При орошении максимальная температура снизилась в среднем на один-три градуса по Фаренгейту, а минимальная температура повысилась до четырех градусов по сравнению с неорошаемыми фермами или лесами. В целом, на орошаемых фермах дневная температура на три-семь градусов меньше, чем в других областях землепользования. Эти эффекты сохранялись в течение года.
Результаты показывают, что перевод земель в орошаемое земледелие может оказать значительное влияние на региональный климат, что, в свою очередь, может повлиять на рост растений, давление вредителей и здоровье человека способами, которые можно не заметить, если землепользование не учитывается в прогнозах и планировании.
Такой охлаждающий эффект смягчает – и скрывает – тенденцию глобального потепления, вызванную накоплением парниковых газов в атмосфере.
Орошаемое земледелие, как и все сельское хозяйство, также генерирует парниковые газы.
Работой руководила Маллика Нокко, недавно получившая докторскую степень в Институте экологических исследований Нельсона при Университете Висконсин-Мэдисон. Нокко работал с Кристофером Кучариком из Института Нельсона и агрономического отдела штата Вашингтон в Мэдисоне и Робертом Смейлом из Департамента природных ресурсов Висконсина.
Команда опубликовала свои выводы 2 июля в журнале Global Change Biology. «Мы обнаруживаем, что прогнозы погоды могут быть ошибочными, если они не принимают во внимание эти виды землепользования», – говорит Нокко, ныне научный сотрудник Университета Миннесоты. "Это коснется как фермеров, так и растений."
Орошение и сельское хозяйство в целом охлаждают воздух из-за испарения воды через листья сельскохозяйственных культур, подобно тому, как испарение пота охлаждает людей. Это испарение также увеличивает содержание воды в воздухе. Ученые хотели определить, будет ли естественно влажный климат Висконсина так же сильно реагировать на орошение, как это делают более засушливые регионы, такие как Калифорния.
Чтобы выяснить это, компания Nocco работала с частными землевладельцами, чтобы установить 28 датчиков температуры и влажности на линии, пересекающей Центральные пески.
Трансекта протяженностью 37 миль простиралась от сосновых плантаций на западе через орошаемые фермы к лесам на востоке. Исследователи собрали данные за 32 месяца с начала 2014 года по лето 2016 года.
Каждый из 28 датчиков был сопоставлен с близлежащими уровнями орошения через региональную базу данных по отбору скважин, управляемую Смейлом из Министерства природных ресурсов.
Команда Нокко обнаружила, что орошение снижает максимальную дневную температуру примерно на три с половиной градуса по сравнению с соседними богарными фермами. В соседних лесах было немного теплее, чем на богарных или орошаемых фермах.
Несколько удивительно, что более низкие максимальные температуры на орошаемых фермах сопровождались более высокими минимальными температурами. Насыщенные почвы могут удерживать больше тепла, чем сухие. Когда это тепло выделяется ночью, оно поддерживает минимальные ночные температуры несколько выше.
Влажные почвы также могут быть темнее, что помогает им поглощать больше солнечного света в течение дня.
Исследователи обнаружили, что если все земли в исследуемой области будут преобразованы для орошаемого земледелия, дневной диапазон температур сократится в среднем почти на пять градусов по Фаренгейту и до восьми градусов по верхнему пределу. Эта меньшая разница между максимальной и минимальной дневными температурами может существенно повлиять на рост растений или жизненный цикл насекомых-вредителей, оба из которых чувствительны к дневным температурам.
«Если вы регулируете диапазон температур, вы меняете, кто или что может жить в этом районе», – говорит Нокко.
Разница температур между орошаемыми полями и богарными полями или лесами была заметна в течение вегетационного периода, когда поля орошались, но увеличивалась в течение всего года. Открытые снежные поля отражают больше зимнего солнечного света, чем леса, сохраняя воздух над головой более прохладным, но не совсем понятно, что является причиной разницы в зимних температурах между орошаемыми и неорошаемыми фермами.
В то время как охлаждающий эффект ирригации смягчает глобальное изменение климата в региональном масштабе, климатические модели предполагают, что региональное потепление, связанное с глобальной тенденцией, в конечном итоге преодолеет масштабы смягчения последствий, предлагаемых орошаемым земледелием. Фермеры, которые на данный момент частично защищены от более сильной жары, в этом сценарии быстро столкнутся с возрастающим стрессом.
«Фермеры в орошаемых регионах могут столкнуться с более резким повышением температуры, что заставит их адаптироваться быстрее, чем другие группы, которые уже справляются с потеплением климата», – говорит Кучарик. "Меня беспокоит то время, когда у людей есть время адаптироваться."
Настоящее исследование является первым, окончательно связывающим орошение на Среднем Западе США.S. к измененному региональному климату.
Эти результаты могут улучшить прогнозы погоды и климата, помочь фермерам лучше планировать и, как надеются исследователи, лучше подготовить сельскохозяйственные районы для борьбы с потеплением климата, когда эффект орошения смывается.
«Орошение – это землепользование, оказывающее влияние на климат на Среднем Западе, и мы должны учитывать это в наших климатических моделях», – говорит Нокко.
Работа частично поддержана U.S. Агентство по охране окружающей среды, U.S.
Программа исследований и образования в области устойчивого сельского хозяйства Министерства сельского хозяйства и Департамент природных ресурсов штата Висконсин.