Environmentally sustainable diets for contrasting anaemia

One of the greatest challenge of our century is the definition of win-win diets: the ones that are both healthy and environmentally sustainable. The 2018 State of Food Security and Nutrition in the World shows the number of malnourished people keep rising. FAO data reports undernourished people estimated to have reached 821 million, 151 million children under five have stunted growth, while the lives of over 50 million children in the world continue to be threatened by wasting. Moreover, over 38 million children under five years of age are overweight, 672 million adults are obese, and diabetes, high blood pressure and anaemia are increasing. FAO enlightens as new global challenge the defeating of diet related diseases through micronutrients rich foods, such as pulses. Leguminous crops, in fact, are particularly rich in iron, zinc and folate. Nowadays the overexploitation of resources by food production for an even more growing population is a global problem and so there is the need of a transformation of the food system. From one hand, food security has to be approached as a 4 pillars issue where “quantitative” aspects such as food availability, access and stability have to be accompanied by the “qualitative” ones that is nutritive (macro and micro nutrients) aspects of food. From another hand, the constraints of the planetary boundary impose to pay attention to the environmental sustainability of food production. Moving from these premises and taking in account the recent suggestions on macro and micro nutrients balanced healthy diet provided by EAT-Lancet Commission, this thesis presents a spatially distributed water crop model implemented to find optimal crops distributions increasing the “quality” of food intake while reducing the volume of water involved in this process. This model is of particular interest for Countries affected by food related diseases such as anaemia. The analysis here presented starts with the assessment of the present average global diet (net of food losses and wastes) in terms of food intake distinguished per food groups (macro and micro nutrients) and the comparison of them with the balanced and healthy diet defined by the EAT-Lancet Commission. It results that all around the World there is a trend in overconsumption of grains and sugar crops accounting of respectively for 47% and 7% of the total energy intake from the present diet out of 32% and 5% of their recommended intake by EAT-Lancet Commission. Furthermore, it can be noted that there is an underconsumption of unsaturated oils and leguminous crops: nowadays they account, respectively, for only the 8% and 5% out of the prescription of 14% and 17%. An analysis on food related diseases at global scale shows anaemia affecting 2.36 billion people around the world. Taking as cases of study the top 3 countries (Pakistan, Bolivia, Nigeria) having high rate of anaemia prevalence, it has been studied if environmentally sustainable and healthy diets are possible moving from the present diets using the domestic natural resources. Different scenarios of sustainable crops intensification have been studied, tailored on the different cases study. Food crops having low micronutrients content and in diet surplus have been sustainably replaced by appropriate (high micronutrients content, deficiency in diet, sustainable) crops. The same has been done for unsustainable cash crops. Crop water use model has been parametrized by using high resolution spatial and temporal data on rainfed and irrigated harvested areas, agricultural yields, crop calendars dates, pH. Tradeoff between sustainable agriculture intensification and food iron rich intake has been analysed. Results show that in Nigeria and Bolivia is possible to satisfy recommended pulses intake (proxi of iron intake) through an increase in domestic pulses production with a green water saving of respectively of 27% and 65%. On the contrary in Pakistan is not possible to satisfy at all the recommended pulses intake while assuring crops diversity. The highest daily pulses intake (up to the 87 % of the recommended value) (but at the same time potential loss in biodiversity) is obtained for scenarios considering the presence of monoculture. In this case the decrease in blue water consumption is up to 31 %.

Una delle più grandi sfide del nostro secolo è la definizione di diete che siano allo stesso tempo salutari e sostenibili dal punto di vista ambientale. Il rapporto sullo Stato della Sicurezza Alimentare e Nutrizione nel Mondo mostra che il numero delle persone malnutrite continua ad aumentare. Le stime della FAO riportano che le persone malnutrite sono 821 milioni, 151 milioni di bambini sotto i 5 anni mostrano ritardo nella crescita e che le vite di oltre 50 milioni di bambini continuano ad essere minacciate dalla denutrizione. Inoltre, più di 38 milioni di bambini sotto i cinque anni di età sono sovrappeso, 672 milioni di adulti sono obesi e diabete, pressione alta e anemia sono in aumento. FAO definisce come nuova sfida globale la sconfitta delle malattie legate all’alimentazione attraverso cibo ricco in micronutrienti, come i legumi. Le colture leguminose, infatti, sono particolarmente ricche in ferro, zinco e folati. Al giorno d’oggi il sovrasfruttamento delle risorse naturali al fine della produzione alimentare per una sempre crescente popolazione è un problema mondiale e, quindi, c’è la necessità di trasformare il sistema alimentare. Da una parte, la sicurezza alimentare deve essere considerata come un problema diviso in quattro parti, dove aspetti “quantitativi” come la disponibilità, l’accesso e la stabilità devono essere accompagnati da aspetti “qualitativi”, che sono quelli nutritivi (macro e micro nutrienti) del cibo. Da un’altra parte, i vincoli sulla limitatezza delle risorse naturali imposti dai planetary boundaries impongono di porre attenzione alla sostenibilità ambientale della produzione di cibo. Partendo da queste premesse e tenendo in considerazione i recenti suggerimenti sulla dieta salutare bilanciata in termini di macro e micro nutrienti proposta dalla Commissione EAT-Lancet, questa tesi presenta un modello agro-idrologico spazialmente distribuito volto alla definizione di distribuzioni spaziali ottimali delle colture che garantiscano, alla scala di paese, la produzione di cibo necessaria ad assicurare una dieta bilanciata e ambientalmente sostenibile. Questo modello è di particolare interesse per Paesi ove la prevalenza di patologie relate al cibo, come l’anemia, è alta. L’analisi della dieta globale media (al netto di perdite e sprechi di cibo) in termini di assunzione di cibo distinti per tipologie di cibo (macro e micro nutrienti) e il confronto con la dieta bilanciata e salutare definita dalla Commissione EAT-Lancet mostra che a scala globale c’è un trend di consumo eccessivo di cereali e zucchero che rappresentano, rispettivamente, il 47% e 7% del totale apporto calorico dalla dieta, in confronto al 32% e 5% dell’assunzione calorica raccomandata dalla EAT-Lancet Commission. Inoltre, si evidenzia un sottoconsumo di oli insaturi e di legumi che rappresentano rispettivamente solo l’8% e il 5% del totale contenuto calorico, rispetto al 14% e 17% suggeriti per una dieta bilanciata. Un’analisi sulle malattie alimentari a scala globale mostra che l’anemia colpisce 2.36 miliardi di persone. Prendendo come casi studio tre Paesi con un’elevato tasso di prevalenza di anemia, è stato studiato se diete sane e sostenibili dal punto di vista ambientale sono implementabili a partire dall’attuale dieta usando le risorse domestiche di ciascun Paese. Sono stati studiati diversi scenari di intensificazione agricola sostenibile, specifici per ogni caso di studio. Colture con scarso apporto in micronutrienti sono state sostituite in modo sostenibile con adeguate (alto contenuto di micronutrienti, carenza nella dieta, sostenibili) altre colture. Lo stesso è stato fatto per colture commerciali non sostenibili non adibite al consumo alimentare. Il modello agroidrologico è stato parametrizzato usando appropriati dati spaziali e temporali relativi all’estensione delle aree di irrigate, rese agricole, calendari dei raccolti, pH, etc. E’ stato analizzato il tradeoff tra l’intensificazione agricola sostenibile e la produzione di colture ricche in ferro. I risultati dimostrano che in tutti e 3 i paesi studiati è possibile migliorare la qualità della dieta con un parziale o totale soddisfacimento delle raccomandazioni sull’assunzione di legumi (e quindi ferro) attraverso un aumento della produzione domestica di legumi con un risparmio idrico. Nel caso di Nigeria e in Bolivia si raggiunge un completo soddisfacimento delle raccomandazioni con un risparmio idrico del 27% e 65%. In Pakistan è possibile soddisfare le raccomandazioni solo per 87% con un risparmio idrico del 31%.