En ny studie av MIT klimatforskare, ekonomer, och jordbruksexperter finner att vissa hotspots i landet kommer att uppleva kraftiga minskningar av grödorna senast 2050, på grund av klimatförändringarnas påverkan på bevattning.

Den mest negativt drabbade regionen, enligt forskarna, blir sydväst. Redan en vattenbelastad del av landet, denna region beräknas uppleva minskad nederbörd i mitten av århundradet. Mindre nederbörd i området kommer att innebära minskad avrinning till vattenbassänger som matar bevattnade fält.

Tillverkning av bomull, den primära bevattnade grödan i sydväst och särskilt i södra Arizona, kommer att sjunka till mindre än 10 procent av skördeavkastningen under optimala bevattningsförhållanden, studieprojekten. Liknande, majs odlad i Utah, ger nu bara 40 procent av det optimala förväntade avkastningen, kommer att minska till 10 procent med ytterligare klimatdrivna vattenunderskott.

I nordväst, vattenbrist till Great Basin -regionen kommer att leda till stora minskningar av bevattnat foder, som hö, gräs, och andra grödor som odlas för att mata boskap. I kontrast, forskarna förutspår en minskning av vattenspänningen för bevattning på södra slätten, vilket kommer att leda till större skörd av bevattnade sorghum och sojabönor.

Om ansträngningar görs för att minska växthusgaser och mildra klimatförändringar, forskarna finner att vattenbrist och dess tillhörande minskning av bomull och foder kan undvikas.

"I sydväst, tillgång till vatten för bevattning är redan ett problem, "säger författaren Elodie Blanc, forskare vid MIT:s gemensamma program om vetenskap och politik för global förändring. "Om vi ​​mildrar, detta kan förhindra ytterligare stress i samband med klimatförändringar och en kraftig minskning av avrinningen i västra USA. Men det kommer att bli ännu värre i framtiden om vi inte gör någonting alls. "

Blancs studie visas i tidskriften Earth's Future, och hennes medförfattare är Erwan Monier, en huvudforskare vid MIT; Justin Caron, en biträdande professor vid HEC Montreal; och Charles Fant, en tidigare MIT postdoc.

"En mer integrerad värld"

Medan många forskare har undersökt effekterna av klimatförändringar på grödorna, Blancs studie är en av de första som överväger hur ett förändrat klimat kan forma tillgängligheten och distributionen av vattenbassänger som bevattnade grödor är beroende av.

"De flesta modelleringsstudier som tittar på klimatförändringarnas inverkan på grödans avkastning och jordbrukets öde tar inte hänsyn till om vattnet som är tillgängligt för bevattning kommer att förändras, "Säger Monier.

När man förutspår hur klimatet kommer att påverka bevattnade grödor i framtiden, forskarna överväger också faktorer som befolkning och ekonomisk tillväxt, samt konkurrerande krav på vatten från olika socioekonomiska sektorer, som själva förväntas förändras när klimatet värms.

"Vi försöker vara så representativa för verkligheten som möjligt, "Säger Blanc.

Att göra detta, forskarna använde en modell av 99 stora flodområden i landet, som de kombinerade med MIT Integrated Global System Model-Community Atmosphere Model-en uppsättning modeller som simulerar utvecklingen av ekonomiska, demografisk, handel, och tekniska processer. Modellerna inkluderar också utsläpp av växthusgaser och andra föroreningar som härrör från dessa processer, och de innehåller all den informationen i en global klimatmodell som simulerar de fysiska och kemiska processerna i atmosfären, liksom i sötvatten- och havssystem.

"Vi ser på en mer integrerad värld, och hur alla dessa interaktioner kommer att driva förändringar i bevattning, "Säger Monier.

"Svårt accentuerad" brist

Forskarna fokuserade sina globala simuleringar på USA och modellerade landets utvecklande ekonomiska aktiviteter i olika geografiska regioner för att bestämma vattenbehovet för fem huvudsektorer:termoelektrisk kylning; offentlig försörjning, såsom för dricksvatten och andra allmännyttiga tjänster; industriell efterfrågan; brytning; och bevattning.

De använde sedan en skördemodell för att simulera dagliga vattenbehov för olika grödor, drivs av forskarnas modellerade prognoser av nederbörd och temperatur, och jämförde dessa krav med den mängd vatten som förutspås vara tillgängligt för bevattning i ett visst bassäng under år 2050.

"Det största fyndet är att det verkligen gör skillnad i specifika regioner, om du tar hänsyn till hur bevattningstillgängligheten kommer att förändras i framtiden och hur det kommer att påverka avkastningen, "Säger Monier.

År 2050, laget projekterar att, enligt ett scenario som vanligt, där inga åtgärder vidtas för att minska växthusgaser, ett antal vattenbassänger i USA kommer att börja uppleva vattenbrist. Flera bassänger, särskilt i sydväst, kommer att se befintlig vattenbrist "kraftigt accentuerad, "enligt studien.

Forskarna noterar att de bassänger som kommer att bli mest drabbade generellt inte levererar de största områdena med bevattnade odlingsmarker. Till exempel, även om klimatförändringarna kommer att minska bomullsproduktionen i sydväst, huvuddelen av landets bomullsproduktion förekommer inte i denna region.

"Det kanske inte spelar någon större roll för USA:s totala växtproduktion, men om du är en bonde i just den regionen som kommer att påverkas, det är viktigt för dig, "Monier säger." Det vi vill göra är att ge användbar information som antingen bönder eller markinvesterare kan använda för att se in i framtiden och fatta beslut om var det är rätt region för att expandera bevattnat jordbruk, och var är det mer riskabelt. Vi vill också tydliggöra att klimatreducering är bättre för USA:s bevattnade jordbruk än att inte göra någonting. "

Ett klimatförändrande landskap

Under samma scenario som vanligt, forskarna förutspådde högre avkastning för bevattnade grödor som vete, sojabönor, och sorghum. Den ökade produktionen i dessa grödor drivs av högre nederbörd som förväntas inträffa i centrala USA, kombinerat med högre koncentrationer av koldioxid, vilket minskar en anläggnings vattenbehov.

Forskarna förutspår att grödorna ger vete, sojabönor, och sorghum bör öka ännu mer om begränsande åtgärder vidtas. Förutom ett scenario som vanligt, laget körde sina simuleringar under två minskningsscenarier, tidigare föreslagits av U.S. Environmental Protection Agency, där ansträngningar görs för att mildra den globala uppvärmningen till 2 och 3 grader Celsius, i förhållande till förindustriell tid.

De fann att båda minskningsscenarierna borde öka avkastningen för alla grödor jämfört med det vanliga affärsscenariot, inklusive bomull och foder, och att det mer ambitiösa scenariot har potential att minska antalet vattenbelastade bassänger.

Går framåt, forskarna planerar att medverka i sina simuleringar olika sätt på vilka klimatförändringar driver anpassning, och hur sådana anpassningar i sin tur formar grödmönster och jordbrukslandskap.

"I den verkliga världen, om du är bonde och år efter år tappar du avkastning, du kan bestämma, 'Jag är klar med jordbruk, 'eller byta till en annan gröda som inte kräver så mycket vatten, eller kanske du flyttar någon annanstans, "Säger Monier." Det är nästa steg:Hur skulle jordbrukssektorn anpassa sig? "

Denna artikel publiceras på nytt med tillstånd av MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), en populär webbplats som täcker nyheter om MIT -forskning, innovation och undervisning.