Silk production is a profitable, labour and water intensive industry. Almost entire commercial silk production is based on mulberry silk and therefore its chain starts with mulberry cultivation which is called as moriculture. The leaves of the mulberry plant are solely the food for the domesticated form of caterpillar, known as silkworms, which produces silk. This industry has been very significant for the economy of India, which is the second highest silk producing country in the world, since silk provides high profits. Recently, Indian Ministry of Textile and Indian Space Research Organization (ISRO) through the SILKS program have identified many areas for potential mulberry cultivation in order to increase silk production. Different districts with suitable climate for mulberry cultivation have highlight in their Vision 2020 program the intention to increase mulberry harvested areas for higher silk production. Given these premises, the aim of this thesis is to evaluate the impacts on water security given by the irrigation need due to the forecasted increase in moriculture areas. In the end, the main goal is to provide informative support for local level decision by evaluating water footprints, land footprints, economic water productivity, water scarcity analyses and food security conditions. Computed mulberry irrigations needs are referred to different Indian climate zones. Results show that, in general, the blue water necessary for mulberry cultivation is higher than the one necessary for staple crop production, such as maize, millet and sorghum. The impacts on water security are mostly observed where potential mulberry areas are clustered and the percentage of the potential areas in each district over total harvested areas at district level is higher such as in Mizoram District. Water scarcity analysis is computed considering the baseline scenario without increase in mulberry harvested areas. The future scenario considers the total forecasted increase in mulberry harvested areas considering as irrigation needs both the baseline conditions and the water needed by all the areas available from SILKS site referred to a 5-arcminute cell. This study shows that potential mulberry harvested areas can increase water scarcity conditions on a monthly and yearly basis. In monsoon period, instead, water scarcity is lower especially in the eastern part that consequently is less affected by the increase in mulberry harvested areas. On the contrary, potential increase in mulberry cultivation in the Center of India can led to water scarcity conditions. For what concerns water security analysis, the most interesting results are in terms of population and harvested areas affected by the increase in water scarcity from baseline condition to the forecasted mulberry scenario. Driest months are characterized by around the 90% of population affected by increase of water scarcity due to mulberry plantation. Furthermore, in monsoon period there are around 2 million people affected by the increase in water scarcity from baseline to mulberry scenario. For food security analysis it has been computed the definition of another scenario that presents the replacement of present food crops for increase mulberry cultivation. Results show that there is a total amount of 32 kilocalories lost per capita per day due to the increase of mulberry harvested areas considering a countrywide food crops redistribution. The forecasted decrease in kilocalories consumption is very high and tradeoffs with malnutrition conditions should be considered in further developments. Malnutrition indices, such as the prevalence of stunting, wasting, underweight among children under 5 years old, have been analyzed in districts with potential mulberry harvested areas. Data show high prevalence of malnutrition among all districts of analysis. In the end this analysis shows that the government is planning to increase mulberry cultivation in already water scarce areas (especially in the arid season) and that on a monthly base mulberry cultivation can exacerbate water scarcity conditions (mostly in April, September and October).

La produzione di seta è molto redditizia, laboriosa e dispendiosa dal punto di vista idrico. Quasi tutta la produzione di seta è basata sul gelso e, perciò, la sua catena industriale inizia con la coltivazione del gelso, anche chiamata ‘moricoltura’. Le foglie della pianta di gelso sono utilizzate solo per cibo per bruchi addomesticati chiamati bachi da seta che producono seta. Quest’industria è davvero importante per l’economia dell’India, che rappresenta il secondo Paese al Mondo produttore di seta, perché produce alti profitti. Recentemente, l’Indian Ministry of Textile and l’Indian Space Research Organization (ISRO) attraverso il programma SILKS hanno identificato diverse aree per una potenziale coltivazione di gelsi per incrementare la produzione nazionale di seta. Diversi distretti con climi adatti alla coltivazione di gelsi hanno evidenziato nel loro programma Vision 2020 la volontà di aumentare l’area coltivata a gelsi per aumentare la produzione di seta. A tal proposito, lo scopo di questa tesi è quello di valutare gli impatti sulla sicurezza idrica dati dall’incremento idrico per un aumento previsto di aree soggette a ‘moricoltura’. Alla fine, lo scopo principale è quello di fornire un aiuto per la decisione a livello locale attraverso il calcolo delle impronte in termini di acqua e terra, la produttività economica dell’acqua, analisi legate alla scarsità idrica e alla sicurezza alimentare. Le esigenze di irrigazione dei gelsi sono riferite a diverse zone climatiche dell’India. I risultati riportano che, in generale, l’acqua blu necessaria per la coltivazione di gelsi è maggiore di quella necessaria per la produzione di colture di base, come mais, miglio e sorgo. Gli impatti sulla sicurezza idrica sono osservati soprattutto dove sono concentrate le aree potenziali di gelsi e dove le percentuali delle aree potenziali riferite a quella agricola totale sono più alte, soprattutto nel distretto di Mizoram. L’analisi di scarsità idrica è effettuata considerando lo scenario di base senza incremento con potenziali aree coltivate a gelso. Lo scenario futuro considera il totale incremento di aree agricole a gelso considerando le richieste idriche sia dello scenario di base sia delle aree potenziali a gelso disponibili dal programma SILKS riferite a una griglia a 5 minuti di arco. Questo studio presenta che le aree potenziali a gelso possono aumentare le condizioni di scarsità idrica del Paese sia a scala mensile sia a scala annuale. Nel periodo monsonico, invece, la scarsità idrica è più bassa soprattutto nella zona Est del Paese, che di conseguenza è meno influenzato da un aumento di aree agricole a gelso. Al contrario, un aumento potenziale di coltivazione di gelsi nella zona centrale dell’India può portare a condizioni di scarsità idrica. Per quanto riguarda l’analisi di scarsità idrica, i risultati più interessanti sono in termini di popolazione e aree agricole influenzate da un aumento di scarsità idrica passando dalle condizioni base allo scenario simulato con le aree agricole di gelsi. I mesi più aridi sono caratterizzati da circa il 90 % della popolazione che subisce un aumento di scarsità idrica a causa della piantagione di gelsi. Inoltre, nel periodo monsonico ci sono circa 2 milioni di persone soggette a un aumento di scarsità idrica dalle condizioni base allo scenario con le piantagioni di gelsi. Per l’analisi di sicurezza alimentare è stato definito un altro scenario che presenta la sostituzione delle piantagioni da cibo con le aree potenziali coltivabili a gelso. I risultati mostrano che in questo caso vi è una perdita di 32 kilocalorie per capita al giorno a causa dell’aumento delle piantagioni di gelso con la redistribuzione delle aree coltivate. Questa diminuzione simulata in consumo di kilocalorie è davvero elevata. Quindi, vi è la necessità di analizzare le condizioni di malnutrizione in India. Gli indici di malnutrizione, come la prevalenza di bambini sotto i 5 anni sottopeso, denutriti e con ritardo nella crescita, sono stati analizzati nei distretti con potenziale area agricola a gelsi. I risultati mostrano un’alta prevalenza di malnutrizione tra questi distretti analizzati. Alla fine questa analisi mostra che l’India sta pianificando di aumentare la coltivazione di gelsi in aree già soggette a scarsità idrica (soprattutto nella stagione arida) e che a scala mensile la coltivazione di gelsi può esasperare le condizioni di scarsità idrica (soprattutto in Aprile, Settembre, Ottobre).

The impacts of the potential increase in mulberry cultivation for silk production in India on water and food security

KARATAS, SEDA
2018/2019

Abstract

Silk production is a profitable, labour and water intensive industry. Almost entire commercial silk production is based on mulberry silk and therefore its chain starts with mulberry cultivation which is called as moriculture. The leaves of the mulberry plant are solely the food for the domesticated form of caterpillar, known as silkworms, which produces silk. This industry has been very significant for the economy of India, which is the second highest silk producing country in the world, since silk provides high profits. Recently, Indian Ministry of Textile and Indian Space Research Organization (ISRO) through the SILKS program have identified many areas for potential mulberry cultivation in order to increase silk production. Different districts with suitable climate for mulberry cultivation have highlight in their Vision 2020 program the intention to increase mulberry harvested areas for higher silk production. Given these premises, the aim of this thesis is to evaluate the impacts on water security given by the irrigation need due to the forecasted increase in moriculture areas. In the end, the main goal is to provide informative support for local level decision by evaluating water footprints, land footprints, economic water productivity, water scarcity analyses and food security conditions. Computed mulberry irrigations needs are referred to different Indian climate zones. Results show that, in general, the blue water necessary for mulberry cultivation is higher than the one necessary for staple crop production, such as maize, millet and sorghum. The impacts on water security are mostly observed where potential mulberry areas are clustered and the percentage of the potential areas in each district over total harvested areas at district level is higher such as in Mizoram District. Water scarcity analysis is computed considering the baseline scenario without increase in mulberry harvested areas. The future scenario considers the total forecasted increase in mulberry harvested areas considering as irrigation needs both the baseline conditions and the water needed by all the areas available from SILKS site referred to a 5-arcminute cell. This study shows that potential mulberry harvested areas can increase water scarcity conditions on a monthly and yearly basis. In monsoon period, instead, water scarcity is lower especially in the eastern part that consequently is less affected by the increase in mulberry harvested areas. On the contrary, potential increase in mulberry cultivation in the Center of India can led to water scarcity conditions. For what concerns water security analysis, the most interesting results are in terms of population and harvested areas affected by the increase in water scarcity from baseline condition to the forecasted mulberry scenario. Driest months are characterized by around the 90% of population affected by increase of water scarcity due to mulberry plantation. Furthermore, in monsoon period there are around 2 million people affected by the increase in water scarcity from baseline to mulberry scenario. For food security analysis it has been computed the definition of another scenario that presents the replacement of present food crops for increase mulberry cultivation. Results show that there is a total amount of 32 kilocalories lost per capita per day due to the increase of mulberry harvested areas considering a countrywide food crops redistribution. The forecasted decrease in kilocalories consumption is very high and tradeoffs with malnutrition conditions should be considered in further developments. Malnutrition indices, such as the prevalence of stunting, wasting, underweight among children under 5 years old, have been analyzed in districts with potential mulberry harvested areas. Data show high prevalence of malnutrition among all districts of analysis. In the end this analysis shows that the government is planning to increase mulberry cultivation in already water scarce areas (especially in the arid season) and that on a monthly base mulberry cultivation can exacerbate water scarcity conditions (mostly in April, September and October).
CHIARELLI, DAVIDE DANILO
RICCIARDI, LIVIA
ING I - Scuola di Ingegneria Civile, Ambientale e Territoriale
25-lug-2019
2018/2019
La produzione di seta è molto redditizia, laboriosa e dispendiosa dal punto di vista idrico. Quasi tutta la produzione di seta è basata sul gelso e, perciò, la sua catena industriale inizia con la coltivazione del gelso, anche chiamata ‘moricoltura’. Le foglie della pianta di gelso sono utilizzate solo per cibo per bruchi addomesticati chiamati bachi da seta che producono seta. Quest’industria è davvero importante per l’economia dell’India, che rappresenta il secondo Paese al Mondo produttore di seta, perché produce alti profitti. Recentemente, l’Indian Ministry of Textile and l’Indian Space Research Organization (ISRO) attraverso il programma SILKS hanno identificato diverse aree per una potenziale coltivazione di gelsi per incrementare la produzione nazionale di seta. Diversi distretti con climi adatti alla coltivazione di gelsi hanno evidenziato nel loro programma Vision 2020 la volontà di aumentare l’area coltivata a gelsi per aumentare la produzione di seta. A tal proposito, lo scopo di questa tesi è quello di valutare gli impatti sulla sicurezza idrica dati dall’incremento idrico per un aumento previsto di aree soggette a ‘moricoltura’. Alla fine, lo scopo principale è quello di fornire un aiuto per la decisione a livello locale attraverso il calcolo delle impronte in termini di acqua e terra, la produttività economica dell’acqua, analisi legate alla scarsità idrica e alla sicurezza alimentare. Le esigenze di irrigazione dei gelsi sono riferite a diverse zone climatiche dell’India. I risultati riportano che, in generale, l’acqua blu necessaria per la coltivazione di gelsi è maggiore di quella necessaria per la produzione di colture di base, come mais, miglio e sorgo. Gli impatti sulla sicurezza idrica sono osservati soprattutto dove sono concentrate le aree potenziali di gelsi e dove le percentuali delle aree potenziali riferite a quella agricola totale sono più alte, soprattutto nel distretto di Mizoram. L’analisi di scarsità idrica è effettuata considerando lo scenario di base senza incremento con potenziali aree coltivate a gelso. Lo scenario futuro considera il totale incremento di aree agricole a gelso considerando le richieste idriche sia dello scenario di base sia delle aree potenziali a gelso disponibili dal programma SILKS riferite a una griglia a 5 minuti di arco. Questo studio presenta che le aree potenziali a gelso possono aumentare le condizioni di scarsità idrica del Paese sia a scala mensile sia a scala annuale. Nel periodo monsonico, invece, la scarsità idrica è più bassa soprattutto nella zona Est del Paese, che di conseguenza è meno influenzato da un aumento di aree agricole a gelso. Al contrario, un aumento potenziale di coltivazione di gelsi nella zona centrale dell’India può portare a condizioni di scarsità idrica. Per quanto riguarda l’analisi di scarsità idrica, i risultati più interessanti sono in termini di popolazione e aree agricole influenzate da un aumento di scarsità idrica passando dalle condizioni base allo scenario simulato con le aree agricole di gelsi. I mesi più aridi sono caratterizzati da circa il 90 % della popolazione che subisce un aumento di scarsità idrica a causa della piantagione di gelsi. Inoltre, nel periodo monsonico ci sono circa 2 milioni di persone soggette a un aumento di scarsità idrica dalle condizioni base allo scenario con le piantagioni di gelsi. Per l’analisi di sicurezza alimentare è stato definito un altro scenario che presenta la sostituzione delle piantagioni da cibo con le aree potenziali coltivabili a gelso. I risultati mostrano che in questo caso vi è una perdita di 32 kilocalorie per capita al giorno a causa dell’aumento delle piantagioni di gelso con la redistribuzione delle aree coltivate. Questa diminuzione simulata in consumo di kilocalorie è davvero elevata. Quindi, vi è la necessità di analizzare le condizioni di malnutrizione in India. Gli indici di malnutrizione, come la prevalenza di bambini sotto i 5 anni sottopeso, denutriti e con ritardo nella crescita, sono stati analizzati nei distretti con potenziale area agricola a gelsi. I risultati mostrano un’alta prevalenza di malnutrizione tra questi distretti analizzati. Alla fine questa analisi mostra che l’India sta pianificando di aumentare la coltivazione di gelsi in aree già soggette a scarsità idrica (soprattutto nella stagione arida) e che a scala mensile la coltivazione di gelsi può esasperare le condizioni di scarsità idrica (soprattutto in Aprile, Settembre, Ottobre).
Tesi di laurea Magistrale
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