Fortunatamente, uno studio condotto dalla UC Santa Barbara suggerisce che misure meno estreme potrebbero aiutare ad affrontare i problemi idrici della California. I ricercatori hanno combinato il telerilevamento, i big data e l’apprendimento automatico per stimare la quantità di acqua utilizzata dalle colture nella Central Valley dello stato. I risultati, pubblicati su Nature Communications , suggeriscono che la variazione dell'efficienza dovuta alle pratiche agricole potrebbe far risparmiare tanta acqua quanto cambiare coltura o lasciare i campi incolti.

"C'è la possibilità che metodi meno invadenti di risparmio idrico diventino più importanti di quanto pensassimo inizialmente", ha affermato l'autrice principale Anna Boser, dottoranda presso la Bren School of Environmental Science &Management dell'UCSB. "Quindi potremmo non dover apportare tanti cambiamenti nell'uso del territorio come pensavamo inizialmente."

I terreni fertili della California e il clima mediterraneo consentono agli agricoltori di coltivare raccolti di alto valore che semplicemente non sono praticabili nel resto del paese. Secondo il Dipartimento statale per l'alimentazione e l'agricoltura, oltre un terzo delle verdure del paese e quasi tre quarti della frutta e delle noci vengono coltivati ​​in California.

Ma molte di queste colture sono piuttosto assetate. L’agricoltura rappresenta circa l’80% dell’acqua utilizzata in California, ha spiegato la coautrice Kelly Caylor, professoressa della Bren School. "Il calo dei livelli delle acque sotterranee e il cambiamento climatico mettono sotto pressione la disponibilità di acqua per l'irrigazione, rendendo fondamentale determinare come possiamo 'fare di più con meno'."

Nel 2014, Sacramento ha approvato il Sustainable Groundwater Management Act (SGMA) per proteggere le risorse idriche della California. La SGMA impone che ogni bacino idrico sotterraneo dello stato debba essere sostenibile entro il 2040. Ciascun bacino ha creato un'agenzia locale incaricata di sviluppare un piano per raggiungere questo obiettivo.

Principalmente, ciò significa assicurarsi di non pompare dal terreno più acqua di quella che penetra. Dovremo ridurre l’utilizzo totale delle acque sotterranee dal 20% al 50% entro il 2040, a seconda del bacino, ha affermato Boser. Ma per raggiungere questo obiettivo, abbiamo bisogno di un'idea di quanta acqua utilizzano le aziende agricole e di quale frazione di questa viene effettivamente destinata alle colture.

Modellazione dell'uso dell'acqua

Gli scienziati dispongono di diversi metodi per stimare la quantità di acqua che risale dalla superficie terrestre all'atmosfera a causa dell'evaporazione e della traspirazione attraverso le foglie delle piante. In particolare, l'evaporazione raffredda le cose.

"Quando facciamo caldo, sudiamo per rinfrescarci. La Terra fa qualcosa di simile", ha detto Boser. Gli scienziati osservano quanto è caldo il terreno e quanta energia riceve dalla luce solare e dall'atmosfera. Se il terreno è più freddo del previsto, significa che parte dell'energia è stata utilizzata per trasformare l'acqua in vapore, raffreddando il punto.

Un database di evapotraspirazione chiamato OpenET è diventato pubblico all’inizio del 2023. Fornisce stime di evapotraspirazione basate su satellite per gli Stati Uniti occidentali. Ma Boser era interessato all’acqua utilizzata specificamente dalle colture. Quindi, ha confrontato la traspirazione nei campi incolti con i campi attivi in ​​tutta la Central Valley. Sottraendo l'evapotraspirazione nei campi incolti dall'evapotraspirazione totale si ottiene la quantità di acqua effettivamente consumata dalle colture.

Sfortunatamente per Boser, gli agricoltori non lasciano i campi a maggese a caso. Spesso toglieranno dalla produzione i campi a più basso rendimento. Ciò crea differenze sistematiche tra i campi incolti e quelli coltivati, che potrebbero distorcere l'analisi di Boser. Ha quindi creato un modello di apprendimento automatico per condurre un confronto ponderato tra terreni attivi e incolti, tenendo conto di fattori quali la posizione, la topografia e la qualità del suolo.

Ha addestrato il modello sul 60% delle aree e testato i risultati sul 30%, mettendo a punto l’algoritmo finché le sue previsioni non corrispondevano alle condizioni reali in questi campi entro 10 millilitri per metro quadrato al giorno, in media. Ora che ha fiducia nel suo modello, lo ha applicato al resto della Central Valley della California.

Risultati incoraggianti

Il tipo di coltura spiega solo il 34% della variazione nel consumo di acqua. "Ciò significa che forse stiamo trascurando altri modi in cui potremmo risparmiare acqua", ha detto Boser. Ha continuato a studiare il modello, controllando fattori come la posizione, la topografia, il clima locale, la qualità del suolo e l'età del frutteto (ove applicabile). In definitiva, un intero 10% della traspirazione delle colture potrebbe essere risparmiato se il 50% più ricco di consumatori di acqua riducesse il proprio consumo di acqua per eguagliarlo a quello dei loro vicini consumatori medi. Boser attribuisce questi risparmi alle differenze nelle "pratiche agricole".

Ora, il 10% potrebbe non sembrare molto, ma è paragonabile a una serie di altri interventi. Gli autori hanno anche stimato l'effetto del cambio di coltura. Se lo stesso 50% degli agricoltori passasse a colture mediamente ad alta intensità idrica nella propria zona, l'evapotraspirazione agricola diminuirebbe del 10%.

Nel frattempo, se lo Stato mettesse fuori produzione il 5% dei campi più assetati d’acqua, il modello dice che l’evapotraspirazione agricola diminuirebbe, avete indovinato:del 10%. Ciò suggerisce che affrontare le inefficienze nelle pratiche agricole potrebbe far risparmiare tanta acqua quanto cambiare coltura o togliere i campi dalla coltivazione.

Per essere onesti, i risultati del maggese interesserebbero solo il 5% dei terreni coltivati, contro il 50% dei cambiamenti delle colture e del miglioramento delle pratiche agricole. "Probabilmente dovremo ricorrere al riposo almeno un po'," ha detto Boser, "ma si spera non tanto quanto ci aspettavamo inizialmente."

Gli autori vogliono capire quali pratiche utilizzano gli agricoltori che spiegano le differenze del 10% nell’utilizzo dell’acqua nelle colture. Alcuni esempi includono la pacciamatura, la semina senza lavorazione, l’uso di varietà resistenti alla siccità e l’irrigazione in deficit, dove si fornisce meno acqua di quella che il raccolto potrebbe teoricamente consumare. L'irrigazione in deficit produce già buoni risultati in viticoltura, dove i viticoltori ritengono che possa migliorare la qualità del vino.

Anche il cambiamento delle pratiche di irrigazione potrebbe contribuire a ridurre il consumo di acqua. L’efficienza dell’irrigazione rappresenta la frazione di acqua utilizzata da un’azienda agricola che viene effettivamente consumata dalle colture. Le inefficienze includono perdite, crescita di erbe infestanti ed evaporazione nei trasporti e sul campo. Questi non rientravano nell'ambito del modello di Boser, che considera solo la traspirazione delle colture stesse. Le inefficienze si verificano prima ancora che l'acqua arrivi alle piante.

Secondo Boser, fino al 60% dell’acqua utilizzata da un’azienda agricola passa effettivamente attraverso le radici delle sue colture. Chiaramente ci sono molti vantaggi potenziali in questo settore, anche se non è chiaro quale sia l'efficienza effettivamente raggiungibile, ha detto. "L'efficienza dell'irrigazione è in realtà poco conosciuta."

Una migliore caratterizzazione di questo è nella lista delle cose da fare della squadra. Sperano di identificare le cause delle inefficienze dell’irrigazione, quantificare l’efficienza dei diversi tipi di irrigazione e apprendere come il clima e la geografia influiscono sull’efficienza dell’irrigazione. Tutto ciò richiederà la raccolta di dati empirici.

La California si trova a un bivio critico nella gestione dell’acqua. Per la prima volta nella sua storia, lo Stato sta mettendo in atto norme che richiedono riduzioni sostanziali dell'estrazione delle acque sotterranee, anche nelle regioni in cui i mezzi di sussistenza dipendono dalla produzione agricola assetata.

"Questo articolo utilizza nuovi metodi basati sui dati per dimostrare che, contrariamente alla credenza popolare, esiste un grande potenziale per ridurre l'uso dell'acqua nell'agricoltura californiana senza campi incolti", ha affermato la coautrice Tamma Carleton, assistente professore alla Bren School dell'UCSB.

"Ciò aumenta la possibilità che lo Stato possa continuare a svolgere il suo ruolo di potenza agricola, gestendo al tempo stesso in modo sostenibile una risorsa naturale essenziale."