Drivers of a New Hydrological Scenario in the Chaco-Pampas Breadbasket: The Role of Climate and Vegetation Trends

Abstract

The Chaco-Pampas plain in Argentina, a key region for global food production, is experiencing a hydrological shift marked by increasing water surpluses. These surpluses are evident in rising water-table levels, increased flooding, expanded wetland and saline areas, and the formation of new rivers, all of which threaten productive systems. To investigate the causes, we analyzed long-term trends (1980-2019) in climatic variables (precipitation and reference evapotranspiration) as well as vegetation (NDVI and cropped areas) across the region, summarizing data by ecoregion unit and sub-unit and performing detailed analyses in focal zones. Our findings indicate that climatic trends do not support the generation of water surpluses. Specifically, across the region the average reference evapotranspiration increased by approximately 20 mm per decade, while precipitation remained largely unchanged except for a notable decrease (-30 mm per decade) in the Dry Chaco sub-region. In contrast, the NDVI displayed a browning trend across most of the region, suggesting a decline in the transpiration capacity of agroecosystems, largely driven by the expansion of rainfed croplands, whose area nearly tripled during the study period. At the focal sites, this browning corresponded with significant rises in water-table levels (~1 m per decade) and an intensified response to precipitation events; for a given amount of rainfall, water-tables now rise more than in previous periods. Overall, these results suggest that land cover changes have reduced ecosystem transpiration capacity, intensifying water surpluses and associated hydrological challenges, and highlight the urgent need for adaptive management strategies.

La llanura Chaco-Pampeana en Argentina, región estratégica para la producción mundial de alimentos, está experimentando un cambio hidrológico caracterizado por un aumento de los excedentes hídricos. Estos excedentes se evidencian en el ascenso de los niveles freáticos, el incremento de las inundaciones, la expansión de humedales y áreas salinas, y la formación de nuevos ríos, todos ellos procesos que amenazan los sistemas productivos. Para investigar las causas, analizamos tendencias de largo plazo (1980-2019) en variables climáticas (precipitación y evapotranspiración de referencia) y de vegetación (NDVI y superficie cultivada) en la región, resumiendo los datos por unidad y subunidad ecoregional, y realizando análisis detallados en zonas focales. Nuestros resultados muestran que las tendencias climáticas no respaldan la generación de excedentes hídricos. En particular, en toda la región la evapotranspiración de referencia promedio aumentó aproximadamente 20 mm por década, mientras que la precipitación se mantuvo en gran medida sin cambios, salvo por una disminución notable (- 30 mm por década) en el subregión del Chaco Seco. En contraste, el NDVI mostró una tendencia de disminución en la mayor parte de la región, lo que sugiere una reducción en la capacidad de transpiración de los agro-ecosistemas, impulsada principalmente por la expansión de los cultivos de secano, cuya superficie casi se triplicó durante el período de estudio. En los sitios focales, esta tendencia de disminución del NDVI se correspondió con aumentos significativos en los niveles freáticos (~1 m por década) y con una respuesta más intensa a los eventos de precipitación: para una misma cantidad de lluvia, los niveles freáticos ahora ascienden más que en períodos anteriores. En conjunto, estos resultados sugieren que los cambios en la cobertura del suelo han reducido la capacidad de transpiración de los ecosistemas, intensificando los excedentes hídricos y los desafíos hidrológicos asociados, y destacan la necesidad urgente de estrategias de manejo adaptativo.