Distribuzione spaziale della perdita di produzione per distretto agricolo da scenari sostenibili delle acque sotterranee con tassi di ricarica variabili per mais (mappa in alto), soia (mappa centrale) e frumento invernale (mappa in basso). I punti rossi, arancioni, gialli e chartreuse mostrano la produzione persa dal distretto agricolo per scenari di utilizzo sostenibile delle acque sotterranee basati rispettivamente su 100% di ricarica, 75%—100% di ricarica, 50%—75% di ricarica e 25%—50% di ricarica, rispettivamente. I punti verdi indicano una produzione sostenibile. Credito:J. Lopez et al. e J. Chipman.
Negli Stati Uniti, il 52% della terra irrigata viene utilizzata per la produzione di mais, soia e frumento invernale. Mais e soia sono due delle colture più importanti del Paese, con il 17% della produzione di mais e il 12% della produzione di soia proveniente da aree irrigate. Tuttavia, l'acqua utilizzata per questa irrigazione è spesso acqua sotterranea pompata in modo insostenibile. Secondo un recente studio condotto da Dartmouth pubblicato su Earth's Future , l'utilizzo sostenibile delle acque sotterranee per l'agricoltura negli Stati Uniti potrebbe ridurre drasticamente la produzione di mais, soia e grano invernale.
L'irrigazione si basa sull'estrazione delle acque sotterranee dalle falde acquifere, che fungono anche da fonte di acqua potabile e sono essenziali per laghi, fiumi ed ecosistemi. Le falde acquifere vengono ricaricate naturalmente, poiché precipitazioni, scioglimento della neve e altra acqua si infiltrano nel suolo e vengono raccolte in uno strato poroso sotterraneo. Se l'uso delle acque sotterranee, tuttavia, supera i tassi di ricarica della falda acquifera, ciò riduce la quantità di acqua sotterranea disponibile nella falda acquifera, anche per le colture in crescita.
Per analizzare gli impatti dell'uso sostenibile delle acque sotterranee per il mais, la soia e il frumento invernale irrigati, i ricercatori hanno utilizzato un modello di coltura per simulare l'agricoltura irrigua dal 2008 al 2012. Il modello di coltura utilizza informazioni sul clima quotidiano, le proprietà del suolo, la gestione dell'azienda agricola e le varietà delle colture e è stato confrontato con i dati del sondaggio del Dipartimento dell'Agricoltura degli Stati Uniti per confermarne l'accuratezza.
La produzione delle colture è stata simulata in quattro diversi scenari di utilizzo delle acque sotterranee, che vanno dal più ottimista al pessimistico. Lo scenario più ottimistico presuppone che la massima quantità di ricarica possa essere utilizzata per l'irrigazione. Gli scenari meno ottimistici, che si basano su una resa sicura della falda acquifera, presuppongono che solo una frazione della ricarica vada nella falda acquifera e solo quella quantità limitata di acqua possa essere utilizzata per l'irrigazione. Gli scenari meno ottimistici tengono conto dell'incertezza nella disponibilità delle acque sotterranee e della conservazione di parte dell'acqua per mantenere ecosistemi sani. I quattro scenari di utilizzo sostenibile delle acque sotterranee si basano su rendimenti delle falde acquifere sicure del 100%, 75%, 50% e 25%.
Nello scenario più ottimistico di utilizzo sostenibile delle acque sotterranee, la produzione irrigua statunitense di mais, soia e frumento invernale è ridotta rispettivamente del 20%, 6% e 25%. Nello scenario più pessimistico, la produzione di mais, soia e frumento invernale è ridotta rispettivamente del 45%, 37% e 36%.
"I nostri risultati sottolineano come la produzione di mais, soia e frumento invernale potrebbe essere influenzata se decidessimo di interrompere l'esaurimento delle falde acquifere negli Stati Uniti", afferma il co-autore principale Jonathan Winter, professore associato di geografia e ricercatore principale dell'Applied Hydroclimatology Group presso Dartmouth. "Tuttavia, le precipitazioni future, che influiscono sulle risorse idriche sotterranee, sono difficili da prevedere e una migliore tecnologia di irrigazione, colture più efficienti dal punto di vista idrico e una migliore gestione dell'acqua agricola potrebbero ridurre le perdite di produzione da una transizione verso un uso sostenibile delle acque sotterranee."
I risultati mostrano che Nebraska, Kansas e Texas, che dipendono dalle acque sotterranee della falda acquifera delle High Plains (nota anche come falda acquifera di Ogallala) per coltivare mais, soia e grano invernale, subirebbero alcune delle maggiori perdite di produzione a causa di una produzione sostenibile uso delle acque sotterranee. Questa regione è particolarmente vulnerabile a causa della mancanza di precipitazioni, che limita l'agricoltura piovana e la ricarica delle acque sotterranee. Ricerche precedenti hanno scoperto che le High Plains estraggono tre volte più acqua sotterranea rispetto alla velocità di ricarica della sua falda acquifera.
La California centrale, che fa affidamento sulla falda acquifera della Central Valley, avrebbe anche grandi perdite di produzione di mais e frumento invernale a causa dell'uso sostenibile delle acque sotterranee, ma le perdite di produzione di mais e frumento invernale in California sono limitate a causa del predominio di colture speciali, come le mandorle , uva e lattuga, che limitano la quantità di terreno utilizzata per la coltivazione di mais e frumento invernale.
Al contrario, la valle del Mississippi, un'importante regione di mais e soia, subirebbe perdite di produzione relativamente poche, poiché l'estrazione delle acque sotterranee è in genere inferiore alla ricarica nella regione. Anche il Midwest subirebbe perdite minime di produzione di mais e soia perché la regione è umida e si basa principalmente sull'agricoltura piovana piuttosto che irrigua.
"L'uso sostenibile delle acque sotterranee è fondamentale per mantenere la produzione agricola irrigua, specialmente in un sistema alimentare globale che è già tassato dai cambiamenti climatici, dalla crescita della popolazione e dalle mutevoli esigenze alimentari", afferma il co-autore principale Jose R. Lopez, un ex ricercatore post-dottorato in geografia a Dartmouth. "Dobbiamo espandere l'attuazione delle strategie e delle tecnologie di conservazione dell'acqua che abbiamo ora e sviluppare più strumenti in grado di stabilizzare l'approvvigionamento idrico sotterraneo della nazione preservando i raccolti e i mezzi di sussistenza degli agricoltori".
