Timing Groundwater Protection: An Optimal Control Analysis of Annual Floors versus Terminal Targets for Irrigated Cotton in Lubbock County, Texas
Questo studio impiega un modello di controllo ottimo a tempo discreto per dimostrare che, sebbene i minimi annuali di estrazione di acque sotterranee nella contea di Lubbock, in Texas, riescano a prevenire l'esaurimento delle scorte al di sotto di un obiettivo del 90% senza alterare il pompaggio cumulativo o la superficie media, essi riducano significativamente il valore attuale netto di una cifra compresa tra 1,0 e 13,5 milioni di dollari e siano altamente sensibili ai moltiplicatori di resa e ai prezzi del cotone piuttosto che ai livelli di stoccaggio iniziali.
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Nella vasta e piatta distesa degli Altopiani del Texas, sotto i campi di cotone della contea di Lubbock, giace una riserva nascosta di acqua che ha sostenuto l'agricoltura per generazioni. Questo lago sotterraneo, noto come l'acquifero Ogallala, non è un lago nel senso tradizionale del termine, ma un massiccio strato di roccia porosa e sabbia che trattiene acqua antica. Per gli agricoltori, quest'acqua è la differenza tra un raccolto abbondante e un campo arido. Tuttavia, l'acqua viene estratta molto più velocemente di quanto la natura riesca a reintegrarla. Ciò crea un difficile enigma economico: come può una comunità utilizzare una risorsa finita oggi senza distruggere la capacità di utilizzarla domani? La risposta dipende spesso dalle regole specifiche stabilite dai regolatori. Alcune regole fissano un obiettivo finale, richiedendo che una certa quantità d'acqua rimanga nel sottosuolo alla fine di un lungo periodo, come un conto di risparmio che deve avere un saldo specifico quando un bambino compie diciotto anni. Altre regole sono più rigide, pretendendo che il saldo non scenda mai sotto una certa linea in nessun momento durante quegli anni. Sebbene entrambe le regole possano consentire la stessa quantità totale di acqua da utilizzare nel tempo, esse costringono gli agricoltori a fare scelte molto diverse su quando pompare e quando conservare.
Uno studio recente di Patrick Nyenkan, della Texas Tech University, esplora esattamente questo dilemma, utilizzando un modello informatico per simulare venti anni di coltivazione del cotone nella contea di Lubbock. Il ricercatore ha costruito una versione digitale dettagliata dell'economia agricola locale, incorporando dati reali su quanta acqua serve per far crescere il cotone, i costi dell'agricoltura e l'effettiva idrologia dell'acquifero. Il modello ha testato due diversi set di regole contro tre diversi scenari meteorologici: una serie di anni umidi, una serie di anni secchi e un mix di entrambi. In uno scenario, al modello è stato ordinato solo di garantire che il 90% dell'acqua iniziale rimanesse dopo venti anni, permettendo al livello di scendere in modo significativo nel mezzo del periodo, purché si riprendesse alla fine. Nell'altro scenario, il modello era costretto a mantenere il livello dell'acqua sopra quella soglia del 90% ogni singolo anno, agendo come un pavimento rigido che non poteva mai essere violato.
I risultati rivelano un compromesso sottile ma significativo tra reddito immediato e stabilità a lungo termine. Quando al modello era permesso far scendere i livelli dell'acqua nel mezzo del periodo di vent'anni, gli agricoltori potevano pompare più acqua all'inizio, generando profitti più elevati nel breve termine. Quando veniva applicata la regola rigorosa del pavimento annuale, la quantità totale di acqua estratta nell'arco dei venti anni rimaneva esattamente la stessa, e la quantità media di terreno piantata a cotone non cambiava. Tuttavia, la tempistica di tale estrazione cambiava. Sotto la regola rigorosa, gli agricoltori dovevano ritardare l'uso dell'acqua, pompando meno nei primi anni per garantire che il livello non scendesse mai troppo in basso. Questo ritardo significava che il denaro guadagnato da quei raccolti precoci veniva spostato più avanti nel futuro. Poiché il denaro guadagnato oggi vale più dello stesso importo guadagnato più tardi, questo spostamento ha ridotto il valore totale del reddito dell'azienda agricola nell'arco dei venti anni. Negli scenari più umidi, questo costo era relativamente piccolo, ammontando a una riduzione di circa lo 0,2% del valore totale. Negli scenari più secchi, il costo era maggiore, raggiungendo fino al 2,7%, il che si traduceva in una perdita compresa tra un e tredici milioni di dollari in termini di valore attuale.
Lo studio ha inoltre scoperto quanto il valore dell'acqua dipenda dal meteo e dalla redditività del raccolto. Negli anni simulati più umidi, l'acqua era così preziosa che la regola che ne limitava l'uso agiva come un vincolo stretto, con il modello che attribuiva un valore di quasi quattrocento dollari per ogni acre-piedi di acqua extra. Negli anni secchi, invece, l'acqua non era il fattole limitante; la mancanza di pioggia rendeva l'agricoltura non redditizia indipendentemente da quanta acqua fosse disponibile. In quelle condizioni di siccità, il valore dell'acqua è sceso a circa trentasette dollari per acre-piedi, e le regole rigide non avevano quasi alcun effetto sulla quantità di acqua effettivamente utilizzata perché gli agricoltori semplicemente sceglievano di non irrigare. Ciò suggerisce che il costo della protezione dell'acquifero non è un numero fisso, ma cambia a seconda che il tempo sia favorevole o avverso.
Forse il dato più sorprendente riguarda i dati utilizzati per costruire il modello. Il ricercatore ha confrontato i risultati sperimentali provenienti da piccole parcelle di ricerca, dove gli scienziati controllano meticolosamente ogni variabile, con i dati di resa effettivi di tutta la contea. I dati della contea mostrano che gli agricoltori reali producono circa due terzi del cotone per acro rispetto a quanto previsto dalle parcelle di ricerca. Ancora più importante, i dati della contea erano troppo rumorosi per permettere ai ricercatori di capire esattamente quanto cotone in più ottiene un agricoltore per ogni goccia d'acqua supplementare che applica. I numeri erano così dispersi che il modello non riusciva a identificare una relazione chiara tra acqua e resa utilizzando solo i registri della contea. Quando il ricercatore ha adattato il modello per riflettere queste rese inferiori e reali, i risultati sono cambiati drasticamente. Negli scenari di tempo secco, il modello mostrava che non era più redditizio irrigare affatto, indipendentemente dalle regole. Gli agricoltori nella simulazione hanno semplicemente smesso di pompare acqua e hanno piantato cotone di terra asciutta. Ciò suggerisce che gli alti profitti visti nei modelli iniziali erano probabilmente una sovrastima e che, nella realtà, la decisione di irrigare è spesso guidata più dal prezzo del cotone e dalla qualità del suolo che dalla rigidità delle regole sull'acqua.
Lo studio conclude che, sebbene le regole annuali rigorose proteggano il livello dell'acqua dall'abbassarsi troppo nel mezzo di un periodo di pianificazione, esse comportano un prezzo sotto forma di ridotti rendimenti economici. La tempistica della protezione conta tanto quanto l'obiettivo finale. Se l'obiettivo è semplicemente avere acqua rimasta alla fine, gli agricoltori possono usarla liberamente all'inizio. Se l'obiettivo è mantenere il livello dell'acqua costante ogni anno, gli agricoltori devono risparmiare la loro acqua per il futuro, il che riduce il valore totale del loro raccolto. La ricerca non offre un singolo consiglio su quali debbano essere le regole, ma chiarisce il costo dei diversi approcci. Mostra che il valore dell'acqua non è costante; sale e scende con il meteo e il mercato. In definitiva, lo studio serve da promemoria del fatto che la gestione di una risorsa condivisa richiede di comprendere non solo quanta ne rimanga, ma anche quando viene utilizzata, e che le regole che scegliamo oggi modelleranno la tempistica dei nostri raccolti per decenni a venire.
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