Att rita om den globala kartan över grödodistribution på befintlig jordbruksmark kan hjälpa till att möta den ökande efterfrågan på mat och biobränslen under de kommande decennierna, samtidigt som vattenstressen i jordbruksområden minskar avsevärt, enligt en ny studie. Publicerad idag i Naturgeovetenskap , studien är den första som försöker tillgodose både livsmedelsproduktionsbehov och resurshållbarhet samtidigt och i global skala.

Resultaten visar att "det finns många platser där det finns ineffektivitet i vattenanvändning och näringsproduktion, "säger huvudförfattaren Kyle Davis, en postdoktor vid Columbia University's Earth Institute. Dessa ineffektiviteter skulle kunna åtgärdas, han säger, genom att byta in grödor som har högre näringskvalitet och lägre miljöpåverkan.

Jordbrukets efterfrågan förväntas öka väsentligt under de närmaste decennierna på grund av befolkningstillväxt, rikare dieter, och användning av biobränsle. Under tiden, vattenstress förväntas förvärras med klimatförändringarna och eftersom globala akviferer snabbt utarmas. I ett försök att ta itu med dessa tvillingutmaningar, författarna tittade på modeller för användning av grödvatten och avkastningskartor för 14 stora livsmedelsgrödor. De var specifikt intresserade av att identifiera grödodistributioner som skulle göra regnmatad produktion mindre mottaglig för torra stavar och minska vattenförbrukningen i bevattnade system.

Forskarna valde att fokusera på 14 grödor som utgör 72 procent av alla grödor som skördas runt om i världen:jordnöt, majs, hirs, oljepalm, raps, ris, rötter, durra, sojabönor, sockerbeta, sockerrör, solrosor, knölar och vete. Frukt och grönsaker ingick inte eftersom bra data om deras vattenbehov inte fanns tillgängliga.

De nya grödokartorna som Davis och hans kollegor föreslår skulle producera 10 procent mer kalorier och 19 procent mer protein - tillräckligt för att mata ytterligare 825 miljoner människor - samtidigt som konsumtionen av regnvatten minskas med 14 procent och bevattningsvatten med 12 procent.

Globalt sett sådana förbättringar skulle uppnås genom att dramatiskt öka produktionen av jordnötter, rötter, sojabönor, sorghum och knölar och minskande hirs, ris, socker och vete, som förbrukar mer vatten men har lägre kalori- och proteinutbyte per hektar. Men de specifika förändringarna varierar mycket beroende på land och typ av vattenanvändning på grund av skillnader i lokalt klimat, markegenskaper och grödor. Till exempel, regnmatad sorghum, sojabönor, knölar och vete kan ersätta hirs, sockerbetor och solros i västra Ryssland. Bevattnad majs, hirs, rötter och knölar ersatte ris, sorghum och vete i norra Indien.

Studien identifierade grödomfördelningar som skulle skapa betydande vattenbesparingar - minst 20 procent av vattenbehovet för jordbruksproduktion - för 42 länder, många av dem är redan under betydande vattenstress. Dessa inkluderar Australien, Indien, Mexiko, Marocko och Sydafrika. Stora vattenbesparingar uppnåddes också i betydande globala jordbrukscentra, som Kaliforniens Central Valley, Nildeltat, Sydöstra Australien och Indo-Gangetic-bassängen. Vattenbristen kvarstod i andra viktiga jordbruksområden, som USA:s Midwest, dock, oavsett grödval. För ytterligare 63 länder, varav de flesta är mycket beroende av livsmedelsimport för att kunna äta sig själva, omfördelningarna skulle generera mer än 20 procents ökning av antingen kalori- eller proteinproduktion, öka matens självförsörjning. Dessa inkluderade Etiopien, Iran, Kenya och Spanien, bland andra.

Under de senaste åren har några forskare har förespråkat att möta den ökande globala grödebehovet via teknik eller öka användningen av vatten och gödsel. Men stora teknikinvesteringar skulle vara utom räckhåll för små lantbrukare, och många av de vatteneffektivitetsmetoder som föreslås för att skydda mot vattenspänning-såsom att öka bevattningseffektiviteten och plantera grödor med högre avkastning, minskande animaliskt protein i dieter, och minimera matsvinn - möta betydande hinder för genomförande, studienoteringarna, inklusive ekonomiska, hälso relaterat, infrastrukturella och miljöfrågor.

Den nya tidningens skördefördelningsmodell skulle inte kräva massiva teknikinvesteringar. Det skulle inte heller resultera i förlust av växtmångfald eller marknäring, som annars skulle kunna göra jordbruket mer sårbart för torka, skadedjur och andra stötar. Fortfarande, Davis säger att resultaten egentligen bara är en utgångspunkt, inte en slutlig lösning. Forskningen tog inte hänsyn till potentiella kulturella eller politiska hinder, marknadens utbud och efterfrågan, kostpreferenser eller konsumtionsmönster, som skulle behöva undersökas i framtida forskning. Fynden "kan användas som ett av flera verktyg för att göra livsmedelssystem mer hållbara, " han säger.

Davis genomför nu en uppföljningsstudie i Indien, där ris och vete är kraftigt subventionerade. Han och hans kollegor undersöker den inverkan som byte av traditionella spannmål med högre näringsämnen i det bidragsprogrammet skulle få på vattenanvändning och näringsproduktion, hur dessa alternativa spannmål skulle behöva prissättas för att konkurrera på marknaden, och hur konsumtionsmönster och kostpreferenser kan påverka deras adoption.

"Om vi ​​tänker på det ekonomiska, social, och miljöaspekter av livsmedelssäkerhet i ett visst land och samarbeta nära med lokala beslutsfattare, vi kan skapa lösningar som är skräddarsydda för behoven och målen för det landets folk, "säger Davis.