Một nghiên cứu do Dartmouth đứng đầu phát hiện ra rằng vào giữa thế kỷ 21 theo kịch bản phát thải khí nhà kính vừa phải, lợi ích của việc mở rộng hệ thống tưới tiêu sẽ lớn hơn chi phí lắp đặt và vận hành trên một phần diện tích đất trồng trọt hiện tại của Hoa Kỳ. Kết quả cho thấy rằng vào giữa thế kỷ này, ngô và đậu tương hiện đang được tưới bằng nước mưa sẽ được hưởng lợi từ việc tưới tiêu ở hầu hết Bắc Dakota, phía đông Nam Dakota, phía tây Minnesota, Wisconsin và Michigan. Đất trồng đậu tương phụ thuộc vào mưa trên khắp các vùng của Indiana, Illinois, Ohio, Kentucky, Kansas và Oklahoma cũng sẽ được hưởng lợi từ việc tưới tiêu. Các phát hiện được công bố trên Communications Earth & Environment, một tạp chí truy cập mở từ Nature Portfolio.

Việc lắp đặt, bảo trì và vận hành thiết bị tưới tiêu tốn một khoản chi phí đáng kể cho nông dân, lên tới 160 USD mỗi mẫu Anh mỗi năm. Tác giả đầu tiên của nghiên cứu Trevor Partridge, nghiên cứu sinh sau tiến sĩ và là nhà nghiên cứu thủy văn của Cơ quan Khảo sát Địa chất Hoa Kỳ cho biết: “Công việc của chúng tôi về cơ bản tạo ra một bản đồ Hoa Kỳ về nơi sẽ hợp lý nhất để lắp đặt và sử dụng thiết bị tưới tiêu cho cây ngô và đậu tương trong tương lai”.

Khu vực High Plains, bao gồm Nebraska, Kansas và miền bắc Texas, trước đây là một trong những khu vực được tưới tiêu nhiều nhất và được phát hiện là có lợi nhuận kinh tế cao nhất hiện nay đối với hoạt động tưới tiêu. Tuy nhiên, thiệt hại do hạn hán ngày càng tăng đang thúc đẩy nông dân đầu tư vào hệ thống tưới tiêu trên khắp các vùng của Vành đai ngô và đông nam Hoa Kỳ, và lợi nhuận kinh tế dài hạn của những khoản đầu tư này rất khó dự đoán.

Để tiến hành phân tích chi phí - lợi ích của việc tưới tiêu cho ngô và đậu tương, các nhà nghiên cứu đã chạy một loạt mô phỏng mô hình cây trồng. Họ đã áp dụng một số dự báo khí hậu toàn cầu bao gồm nhiều loại khí hậu tiềm năng trong tương lai: nóng và khô, nóng và ẩm, mát và khô, mát và ẩm, mỗi dự báo tương ứng với dự báo khí hậu trung bình, để mô phỏng sự phát triển của cây trồng trong tương lai trong điều kiện được tưới tiêu đầy đủ hoặc điều kiện trời mưa.

Đối với mỗi kịch bản khí hậu, mô hình cây trồng được chạy cho cả ngô và đậu tương trên tất cả các khu vực canh tác ở Hoa Kỳ. Các mô phỏng mô hình cây trồng đã kiểm tra ba giai đoạn: lịch sử (1981-2010), giữa thế kỷ (2036-2065) và cuối thế kỷ (2071-2100) theo các kịch bản phát thải khí nhà kính trung bình và cao. Các mô phỏng được tính đến trong dữ liệu tăng trưởng và quản lý cây trồng cấp quận từ Cơ quan Thống kê Nông nghiệp Quốc gia của Bộ Nông nghiệp Hoa Kỳ, bao gồm cả ngày gieo trồng, trưởng thành và thu hoạch.

Để xác định lợi ích kinh tế của việc tưới tiêu, nhóm đã tính toán sản lượng cây trồng mô phỏng bổ sung từ việc tưới tiêu và giá trị thị trường gia tăng tương ứng có thể được mong đợi so với chi phí tưới tiêu, bao gồm điện cần thiết để bơm nước ngầm và phân phối nước trên toàn bộ khu vực. ruộng, và các chi phí liên quan trên mỗi mẫu Anh để sở hữu và vận hành hệ thống tưới tiêu.

Nhóm nghiên cứu không chỉ điều tra xem nên lắp đặt hệ thống tưới tiêu cho ngô và đậu tương ở đâu và khi nào mà còn xem liệu có đủ nước để thực hiện điều đó hay không. Họ đã tính toán sự thiếu hụt nước tưới, đó là sự chênh lệch giữa lượng nước được cung cấp cho cánh đồng so với lượng nước có để tưới tiêu.

Kết quả cho thấy rằng vào giữa thế kỷ này, có khả năng sẽ có đủ nước để tưới đậu tương ở Iowa, Wisconsin, Ohio, miền bắc Illinois và Indiana. Nguồn nước ngầm dùng cho tưới tiêu được cho là dồi dào nhất ở đông nam Hoa Kỳ, đặc biệt là ở vùng hạ lưu Thung lũng Mississippi, nơi nông nghiệp ít thâm canh hơn.

Tầng chứa nước Ogallala ở Great Plains là tầng chứa nước lớn nhất ở Hoa Kỳ, cung cấp nước cho tám tiểu bang và hỗ trợ một trong những khu vực được tưới tiêu rộng rãi nhất cho ngô và đậu tương.

Tác giả cao cấp Jonathan Winter, Phó Giáo sư địa lý và lãnh đạo của Nhóm Khí hậu Thủy văn Ứng dụng tại Dartmouth, cho biết: Lợi ích ngày càng tăng của việc tưới tiêu có thể khuyến khích nông dân sử dụng nhiều nước hơn, điều này sẽ gây thêm căng thẳng cho các tầng chứa nước quan trọng, bao gồm cả Ogallala. Nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng nước đang được chiết xuất từ Ogallala nhanh hơn tốc độ tầng chứa nước có thể phục hồi lại. Winter nói: “Không có đủ nước để tiếp tục tưới tiêu với tốc độ lấy nước hiện tại từ Ogallala, đặc biệt là ở phần phía nam nơi mực nước ngầm đang giảm nhanh chóng”.

Với sự nóng lên nhiều hơn, chẳng hạn như vào cuối thế kỷ theo kịch bản phát thải khí nhà kính cao, căng thẳng nhiệt sẽ chi phối các tác động đến năng suất cây trồng và làm giảm hiệu quả của việc tưới tiêu như một chiến lược thích ứng trên hầu hết Hoa Kỳ, đặc biệt là đối với ngô. Ngô thường có năng suất cao hơn đậu tương, nhưng đậu tương chịu nhiệt tốt hơn, không cần nhiều nước và có mùa sinh trưởng ngắn hơn một chút.

Winter cho biết: “Vào cuối thế kỷ này, các mô phỏng của chúng tôi cho thấy rằng việc tưới tiêu cho đậu tương sẽ có lợi hơn về mặt kinh tế so với ngô. Sau khi hệ thống tưới tiêu được lắp đặt, chúng ta có thể thấy một số nơi trước đây từng trồng ngô chuyển sang trồng đậu tương vì đây là cách thích ứng với chi phí thấp”.

Khi nói đến tưới tiêu, nông dân phải xem xét một loạt các yếu tố phức tạp và cạnh tranh: năng suất trước đó, giá trị thị trường cây trồng, chi phí năng lượng, các khuyến khích về mặt kinh tế và dự báo thời tiết theo mùa. Các nhà nghiên cứu hy vọng rằng phân tích của họ có thể được sử dụng để giúp các chính sách quản lý tài nguyên nước và nông nghiệp trong việc thích ứng với khí hậu ấm hơn.