PGAEI - Projection Global Arable Equipped for Irrigation under Shared Socioeconomic Pathways

L'acqua è il sangue vitale dell'agricoltura, e da nessuna parte questo è più evidente che nei campi che nutrono il mondo. Sebbene l'agricoltura di sussistenza basata sulla pioggia copra una vasta porzione delle terre coltivate del pianeta, sono i terreni dotati di sistemi di irrigazione a produrre quasi la metà della produzione globale di cereali, nonostante occupino solo circa un quarto della superficie agricola totale. Questo uso gestito dell'acqua non riguarda solo la crescita del cibo; è una forza massiccia che modella il ciclo dell'acqua terrestre, influenza i climi locali e guida i processi ecologici che sostengono la vita. Per capire come funzionerà il nostro pianeta nei prossimi decenni, gli scienziati devono sapere esattamente dove si trova oggi questa terra irrigata e, cosa ancora più importante, dove si troverà in futuro. Tuttavia, prevedere il futuro di questi campi è notoriamente difficile perché dipende da un complesso mix di bisogni umani, realtà economiche e la testarda storia di come abbiamo coltivato la terra per generazioni.

Per molto tempo, i ricercatori che cercavano di mappare il futuro dell'irrigazione si sono affidati a due approcci principali. Un metodo analizza i dati storici e assume che il futuro sia semplicemente una continuazione del passato, ignorando come le nuove tecnologie o i cambiamenti demografici possano alterare il paesaggio. L'altro metodo utilizza complessi modelli informatici per calcolare quanta acqua avrebbero bisogno gli agricoltori per nutrire una popolazione globale in crescita, assumendo spesso che, se il cibo è necessario, l'infrastruttura irrigua apparirà automaticamente per fornirlo. Questo secondo approccio, pur essendo utile per comprendere la domanda teorica, spesso tralascia una realtà cruciale: costruire e mantenere sistemi di irrigazione costa denaro. Il fatto che una regione abbia bisogno di più cibo non significa che abbia la capacità economica di costruire i necessari canali, pompe e tubature. Il divario tra ciò che è teoricamente necessario e ciò che è effettivamente accessibile ha lasciato un punto cieco nella nostra comprensione della sicurezza alimentare futura.

Per colmare questo divario, un team di ricercatori della Università Normale di Pechino ha sviluppato un nuovo modo per proiettare il futuro della terra irrigata globale. Invece di indovinare basandosi sui bisogni teorici o semplicemente estendendo vecchie mappe, hanno costruito un sofisticato sistema informatico che impara dalla storia. Hanno addestrato questo sistema su decenni di dati, insegnandogli a riconoscere la complessa relazione non lineare tra quante persone vivono in un'area, quanto sia ricca quell'area e quanta terra irrigata esiste effettivamente lì. Utilizzando una tecnica chiamata apprendimento automatico d'insieme (ensemble machine learning), che combina i punti di forza di sei diversi modelli matematici, i ricercatori hanno creato uno strumento capace di vedere schemi che i modelli più semplici trascurano. Questo approccio permette loro di tenere conto del fatto che l'espansione dell'irrigazione non è solo una questione di fame; è un investimento strategico limitato dal capitale disponibile e dalle infrastrutture esistenti.

Utilizzando questo nuovo strumento, i ricercatori hanno generato una mappa altamente dettagliata e ad alta risoluzione della terra irrigata del mondo per ogni decennio dal 2020 al 2100. Hanno eseguito queste proiezioni sotto cinque diversi scenari di sviluppo umano futuro, noti come Percorsi Socioeconomici Condivisi (Shared Socioeconomic Pathways), che rappresentano diversi possibili futuri per la popolazione globale, la crescita economica e la tecnologia. I risultati rivelano un mondo in cui il futuro dell'irrigazione non è uniforme. In quattro dei cinque scenari — che rappresentano futuri con diversi gradi di cooperazione globale e crescita economica — la quantità totale di terra irrigata è destinata a diminuire. Il declino varia da circa il 4% a quasi il 10%, spinto da fattori come l'aumento dell'efficienza, l'urbanizzazione e un passaggio verso colture meno idrovore. Tuttavia, uno scenario specifico, che prevede un futuro di frammentazione regionale e limitato commercio globale, racconta una storia diversa. In questo percorso, l'area irrigata totale dovrebbe crescere di circa il 5%, poiché i paesi si voltano verso l'interno e fanno maggiore affidamento sulla propria produzione alimentare domestica, rendendo necessaria un'espansione dei loro sistemi di irrigazione.

Nonostante questi cambiamenti nei totali, la mappa di dove scorre l'acqua rimane sorprendentemente stabile. I ricercatori hanno scoperto che il futuro dell'irrigazione è fortemente vincolato dall'"inerzia", il che significa che la nuova irrigazione è più probabile che avvenga in aree dove l'irrigazione esiste già, piuttosto che apparire in regioni completamente nuove. Tre nazioni — India, Cina e Stati Uniti — continueranno a dominare il panorama globale, detenendo collettivamente più della metà della terra irrigata attrezzata del mondo durante tutto il secolo. Sebbene la quantità specifica di terra che irrigano possa aumentare o diminuire a seconda dello scenario economico, la loro impronta geografica rimane ampiamente invariata. In India, ad esempio, l'area irrigata è concentrata nel nord e, sebbene possa ridursi in molti futuri a causa della scarsità d'acqua e dell'urbanizzazione, potrebbe espandersi significativamente se le barriere commerciali costringessero il paese a fare esclusivamente affidamento sulla propria agricoltura. In Cina, la terra irrigata è fortemente concentrata nella Pianura della Cina Settentrionale, e le proiezioni suggeriscono un declino costante in tutti gli scenari man mano che il paese adotta tecnologie di risparmio idrico e la sua popolazione si stabilizza. Gli Stati Uniti mostrano un modello più moderato, con i loro vasti sistemi agricoli meccanizzati che rimangono relativamente stabili, sebbene siano anch'essi sensibili alle condizioni economiche del commercio globale.

Lo studio sottolinea che il futuro dei nostri sistemi alimentari non può essere compreso guardando solo ai numeri della popolazione. È una storia di economia e infrastrutture tanto quanto di biologia. Il lavoro dei ricercatori fornisce un'immagine più chiara e realistica di come potrebbe apparire l'agricoltura mondiale nel XXII secolo, andando oltre le semplici ipotesi sulla domanda per arrivare a una comprensione fondata di ciò che è effettivamente fattibile. Mappando questi potenziali futuri con tale precisione, lo studio offre uno strumento vitale per scienziati e decisori politici che cercano di prepararsi a un clima che cambia e a una popolazione in crescita. Suggerisce che, sebbene la quantità totale di terra irrigata possa cambiare, le regioni centrali che nutrono il mondo rimarranno sorprendentemente persistenti, ancorate ai modelli storici di investimento umano nella terra. Questo nuovo dataset, disponibile per l'uso da parte della comunità scientifica globale, aiuterà a migliorare i modelli del clima terrestre, dei cicli dell'acqua e della sicurezza alimentare, garantendo che le nostre previsioni per il futuro siano costruite su una base di realtà piuttosto che sulla semplice teoria.