Avec le changement climatique, l’irrigation de davantage de cultures aux États-Unis sera essentielle pour maintenir les rendements futurs, car les conditions de sécheresse sont susceptibles d’augmenter en raison des températures plus chaudes et de la modification des régimes de précipitations. Pourtant, moins de 20 % des terres cultivées sont équipées pour l’irrigation.
Une étude dirigée par Dartmouth révèle que d’ici le milieu du 21e siècle, dans un scénario d’émissions de gaz à effet de serre modérées, les avantages d’une irrigation étendue l’emporteront sur les coûts d’installation et d’exploitation sur une partie étendue des terres cultivées américaines actuelles.
Les résultats montrent qu’au milieu du siècle, le maïs et le soja qui sont actuellement pluviaux bénéficieraient de l’irrigation dans la majeure partie du Dakota du Nord, de l’est du Dakota du Sud, de l’ouest du Minnesota, du Wisconsin et du Michigan. Les terres agricoles de soja qui dépendent de la pluie dans certaines parties de l’Indiana, de l’Illinois, de l’Ohio, du Kentucky, du Kansas et de l’Oklahoma bénéficieraient également de l’irrigation. Les conclusions sont publiées dans Communications Terre & Environnement.
L’installation, l’entretien et le fonctionnement du matériel d’irrigation coûtent cher aux agriculteurs, jusqu’à 160 $ par acre et par an. « Notre travail crée essentiellement une carte des États-Unis indiquant où il sera le plus judicieux d’installer et d’utiliser à l’avenir des équipements d’irrigation pour les cultures de maïs et de soja », déclare le premier auteur Trevor Partridge, boursier postdoctoral Mendenhall et hydrologue de recherche au US Geological Survey. Water Resources Mission Area, qui a mené l’étude tout en travaillant sur son doctorat. à Darmouth.
La région des hautes plaines, y compris le Nebraska, le Kansas et le nord du Texas, a toujours été l’une des zones les plus irriguées et s’est avérée avoir les rendements économiques actuels les plus élevés pour l’irrigation. Cependant, les coûts croissants de la sécheresse poussent les agriculteurs à investir dans l’irrigation dans toutes les régions de la ceinture de maïs et du sud-est des États-Unis, et le rendement économique à long terme de ces investissements est difficile à prévoir.
Pour effectuer l’analyse coûts-avantages de l’irrigation du maïs et du soja, les chercheurs ont exécuté une série de simulations de modèles de cultures. Ils ont appliqué plusieurs projections climatiques mondiales qui couvrent toute la gamme des climats futurs potentiels – chaud et sec, chaud et humide, frais et sec, frais et humide, chacun par rapport à la projection climatique moyenne – pour simuler la croissance future des cultures dans des conditions entièrement irriguées ou pluviales. conditions nourries.
Pour chaque scénario climatique, le modèle de culture a été exécuté pour le maïs et le soja dans toutes les zones cultivées aux États-Unis. Les simulations du modèle de culture ont examiné trois périodes : historique (1981-2010), milieu du siècle (2036-2065) et fin de -siècle (2071-2100) selon des scénarios d’émissions de gaz à effet de serre modérés et élevés. Les simulations ont pris en compte les données de gestion et de croissance des cultures au niveau du comté du Service national des statistiques agricoles du Département américain de l’agriculture, y compris les dates de plantation, de maturité et de récolte.
Pour déterminer les avantages économiques de l’irrigation – l’équipe a calculé le rendement supplémentaire simulé des cultures de l’irrigation et la valeur marchande accrue correspondante qui pourrait être attendue – par rapport aux coûts d’irrigation, qui comprenaient l’électricité nécessaire pour pomper les eaux souterraines et les distribuer sur le terrain, et les dépenses associées par acre pour posséder et exploiter le système d’irrigation.
L’équipe a étudié non seulement où et quand il est judicieux d’installer l’irrigation pour le maïs et le soja, mais aussi s’il y aura suffisamment d’eau pour le faire. Ils ont calculé le « déficit d’eau d’irrigation », qui est la simple différence entre la quantité d’eau appliquée au champ par rapport à la quantité d’eau qui devrait être disponible pour l’irrigation.
Les résultats montrent que d’ici le milieu du siècle, il y aura probablement assez d’eau pour irriguer le soja dans l’Iowa, le Wisconsin, l’Ohio et le nord de l’Illinois et de l’Indiana, mais pas le maïs. Iowa est le plus grand producteur de maïs aux États-Unis les ressources en eau souterraine pour l’irrigation se sont avérées les plus abondantes dans le sud-est des États-Unis, en particulier dans la basse vallée du Mississippi où l’agriculture est moins intensive. Cependant, dans cette région, les avantages de l’irrigation sont minimes.
« Nos résultats suggèrent qu’il y a relativement peu de chevauchement entre les endroits où il y a suffisamment d’eau pour irriguer complètement les cultures sans exercer de pression supplémentaire sur les ressources en eau et les endroits où les agriculteurs peuvent s’attendre à ce que l’investissement dans l’irrigation soit rentable à long terme », déclare Partridge.
Par exemple, le Aquifère d’Ogallala dans les Grandes Plaines est le plus grand aquifère des États-Unis, fournissant de l’eau à huit États, et soutient l’une des zones les plus largement irriguées pour le maïs et le soja.
« Les avantages croissants de l’irrigation pourraient inciter les agriculteurs à utiliser plus d’eau, ce qui exercera une pression supplémentaire sur les principaux aquifères, y compris l’Ogallala », explique l’auteur principal Jonathan Winter, professeur agrégé de géographie et responsable du groupe d’hydroclimatologie appliquée à Dartmouth. Des recherches antérieures ont montré que l’eau est extraite de l’aquifère d’Ogallala plus rapidement qu’elle ne peut être reconstituée. « Il n’y a tout simplement pas assez d’eau pour continuer à irriguer au rythme actuel de l’Ogallala, en particulier dans la partie sud où les niveaux des eaux souterraines baissent rapidement », explique Winter.
Avec un réchauffement plus important, comme à la fin du siècle dans un scénario d’émissions élevées de gaz à effet de serre, le stress thermique dominera les impacts sur les rendements des cultures et réduira l’efficacité de l’irrigation en tant que stratégie d’adaptation dans la plupart des États-Unis, en particulier pour le maïs. Le maïs a généralement un rendement plus élevé que le soja, mais le soja est plus tolérant à la chaleur, ne nécessite pas autant d’eau et a une saison de croissance légèrement plus courte.
« D’ici la fin du siècle, nos simulations suggèrent qu’il sera plus économiquement avantageux d’irriguer le soja que le maïs », déclare Winter. « Une fois l’irrigation installée, nous pourrions voir certains endroits qui cultivaient historiquement du maïs passer au soja car c’est une adaptation à faible coût. »
Lorsqu’il s’agit d’irrigation, les agriculteurs doivent tenir compte d’une série de facteurs complexes et concurrents : les rendements antérieurs, les valeurs marchandes des cultures, les coûts énergétiques, les incitations économiques et les prévisions météorologiques saisonnières. Les chercheurs espèrent que leur analyse pourra être utilisée pour aider les politiques agricoles et de gestion des ressources en eau à s’adapter à un climat plus chaud.
Plus d’information:
Les avantages de l’irrigation l’emportent sur les coûts dans davantage de terres cultivées aux États-Unis d’ici le milieu du siècle, Communications Terre & Environnement (2023). DOI : 10.1038/s43247-023-00889-0 , www.nature.com/articles/s43247-023-00889-0