隨著氣候變化，在美國灌溉更多的農作物對維持未來的產量至關重要，因為氣溫升高和降水模式變化可能會加劇乾旱狀況。然而，只有不到20% 的農田具備灌溉條件。研究人員對未來氣候條件下擴大玉米和大豆灌溉進行了成本效益分析。

美國到21 世紀中葉玉米和大豆作物灌溉價值的預計變化圖，黑色部分為目前的灌溉區。資料來源：Trevor Partridge et al.

擴大灌溉的好處由達特茅斯大學領導的一項研究發現，到21 世紀中葉，在溫室氣體排放量適中的情況下，擴大灌溉的效益將超過在美國現有耕地上安裝和運行灌溉設施的成本。研究結果表明，到本世紀中期，在北達科他州大部分地區、南達科他州東部、明尼蘇達州西部、威斯康星州和密歇根州，目前靠雨水灌溉的玉米和大豆將從灌溉中受益。印第安納州、伊利諾伊州、俄亥俄州、肯塔基州、堪薩斯州和俄克拉荷馬州部分依賴雨水的大豆農田也將受益於灌溉。研究結果將於今天（8月14日）發表在《通訊地球與環境》（Communications Earth & Environment）上。成本與經濟分析“對農民來說，安裝、維護和運行灌溉設備的成本很高，每英畝每年高達160 美元。”第一作者特雷弗-帕特里奇（Trevor Partridge）是門登霍爾博士後研究員、美國地質調查局水資源任務區研究水文學家，他在達特茅斯攻讀博士學位期間進行了這項研究。美國本世紀中期灌溉地下水缺口預測圖–灌溉水量與可用水量之間的體積差–黑色區域為目前玉米和大豆灌溉區。資料來源：T.Partridge 等人高原地區（包括內布拉斯加州、堪薩斯州和德克薩斯州北部）歷來是灌溉最密集的地區之一，也是目前灌溉經濟收益最高的地區。然而，乾旱造成的成本不斷增加，促使玉米帶和美國東南部地區的農民投資灌溉，而這些投資的長期經濟回報難以預測。方法與氣候情景為了對玉米和大豆灌溉進行成本效益分析，研究人員進行了一系列作物模型模擬。他們應用了幾種全球氣候預測，這些預測涵蓋了未來可能出現的各種氣候–炎熱乾燥、炎熱潮濕、涼爽乾燥、涼爽潮濕，每種氣候預測都相對於平均氣候預測–來模擬未來作物在完全灌溉或雨水灌溉條件下的生長情況。作物模型模擬考察了三個時期：中度和高度溫室氣體排放情景下的歷史時期（1981-2010 年）、本世紀中期（2036-2065 年）和本世紀末（2071-2100 年）。模擬考慮了美國農業部國家農業統計局提供的縣級作物管理和生長數據，包括播種、成熟和收穫日期。經濟效益和缺水為了確定灌溉的經濟效益，研究小組計算了灌溉帶來的模擬作物額外產量，以及與灌溉成本（包括抽取地下水並將其分配到田間所需的電力，以及每英畝擁有和運行灌溉系統的相關費用）相對應的預期市場價值增長。研究小組不僅調查了在何時何地為玉米和大豆安裝灌溉系統的合理性，還調查了是否有足夠的水進行灌溉。他們計算了”灌溉缺水量”，即田間施水量與灌溉可用水量之間的簡單差值。結果與可用水量結果表明，到本世紀中葉，愛荷華州、威斯康星州、俄亥俄州、伊利諾伊州北部和印第安納州可能會有足夠的水灌溉大豆，但沒有能力灌溉玉米。用於灌溉的地下水資源在美國東南部最為豐富，尤其是在農業密集度較低的密西西比河下游流域。然而，在這一地區，灌溉的好處微乎其微。帕特里奇說：”我們的研究結果表明，在有足夠的水量對作物進行充分灌溉而不會對水資源造成額外壓力的地區，與農民在灌溉方面的投資有望獲得長期回報的地區之間，重疊的部分相對較少。”挑戰與環境壓力例如，大平原的奧加拉拉含水層是美國最大的含水層，為八個州供水，是玉米和大豆灌溉最廣泛的地區之一。資深作者、達特茅斯大學地理學副教授兼應用水文氣候學組組長喬納森-溫特（Jonathan Winter）說：”灌溉帶來的好處越來越多，這可能會刺激農民使用更多的水，從而對包括奧加拉拉在內的主要含水層造成更大壓力。先前的研究表明，奧加拉拉蓄水層的水被抽取的速度超過了它的補充速度。以目前的速度繼續從奧加拉拉蓄水層灌溉，水量根本不夠，尤其是在地下水位迅速下降的南部地區。”未來影響隨著氣候進一步變暖，例如本世紀末溫室氣體排放量較高的情況下，熱應力將對作物產量產生主要影響，並降低灌溉作為美國大部分地區適應戰略的有效性，尤其是對玉米而言。玉米的產量通常高於大豆，但大豆更耐熱，不需要那麼多水，而且生長期稍短。溫特說：”到本世紀末，我們的模擬結果表明，灌溉大豆比灌溉玉米更有經濟效益。一旦安裝了灌溉系統，我們可能會看到一些歷史上種植玉米的地方改種大豆，因為這是一種低成本的適應性種植。”在灌溉問題上，農民必須考慮一系列複雜且相互競爭的因素：以往的產量表現、作物市場價值、能源成本、經濟激勵措施以及季節性天氣預報。研究人員希望，他們的分析能夠用於幫助農業和水資源管理政策適應氣候變暖。