Produttivita' agricola e cambiamento climatico nel bacino del Dudh Koshi (Nepal)

Agriculture is among the sectors mainly dependent on climate, and future climate change according to projections, combined with ever growing demand as per population growth, seriously threaten global food security. Understanding the relationship between climatic variables and agriculture and assessing the potential impacts of climate, are crucial steps on the path to develop adaptation strategies, especially in rural areas which are more vulnerable for their strict dependence on natural resources. This thesis aims to assess future expected changes in agricultural production in the Dudh Koshi river basin (Nepal), and to analyze the relationship between yield and the main climatic variables. For this purpose, a semi-distributed hydrological model, including a vegetation growth module, was implemented to simulate the yield of three main rainfed crops in the basin (wheat, rice, maize), after being suitably calibrated with crop production data during 2003-2013. The model was then used to estimate yield at the half and at the end of the century, assuming no changes in soil use or in agricultural practices. Mean temperature and precipitation projections, provided by three general circulation models (EC-EARTH, ECHAM6, CCSM4) for three climate scenarios (RCP 2.6, 4.5, 8.5), have been properly downscaled with a statistical procedure, and then fed to the crop model for the purpose. The results of this analysis, covering 2040-2050 and 2090-2100, show a large potential impact of temperature and precipitation on crops, depending on altitude, site and species. Overall, the yields may decrease for all three cereals with respect to control period. Rice and maize show the largest decreases and more marked annual variability; summer crops are indeed more dependent on climate variations, as they are strongly related to precipitation feeding during monsoon season. The study of the relationship between yield and altitude shows that the crops at higher elevations could benefit from the expected temperature rise, and especially winter wheat. The study allowed to evaluate the relationship between climate and agriculture in a climatically complex area such as the target one, and to identify potential adaptation strategies that could help to cope with climate change.

L’agricoltura è uno dei settori maggiormente influenzati dal clima. I cambiamenti climatici ipotizzati mediante le proiezioni di scenari futuri, uniti al crescente fabbisogno dovuto all’incremento demografico, minacciano seriamente la sicurezza alimentare a livello globale. Comprendere la relazione tra variabili climatiche e agricoltura e quantificare l’entità dei potenziali impatti è fondamentale per sviluppare possibili strategie di adattamento, soprattutto nelle zone rurali, che, dipendendo fortemente dalle risorse naturali per il proprio sostentamento, risultano maggiormente vulnerabili. La presente tesi si propone di stimare la produttività agricola nel bacino himalayano del Dudh Koshi (Nepal) sotto l’effetto di scenari climatici futuri, nonché di analizzare la relazione tra la produttività e le principali forzanti climatiche. A tale scopo, è stato implementato un modello idrologico semi-distribuito, comprensivo di un modulo per la crescita vegetazionale che, opportunamente calibrato con dati di rendimento agricolo relativi al periodo di controllo 2003-2013, si è dimostrato un valido strumento per simulare la produttività delle colture non irrigue più diffuse sul bacino (grano, riso e mais). Il modello è stato quindi utilizzato per stimare la produttività agricola a metà e a fine secolo, nell’ipotesi che non vi siano variazioni nell’uso del suolo o nelle pratiche colturali. Le proiezioni di temperatura media e precipitazione cumulata utilizzate come inputs per il modello, sono state fornite da tre modelli di circolazione generale (EC-EARTH, ECHAM6, CCSM4) per tre scenari radiativi (RCP 2.6, 4.5, 8.5) e opportunamente corrette tramite una procedura di disaggregazione locale statisticamente basata. I risultati dell’analisi sulla produttività agricola, condotta sui decenni 2040-2050 e 2090-2100, mostrano un potenziale impatto visibile di temperatura e precipitazione sulle colture, variabile a seconda di quota, sito e specie. Complessivamente, i rendimenti risulterebbero in diminuzione per tutti e tre i cereali. Riso e mais presentano le diminuzioni potenziali maggiori e le variabilità annuali più marcate; le colture estive infatti risentono maggiormente delle variazioni climatiche, in quanto fortemente dipendenti dalla precipitazione nella stagione monsonica. Lo studio della relazione tra produttività agricola e quote mostra che le altitudini più elevate potrebbero beneficiare del previsto aumento di temperatura, soprattutto per quanto riguarda il grano invernale. Lo studio ha permesso di valutare la relazione tra clima e agricoltura in un bacino climaticamente complesso come quello in esame e di individuare possibili strategie di adattamento per far fronte ai cambiamenti climatici.