Нове дослідження Університету Колорадо показує, що зрошення сільськогосподарських культур у США може дати дивовижні кліматичні переваги, дозволяючи фермерам виробляти більше їжі без необхідності перетворювати додаткові природні землі під сільськогосподарські.
Зрошення підвищує врожайність сільськогосподарських культур, а це означає, що таку саму кількість їжі можна виростити на меншій площі. На думку дослідників, якби зрошення було раптово скасовано у Сполучених Штатах, для компенсації сільськогосподарського виробництва знадобилося б розширення сільськогосподарських угідь. Викиди парникових газів, пов’язані з цим перетворенням землі, будуть у 363 рази більші, ніж поточні викиди від самого зрошення.
За оцінками групи, викиди, яких вдалося уникнути шляхом запобігання цьому додатковому землекористуванню, еквівалентні поточним 363 річним викидам парникових газів у США від зрошення.
Чому економія землі важлива для клімату
Природні екосистеми зберігають велику кількість вуглецю в рослинах і ґрунті. Коли ліси, луки чи інші ландшафти перетворюються на сільськогосподарські землі, частина накопиченого вуглецю викидається в атмосферу.
Згідно з дослідженням, опублікованим 14 вересня, сільськогосподарське землекористування та перетворення земель, пов’язане з виробництвом продуктів харчування, клітковини та палива, спричиняють майже чверть світових викидів парникових газів. Збірники Національної академії ім. Це робить зміни у використанні сільськогосподарських угідь важливою проблемою в спробах скоротити викиди.
«Ця робота показує, що зрошення має чистий позитивний вплив на викиди», — сказав провідний автор Ейвері Дрісколл, який проводив дослідження як постдокторський дослідник CSU. студент “Запобігання викидів від непрямого скорочення зміни землекористування було набагато вищим, ніж прямі викиди, і їх можна було ще більше зменшити за рахунок електрифікації.”
Звідки беруться відходи поливу?
Найбільшим джерелом викидів парникових газів, безпосередньо пов’язаних із зрошенням, є енергія, необхідна для транспортування води. Насоси використовуються як на фермах, так і для переміщення води між річковими басейнами, і коли це обладнання працює на викопному паливі, воно створює викиди.
Дослідники кажуть, що цей ресурс також можна відносно легко скоротити. Заміна насосних систем, що працюють на викопному паливі, електричним обладнанням може зменшити викиди, пов’язані з зрошенням, особливо завдяки тому, що енергомережа стане чистішою. Вони припускають, що політики можуть розглянути стимули для електроенергії при розробці кліматично-розумних програм сільського господарства.
Попередні дослідження дослідницької групи розглядали інші прямі викиди, пов’язані з зрошенням. Вони включають менші викиди оксидів азоту, які є результатом дихання мікробів, а також вуглекислий газ, який розчиняється в ґрунтових водах і виділяється, коли ця вода розпилюється на поля.
Новий аналіз є першим у своєму роді, який порівнює ці викиди з непрямими перевагами парникових газів від зрошення, що зменшує потребу в перетворенні додаткових земель під сільськогосподарські.
Майже 7 гігатонн відходів вдалося уникнути
Дослідники підрахували, що зрошення запобіжить приблизно 6,86 гігатонн викидів парникових газів через перетворення земель.
За словами Дрісколла, ця сума перевищує всі викиди парникових газів у США в 2024 році (5,91 гігатонни) і дорівнює приблизно 13% загальних глобальних викидів того року.
Дослідники кажуть, що результати показують, чому кліматично розумна сільськогосподарська політика повинна враховувати як прямі викиди, що утворюються на фермах, так і непрямий вплив продуктивності сільського господарства на землекористування в інших місцях.
«Цей комплексний підхід до обліку прямих викидів із поля та непрямого впливу на землекористування дозволяє нам визначити місцеві можливості для зменшення викидів за рахунок електрифікації насоса та декарбонізації мережі, а також отримати вигоду від підвищення продуктивності», — сказав Дрісколл, який зараз працює докторантом в Університеті Пердью. «В ідеалі безпрограшним буде вирішення проблеми місцевих відходів, одночасно використовуючи глобальні переваги зрошення».
Моделювання Сполучених Штатів без зрошення
Щоб визначити, наскільки зрошення тепер економить землю, вчені спочатку виміряли, наскільки зрошення покращує врожайність у всіх округах США.
Вони оцінили зв’язок між урожайністю богарних і зрошуваних культур, використовуючи доступні дані сільськогосподарських досліджень за допомогою моделі машинного навчання.
Потім команда використала глобальну економічну модель, яка моделює сільськогосподарське виробництво, споживання та міжнародну торгівлю. Це дозволило їм оцінити, як зміниться сільське господарство, якщо всі посіви США раптом повністю залежатимуть від опадів.
Модель враховувала економічний попит і пропозицію, а також те, які культури реально можна вирощувати в різних регіонах. Звідти дослідники визначили, де знадобляться додаткові сільськогосподарські землі, якщо зрошення в США зникне.
Потім вони поєднали ці результати з картами, які показують, скільки вуглецю зберігається в рослинах і ґрунті. Використовуючи дані про те, як ці запаси вуглецю змінюються, коли природні ландшафти перетворюються на сільськогосподарські угіддя, вони розрахували викиди парникових газів, які можуть бути створені.
Дослідники відзначили, що їхній аналіз не включав викиди від кількох інших видів сільськогосподарської діяльності, включаючи використання азотних добрив або метан, що виробляється худобою.
Зрошення супроводжується більш широкими промислами
«Ми можемо продемонструвати цю величезну користь зрошення в США щодо викидів парникових газів із продовольчої системи», — сказав співавтор Натан Мюллер, доцент кафедри наук про екосистеми та сталого розвитку та наук про ґрунт і рослинництво. «Однак, коли ми говоримо про використання води, особливо на заході США, є компроміси з кожним використанням і обробкою поза їжею та викидами парникових газів. Наша робота є частиною головоломки, щоб допомогти вирішити деякі дуже складні питання соціальної вигоди щодо використання води».
Ці взаємодії особливо важливі на заході Сполучених Штатів, де значна частина сільськогосподарської системи залежить від зрошення.
Водопостачання регіону має підтримувати ферми, а також громади, екосистеми та інші потреби, тобто переваги парникових газів, виявлені в дослідженні, є лише частиною ширшої дискусії про те, як використовується вода.
Залежність ферм Колорадо від зрошення
Сім’я випускника ХСС Алекса Брауна вже 120 років розводить худобу на одній території в окрузі Юма, штат Колорадо.
«Нам потрібна іригація, щоб задовольнити наші потреби та наше зобов’язання продовжувати годувати світ», — сказав Браун, додавши, що якщо вони не зможуть зрошувати, фермерам доведеться орати менш родючі та екологічно чутливі пасовища для посівів, і вони будуть залежати від непостійних опадів. «Зі збільшенням населення збільшується попит на їжу та попит на сільське господарство на менших площах».
Округ Юма є одним із провідних сільськогосподарських і тваринницьких округів Колорадо. Браун сказав, що місцеві фермери серйозно ставляться до охорони природи, і його сім’я продовжує покращувати ефективність зрошення, використовуючи нові технології та сучасне обладнання.
«Я дуже захоплений цим, тому що хочу, щоб наша ферма продовжувалася протягом поколінь», — сказав Браун про розумне використання води.
Зрошення як стратегія адаптації
Крім підвищення врожайності, зрошення також може допомогти фермам впоратися з умовами вирощування врожаю.
«Зрошення — це потужна стратегія адаптації», — додав провідний дослідник Дрісколл. «Це підвищує продуктивність; підвищує стійкість до теплового стресу та посухи, і, звичайно, збереження та збільшення сільськогосподарського виробництва є головним пріоритетом. У той же час нам потрібно зменшити відходи в харчовій системі, тому розуміння того, як ці дві проблеми взаємодіють одна з одною, є пріоритетом. Ця робота дозволить нам краще зрозуміти деякі з цих взаємодій і синергії».
Національний науковий фонд та Інститут штучного інтелекту землі, економіки, сільського господарства та лісового господарства фінансували дослідження за підтримки Міністерства сільського господарства США.
Серед співавторів були економіст Університету Міннесоти Джастін Джонсон і дослідники Джо Блумберг (Станція дослідження лісів Скелястих гір США), Елісон Кінг (Університет Мен) і Сет Спаун-Лі (The Nature Conservancy).
