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

Water is de levensader van de landbouw, en nergens is dit duidelijker dan in de velden die de wereld voeden. Hoewel regenafhankelijke landbouw een groot deel van het gecultiveerde land op de planeet beslaat, is het het land dat is uitgerust met irrigatiesystemen dat bijna de helft van de wereldwijde graanvoorraad produceert, ondanks dat het slechts ongeveer een kwart van het totale landbouwgrond beslaat. Dit beheerde watergebruik gaat niet alleen over het verbouwen van voedsel; het is een enorme kracht die de waterkringloop van de aarde vormgeeft, lokale klimaten beïnvloedt en de ecologische processen aanstuurt die het leven in stand houden. Om te begrijpen hoe onze planeet in de komende decennia zal functioneren, moeten wetenschappers precies weten waar dit geïrrigeerde land vandaag de dag bestaat en, nog belangrijker, waar het in de toekomst zal bestaan. Het voorspellen van de toekomst van deze velden is echter berucht moeilijk omdat het afhangt van een complexe mix van menselijke behoeften, economische realiteiten en de hardnekkige geschiedenis van hoe we het land generaties lang hebben bewerkt.

Lange tijd vertrouwden onderzoekers die probeerden de toekomst van irrigatie in kaart te brengen op twee hoofdbenaderingen. De ene methode kijkt naar historische gegevens en gaat ervan uit dat de toekomst simpelweg een voortzetting is van het verleden, waarbij wordt genegeerd hoe nieuwe technologieën of veranderende populaties het landschap kunnen veranderen. De andere methode gebruikt complexe computermodellen om te berekenen hoeveel water boeren nodig zouden hebben om een groeiende wereldbevolking te voeden, waarbij vaak wordt aangenomen dat als er voedsel nodig is, de irrigatie-infrastructuur automatisch zal verschijnen om dit te voorzien. Deze tweede benadering, hoewel nuttig voor het begrijpen van de theoretische vraag, mist vaak een cruciale realiteit: het bouwen en onderhouden van irrigatiesystemen kost geld. Alleen omdat een regio meer voedsel nodig heeft, betekent niet dat het de economische capaciteit heeft om de noodzakelijke kanalen, pompen en pijpen te bouwen. De kloof tussen wat theoretisch nodig is en wat daadwerkelijk betaalbaar is, heeft een blinde vlek achtergelaten in ons begrip van toekomstige voedselzekerheid.

Om deze kloof te vullen, heeft een team onderzoekers van de Beijing Normal University een nieuwe manier ontwikkeld om de toekomst van de wereldwijde geïrrigeerde grond te projecteren. In plaats van te gokken op basis van theoretische behoeften of simpelweg oude kaarten voort te zetten, hebben ze een geavanceerd computersysteem gebouwd dat leert van de geschiedenis. Ze trainden dit systeem op decennia aan gegevens, waarbij het systeem leerde om de ingewikkelde, niet-lineaire relatie te herkennen tussen hoeveel mensen er in een gebied wonen, hoe rijk dat gebied is en hoeveel geïrrigeerd land er daadwerkelijk aanwezig is. Door gebruik te maken van een techniek genaamd ensemble machine learning, die de sterke punten van zes verschillende wiskundige modellen combineert, creëerden de onderzoekers een instrument dat patronen kan zien die eenvoudigere modellen missen. Deze benadering stelt hen in staat om rekening te houden met het feit dat de uitbreiding van irrigatie niet alleen over honger gaat; het is een strategische investering die wordt beperkt door het beschikbare kapitaal en de bestaande infrastructuur.

Met behulp van dit nieuwe instrument genereerden de onderzoekers een zeer gedetailleerde, hoog-resolutie kaart van de wereldwijde geïrrigeerde grond voor elk decennium van 2020 tot 2100. Ze voerden deze projecties uit onder vijf verschillende scenario's van toekomstige menselijke ontwikkeling, bekend als Shared Socioeconomic Pathways, die verschillende mogelijke toekomsten vertegenwoordigen voor wereldwijde populatiegroei, economische groei en technologie. De resultaten onthullen een wereld waarin de toekomst van irrigatie niet uniform is. In vier van de vijf scenario's — die toekomsten vertegenwoordigen met variërende graden van wereldwijde samenwerking en economische groei — wordt geprojecteerd dat de totale hoeveelheid geïrrigeerd land zal krimpen. De daling varieert van ongeveer 4% tot bijna 10%, gedreven door factoren zoals verhoogde efficiëntie, verstedelijking en een verschuiving weg van waterintensieve gewassen. Echter, één specifiek scenario, dat een toekomst van regionale fragmentatie en beperkte wereldwijde handel voorstelt, vertelt een ander verhaal. In dit pad wordt verwacht dat het totale geïrrigeerde oppervlakte met ongeveer 5% zal groeien, naarmate landen naar binnen keren en zwaarder vertrouwen op hun eigen binnenlandse voedselproductie, wat een uitbreiding van hun irrigatiesystemen noodzakelijk maakt.

Ondanks deze verschuivende totalen, blijft de kaart van waar het water stroomt verrassend stabiel. De onderzoekers ontdekten dat de toekomst van irrigatie zwaar wordt beperkt door "inertie", wat betekent dat nieuwe irrigatie het meest waarschijnlijk zal plaatsvinden in gebieden waar al irrigatie aanwezig is, in plaats van te verschijnen in geheel nieuwe regio's. Drie naties — India, China en de Verenigde Staten — zullen de wereldwijde kaart blijven domineren, en collectief meer dan de helft van de wereldwijde beschikbare geïrrigeerde grond bezitten gedurende de hele eeuw. Hoewel de specifieke hoeveelheid land dat zij irrigeren kan stijgen of dalen afhankelijk van het economische scenario, blijft hun geografische voetafdruk grotendeels onveranderd. In India bijvoorbeeld, is het geïrrigeerde gebied geconcentreerd in het noorden, en hoewel het in de meeste toekomsten kan krimpen door waterschaarste en verstedelijking, zou het aanzienlijk kunnen uitbreiden als handelsbarrières het land dwingen uitsluitend op zijn eigen landbouw te vertrouwen. In China is het geïrrigeerde land sterk geclusterd in de Noord-Chinese Vlakte, en projecties suggereren een gestage daling in alle scenario's naarmate het land meer waterbesparende technologieën adopteert en de populatie stabiliseert. De Verenigde Staten laten een moderater patroon zien, waarbij hun uitgestrekte, gemechaniseerde landbouwsystemen relatief stabiel blijven, hoewel zij ook gevoelig zijn voor de economische omstandigheden van de wereldhandel.

De studie onderstreept dat de toekomst van onze voedselstelsels niet begrepen kan worden door alleen naar populatiecijfers te kijken. Het is een verhaal van economie en infrastructuur evenzeer als van biologie. Het werk van de onderzoekers biedt een duidelijker, realistischer beeld van hoe de landbouwgrond van de wereld er in de 22e eeuw uit zou kunnen zien, waarbij ze verder gaan dan eenvoudige gokken over de vraag naar een gegrond begrip van wat daadwerkelijk haalbaar is. Door deze potentiële toekomsten met dergelijke precisie in kaart te brengen, biedt de studie een essentieel instrument voor wetenschappers en beleidsmakers die proberen zich voor te bereiden op een veranderend klimaat en een groeiende bevolking. Het suggereert dat hoewel de totale hoeveelheid geïrrigeerd land kan veranderen, de kernregio's die de wereld voeden verrassend persistent zullen blijven, verankerd door de historische patronen van menselijke investering in het land. Deze nieuwe dataset, beschikbaar voor gebruik door de wereldwijde wetenschappelijke gemeenschap, zal helpen bij het verbeteren van modellen van het aardse klimaat, de watercycli en de voedselzekerheid, waardoor wordt gewaarborgd dat onze voorspellingen voor de toekomst gebouwd zijn op een fundament van de werkelijkheid in plaats van enkel op theorie.