加州长期干旱野火滋生 区块链和物联网或能拯救其500亿美元农业

加利福利亚州是一个农业强州，生产超过三分之一的美国蔬菜，每年产值超过500亿美元，但其巨大而多样的产量需要同样庞大的水资源。

几十年来，农民和企业都是从加利福尼亚的含水层中抽取地下水，这些含水层是可渗透的岩层，将水储蓄在地下，但这一行动的结果却令人恐惧。由于含水层排水速度快于雨水的补充速度，地面实际上会下沉，这种现象称为“地面沉降”。如果地面上的区域有着大规模建筑物和道路，这可能会造成严重破坏。

“加利福尼亚对美国农业来说非常重要。” The Freshwater Trust淡水基金负责人亚历克斯·约翰逊告诉Digital Trends，“但它严重依赖地下水，而且在过去的几十年中，中部山谷中有一些盆地已经枯竭，海拔降低了20英尺，因为这些含水层的水被抽尽，所有地面都在沉降。”

随着含水层下沉，它们不仅仅对地面基础设施构成风险。岩石和土壤一起坍塌，占走了水曾经积聚的空间。根据加利福尼亚水资源部的数据，这可能是灾难性的，平均每年地下水占该州供水量的38%;在干燥的年份，这个数字可以超过46%。

如果加利福尼亚州要防止含水层进一步枯竭，并在2011年至2017年期间的干旱中生存下来，那么该州将需要管理其地下水的使用。在中央山谷，一个组织正在开展一个项目，通过结合两种技术来阻止这种趋势：物联网(IoT)和区块链。

一项诞生于人类摇篮的工程

第一个重大挑战是如何监测整个州的地下水位。幸运的是，这是全球其他地区的人们多年来一直在努力解决的问题，并且已经开发出了解决方案。

“我们今天主要在东非开展这项工作。”SweetSense的首席执行官Evan Thomas说，该公司使用卫星连接传感器监测农村供水， “过去30年来，东非每年的降雨量实际减少了30%。”他解释说，“因此，干旱基本上每年都会发生，而不是每隔10年或20年，干旱的后果非常严重。由于埃塞俄比亚和肯尼亚的干旱，2011年有25万人死亡，近千万人受到影响。”

在肯尼亚，SweetSense与IBM Research合作，在美国国际开发署(USAID)的支持下，他们建立了一个系统，使用物联网传感器“监测地下水的使用和需求，将其与降雨地表水可用性相关联，除此之外，最重要的是，使用这些数据来识别水泵何时发生故障，以便我们可以及时发现并将其修好，并确保人们可以全年获得水。”

物联网的使用令人兴奋：这是一项技术，许多人首先将其与厨房用具和Alexa扬声器联系起来，但它们也被用于拯救生命免受干旱袭击。物联网广泛地指的是机器相互通信的能力。

想象一下现代技术公寓：你可能有一个智能家居中心，当时钟在早上7点敲响的时候，告诉你的智能扬声器闹钟响了，你的咖啡机开始煮咖啡，你的电视打开并调换频道至早间新闻。如果外面的温度低于某个阈值，你的智能恒温器会加热。虽然你最初可能已经编程了这些指令，但机器可以相互“交谈”并执行指令而无需人工微操作。

重要的是，设备可以相互通信而无需与更广泛的互联网同步，这对SweetSense在非洲的工作至关重要。

“选择物联网的原因是我们完全脱离了网络。” Thomas解释道，“没有蜂窝电话服务，没有电力供应，没有公用设施连接，而我们有的只是一个独立的太阳能传感器，连接到这些泵，可以监控供水，并通过卫星网络将其连接起来。”

这些传感器可以安装在人的手掌上，并由一个“2瓦太阳能电池板供电，该电池板的大小相当于一本小平装书”。

共享资源需要共享信息

能够准确测量地下水的使用是至关重要的一步，但仅仅拥有准确的仪器是不够的。地下水是一种独特的复杂资源。这一切都在地下，在视线之外，并且由于它对各种行业的重要性，每个人都想在喷泉边喝一口。

“我认为在水资源管理和自然资源管理方面存在固有的困难，因为很难跟踪谁做了什么，也很难开展长期追踪。”约翰逊说，“用户之间并没有太多的信任，尤其是用户与政府或本地管理机构之间，对于希望获得相同资源的其他实体而言。”

地下水的使用是公地悲剧的一个很好的例子。公地悲剧指的是共享资源，个人会决定最大化地使用它，然而事实是，如果每个人都这么做，它会耗尽资源并毁灭整个群体。

管理共享资源，如水，人们认为天生有权获得，不仅需要群体的生存，还取决于每个人对其使用的限制。它需要信任。每个人都想知道其他人都在遵守同样的规则。

“水是一种共享资源，。”IBM Research Africa的水技术负责人Nathan Wangusi说，“这意味着如果我们从同一含水层开采，我们需要了解我们提取的量，我们需要开采多少、以什么速度开采，有什么条件……因此，这种共识非常重要。”

基于市场的方法

Wangusi和他的团队在肯尼亚工作，他称这个地区“人口稀少”，“很大程度上是田园式的......严重依赖地下水。”这也是一个很难部署许多技术解决方案的地区。 Wangusi和他的团队决定专注于如何将水权货币化。

“你想到任何其他自然资源，如矿物、土地等。”Wangusi解释说，“你通过一些许可获得了这些权利......如果你有碳信用额，你就可以获得向环境中排放一定量碳的许可证。”

同样，如果你拥有土地，你可以种植庄稼，并有权出售这些庄稼。如果你拥有一个矿山，你可以从中挖取矿物并出售。但是，地下水比较棘手。

“水权与其他自然资源权的不同之处在于，你不能将水权直接……转化为商业工具。”

Wangusi和他的团队确定了地下水信用的想法。信用为业主提供从地面提取一定量水的权利，如果业主不想自己利用这一权利，他们可以“将其转换成在公开市场上交易的商业工具”。

然而，市场关乎信任。相关人员需要相信他们所购买的产品 - 在这种情况下是提取地下水的权利 - 是有效的，他们需要相信没有其他人在利用这个系统。如果农民怀疑他们的邻居不顾一切地肆意抽水，他们为什么要把自己限制在只能购买许可证的用水范围内呢?每个人都需要访问该信息，并且知道该信息是值得信赖的。

一个每个人都可以信赖的系统

“这是一项旨在支持共识和民主化信息访问的技术。”Wangusi说，“根据区块链的，因为你有一个不可改变的分类账的想法，然后你有一个可以智能合约的想法，允许在区块链网络内的移动交易。”

区块链是像比特币这样的加密货币的基础技术，但它对其他应用程序有很大的潜力。简而言之，区块链是一个分散的分类账，在每个想要访问它的人之间共享。

当任意数量的参与方在区块链上进行交易或其他交易(例如，注册“智能合约”)时，网络上的其他方对其进行核实并确保其在记录中的位置。所有用户都可以使用该信息，事后没有人可以更改它，因为数据必须与其他人拥有的副本保持一致。

SweetSense的传感器可以准确地跟踪系统中任何泵提取的地下水量，并通过卫星将信息传递给IBM的区块链，因此数据甚至可以在偏远地区流动。在区块链上，用户可以购买和出售他们的水信用额，甚至可以在价格合适时注册智能合约以自动购买或出售，并且每个人都可以看到哪些泵功能正常，在哪里抽水等等。

从肯尼亚到加利福尼亚州

该系统是在非洲开发的，对那些依赖地下水的牧民社区来说是一个福音。对淡水信托基金来说，它似乎也有很大的发展潜力。尽管人们可能不会立即将肯尼亚和加利福尼亚联系在一起，但这两个地区都依赖农业，而且都依赖地下水。

Thomas过去曾与淡水信托基金合作过，他们看到了合作的机会。

“因为TFT试图弄清楚如何帮助农民实际监测水资源，以及如何帮助农民遵守《地下水可持续性法案》。”Thomas说，“最重要的是，如何帮助他们减轻新法规带来的痛苦，并为参与其中创造市场激励。”

该项目的创造者对他们所谓的“逆向技术转移”的前景感到兴奋，即在发展中国家设计的一个系统将帮助科技世界的心脏——加州。

“我认为，在美国文化中，我们很容易觉得自己是最棒的。”约翰逊说，“因为我们总是被告知，或者我们自己给自己灌输了很多这种观点。但有很多地方正在进行创新，我认为技术的速度已经民主化，一些真正有趣的技术进步来自于此。”

鉴于加利福尼亚州在科技行业中的核心作用，颇有一点讽刺意味，伟大的创新出口商居然还得借助来自遥远国度的技术。

“从某种特定的意义上说，加州的科技水平相当高，这通常与农业无关。所以我认为，发展中国家可能在很多领域都有教学和创新，可以教给发达国家这些。”约翰逊说。

这个物联网/区块链系统提供的是一种透明、廉洁的地下水使用监管方式，这对肯尼亚或加州的农民来说是有益的，因为他们可以对政府的指令保持警惕。

“如果我们能够创建一个可信的、不可改变的系统，并且表明整个资源，月复一年，年复一年，可持续管理，而系统能为用户提供了实际使用所需的隐私和安全性。”约翰逊说，“这我们正在谈论的。”

“立法将迫使对这些新型系统的需求，”他补充道，因此像淡水信托这样的组织正试图“在所有人都碰壁之前找出解决办法......”

地球正在变干

人类的背可能还没有被压在墙上，但我们可以感觉到正在逼近。

“我们没有全年可用的水，实际上世界上任何地方都没有，这正在成为一场危机。” Thomas说， “干旱正在加剧这个问题，需求正在加剧这个问题，我们需要确保在需要的地方和需要的时候提供水。而且我们无法以旧的方式做到这一点。”他补充道，“我们不仅仅是要再次建造一座水坝，或者从山里把所有的水都偷走。我们需要能够管理现有水资源。”

干旱不仅会伤害农业。美国农业部林务局最近发表声明称，自2017年以来，加利福尼亚已有1800万棵树死亡，使2010年以来的死亡的树达到1.49亿棵。那些枯萎的树脂延伸到数百万英亩的土地，一片等待着火花点燃化为汹涌火海。加州长期干旱的同时，野火也在增加，包括2018年的Camp Fire，这是加州历史上最致命的野火。

这需要强有力的公共政策和技术创新来避免灾难，而加州正在利用这两者。

“作为人类，我们现在几乎可以接触到上帝般的技术。”约翰逊说，“让我们有一种紧迫感，尝试一下并将这些技术应用到最需要的地方。”