Assessing strategic crops reallocation under present and future scenarios

The global challenges linked to the increase of population and climate change put a pressure on the water-energy-food system, as they raise the demand for agricultural production and impact the hydrological cycle, changing the water availability. Modelling and predicting future climatic and demographic scenarios is fundamental for the definition of strategies to improve agricultural efficiency, at different spatial and temporal scales. In this study, a tool to assess crop production under different scenario has been developed, to address the increasing crop demand within environmental constrains such as land and water availability. Specifically, two type of diets and levels of crop production are taken into account, altogether with the limited available natural resources to sustain crop production. The model is suited for working under current conditions or adapting to input variations, as future climatic scenarios or additional future crop demands consequent to population increase and diet shifts. In the context of the AWESOME project, this tool is applied to Egypt, where the diet is mainly supported by 17 crops. This application is carried out for present scenario around 2010, and future climatic and demographic projections at times steps 2050 and 2100 for a business-as-usual development scenario. We prove that by changing the cropland distribution, the percentage of population sustained from internal production can be increased without putting more pressure on water resources. On the contrary, blue water demand can be decreased up to 19.2% in 2010, 4.4% in 2050, and 1.2% in 2100. Green water availability decreases because of climate change, and agriculture is supported by blue water mainly, reducing storage possibilities. The intensification is found to be crucial to increase food self-sufficiency, as it allows to feed all 2010 population with a complete diet. In the future, a great demographic increase is expected in Egypt, so the percentage of population completely fed by internal production decreases to 53% in 2050, and 38% in 2100.

Le sfide mondiali legate all'aumento di popolazione e dal cambiamento climatico generano pressioni sul sistema acqua-energia-cibo poiché incrementano la domanda di prodotti agricoli e impattano il ciclo idrologico cambiando la disponibilità idrica. La creazione di modelli e di proiezioni delle condizioni climatiche e demografiche future è fondamentale per definire strategie rivolte al miglioramento dell'efficienza agricola, a diverse scale spaziali e temporali. In questo studio, si è sviluppato uno strumento che valuta in vari scenari la produzione agricola per affrontare l'aumento della domanda di prodotti agricoli in diversi vincoli ambientali quali la disponibilità di acqua e terra coltivabile. In particolare, due tipi di diete e di livelli di intensificazione sono considerati, insieme alle risorse naturali limitate che sostengono la produzione agricola. Il modello può essere applicato nelle condizioni attuali o essere adattato alla variazione di input quali condizioni climatiche future o incremento della domanda agricola legata all'aumento demografico o a cambi di dieta. Nel contesto del progetto AWESOME viene applicato alla scala del paese in un caso di studio incentrato sull'Egitto dove la dieta viene supportata da 17 coltivazioni principali. Questa applicazione viene effettuata per lo scenario presente attorno al 2010, e per proiezioni climatiche e demografiche future attorno al 2050 e 2100 relativi allo scenario di sviluppo business-as-usual. Viene provato che cambiando la distribuzione delle terre coltivate la percentuale di popolazione sostenuta dalla produzione interna può essere aumentata senza aumentare la pressione sulle risorse idriche. Tutto il contrario, la domanda di acqua blu può essere decrementata fino al 19.2% nel 2010, 4.4% nel 2050, e 1.2% nel 2100. A causa del cambiamento climatico, la disponibilità di acqua verde diminuisce, e l'agricoltura è supportata principalmente dall'acqua blu, riducendone la possibilità di risparmio. L'intensificazione risulta essere cruciale per aumentare l'autosufficienza alimentare, poiché permette di sostenere tutto la popolazione del 2010 con una dieta completa. Nel futuro è previsto un grande aumento demografico in Egitto, e quindi la percentuale di popolazione completamente sostenuta dalla produzione interna scende al 53% nel 2050, e al 38% nel 2100.