Hvordan fremtiden for amerikansk majs-, soja- og hvedeproduktion afhænger af bæredygtig brug af grundvand

I USA bruges 52% af det kunstvandede land til produktion af majs, sojabønner og vinterhvede. Majs og sojabønner er to af landets vigtigste afgrøder, hvor 17 % af majsproduktionen og 12 % af sojaproduktionen kommer fra kunstvandede områder. Imidlertid er vandet, der bruges til denne kunstvanding, ofte uholdbart oppumpet grundvand. Ifølge en nylig Dartmouth-ledet undersøgelse offentliggjort i Earth's Future , at bruge grundvand bæredygtigt til landbruget i USA kan dramatisk reducere produktionen af ​​majs, sojabønner og vinterhvede.

Kunstvanding er afhængig af udvinding af grundvand fra grundvandsmagasiner, som også tjener som drikkevandskilde og er afgørende for søer, floder og økosystemer. Akviferer genoplades naturligt, da nedbør, snesmeltning og andet vand infiltrerer jorden og opsamles i et porøst lag under jorden. Hvis grundvandsforbruget imidlertid overstiger akviferens genopladningshastighed, reducerer dette mængden af ​​grundvand, der er tilgængelig i grundvandet, herunder til dyrkning af afgrøder.

For at analysere virkningerne af bæredygtig grundvandsanvendelse til kunstvandede majs, sojabønner og vinterhvede brugte forskere en afgrødemodel til at simulere kunstvandet landbrug fra 2008 til 2012. Afgrødemodellen bruger information om dagligt vejr, jordegenskaber, bedriftsdrift og afgrødesorter, og blev sammenlignet med undersøgelsesdata fra det amerikanske landbrugsministerium for at bekræfte dets nøjagtighed.

Afgrødeproduktion blev simuleret under fire forskellige grundvandsscenarier, der spænder fra mest optimistiske til pessimistiske. Det mest optimistiske scenarie antager, at den maksimale mængde genopladning kan bruges til kunstvanding. De mindre optimistiske scenarier, som er baseret på sikkert vandførende udbytte, antager, at kun en brøkdel af genopladningen går ind i grundvandsmagasinet, og netop den begrænsede mængde vand kan bruges til kunstvanding. De mindre optimistiske scenarier tegner sig for usikkerhed i grundvandstilgængeligheden samt bevarelse af noget vand for at opretholde sunde økosystemer. De fire scenarier for bæredygtig brug af grundvand er baseret på sikre akviferudbytter på 100 %, 75 %, 50 % og 25 %.

Under det mest optimistiske scenarie for bæredygtig grundvandsforbrug reduceres den amerikanske kunstvandingsproduktion af majs, sojabønner og vinterhvede med henholdsvis 20 %, 6 % og 25 %. Under det mest pessimistiske scenario reduceres produktionen af ​​majs, sojabønne og vinterhvede med henholdsvis 45 %, 37 % og 36 %.

"Vores resultater understreger, hvordan majs-, sojabønne- og vinterhvedeproduktionen kunne blive påvirket, hvis vi valgte at stoppe udtømningen af ​​grundvandsmagasiner i hele USA," siger medforfatter Jonathan Winter, lektor i geografi og hovedforsker i Applied Hydroclimatology Group ved Dartmouth. "Men fremtidig nedbør, som påvirker grundvandsressourcerne, er svær at forudsige, og forbedret kunstvandingsteknologi, mere vandeffektive afgrøder og bedre landbrugsvandforvaltning kan reducere produktionstabet fra en overgang til bæredygtig grundvandsudnyttelse."

Resultaterne viser, at Nebraska, Kansas og Texas, som er afhængige af grundvand fra High Plains Aquifer (også kendt som Ogallala Aquifer) til at dyrke majs, sojabønner og vinterhvede, ville opleve nogle af de største produktionstab som følge af bæredygtige grundvandsforbrug. Denne region er særligt sårbar på grund af dens mangel på nedbør, hvilket begrænser regnfodret landbrug og genopfyldning af grundvand. Tidligere forskning har vist, at High Plains udvinder tre gange så meget grundvand som dens akvifers genopladningshastighed.

Central California, som er afhængig af Central Valley Aquifer, ville også have store produktionstab i majs og vinterhvede fra bæredygtig grundvandsanvendelse, men produktionstab af majs og vinterhvede i Californien er begrænset på grund af dominansen af ​​specialafgrøder, såsom mandler , druer og salat, som begrænser mængden af ​​jord, der bruges til at dyrke majs og vinterhvede.

I modsætning hertil vil Mississippi-dalen, en betydelig majs- og sojabønneregion, opleve relativt få produktionstab, da udvinding af grundvand typisk er mindre end genopladning over regionen. Midtvesten vil også opleve minimale produktionstab af majs og sojabønne, fordi regionen er fugtig og hovedsageligt er afhængig af regnfodret snarere end kunstvandet landbrug.

"Bæredygtig brug af grundvand er afgørende for at opretholde kunstvandet landbrugsproduktion, især i et globalt fødevaresystem, der allerede er beskattet af klimaændringer, befolkningstilvækst og skiftende kostkrav," siger medforfatter Jose R. Lopez, en tidligere postdoc-forsker i geografi i Dartmouth. "Vi er nødt til at udvide implementeringen af ​​vandbesparelsesstrategier og -teknologier, vi har nu, og udvikle flere værktøjer, der kan stabilisere landets grundvandsforsyning og samtidig bevare afgrødeudbyttet og landmændenes levebrød."