 tahun, dengan rambut pendek, kacamata berbingkai kawat, dan sikap avuncular. Ia lahir pada tahun 1950, di sebuah kibbutz yang diliputi kecemasan khas kehidupan di negara gersang yang berkomitmen pada swasembada pertanian. “Ayah saya adalah seorang insinyur yang bekerja terutama di bidang air. Saya tumbuh dengan memikirkan solusi air dan air sepanjang hidup saya,” kata Shani, berbicara melalui Zoom dari kantor N-Drip di Tel Aviv.
Setelah menyelesaikan dinas militernya dengan unit komando elit, Shani melanjutkan ke Universitas Ibrani, lembaga penelitian terkemuka Israel, dan mendapat gelar master dalam fisika tanah. Untuk gelar Ph.D. bekerja, dia pindah ke Kibbutz Yotvata, di gurun di ujung selatan Israel. Daerah ini mendapat kurang dari satu inci hujan setiap tahun dan hanya memiliki air tanah payau untuk keperluan irigasi: batas luar pertanian. Dia mulai di sana sebagai mahasiswa pascasarjana dan akhirnya mengelola kibbutz.
Shani kemudian menjadi profesor, dan pada tahun 2006 ditunjuk untuk menjadi kepala pertama otoritas air Israel yang baru dibentuk. Peran itu kompleks, mencakup teknik, manajemen, politik, dan ekonomi, dan dia mengambilnya dengan negara yang mengalami kekeringan terburuk yang pernah ada. Investasi turbocharged Shani dalam daur ulang air dan desalinasi. Untuk membayarnya, dia secara signifikan—dan secara kontroversial—menaikkan harga air.
“Di seluruh dunia, alasan mengapa ada begitu banyak masalah air adalah sangat sedikit negara yang bersedia membebankan harga sebenarnya kepada konsumen,” kata Seth Siegel, kepala petugas keberlanjutan N-Drip dan penulis buku terlaris New York Times 2015, Biar Ada Air, yang menceritakan kebangkitan Israel sebagai pemimpin dalam konservasi air dan teknologi. Pada 2012, Shani meninggalkan kantor dengan Israel dalam surplus air tawar. "Luar biasa apa yang dia lakukan."
Seorang warga negara sekali lagi, Shani mulai merenungkan ancaman kekurangan air di seluruh dunia. Lebih dari seperempat populasi dunia tinggal di negara-negara yang kekurangan air, dan PBB memperkirakan bahwa kelangkaan air dapat membuat 700 juta orang mengungsi pada akhir dekade ini. Kontribusi paling signifikan yang bisa dia buat, dia memutuskan, adalah membantu irigasi tetes menjadi arus utama. Itu berarti menciptakan sistem yang berjalan tanpa filter dan pompa.
Untuk memahami tantangan Shani, pertama-tama Anda harus memahami apa yang terjadi di dalam garis tetes plastik hitam sederhana itu. Sepanjang masing-masing lubang ada serangkaian lubang, dan di dalam setiap lubang terpasang widget plastik seukuran Tic Tac, yang disebut emitor. Air bergerak melalui saluran yang sangat sempit, seperti labirin di dalam emitor, diatur sehingga keluar dalam tetesan terukur. Hambatan yang dihasilkan oleh emitor tersebut adalah alasan mengapa begitu banyak tekanan diperlukan untuk memindahkan air dari satu ujung ladang ke ujung lainnya dalam sistem tradisional.
Shani menyusun jenis emitor baru, yang menawarkan sedikit hambatan sehingga tekanan air yang diberikan oleh gravitasi saja — yang diperoleh selama penurunan 1 hingga 2 kaki dari saluran irigasi ke ladang di bawah — akan cukup untuk mendorong semua air. jalan turun ratusan kaki tabung dan keluar ke tanah. Pertama, ia bereksperimen dengan menenun serat plastik dan logam menjadi berbagai struktur kisi tiga dimensi. Tapi itu pada suatu hari mendaki, katanya, bahwa terobosan datang: Alih-alih saluran zig-zag, emitornya akan terdiri dari batang tergantung di dalam silinder, dengan air yang mengalir melalui bentuk tabung yang terbentuk di antara mereka. Berbeda dengan emitor tradisional, sekarang, tidak ada partikel puing yang bisa menghalangi aliran air. "Boom," kata Shani. “Saya benar-benar yakin itu akan berhasil. Kemudian kami mengembangkan semua matematika.”
Begitu dia menyempurnakan konsepnya, Shani perlu mengkomersialkannya. Dia menghubungi Eran Pollak, mantan pejabat kementerian keuangan yang pernah bekerja sama dengannya sebagai ketua air, dan memberi tahu Pollak bahwa dia telah menemukan irigasi tetes yang hanya menggunakan gravitasi. Pollak skeptis. Dia dibesarkan di kibbutz juga, dan dia tahu tentang irigasi; tidak ada yang namanya tetesan tekanan nol.
“Reaksi pertama saya adalah, tentu saja ini akan mengubah dunia, tetapi itu tidak akan pernah berhasil,” kenang Pollak. Dia bertemu Shani di markas N-Drip, yang pada saat itu adalah kantor kecil di mal di pinggiran kota Tel Aviv. Shani membawanya ke gudang belakang. “Itu adalah pipa sepanjang 20 meter, direkatkan secara manual, meneteskan air ke tanah dari tong sampah plastik kecil,” kata Pollak. “Itu adalah tahap paling dasar yang bisa dibayangkan, tetapi ini adalah menit di mana saya mengerti itu bisa berhasil.” Pollak menandatangani sebagai chief executive officer.
N-Drip memasang uji coba lapangan resmi pertamanya pada akhir tahun 2017, pada lima hektar tebu di Eswatini (sebelumnya Swaziland), mengambil air langsung dari sungai. Mereka menemukan bahwa sistem tersebut tidak hanya bekerja dan menggunakan lebih sedikit air, tetapi juga meningkatkan hasil panen sebesar 30%. Dengan hasil yang menggembirakan, N-Drip beralih ke uji coba yang lebih besar di Australia dan AS, dan sejak itu diperluas ke 17 negara, dari Vietnam hingga Nigeria. Jika visi Shani benar, N-Drip memiliki peluang untuk memodernisasi jutaan peternakan lainnya, dan mengubah konsumsi air tawar secara global.
Hingga saat ini, N-Drip telah mengumpulkan dana sebesar $25 juta, dan sistemnya digunakan oleh ratusan petani untuk tanaman seluas 4,000 hektar, mulai dari kapas, kentang, hingga kedelai. Tapi Shani masih harus menempuh jalan panjang jika dia berniat untuk mengubah 600 juta hektar lahan yang diairi banjir, dan jalan dari gudang kebun ke solusi irigasi global akan memiliki banyak rintangan.
Karena N-Drip tidak menggunakan penyaringan, sebagian besar cegukan sejauh ini berkaitan dengan semua hal tak terduga yang mungkin ditemukan dalam air di sebuah peternakan. Di awal satu percobaan, seorang petani California menghubungi N-Drip dengan panik untuk mengatakan bahwa sistemnya telah berhenti berfungsi. Ketika Shani tiba, dia menemukan seekor ikan seukuran jari telunjuknya menyumbat salah satu pipa. Sekelompok ganggang hijau melakukan hal serupa di sebuah peternakan di Kazakhstan. Sekarang, tangki air N-Drip dilengkapi dengan jaring jaring untuk menangkap semua jenis kehidupan tumbuhan dan hewan.
Di bawah terik matahari Arizona, di wilayah dengan air yang sangat kaya mineral, garis dripper menjadi sangat panas sehingga kalsium karbonat mengendap, melapisi emitor dalam kerak kapur seperti bagian dalam teko Inggris. Itu membuat N-Drip mengembangkan protokol untuk mengubur garisnya di lapisan tipis tanah agar tetap dingin dan untuk menggunakan pelembut pada air sadah.
David Midmore, seorang profesor emeritus ilmu tanaman di Australia's Universitas Queensland Tengah dan seorang ahli irigasi mikro, mengatakan bahwa jika N-Drip benar-benar berencana untuk menjangkau 500 juta petani skala kecil di dunia, dan bukan hanya petani besar yang canggih, kesuksesan tidak hanya bergantung pada perancangan teknologi yang tepat tetapi juga pada investasi yang substansial dalam pendidikan. dan dukungan. “Sangat penting bahwa petani diajari cara yang benar untuk irigasi tetes, memiliki ukuran air yang sederhana di tanah, dan bagaimana tidak terlalu banyak atau kurang irigasi,” katanya. “Ini bukan hanya pelatihan, tetapi tindak lanjut.”
N-Drip menegaskan bahwa pertanian kecil adalah bagian penting dari misinya. “Jika seorang petani kaya di Australia meningkatkan hasil sebesar 47%, itu bagus, buka Champagne, ambil liburan yang lebih mewah tahun itu,” kata Siegel, chief sustainability officer perusahaan. “Tetapi jika seorang petani subsisten meningkatkan hasil, dan mereka memiliki lebih banyak makanan untuk dimakan dan lebih banyak makanan untuk dijual, itu mengubah keluarga dan komunitas itu.”
Untuk itu, ketika pandemi Covid-19 merebak pada tahun 2020, menunda proyek-proyek yang menguntungkan di AS dan Australia, N-Drip beralih ke pembuatan kit seluas 1 hektar yang dirancang untuk para pengguna ini. Sistem DIY ini hadir dengan tautan ke video YouTube dan gambar garis sederhana seperti Ikea untuk memandu petani melalui pemasangan.
N-Drip juga telah mengembangkan sensor tanah berpemilik, yang disebut Sambungan N-Tetes, yang memantau kondisi tanaman dan tanah serta mengirimkan panduan waktu nyata kepada petani melalui aplikasi ponsel cerdas tentang kapan harus mengairi dan memupuk. Sensor juga memberikan umpan balik ke tim agronomi perusahaan, sehingga dapat mengawasi kondisi lapangan.
Tantangan lain untuk N-Drip akan terus ekonomi. Sistem ini dapat dipasang dengan biaya yang lebih murah dari sistem tetes bertekanan konvensional, tanpa biaya energi yang berkelanjutan, tetapi air gratis atau disubsidi besar-besaran bagi sebagian besar petani di seluruh dunia. Meskipun beberapa, seperti petani kapas Australia, mungkin bersedia berinvestasi untuk segera melindungi sumber daya yang berkurang dengan cepat, banyak petani kecil dunia tidak akan mampu menutupi biaya tambahan yang sederhana sekalipun.
“Pasar petani kecil adalah pasar yang sangat besar, dan salah satu yang paling diuntungkan dari sistem kami, tetapi sangat sulit untuk berbisnis jika Anda tidak memiliki mitra yang besar dan memiliki posisi yang baik,” Pollak mengakui. N-Drip membayangkan menyediakan sistemnya kepada para petani ini terutama melalui organisasi nirlaba, lembaga pemerintah, dan perusahaan besar yang memenuhi janji keberlanjutan. Para eksekutifnya mengatakan peluang, dalam waktu dekat, dapat diukur dalam ratusan ribu hektar lahan pertanian.
Contoh awal dari kemitraan semacam ini adalah dengan PepsiCo Inc., yang melakukan kontrak langsung dengan 40,000 petani untuk bahan-bahan seperti jagung, gandum, dan kentang, dan telah menetapkan tujuan untuk meningkatkan efisiensi penggunaan air pertanian sebesar 15% pada tahun 2025. PepsiCo merintis teknologi N-Drip dengan segelintir petani di India, Vietnam, dan AS, dan melihat peningkatan hasil panen dengan input pupuk yang lebih sedikit dan konsumsi air 50% lebih sedikit dibandingkan irigasi banjir.
Peter Gleick, presiden-emeritus dan salah satu pendiri Pacific Institute, sebuah lembaga penelitian nirlaba yang berfokus pada masalah air tawar, menekankan bahwa ketika menyangkut masa depan irigasi, sangat penting bagi kita untuk tidak melupakan gambaran besarnya. Mengubah ladang kapas atau alfalfa menjadi irigasi tetes adalah langkah ke arah yang benar, tetapi pertanyaan yang lebih besar muncul: Haruskah kita benar-benar menanam tanaman itu di iklim kering? “Kita perlu melakukan percakapan nyata tentang apa yang masuk akal untuk tumbuh di Barat yang langka air, serta percakapan tentang menumbuhkan apa yang kita pilih untuk tumbuh lebih efisien dan lebih hati-hati,” katanya. “Teknologi ini mungkin membantu dengan pertanyaan kedua, tetapi tidak akan membantu yang pertama, yang lebih politis.”
Gleick mencatat bahwa pada prinsipnya menolak menggunakan air minum yang berharga untuk bercocok tanam untuk pakan ternak adalah satu hal, dan hal lain untuk memberi tahu petani bahwa mereka harus berhenti bercocok tanam. Kembali ke CRIT Farms, Moore mengatakan bahwa dia senang berkontribusi pada penelitian yang dia anggap penting bagi masa depan pertanian di wilayah tersebut. Tahun depan ia berencana menggunakan sistem N-Drip di lahan tambahan. Meskipun reservasi suku belum dikurangi kuota airnya, Moore tahu bahwa kekurangan akan datang untuk semua orang suatu hari nanti. "Kita harus mulai hidup seperti kita dipengaruhi oleh cutoff itu untuk memberi kita waktu," katanya. “Untuk bertahan hidup sebagai manusia, dan sebagai bisnis, kita perlu melihat teknologi seperti ini.”
