بارش در کمربند ذرت آمریکا دگرگون شد: کشاورزی چه نقشی دارد؟

تغییرات در استفاده از زمین و تأثیر آن بر الگوهای بارندگی در کمربند ذرت آمریکا

تحقیقات جدید نشون میده که تغییرات وسیع در نحوه استفاده از اراضی و آبیاری در کمربند ذرت آمریکا، همراه با تأثیر آب‌های زیرزمینی سطحی این منطقه، الگوهای بارندگی رو به شکل قابل توجهی تغییر داده. این مطالعه که در مجله مجموعه مقالات آکادمی ملی علوم منتشر شده، روی پدیده “بازگشت بارندگی” تمرکز داره؛ فرآیندی که توش رطوبت آزاد شده به جو توسط گیاهان، خاک‌ها، دریاچه‌ها و بقیه عناصر طبیعی دوباره به همون منطقه به شکل بارون برمی‌گرده.

محققان با استفاده از تکنیک‌های پیشرفته مدل‌سازی رایانه‌ای، تونستن مشخص کنن که کشاورزی در این منطقه به همراه آب‌های زیرزمینی سطحی، میزان بازگشت بارندگی رو تقریباً ۳۰ درصد افزایش میده. این اتفاق، بارندگی رو در طول فصل رشد به طور قابل توجهی بیشتر می‌کنه. نقش بازگشت بارندگی از یه ماه به ماه دیگه و از یه سال به سال دیگه فرق داره. این نقش در ماه‌های تابستون که محصول ذرت به بلوغ می‌رسه و در سال‌های خشک که رطوبت کمتری از مناطق دیگه میاد، به اوج خودش می‌رسه.

زه ژانگ، نویسنده اصلی این تحقیق و دانشمند مرکز تحقیقات جوّی آکادمی ملی علوم آمریکا (NSF NCAR) گفت: “این تحقیق نشون میده که شیوه‌های کشاورزی چطور میتونن آب‌وهوای یه منطقه رو تغییر بدن و این موضوع برای امنیت غذایی و آب پیامدهایی داره.” اون اضافه کرد: “در یه منطقه کشاورزی مثل کمربند ذرت آمریکا که بارون خیلی مهمه، مهمه که هم کشاورزا و هم مدیران منابع آبی بفهمن که بارون از کجا میاد.”

یادگیری بیشتر در مورد میزان بازگشت بارندگی می‌تونه به بهبود پیش‌بینی‌های بارندگی در آینده برای کمربند ذرت کمک کنه و اطلاعات بیشتری برای استراتژی‌های کشت و تخصیص منابع آبی فراهم کنه. این مطالعه به طور مشترک توسط دانشمندان دیگه در NSF NCAR و همچنین دانشمندایی از دانشگاه علوم و فناوری هنگ کنگ و دانشگاه سنتیاگو د کامپوستلا در اسپانیا انجام شده و توسط NSF تأمین مالی شده.

تغییرات در سطح زمین

کمربند ذرت آمریکا شامل دوازده ایالت در میانه و دشت‌های بزرگ هست که از اوهایو در شرق تا نبراسکا در غرب گسترش پیدا کرده. سطح زمین که قبل از اومدن اروپایی‌ها ترکیبی از دشت‌های بلند و جنگل‌ها بود، حالا پر از زمین‌های زراعی و آبیاری گسترده است. تحقیقات قبلی نشون داده که این منطقه داره روز به روز مرطوب‌تر میشه و بارندگی بیشتری رو تجربه می‌کنه.

تأثیر بازیافت بارندگی روی کشاورزی

ژانگ و همکاراش می‌خواستن تأثیر بازیافت بارندگی رو اندازه‌گیری کنن. دانشمندا با استفاده از تکنیک‌های پیشرفته مدل‌سازی رایانه‌ای، به مدل پیش‌بینی و تحقیق آب و هوا (WRF) که توسط مرکز ملی تحقیقات جوّی (NSF NCAR) ساخته شده، رو آوردن. این مدل می‌تونه جو رو با دقت خیلی بالا و در مقیاس چهار کیلومتر (حدود ۲.۵ مایل) شبیه‌سازی کنه. اونا همچنین از یه مدل دیگه به اسم نوح-ام‌پی (Noah-MP) استفاده کردن که به تحلیل خاص سیستم‌های تعاملی آب‌های زیرزمینی، رشد محصولات و آبیاری کمک می‌کنه.

اونا یه الگوریتم فیزیکی واقع‌گرایانه رو برای ردیابی حرکت بخار آب تو شبیه‌سازی‌ها به کار بردن. برای بررسی نقش کشاورزی و آب‌های زیرزمینی کم‌عمق که ویژگی طبیعی این منطقه است، دانشمندا شبیه‌سازی‌هایی رو که شامل محصولات، آبیاری و آب‌های زیرزمینی بودن، با شبیه‌سازی‌های دیگه‌ای که یکی یا چندتا از این عوامل رو نداشتن، مقایسه کردن. اونا این مدل‌ها رو تو مرکز ابررایانه‌ای NSF NCAR-Wyoming اجرا کردن.

نتایج نشون داد که میزان بازیافت بارندگی — یا درصدی از بارندگی‌ها که به خاطر فرآیندهای محلی اتفاق افتاده — به ۱۸٪ رسید. این به خاطر ترکیب آب‌های زیرزمینی کم‌عمق بود که رطوبت رو به سطح می‌آوردن، گیاهان ذرت با برگ‌های بزرگ که رطوبت رو به جو رها می‌کردن و تبخیر از سیستم‌های آبیاری. بدون این عوامل، مدل‌سازی نشون داد که میزان بازیافت بارندگی فقط ۱۴٪ می‌شد که تقریباً ۲۹٪ کمتره.

دانشمندا شبیه‌سازی‌هاشون رو روی سه سال متمرکز کردن: ۲۰۱۰ (که بارندگی غیرعادی بود)، ۲۰۱۱ (بارش متوسط) و ۲۰۱۲ (سال خشک). اونا فهمیدن که درصد بارندگی‌های بازیافتی در سال ۲۰۱۲ که رطوبت کمتری از جاهای دیگه مثل خلیج مکزیک می‌اومد، از همه بیشتر بود. ژانگ گفت: “ما تونستیم به‌طور واقعی تفکیک کنیم که فرآیندهای مختلف چطور به تغییرات بارندگی کمک می‌کنن. چون کشاورزی به بارون بستگی داره، این درک می‌تونه به مدیریت کشاورزی کمک کنه و همچنین باعث فهم بهتر دسترسی به آب شیرین بشه.”

اون و همکاراش دارن برنامه‌ریزی می‌کنن که تحقیقات بعدی رو انجام بدن تا بررسی کنن که تغییرات بارندگی چطور می‌تونه روی تولیدات کشاورزی تأثیر بذاره. این مطلب بر اساس کارایی هست که توسط مرکز ملی تحقیقات جوّی NSF حمایت می‌شه، یه مرکز بزرگ که توسط بنیاد ملی علوم آمریکا تأمین مالی می‌شه و توسط شرکت دانشگاهی برای تحقیقات جوّی مدیریت میشه. هر نظری، یافته‌ای و نتیجه‌گیری‌ای یا توصیه‌ای که تو این مطلب اومده، لزوماً دیدگاه‌های NSF رو نشون نمیده.