Aux États-Unis, 52 % des terres irriguées sont utilisées pour la production de maïs, de soja et de blé d'hiver. Le maïs et le soja sont deux des cultures les plus importantes du pays, avec 17 % de la production de maïs et 12 % de la production de soja provenant de zones irriguées. Cependant, l'eau utilisée pour cette irrigation est souvent une eau souterraine pompée de manière non durable. Selon une récente étude menée par Dartmouth et publiée dans Earth's Future , l'utilisation durable des eaux souterraines pour l'agriculture aux États-Unis pourrait réduire considérablement la production de maïs, de soja et de blé d'hiver.

L'irrigation repose sur l'extraction des eaux souterraines des aquifères, qui servent également de source d'eau potable et sont essentielles pour les lacs, les rivières et les écosystèmes. Les aquifères sont naturellement rechargés, à mesure que les précipitations, la fonte des neiges et d'autres eaux s'infiltrent dans le sol et sont collectées dans une couche poreuse souterraine. Cependant, si l'utilisation des eaux souterraines dépasse les taux de recharge de l'aquifère, cela réduit la quantité d'eau souterraine disponible dans l'aquifère, y compris pour la culture des cultures.

Pour analyser les impacts de l'utilisation durable des eaux souterraines pour le maïs, le soja et le blé d'hiver irrigués, les chercheurs ont utilisé un modèle de culture pour simuler l'agriculture irriguée de 2008 à 2012. Le modèle de culture utilise des informations sur la météo quotidienne, les propriétés du sol, la gestion agricole et les variétés de cultures, et a été comparée aux données d'enquête du département américain de l'agriculture pour confirmer son exactitude.

La production agricole a été simulée selon quatre scénarios différents d'utilisation des eaux souterraines, allant du plus optimiste au pessimiste. Le scénario le plus optimiste suppose que la quantité maximale de recharge peut être utilisée pour l'irrigation. Les scénarios les moins optimistes, qui sont basés sur un rendement sûr de l'aquifère, supposent que seule une fraction de la recharge va dans l'aquifère et que seule cette quantité restreinte d'eau peut être utilisée pour l'irrigation. Les scénarios les moins optimistes tiennent compte de l'incertitude de la disponibilité des eaux souterraines ainsi que de la préservation d'une partie de l'eau pour maintenir des écosystèmes sains. Les quatre scénarios d'utilisation durable des eaux souterraines sont basés sur des rendements d'aquifères sûrs de 100 %, 75 %, 50 % et 25 %.

Dans le scénario d'utilisation durable des eaux souterraines le plus optimiste, la production irriguée américaine de maïs, de soja et de blé d'hiver est réduite de 20 %, 6 % et 25 %, respectivement. Dans le scénario le plus pessimiste, la production de maïs, de soja et de blé d'hiver est réduite de 45 %, 37 % et 36 %, respectivement.

"Nos résultats soulignent à quel point la production de maïs, de soja et de blé d'hiver pourrait être affectée si nous choisissions d'arrêter d'épuiser les aquifères à travers les États-Unis", déclare le co-auteur principal Jonathan Winter, professeur agrégé de géographie et chercheur principal du groupe d'hydroclimatologie appliquée à Darmouth. "Cependant, les précipitations futures, qui affectent les ressources en eaux souterraines, sont difficiles à prévoir, et une technologie d'irrigation améliorée, des cultures plus économes en eau et une meilleure gestion de l'eau agricole pourraient réduire les pertes de production résultant d'une transition vers une utilisation durable des eaux souterraines."

Les résultats montrent que le Nebraska, le Kansas et le Texas, qui dépendent des eaux souterraines de l'aquifère des hautes plaines (également connu sous le nom d'aquifère d'Ogallala) pour cultiver du maïs, du soja et du blé d'hiver, connaîtraient certaines des plus grandes pertes de production en raison de l'agriculture durable. l'utilisation des eaux souterraines. Cette région est particulièrement vulnérable en raison de son manque de précipitations, ce qui limite l'agriculture pluviale et la recharge des nappes phréatiques. Des recherches antérieures ont révélé que les hautes plaines extraient trois fois plus d'eau souterraine que le taux de recharge de leur aquifère.

Le centre de la Californie, qui dépend de l'aquifère de la vallée centrale, aurait également d'importantes pertes de production de maïs et de blé d'hiver en raison de l'utilisation durable des eaux souterraines, mais les pertes de production de maïs et de blé d'hiver en Californie sont limitées en raison de la prédominance des cultures spécialisées, telles que les amandes. , les raisins et la laitue, qui limitent la superficie des terres utilisées pour la culture du maïs et du blé d'hiver.

En revanche, la vallée du Mississippi, une région importante de maïs et de soja, connaîtrait relativement peu de pertes de production, car l'extraction des eaux souterraines est généralement inférieure à la recharge dans la région. Le Midwest connaîtrait également des pertes de production de maïs et de soja minimes, car la région est humide et repose principalement sur une agriculture pluviale plutôt qu'irriguée.

"L'utilisation durable des eaux souterraines est essentielle au maintien de la production agricole irriguée, en particulier dans un système alimentaire mondial déjà mis à l'épreuve par le changement climatique, la croissance démographique et l'évolution des besoins alimentaires", déclare le co-auteur principal Jose R. Lopez, ancien chercheur postdoctoral en géographie. à Darmouth. "Nous devons étendre la mise en œuvre des stratégies et des technologies de conservation de l'eau dont nous disposons actuellement et développer davantage d'outils capables de stabiliser l'approvisionnement en eaux souterraines du pays tout en préservant les rendements des cultures et les moyens de subsistance des agriculteurs."