Utarmningen av grundvattenkällor i delar av USA:s högslätter är så allvarlig att den maximala spannmålsproduktionen i vissa stater redan har passerats, enligt ny forskning.

Ett internationellt team av forskare, inklusive experter från University of Birmingham, har utökat och förbättrat metoder som används för att beräkna toppoljeproduktion för att bedöma spannmålsproduktion i tre amerikanska delstater, Nebraska, Texas och Kansas. De relaterade nivåerna av vattenutvinning från Ogallala akvifären, en av de största undervattensreservoarerna i High Plains, under de senaste fem decennierna, till de mängder spannmål som skördats i varje stat och använde denna modell för att förutsäga framtida trender. Deras resultat publiceras i Proceedings of the National Academy of Sciences .

"Vi inspirerades av insiktsfulla analyser av USA:s råoljeproduktion. De förutspådde en topp i råoljeproduktionen ett decennium i förväg, " säger Assaad Mrad, en Ph.D. kandidat vid Duke University och huvudförfattare till studien.

Forskarna fann att i Texas och Kansas, även med hänsyn till tekniska framsteg och förbättrade bevattningsmetoder, Produktionsnivåerna toppade runt 2016 innan de började sjunka. År 2050, om inga avkastningshöjande teknologier introduceras, spannmålsproduktionen i Texas skulle kunna minska med så mycket som 40 procent.

Nedgången beror på att hastigheten för vattenutvinning, Tillsammans med förseningar i genomförandet av nya riktlinjer för grundvattenanvändning och införande av ny bevattnings- och övervakningsteknik innebär att akvifärerna inte längre kan fyllas på tillräckligt för att möta efterfrågan.

Nebraska, i kontrast, har ett annat klimat, med mer nederbörd och mindre torrhet än Texas och södra Kansas, vilket möjliggör högre hållbara hastigheter för pumpning av grundvatten. Nebraska lyckas därför öka mängden mark som används för spannmålsproduktion utan att öka mängden vatten som används.

US High Plains producerar mer än 50 miljoner ton spannmål årligen och är beroende av akvifärerna för så mycket som 90 procent av sitt bevattningsbehov. Sammantaget, därför, modellen visar att fortsatt utarmning av High Plains akviferer på nuvarande nivåer utgör ett betydande hot mot livsmedels- och vattensäkerheten både i USA och globalt.

"Övergripande, bilden vi ser från dessa beräkningar är dyster, " säger professor David Hannah, vid universitetet i Birmingham. "Den yttersta konsekvensen av att akvifärerna fortsätter att överutnyttjas kommer att vara nedgången och kollapsen av spannmålsproduktionen. Vi har redan sett detta hända i Texas, där under loppet av femtio år, toppvattenanvändning har två gånger lett till maximal spannmålsproduktion följt av produktionskrascher."

"Detta visar ganska tydligt att akvifärerna inte används på ett hållbart sätt och det är viktigt att hitta ny teknik som kan bevattna grödor på ett hållbart sätt."

Uppsatsen har sitt ursprung i Ettersburg Ecohydrology Workshop där 29 experter och studenter från 11 länder samlades nära Weimar, Tyskland för att ta reda på hur man kan börja ta itu med världens mångfacetterade vattenkris.