In de VS wordt 52% van het geïrrigeerde land gebruikt voor de productie van maïs, sojabonen en wintertarwe. Maïs en sojabonen zijn twee van de belangrijkste gewassen van het land, met 17% van de maïsproductie en 12% van de sojabonenproductie uit geïrrigeerde gebieden. Het water dat voor deze irrigatie wordt gebruikt, is echter vaak niet-duurzaam opgepompt grondwater. Volgens een recente door Dartmouth geleide studie gepubliceerd in Earth's Future , zou het duurzame gebruik van grondwater voor landbouw in de VS de productie van maïs, sojabonen en wintertarwe drastisch kunnen verminderen.

Irrigatie is afhankelijk van het winnen van grondwater uit watervoerende lagen, die ook dienen als drinkwaterbron en essentieel zijn voor meren, rivieren en ecosystemen. Watervoerende lagen worden op natuurlijke wijze opgeladen, aangezien regenval, smeltende sneeuw en ander water de bodem infiltreert en wordt opgevangen in een poreuze laag onder de grond. Als het grondwatergebruik echter de aanvulsnelheid van de watervoerende laag overschrijdt, vermindert dit de hoeveelheid grondwater die beschikbaar is in de watervoerende laag, ook voor het verbouwen van gewassen.

Om de effecten van duurzaam grondwatergebruik voor geïrrigeerde maïs, sojabonen en wintertarwe te analyseren, gebruikten onderzoekers een gewasmodel om geïrrigeerde landbouw van 2008 tot 2012 te simuleren. Het gewasmodel gebruikt informatie over het dagelijkse weer, bodemeigenschappen, landbouwbeheer en gewasvariëteiten, en werd vergeleken met onderzoeksgegevens van het Amerikaanse ministerie van landbouw om de nauwkeurigheid te bevestigen.

De gewasproductie werd gesimuleerd onder vier verschillende scenario's voor grondwatergebruik, variërend van meest optimistisch tot pessimistisch. Het meest optimistische scenario gaat ervan uit dat de maximale hoeveelheid aanvulling kan worden gebruikt voor irrigatie. De minder optimistische scenario's, die uitgaan van een veilige aquiferopbrengst, gaan ervan uit dat slechts een fractie van de aanvulling in de aquifer terechtkomt en dat slechts een beperkte hoeveelheid water kan worden gebruikt voor irrigatie. De minder optimistische scenario's houden rekening met onzekerheid over de beschikbaarheid van grondwater en met het behoud van wat water om gezonde ecosystemen in stand te houden. De vier scenario's voor duurzaam grondwatergebruik zijn gebaseerd op veilige aquifer-opbrengsten van 100%, 75%, 50% en 25%.

In het meest optimistische scenario voor duurzaam grondwatergebruik wordt de Amerikaanse geïrrigeerde productie van maïs, sojabonen en wintertarwe met respectievelijk 20%, 6% en 25% verminderd. In het meest pessimistische scenario wordt de productie van maïs, sojabonen en wintertarwe verminderd met respectievelijk 45%, 37% en 36%.

"Onze bevindingen onderstrepen hoe de productie van maïs, sojabonen en wintertarwe kan worden beïnvloed als we ervoor kiezen om te stoppen met het uitputten van watervoerende lagen in de Verenigde Staten", zegt mede-hoofdauteur Jonathan Winter, universitair hoofddocent geografie en hoofdonderzoeker van de Applied Hydroclimatology Group bij Dartmond. "Toekomstige neerslag, die de grondwatervoorraden aantast, is echter moeilijk te voorspellen, en verbeterde irrigatietechnologie, meer waterefficiënte gewassen en beter landbouwwaterbeheer zouden de productieverliezen van een overgang naar duurzaam grondwatergebruik kunnen verminderen."

De bevindingen tonen aan dat Nebraska, Kansas en Texas, die afhankelijk zijn van grondwater uit de High Plains Aquifer (ook bekend als de Ogallala Aquifer) om maïs, sojabonen en wintertarwe te verbouwen, enkele van de grootste productieverliezen zouden ondervinden als gevolg van duurzame grondwater gebruik. Deze regio is bijzonder kwetsbaar vanwege het gebrek aan regenval, wat de regenafhankelijke landbouw en het aanvullen van grondwater beperkt. Uit eerder onderzoek bleek dat de High Plains drie keer zoveel grondwater onttrekt als de oplaadsnelheid van de watervoerende laag.

Centraal-Californië, dat afhankelijk is van de Central Valley Aquifer, zou ook grote productieverliezen hebben in maïs en wintertarwe als gevolg van duurzaam grondwatergebruik, maar de productieverliezen van maïs en wintertarwe in Californië zijn beperkt vanwege de dominantie van speciale gewassen, zoals amandelen , druiven en sla, die de hoeveelheid land beperken die wordt gebruikt om maïs en wintertarwe te verbouwen.

Daarentegen zou de Mississippi-vallei, een belangrijk gebied voor maïs en sojabonen, relatief weinig productieverliezen ervaren, aangezien de grondwaterwinning doorgaans minder is dan de aanvulling in de regio. Het Midwesten zou ook minimale productieverliezen van maïs en sojabonen ervaren, omdat de regio vochtig is en voornamelijk afhankelijk is van regenafhankelijke in plaats van geïrrigeerde landbouw.

"Duurzaam grondwatergebruik is van cruciaal belang voor het in stand houden van de geïrrigeerde landbouwproductie, vooral in een wereldwijd voedselsysteem dat al wordt belast door klimaatverandering, bevolkingsgroei en veranderende voedingsbehoeften", zegt co-hoofdauteur Jose R. Lopez, een voormalig postdoctoraal onderzoeker in geografie bij Dartmouth. "We moeten de implementatie van strategieën en technologieën voor waterbehoud die we nu hebben uitbreiden en meer instrumenten ontwikkelen die de grondwatervoorziening van het land kunnen stabiliseren en tegelijkertijd de gewasopbrengsten en het levensonderhoud van boeren kunnen behouden."