Эти результаты являются частью недавно опубликованного исследования Дэвида Стюарда, профессора гражданского строительства, и его коллег из Университета штата Канзас. В исследовании изучается будущая доступность грунтовых вод в водоносном горизонте Высоких равнин, также называемом водоносным горизонтом Огаллала, и то, как сокращение использования повлияет на крупный рогатый скот и сельскохозяйственные культуры.
Водоносный горизонт обеспечивает 30 процентов орошаемых грунтовых вод страны и является наиболее важным с точки зрения сельского хозяйства ирригационным ресурсом в Канзасе.«Использование неустойчивых запасов грунтовых вод для сельскохозяйственного производства в водоносном горизонте Высоких равнин в Канзасе, прогноз до 2110 года», опубликовано в научном журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, или PNAS. Исследование заняло четыре года и финансировалось Национальным научным фондом, Министерством сельского хозяйства США и Институтом сельского транспорта Университета штата Канзас.«Я думаю, что все понимают, что уровень грунтовых вод снижается, и что в какой-то момент в будущем скорость откачки грунтовых вод должна будет снизиться», — сказал Стюард. «Тем не менее, есть много вопросов о том, как долго продержится вода, как долго водоносный горизонт будет наполняться и что может сделать общество».
Стюард провел исследование с Майклом Апли из Университета штата Канзас, профессором клинических наук и экспертом в области животноводства; Стивен Уэлч, профессор агрономии, который помог со статистическим методом, называемым бутстрэппингом; Скотт Стэггенборг, адъюнкт-профессор агрономии, изучающий методы сельскохозяйственного производства; Пол Брюсс, выпускник магистратуры в области гражданского строительства в 2011 году; и Сяоин Ян, бывший научный сотрудник постдокторантуры, который сейчас работает в университете Фудань в Китае.Используя измерения уровня грунтовых вод в прошлом и настоящем в этих регионах, Стюард и его коллеги разработали статистическую модель, которая прогнозирует снижение уровня грунтовых вод в западном Канзасе на следующие 100 лет и его влияние на крупный рогатый скот и посевы.Согласно их модели, исследователи подсчитали, что к 1960 году было использовано 3 процента воды из водоносного горизонта.
К 2010 году было взято 30 процентов воды из водоносного горизонта. К 2060 году планируется использовать еще 39 процентов запасов водоносного горизонта, что приведет к потере 69 процентов подземных вод водоносного горизонта при текущем использовании. По словам Стюарда, после истощения водоносный горизонт может занять в среднем 500–1300 лет, чтобы полностью заполниться с учетом текущих темпов подпитки.Хотя водоносный горизонт Высоких равнин будет продолжать сокращаться, исследователи ожидают, что в следующие 15-20 лет эффективность водопользования будет еще выше.
«Общество очень разумно использовало воду более эффективно, и это видно», — сказал Стюард. «Эффективность водопользования в Канзасе увеличивалась примерно на 2 процента в год, а это означает, что каждый год мы выращиваем примерно на 2 процента больше урожая на каждую единицу воды. Это происходит из-за улучшенных технологий орошения, генетики сельскохозяйственных культур и стратегий управления водными ресурсами. "В результате исследователи ожидают, что, хотя пиковое потребление воды произойдет примерно в 2025 году, в западном Канзасе будет наблюдаться рост производства кукурузы и крупного рогатого скота до 2040 года.
Что произойдет после этого периода времени, зависит от того, какие решения будут приняты относительно сокращения использования воды из водоносного горизонта. в ближайшем будущем, сказал Стюард.Команда провела несколько гипотетических сценариев, которые снизили текущую скорость откачки на 20 процентов, 40 процентов, 60 процентов и 80 процентов. Стюард сказал, что исследователи достигли 80 процентов, потому что это близко соответствует скорости естественного пополнения подземных вод водоносного горизонта, составляющей около 15 процентов от текущей откачки.
«Основная идея заключается в том, что если мы сможем экономить воду сегодня, это приведет к значительному увеличению количества лет, в течение которых мы будем орошать сельское хозяйство в Канзасе», — сказал Стюард. «Мы сможем получить больше урожая в будущем и больше урожая с каждой единицы воды, потому что эта эффективность, по прогнозам, возрастет в будущем».Стюард сказал, что он надеется, что исследование поможет поддержать текущий диалог о решениях, влияющих на то, как вода может помочь в повышении устойчивости сельского хозяйства в будущем.
«Мы действительно написали документ для семейного фермера, который хочет передать свою землю своим внукам, зная, что у них будут те же возможности, что и у фермеров сегодня», — сказал Стюард. «Как общество, у нас есть возможность принимать некоторые важные решения, которые будут иметь последствия для будущих поколений, которые могут или не могут быть ограничены этими решениями».