Как будущее производства кукурузы, сои и пшеницы в США зависит от устойчивого использования грунтовых вод
В США 52% орошаемых земель используется для производства кукурузы, сои и озимой пшеницы. Кукуруза и соя — две из самых важных культур страны: 17% производства кукурузы и 12% производства сои приходится на орошаемые районы. Однако вода для этого орошения часто является неустойчиво откачиваемыми грунтовыми водами. Согласно недавнему исследованию под руководством Дартмутского колледжа, опубликованному в Earth's Future, устойчивое использование грунтовых вод для сельского хозяйства в США может резко сократить производство кукурузы, сои и озимой пшеницы.
Орошение зависит от извлечения грунтовых вод из водоносных горизонтов, которые также служат источником питьевой воды и необходимы для озёр, рек и экосистем. Водоносные горизонты естественным образом пополняются, когда дождь, талый снег и другая вода просачиваются в почву и собираются в пористом слое под землёй. Однако если использование грунтовых вод превышает скорость пополнения водоносного горизонта, это сокращает количество доступной воды, в том числе для выращивания сельскохозяйственных культур.
Чтобы проанализировать последствия устойчивого использования грунтовых вод для орошаемой кукурузы, сои и озимой пшеницы, исследователи использовали модель сельскохозяйственных культур для имитации орошаемого земледелия с 2008 по 2012 год. Модель использует информацию о ежедневной погоде, свойствах почвы, управлении фермой и сортах культур. Её точность была подтверждена сравнением с данными опросов Министерства сельского хозяйства США.
Производство культур моделировалось в четырёх различных сценариях использования грунтовых вод — от наиболее оптимистичного до пессимистичного:
- Наиболее оптимистичный сценарий предполагает, что для орошения можно использовать максимальное количество пополнения водоносного горизонта.
- Менее оптимистичные сценарии, основанные на безопасном объёме извлечения воды из водоносного горизонта, предполагают, что только часть пополнения поступает в водоносный горизонт, и для орошения можно использовать лишь это ограниченное количество воды. Эти сценарии учитывают неопределённость в доступности грунтовых вод, а также сохранение части воды для поддержания здоровых экосистем.
Четыре сценария устойчивого использования грунтовых вод основаны на безопасном объёме извлечения в 100%, 75%, 50% и 25% от пополнения.
Результаты моделирования:
- При наиболее оптимистичном сценарии производство орошаемой кукурузы, сои и озимой пшеницы в США сокращается на 20%, 6% и 25% соответственно.
- При наиболее пессимистичном сценарии производство сокращается на 45%, 37% и 36% соответственно.
«Наши результаты подчёркивают, как производство кукурузы, сои и озимой пшеницы может пострадать, если мы решим прекратить истощение водоносных горизонтов по всей территории Соединённых Штатов», — говорит соавтор исследования Джонатан Уинтер.
Региональные различия:
- Небраска, Канзас и Техас, использующие воду из Высоких равнин (Огаллала), испытают наибольшие потери производства. Этот регион особенно уязвим из-за недостатка осадков, что ограничивает богарное земледелие и пополнение грунтовых вод. Ранее было установлено, что Высокие равнины извлекают в три раза больше грунтовых вод, чем скорость пополнения их водоносного горизонта.
- Центральная Калифорния, зависящая от водоносного горизонта Центральной долины, также понесёт большие потери в производстве кукурузы и пшеницы.
- Долина Миссисипи (важный регион для кукурузы и сои) испытает относительно небольшие потери, поскольку забор грунтовых вод здесь, как правило, меньше, чем пополнение.
- Средний Запад также понесёт минимальные потери, поскольку этот влажный регион в основном полагается на богарное, а не орошаемое земледелие.
«Устойчивое использование грунтовых вод критически важно для поддержания орошаемого сельскохозяйственного производства, особенно в глобальной продовольственной системе, уже испытывающей нагрузку из-за изменения климата, роста населения и меняющихся пищевых потребностей», — отмечает соавтор Хосе Р. Лопес.