Klimaændringer vil udtømme nogle amerikanske vandbassiner, reducere udbyttet af kunstvandede afgrøder

En ny undersøgelse foretaget af MIT klimaforskere, økonomer, og landbrugseksperter konstaterer, at visse hotspots i landet vil opleve alvorlige reduktioner i afgrødeudbyttet i 2050, på grund af klimaændringernes påvirkning af kunstvanding.

Den hårdest ramte region, ifølge forskerne, vil være sydvest. Allerede en vandstresset del af landet, denne region forventes at opleve reduceret nedbør i midten af ​​århundredet. Mindre nedbør til området vil betyde reduceret afstrømning til vandbassiner, der fodrer kunstvandede marker.

Produktion af bomuld, den primære kunstvandede afgrøde i det sydvestlige og i det sydlige Arizona i særdeleshed, vil falde til mindre end 10 procent af afgrødeudbyttet under optimale kunstvandingsforhold, studieprojekterne. Tilsvarende majs dyrket i Utah, giver nu kun 40 procent af det optimale forventede udbytte, vil falde til 10 procent med yderligere klimadrevne vandunderskud.

I Nordvest, vandmangel til Great Basin-regionen vil føre til store reduktioner i kunstvandet foder, såsom hø, græsser, og andre afgrøder dyrket for at fodre husdyr. I modsætning, forskerne forudsiger et fald i vandstress til kunstvanding i de sydlige sletter, hvilket vil føre til større udbytte af kunstvandet sorghum og sojabønner.

Hvis der gøres en indsats for at reducere drivhusgasser og afbøde klimaændringer, forskerne finder ud af, at vandknaphed og den tilhørende reduktion af bomuld og foder kan undgås.

"I sydvest, vandtilgængeligheden til kunstvanding er allerede et problem, " siger førsteforfatter Elodie Blanc, en forsker ved MIT's Joint Program on the Science and Policy of Global Change. "Hvis vi afbøder, dette kan forhindre ekstra stress forbundet med klimaændringer og et alvorligt fald i afstrømningen i det vestlige USA. Men det bliver endnu værre i fremtiden, hvis vi ikke gør noget som helst«.

Blancs undersøgelse vises i tidsskriftet Earth's Future, og hendes medforfattere er Erwan Monier, en hovedforsker ved MIT; Justin Caron, en assisterende professor ved HEC Montreal; og Charles Fant, en tidligere MIT postdoc.

"En mere integreret verden"

Mens mange forskere har undersøgt virkningerne af klimaændringer på afgrødeudbyttet, Blancs undersøgelse er en af ​​de første til at overveje, hvordan et ændret klima kan forme tilgængeligheden og fordelingen af ​​vandbassiner, som kunstvandede afgrøder afhænger af.

"De fleste modelundersøgelser, der ser på klimaændringernes indvirkning på afgrødeudbyttet og landbrugets skæbne, tager ikke højde for, om det tilgængelige vand til kunstvanding vil ændre sig, " siger Monier.

Ved at forudsige, hvordan klimaet vil påvirke udbyttet af kunstvandede afgrøder i fremtiden, forskerne overvejer også faktorer som befolkning og økonomisk vækst, samt konkurrerende efterspørgsel efter vand fra forskellige socioøkonomiske sektorer, som i sig selv forventes at ændre sig, efterhånden som klimaet opvarmes.

"Vi forsøger at være så repræsentative for virkeligheden som muligt, " siger Blanc.

At gøre dette, forskerne brugte en model af 99 store flodbassiner i landet, som de kombinerede med MIT Integrated Global System Model-Community Atmosphere Model - et sæt modeller, der simulerer udviklingen af ​​økonomiske, demografiske, handle, og teknologiske processer. Modellerne omfatter også drivhusgasemissioner og andre forurenende stoffer, der følger af disse processer, og de inkorporerer al den information i en global klimamodel, der simulerer de fysiske og kemiske processer i atmosfæren, samt i ferskvands- og havsystemer.

"Vi ser på en mere integreret verden, og hvordan alle disse interaktioner vil drive ændringer i kunstvanding, " siger Monier.

"Svært accentueret" mangel

Forskerne fokuserede deres globale simuleringer på USA og modellerede landets udviklende økonomiske aktiviteter i forskellige geografiske regioner for at bestemme vandkravene til fem hovedsektorer:termoelektrisk køling; offentlig forsyning, såsom til drikkevand og andre offentlige forsyninger; industriel efterspørgsel; minedrift; og kunstvanding.

De brugte derefter en afgrødemodel til at simulere det daglige vandbehov for forskellige afgrøder, drevet af forskernes modellerede fremskrivninger af nedbør og temperatur, og sammenlignede disse krav med den mængde vand, der forventes at være tilgængelig til kunstvanding i et bestemt bassin gennem år 2050.

"Det største fund er, at det virkelig gør en forskel i specifikke regioner, om du tager højde for, hvordan tilgængeligheden af ​​kunstvanding vil ændre sig i fremtiden, og hvordan det vil påvirke udbyttet, " siger Monier.

I 2050, teamet projekterer, at under et business-as-usual-scenarie, hvor der ikke træffes foranstaltninger for at reducere drivhusgasser, en række vandbassiner i USA vil begynde at opleve vandmangel. Flere bassiner, især i sydvest, vil se eksisterende vandmangel "alvorligt accentueret, " ifølge undersøgelsen.

Forskerne bemærker, at de bassiner, der vil blive hårdest ramt, generelt ikke forsyner de største arealer med kunstvandede dyrkningsarealer. For eksempel, selvom klimaændringer vil reducere bomuldsproduktionen i det sydvestlige område betydeligt, Hovedparten af ​​landets bomuldsproduktion forekommer ikke i denne region.

"Det betyder måske ikke så meget for den samlede afgrødeproduktion i USA, men hvis du er landmand i den pågældende region, der vil blive påvirket, det betyder noget for dig, " siger Monier. "Det, vi ønsker at gøre, er at give nyttige oplysninger, som enten landmænd eller jordinvestorer kan bruge til at se ind i fremtiden og træffe beslutninger om, hvor den rigtige region er til at udvide kunstvandet landbrug, og hvor er det mere risikabelt. Vi ønsker også at gøre det klart, at klimabegrænsning er bedre for amerikansk kunstvandet landbrug end ikke at gøre noget."

Et klimaforandrende landskab

Under det samme business-as-usual-scenarie, forskerne forventede højere udbytter for kunstvandede afgrøder som hvede, sojabønner, og sorghum. Den øgede produktion i disse afgrøder er drevet af højere nedbør, der forventes at forekomme i det centrale USA, kombineret med højere koncentrationer af kuldioxid, hvilket reducerer en plantes vandbehov.

Forskerne forudser, at afgrødeudbyttet for hvede, sojabønner, og sorghum bør stige endnu mere, hvis der indføres afbødende foranstaltninger. Ud over et business-as-usual-scenarie, holdet kørte sine simuleringer under to afbødningsscenarier, tidligere foreslået af U.S. Environmental Protection Agency, hvor der gøres en indsats for at afbøde den globale opvarmning til 2 og 3 grader Celsius, i forhold til førindustriel tid.

De fandt ud af, at begge afbødningsscenarier skulle øge udbyttet for alle afgrøder sammenlignet med business-as-usual-scenariet, inklusive bomuld og foder, og at det mere ambitiøse scenarie har potentiale til at reducere antallet af vandbelastede bassiner.

Fremadrettet, forskerne planlægger at inddrage forskellige måder, hvorpå klimaændringer driver tilpasning, i deres simuleringer, og hvordan sådanne tilpasninger igen former afgrødemønstre og landbrugslandskabet.

"I den virkelige verden, hvis du er landmand og år efter år mister du udbytte, du kan bestemme, 'Jeg er færdig med landbruget, eller skifte til en anden afgrøde, der ikke kræver så meget vand, eller måske flytter du et andet sted hen, " siger Monier. "Det er næste skridt:Hvordan ville landbrugssektoren tilpasse sig?"

Denne historie er genudgivet med tilladelse fra MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), et populært websted, der dækker nyheder om MIT-forskning, innovation og undervisning.