Indien är världens näst största producent av vete och ris och är hem för mer än 600 miljoner bönder.

Landet har uppnått imponerande vinster i livsmedelsproduktionen sedan 1960-talet, delvis på grund av ett ökat beroende av bevattningsbrunnar, vilket gjorde det möjligt för indiska bönder att utöka produktionen till de mestadels torra vinter- och sommarsäsongerna.

Men dessa vinster har kostat:landet som producerar 10 % av världens skördar är nu världens största konsument av grundvatten, och akviferer håller snabbt på att utarmas över stora delar av Indien.

Indiska regeringstjänstemän har föreslagit att byte från brunnar som tär på grundvatten till bevattningskanaler, som leder ytvatten från sjöar och floder, är ett sätt att övervinna förväntade brister.

Men i en studie som är planerad att publiceras den 24 februari i tidskriften Vetenskapens framsteg , en forskare från University of Michigan och hennes kollegor drar slutsatsen att en övergång till kanalbevattning inte helt kommer att kompensera för den förväntade förlusten av grundvatten i det indiska jordbruket.

Författarna uppskattar att om indiska bönder förlorar all tillgång till grundvatten i överexploaterade regioner, och om det bevattningsvattnet inte ersätts med vatten från andra källor, då kan vinterodlad areal minskas med upp till 20 % i hela landet. Dock, det scenariot verkar mycket osannolikt och inkluderades i studien endast som en uppskattning.

Det verkar mer troligt att eventuella framtida grundvattenbrister åtminstone delvis skulle kompenseras av ökad kanalbevattning. Men även om alla indiska regioner som för närvarande använder utarmat grundvatten byter till kanalbevattning, vinterodlad areal kan fortfarande minska med 7 % i hela landet och med 24 % på de hårdast drabbade platserna, enligt forskarna.

"Våra resultat belyser grundvattnets avgörande betydelse för det indiska jordbruket och försörjningen på landsbygden, och vi kunde visa att att bara tillhandahålla kanalbevattning som en ersättningsbevattningskälla sannolikt inte kommer att räcka för att upprätthålla nuvarande produktionsnivåer inför uttömning av grundvatten, " sade studiens huvudförfattare Meha Jain vid University of Michigan.

Studien analyserade högupplösta satellitbilder och folkräkningsdata på bynivå och fokuserade på vinterodlad areal. Medan nästan alla indiska bönder planterar grödor under monsunen för att dra fördel av säsongsbetonade regn, vinterjordbruket är huvudsakligen beroende av grundvattenbevattning och står nu för 44 % av landets årliga odlade areal för matspannmål.

"Dessa resultat tyder på att andra anpassningsstrategier, förutom kanalutbyggnad, behövs för att klara av pågående grundvattenförluster, sa Jain, en biträdande professor vid U-M Skolan för miljö och hållbarhet.

Möjligheterna inkluderar att byta från vinterris till mindre vattenintensiva spannmål, ökad användning av sprinkler och droppbevattning för att spara vatten på fälten, och politik för att öka effektiviteten i bevattningskanalerna.

Samtidigt som utarmning av grundvatten håller på att bli ett globalt hot mot livsmedelsförsörjningen, och omfattningen av nuvarande och beräknad grundvattenutarmning är väl dokumenterad, de potentiella effekterna på livsmedelsproduktionen är fortfarande dåligt kvantifierade.

Studien av Jain och kollegor är den första som använder högupplöst empirisk data, inklusive folkräkningsdata om bevattningsmetoder som används i mer än 500, 000 indiska byar, att uppskatta de produktionsförluster som kan uppstå när överexploaterat grundvatten går förlorat.

Spridningen av djupa (> 100 fot) bevattningsbrunnar kallade rörbrunnar sedan 1960-talet har gjort det möjligt för indiska bönder att öka antalet säsonger när grödor planteras under ett givet år. Denna ökning av "odlingsintensitet" krediteras för mycket av landets vinster i livsmedelsproduktionen.

Forskarna använde satellitdata för att mäta indiska vinterodlade områden, en viktig bestämningsfaktor för beskärningsintensitet. De länkade sedan satellitdata till folkräkningsinformation om de tre huvudtyperna av bevattningsinfrastruktur i Indien:grunda "grävda brunnar, "djupare rörbrunnar och kanaler som leder bort ytvatten.

Genom att länka de två datamängderna kunde de bestämma den relativa effekten av varje bevattningsmetod. Den där, i tur och ordning, gjorde det möjligt för dem att uppskatta potentiella framtida arealförluster och möjligheten för kanalexpansion att fylla gapet.

Studiens värsta scenario visade att vinterodlad areal kan minska med upp till 20 % i hela landet och med 68 % i de hårdast drabbade regionerna, om bönder förlorar all tillgång till grundvatten och om det bevattningsvattnet inte ersätts från en annan källa. De förväntade förlusterna skulle till stor del inträffa i nordvästra och centrala Indien, enligt studien.

Forskarna fann också att ökat avstånd från befintliga bevattningskanaler är starkt förknippat med minskad areal planterad med vintergrödor. I framtiden, ett större beroende av kanaler kan öka orättvisorna relaterade till bevattningstillgång, enligt författarna.

"Detta tyder på att även om kanaler kan vara en livskraftig form av bevattning för dem som bor nära kanaler, de kan leda till mer ojämlik tillgång till bevattning över byar jämfört med brunnar, med negativa effekter för dem som bor längre från kanaler, "skrev författarna.

Dessutom, sjöarna och floderna som matar bevattningskanalerna stiger och faller som svar på variationer i nederbörden, till skillnad från djupa grundvattenbrunnar. Så, ett större beroende av kanalbevattning i framtiden skulle leda till ökad känslighet för nederbördsfluktuationer från år till år, samt eventuella långsiktiga trender på grund av mänskligt orsakade klimatförändringar.

"Att förstå det komplexa förhållandet mellan livsmedelssäkerhet och tillgång till vatten är avgörande när vi förbereder oss för framtida nederbördsvariationer på grund av globala klimatförändringar, " sa medförfattaren Gillian Galford vid University of Vermont.