在美国的高平原上，初夏的庄稼向地平线延伸：一片又一片翠绿的玉米、高粱、大豆、小麦和棉花田。在湛蓝或绯红的天空映衬下，这片绵延800英里的农业景象看起来似乎可以永远持续下去。
但不可能。
奥加拉拉蓄水层，这个赋予这些田地生命的巨大地下水库，正在消失。在一些地方，地下水已经枯竭。这里是美国的粮仓——该地区供应至少占美国年度农业总收成的五分之一。如果蓄水层干涸，价值超过200亿美元的粮食和纤维将从世界市场上消失。科学家表示，自然过程需要6000年才能重新注满这个水库。
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奥加拉拉蓄水层面临的挑战是如何管理人类对从南达科他州到得克萨斯州等八个州部分地区地下的水层的需求。当土地所有者努力保护剩余资源时，他们面临着经济增长与自然资源衰退之间的拉锯战。这里正在发生的事情——问题和解决方案——是地球其他地区的预兆。
早在上一代，高平原的农民们还幸福地没有意识到一场困境已经展开。20世纪50年代初，当罗杰·芬克开始在堪萨斯州的花园城附近务农时，每个人都相信水是取之不尽的。“人们都在打井，”他说。“你想抽多少水就抽多少水。”
他们也确实这样做了。对于现年81岁的芬克来说，彻底改变一切的是20世纪60年代后期在花园城社区学院举行的一次公开会议。州和联邦地质学家一直在研究所有这些水来自哪里，他们宣布了令人沮丧的发现。“他们说这是地质水。一旦用完，就没了，”芬克说。“我记得回到家，感觉非常沮丧。”
今天，他在堪萨斯州南部，威奇托以西180英里的社区，是高平原地区受蓄水层衰退打击最严重的地区之一。地下水位已经下降了150英尺或更多，迫使许多农民放弃了他们的水井。西南堪萨斯地下水管理区执行主任马克·鲁德说，原因是显而易见的：过度使用。
由于脚下有液态宝藏，全球市场渴望他们的产品，这里的农民和整个地区的农民都做了一笔浮士德式的交易——为了短期利益而放弃长期保护。为了利用经济机会，土地所有者正在明知故犯地“开采”一种有限的资源。
美国新罕布什尔州康科德美国地下水信托基金执行主任安德鲁·斯通说，选择使用来自世界上最大的蓄水层之一的水，而不是将其留在地下，并非不负责任。与煤或天然气一样，地下水是一种宝贵的资源。“将它闲置在冷库中对人类没有任何好处，”斯通说。挑战在于延长蓄水层的寿命，以造福子孙后代的农民以及依赖他们产品的人们。
然而，在花园城，情况的严重性已经迫使农民采取行动。他们正在努力解决如何在依靠越来越少的水的情况下维持成功的农业运营，鲁德说，这是整个地区乃至全世界的用水户最终都必须面对的问题。“用水户社区需要弄清楚这一点，”他补充说。“我们将以某种方式实现可持续发展，但这可能是维持一种没有奥加拉拉蓄水层的经济。”
开采蓄水层
在水文地图上，奥加拉拉蓄水层是一个罗夏墨迹测验图，有些人将其描述为蘑菇的形状，另一些人则认为是南美洲大陆的形状。数百万年前，当南部落基山脉仍在喷吐熔岩时，河流和小溪切割出河道，将山脉的石块向东输送。沉积物最终覆盖了该地区，填满了古老的河道，形成了广阔的平原。渗透到埋藏砾石中的水主要来自消失的河流。它已经在那里至少三百万年了，在一个饱和的砾石层中缓慢渗透，该砾石层的厚度从北部的1000多英尺到西南部的几英尺不等。
直到最近，该地区的大部分地区还没有永久性居民点。利用开阔平原进行季节性狩猎的美洲原住民部落退到河谷搭建帐篷。1541年，当西班牙征服者弗朗西斯科·巴斯克斯·德·科罗纳多来此寻找西博拉的黄金城市时，他将身披铁甲的士兵们带到精疲力竭的边缘，却不知道能够解渴的水就在他们靴子下几码的地方。同样，19世纪60年代和70年代的牧牛活动在一场干旱、过度放牧和肉价下跌的完美风暴中崩溃。早期的耕作尝试也饱受土壤侵蚀和干旱周期的困扰，最终在20世纪30年代达到尘暴时期的高峰。
对蓄水层进行工业规模的开采直到二战后才开始。柴油动力水泵取代了风车，将每分钟的产量从几加仑提高到数百加仑。在接下来的20年里，高平原从棕色变成了绿色。仅在西得克萨斯州，灌溉井的数量就从1937年的1166口猛增到1971年的66000多口。到1977年，美国最贫困的农业地区之一已经转变为最富有的地区之一，为国家贡献了大部分农产品出口，并养肥了全国40%的谷饲牛肉。
但是，新的抽水技术奇迹正在草原下付出代价。到1980年，整个地区的水位平均下降了近10英尺。在高平原中部和南部地区，一些下降超过100英尺。 concerned 的公众官员求助于美国地质调查局，该局自20世纪初以来一直在研究蓄水层。美国地质调查局官员与州和地方对口单位一起，开始监测7000多口水井，以评估年度水位变化。
他们发现的情况令人震惊：1949年至1974年间，年度地下水抽取量增加了五倍。在一些地方，农民每年抽取四到六英尺的水，而大自然只补充半英寸。1975年，透支量相当于科罗拉多河的流量。如今，奥加拉拉蓄水层的年消耗量相当于18条科罗拉多河。尽管降水和河流系统正在为北部蓄水层的部分地区补给，但在大多数地方，大自然无法跟上人类的需求。“我们有一些乐观的地方。其他地方我们可以看到尽头，”大卫·波普说，他从1983年到2007年担任堪萨斯州首席工程师，负责管理该州的地下水法规。
可持续的解决方案
对于芬克来说，他从花园城会议带回家的令人沮丧的数据正在发生转变。当其他农民通过增加水井来应对水位下降时，芬克却淘汰了它们：“我们决定旱作。”如今，在他的6000英亩土地上，他几乎不抽水，这些土地主要种植小麦和高粱。这些作物的利润通常不如玉米，但它们正在维持芬克一家的生计。为了在没有地下水的情况下耕作，芬克改变了一些耕作方法。他没有在收获后犁地，而是将茬留在地里，并在残茬中种植新作物。这项技术不仅减少了土壤侵蚀，还减少了蒸发，并且比裸露的地面更能捕捉到吹来的积雪。科学家说，将作物残茬留在田地里可以减少相当于每年一英寸或更多降雨量的水分流失。芬克的目标是捕获落在堪萨斯州西南部18英寸降水中的每一滴。“必须这样做，”他说。“这是我们这里的一切。”
芬克是摆脱对地下水依赖的小而稳步运动的一部分。奥加拉拉蓄水层衰退的科学确定性激发了整个地区对保护的兴趣。研究人员正在开发需水量较少的作物，包括耐旱玉米。德克萨斯农工大学的研究科学家徐文伟说，他们的目标是将玉米作物所需的水量至少减少10%。奥加拉拉倡议是美国农业部的一个项目，资助旨在使农业产业以及依赖它的农村社区更具可持续性的研究。一项年度360万美元的国会拨款支持这项研究，范围从灌溉技术和降水管理到动物育肥场运营。
在美国农业部位于得克萨斯州阿马里洛附近的一个研究站，科学家们正在汇编数据，以鼓励芬克和其他农民使用少耕或免耕技术（例如留下作物残茬以分解），该站站长兼农业工程师诺兰·克拉克说。其他项目旨在将高科技带回家。工程师们在一个用于灌溉研究地块中棉花的中心枢轴系统的臂上安装了16个无线红外传感器。这些传感器经过校准以测量叶片温度，从而使植物本身能够告诉计算机控制的灌溉设备它们何时需要水。在科学确定的阈值下，喷水器会自动打开。克拉克说，由于这些机器人灌溉系统仅在需要时才供水，因此在试验田中，每个作物季可节省两英寸的水。
蒸散是植物与高科技灌溉系统通信的另一种方式。研究人员正在设计使用激光测量作物上方热浪引起的湍流的设备。湍流越大，植物需要的水就越多。激光设备最终将估计区域范围内的每日蒸散速率。这些信息将发布在互联网上，为农民提供他们可以用来根据作物需求调整灌溉的信息。
克拉克说，这些设备可能无法节省大量的水，但在奥加拉拉蓄水层迅速衰退的西得克萨斯州，它们至关重要。每个作物季每英亩节省10%到15%的水——“这是一个可观的水量，”克拉克说。“我们可能无法使蓄水层可持续，但我们可能会给它再增加100年的寿命。”
新的需求
然而，即使这些创新从实验地块走向生产田地，效率的提高也可能被对地下水的新需求所抵消。生物燃料是种植玉米的最新诱惑，玉米利润更高，但比大多数其他作物需要更多的水。在High Plains地区将乙醇生产设施数量增加一倍的计划正在推动农民增加玉米产量，尽管地下水已经稀缺。环境保卫基金（EDF）的一份报告称，这可能每年需要额外增加多达1200亿加仑的奥加拉拉水。
整个大平原地区不断增长的人口也需要更多的市政用水，而唯一的可用水源是：蓄水层。亿万富翁石油大亨和最近的替代能源倡导者T. 布恩·皮肯斯是进入国内用水市场的企业家之一。得克萨斯州的一项法律赋予土地所有者对其土地下水域的无限权利，这使得皮肯斯可以将他位于得克萨斯州狭长地带的24000英亩梅萨维斯塔牧场上的地下水出售给远至达拉斯和埃尔帕索等大都市。他计划建造的通往埃尔帕索的654英里长的管道将耗资21亿美元。但是，由于水销售价格超过每英亩英尺1000美元，利润唾手可得。
笼罩在对奥加拉拉有限供水的新需求之上的是气候变化。尽管内布拉斯加州蓄水层北端的降水量可能会增加，但科学家预测该地区南部地区的降水量甚至会低于目前每年16英寸的降水量。
面对这些对已经过度开采的蓄水层的综合需求，许多高平原用水户正与芬克一起重新评估他们的未来。无论他们多么有效地利用它，他们都知道地下水最终会枯竭——让他们、他们的社区以及该地区的大部分地区陷入困境。像芬克一样，他们开始为奥加拉拉将无法满足其经济需求的时候制定计划。一些种植者正与芬克一起转向旱作农业——种植小麦和其他不需要灌溉的作物。在科罗拉多州东部，农民正在种植耐寒的向日葵，这种向日葵比玉米需水量少30%。
其他农民正在转向原生草原，以寻求经济替代方案。在欧洲殖民者到来之前，覆盖高平原的十亿英亩草原是叉角羚和敏捷狐、小草原鸡和穴鸮以及野牛的家园。蓝羊茅、绿针茅和其他耐旱植物在短暂的生长期中茁壮成长。根据2007年美国总会计师事务所的一项研究，这些原生草原中有一半以上已转化为农田，其中包括自1982年以来近2500万英亩的土地。
得克萨斯州奥斯汀环境保卫基金会的律师艾米·哈德伯格说，恢复草原可能成为潜在的收入来源。在她协调的一个项目中，农民们正在他们因地下水枯竭而被迫退耕的土地上试验草原恢复。除了提供野生动物栖息地外，草原还可以放牧牛甚至野牛。狩猎、生态旅游和“观光牧场”是草原的其他潜在收入来源。一旦国家碳市场建立，农民就可以出售在草原土壤中储存碳的信用额度。“这是一群坚强的人，”哈德伯格说，她的祖父曾在得克萨斯州拉伯克附近种植棉花。“他们不想离开自己的土地——他们也不应该离开。”
几项联邦政府计划为保护现有草原提供经济激励——承认它们在减少侵蚀、固碳以及为小草原鸡和其他濒危物种提供栖息地方面的作用。但这些计划通常与联邦政府支持玉米和其他商品价格的激励措施背道而驰。对农作物的补贴通常高于对草原保护的补贴，这使得大多数种植者很容易做出选择。
这些联邦计划中的矛盾反映了美国对奥加拉拉蓄水层的矛盾态度。地下水信托基金会执行董事斯通说，最终，国家将需要一项战略来结束对这种有限资源的依赖。但就目前而言，在大部分高平原地区，一切照旧：钻井和抽水，灌溉和种植作物，仿佛奥加拉拉时代永远不会结束。
对于花园城的芬克来说，奥加拉拉时代已经结束了。利用技术和远见卓识，他已将自己的农场转变为一项他认为可以在不耗尽奥加拉拉蓄水层的情况下持续到遥远未来的业务。“永远？我们希望如此，”他说。“那是我们的目标。”
注：本文最初印刷时的标题为“拯救奥加拉拉蓄水层”。