Mapa dos EUA da mudança projetada no valor da irrigação de culturas de milho e soja até meados do século 21 com as áreas atualmente irrigadas destacadas em preto. Crédito: Trevor Partridge et al.
Os pesquisadores conduzem uma análise de custo-benefício da irrigação expandida de milho e soja sob o clima futuro.
Com a mudança climática, irrigar mais plantações nos Estados Unidos será fundamental para sustentar os rendimentos futuros, já que as condições de seca provavelmente aumentarão devido a temperaturas mais altas e mudanças nos padrões de precipitação. No entanto, menos de 20% das terras de cultivo estão equipadas para irrigação.
Os benefícios da irrigação expandida
Um estudo conduzido por Dartmouth conclui que, em meados do século 21, em um cenário moderado de emissões de gases de efeito estufa, os benefícios da irrigação expandida superarão os custos de instalação e operação em uma porção expandida das atuais terras agrícolas dos EUA. Os resultados mostram que, em meados do século, o milho e a soja que atualmente são alimentados pela chuva se beneficiariam da irrigação na maior parte de Dakota do Norte, leste de Dakota do Sul, oeste de Minnesota, Wisconsin e Michigan. As terras agrícolas de soja que dependem da chuva em partes de Indiana, Illinois, Ohio, Kentucky, Kansas e Oklahoma também se beneficiariam com a irrigação. Os resultados serão publicados hoje (14 de agosto) na Comunicações Terra e Meio Ambienteuma revista de acesso aberto da Nature Portfolio.
Custos e Análise Econômica
Instalar, manter e operar equipamentos de irrigação tem um custo significativo para os agricultores, de até US$ 160 por acre por ano. “Nosso trabalho essencialmente cria um mapa dos EUA de onde fará mais sentido instalar e usar equipamentos de irrigação para as culturas de milho e soja no futuro”, diz o primeiro autor Trevor Partridge, um Mendenhall Postdoctoral Fellow e hidrólogo pesquisador do US Geological Survey. Water Resources Mission Area, que conduziu o estudo enquanto fazia seu doutorado em Dartmouth.
Mapa dos EUA do déficit projetado de águas subterrâneas para irrigação em meados do século – a diferença volumétrica entre a água irrigada e a água disponível – com as áreas atualmente irrigadas de milho e soja destacadas em preto. Crédito: T.Partridge et al.
A região de High Plains, incluindo Nebraska, Kansas e norte do Texas, tem sido historicamente uma das áreas mais fortemente irrigadas e foi considerada a que apresenta os maiores retornos econômicos atuais para irrigação. No entanto, os custos crescentes da seca estão levando os agricultores a investir em irrigação em todas as regiões do Cinturão do Milho e sudeste dos EUA, e é difícil prever o retorno econômico de longo prazo desses investimentos.
Metodologia e Cenários Climáticos
Para conduzir a análise de custo-benefício da irrigação de milho e soja, os pesquisadores realizaram uma série de simulações de modelos de cultivo. Eles aplicaram várias projeções climáticas globais que abrangem a gama de potenciais climas futuros – quente e seco, quente e úmido, frio e seco, frio e úmido, cada um relativo à projeção climática média – para simular o crescimento futuro das culturas sob condições totalmente irrigadas ou de sequeiro. .
Para cada cenário climático, o modelo de cultivo foi executado para milho e soja em todas as áreas cultivadas nos EUA. As simulações do modelo de cultivo examinaram três períodos: histórico (1981-2010), meados do século (2036-2065) e final de século (2071-2100) sob cenários moderados e elevados de emissões de gases com efeito de estufa. As simulações levaram em consideração dados de manejo e crescimento da safra no nível do condado do Serviço Nacional de Estatísticas Agrícolas do Departamento de Agricultura dos EUA, incluindo datas de plantio, maturidade e colheita.
Benefícios econômicos e déficit hídrico
Para determinar os benefícios econômicos da irrigação – a equipe calculou o rendimento simulado adicional da irrigação e o correspondente aumento do valor de mercado que poderia ser esperado – em relação aos custos de irrigação, que incluíam a eletricidade necessária para bombear água subterrânea e distribuí-la pelo campo, e despesas associadas por acre para possuir e operar o sistema de irrigação.
A equipe investigou não apenas onde e quando faz sentido instalar irrigação para milho e soja, mas também se haverá água suficiente para isso. Eles calcularam o “déficit de água para irrigação”, que é a simples diferença entre a quantidade de água aplicada no campo em relação à quantidade de água que deveria estar disponível para irrigação.
Resultados e Disponibilidade de Água
Os resultados mostram que em meados do século provavelmente haverá água suficiente para irrigar a soja em Iowa, Wisconsin, Ohio e no norte de Illinois e Indiana, mas não o milho. Iowa é o maior produtor de milho nos Estados Unidos. Os recursos hídricos subterrâneos para irrigação são os mais abundantes no sudeste dos Estados Unidos, especialmente no baixo vale do Mississippi, onde a agricultura é menos intensiva. No entanto, nesta região os benefícios da irrigação são mínimos.
“Nossos resultados sugerem que há relativamente pouca sobreposição entre onde há água suficiente para irrigar totalmente as plantações sem sobrecarregar os recursos hídricos e onde os agricultores podem esperar que o investimento em irrigação se pague a longo prazo”, diz Partridge.
Desafios e Estresse Ambiental
Por exemplo, o Aquífero Ogallala nas Grandes Planícies é o maior aquífero dos Estados Unidos, fornecendo água para oito estados e sustentando uma das áreas mais extensamente irrigadas para milho e soja.
“Os benefícios crescentes da irrigação podem incentivar os agricultores a usar mais água, o que colocará pressão adicional nos principais aquíferos, incluindo o Ogallala”, diz o autor sênior Jonathan Winter, professor associado de geografia e líder do Applied Hydroclimatology Group em Dartmouth. Pesquisas anteriores mostraram que a água está sendo extraída do Aquífero Ogallala mais rapidamente do que pode ser reabastecida. “Simplesmente não há água suficiente para continuar irrigando no ritmo atual do Ogallala, especialmente na parte sul, onde os níveis do lençol freático estão caindo rapidamente”, diz Winter.
Implicações futuras
Com um aquecimento maior, como no final do século sob um cenário de altas emissões de gases de efeito estufa, o estresse térmico dominará os impactos no rendimento das culturas e reduzirá a eficácia da irrigação como estratégia de adaptação na maior parte dos EUA, especialmente para o milho. O milho normalmente tem um rendimento maior do que a soja, mas a soja é mais tolerante ao calor, não requer tanta água e tem uma estação de crescimento ligeiramente mais curta.
“Até o final do século, nossas simulações sugerem que será economicamente mais vantajoso irrigar a soja do que o milho”, diz Winter. “Depois que a irrigação estiver instalada, poderemos ver alguns lugares que historicamente cultivavam milho mudarem para a soja porque é uma adaptação de baixo custo.”
Quando se trata de irrigação, os agricultores devem considerar uma série de fatores complexos e competitivos: desempenho de rendimento anterior, valores de mercado da safra, custos de energia, incentivos econômicos e previsões climáticas sazonais. Os pesquisadores esperam que sua análise possa ser usada para ajudar as políticas agrícolas e de gestão de recursos hídricos na adaptação a um clima mais quente.
Anthony Kendall e Bruno Basso, da Michigan State University, Lisi Pei, da Michigan State University e do Georgia Institute of Technology, e David Hyndman, da University of Texas, em Dallas, também contribuíram para o estudo.
