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Drought Preparedness and Drought Mitigation for Sustainable Agriculture Production
CGIARCGIAR
Mahmoud El Solh Director General
International Centre for Agricultural Research in the Dry Areas (ICARDA)
High-Level Meeting on National Drought Policy
(HMNDP) Geneva, Switzerland, 11-15 February, 2013
Outline
1. The changing world, climate change and the fragile ecosystem of dry areas;
2. Drought, Desertification and Poverty;
3. Drought Preparedness Strategies
4. Applications of science & technology for drought preparedness to enhance food security and improve livelihoods;
6. Conclusions
Dry areas cover 41% of the earth’s surface, and are home to over 2.0 billion people – and the majority of the world’s
poor. About 16% of the population lives in chronic poverty, particularly in marginal rainfed areas.
The Dry Areas
The Dry Areas: Fragile Eco-systems
! Physical water scarcity
! Rapid natural resource degradation and desertification
! Groundwater depletion
! Drought ! Climate change
will make it drier
-80 -70 -60 -50 -40 -30 -20 -10
1982 1985 1988 1991 1994 1997 2000 2003 2006
m Decrease of the Souss
aquifer level in Morocco
- Changes in precipitation - Drought is now a common phenomena; - Extreme temperatures; - Changes in climatic zones; - Shorter growing season; - Emerging diseases and insect pests; - Raising sea water level and sea water intrusion
Implications of Climate Change in Dry Areas
Rela%ve' change' of' mean' annual' precipita%on' 1980/1999' to' 2080/2099,' scenario' A1b,' average' of' 21' GCMs'
(compiled'by'GIS'Unit'ICARDA,'based'on'par%al'maps'in'Christensen'et'al.,'2007)
Relative change of mean annual precipitation 1980/1999 to 2080/2099
Absolute change of mean annual temperature 1980/1999 to 2080/2099, scenario A1b, average of 21 GCMs (compiled by GIS Unit ICARDA, based on partial maps in Christensen et al., 2007)
Absolute change of mean annual temperature 1980/1999 to 2080/2099
Climate(change(affects(not(only(food(produc6on(...((
" Loss(in(food(produc6on(
" Direct(natural(resource(degrada6on(&(
" More(abio6c(and(bio6c(Stresses(
" Infrastructure(damage,(asset(losses((
" Loss(of(income(and(employment(opportuni6es((
" Increased(livelihood(risks,(pressure(on(food(prices(
" Higher(dependency(on(food(imports(and(food(aid(
" Increased((variability(in(abio6c(and((bio6c((stresses(
" Human(health(risks,(nutri6on(
Access
Availability
Utilization
Stability
... it affects all four dimensions of food security'
Source: FAO Policy Learning Programme Module 2: Specific Policy Issues – Climate Change Session 2.1
Other(Challenges(to(Food(Security((in(Dry(Areas:(Bio6c(Stresses(
Salinity Insect Pests Fungi'Diseases'
Weeds/Parasi%c'Weeds''
Further Challenges to Coping with Drought and Enhancing Food Security in Dry Areas
" Inadequate agricultural policies for sustainable agricultural development
" Insufficient investment in agricultural research and development
Drought
Drought = deficiency of precipitation over an extended period of time Drought is a climatic event; we cannot prevent drought, but actions can be taken to:
! better prepare to cope with drought, ! Develop more resilient ecosystems and better
ability to recover from drought, and ! mitigate the impacts of droughts
Desertification
Desertification : land degradation in arid, semiarid and dry sub-humid areas resulting from various factors including climatic variations particularly more frequent drought and human activities (UNCCD)
Desertification is a process, which can be managed, modified and prevented
Processes include: ! degradation and loss of vegetation ! soil erosion by water and wind ! salinization and alkalization of soil ! soil compaction and crust formation ! contamination of soil and groundwater ! loss of soil fertility
Desertification and land degradation: not simply a force of nature
! Complex of natural and human-induced causes
! Exacerbated by drought ! Exacerbated by poverty ! Land users are both the drivers and the
victims of desertification ! Loss of livelihoods: increasing pressure on
fragile resources
Human activities
What causes desertification & land degradation?
! Overgrazing ! Deforestation ! Non-sustainable intensification of agricultural production ! Salinization ! Urbanization ! Pollution ! Conflict
Variations in climate and natural disasters
! Climate change ! Drought ! Soil erosion (wind & water) ! Epidemics
CGIARCGIAR
The integrated approach for breaking the vicious cycle & enhancing sustainable agricultural development in dry areas
Socio-economic & policy, and institutional
support
Natural resource management and inputs
Crop & livestock genetic improvement
Integration at farm and field levels
ICARDA�s Research Programs
Biodiversity and Integrated Gene Management
Integrated Water and Land Management
Diversification and Sustainable Intensification of Production Systems
Social, Economic and Policy Research
Preparedness Strategies to Drought
! Geographical shifts of agricultural systems;
! Climate-proofing rainfall-based systems: - more tolerant crops and crop varieties to drought and heat; - more resilient production systems;
! Making irrigated systems more efficient;
! Expanding the role of intermediate rainfed-irrigated systems
Preparedness Strategies to Drought: 1. Geographical shifts of agricultural systems
! With the expected increase of aridity in the certain zones (e.g. Mediterranean Region), shifts are likely in the geographical location of the agricultural systems:
– those that currently occur within a particular
aridity class will tend to occupy the agro-ecological niche of those systems currently in a relatively more humid zone, and will themselves be substituted by systems currently in a more arid climate.
Preparedness Strategies to Drought: 2. Climate-proofing rainfall-based systems
! The rainfall-based systems are the ones most likely to come under pressure by climate change
! In order to retain their productivity, they will need to draw inspiration from the established principles for successful dryland crop management: – Retain the soil moisture profile by reducing
evaporation; – Use drought tolerance crops and varieties that fit
the rainfall pattern (drought evasion). – Conservation Agriculture
Preparedness Strategies to Drought: 3. Making irrigated systems more efficient
! Irrigated systems in many parts of the world including the Mediterranean Zone are already under considerable pressure to become more efficient considering the low WUE.
! Irrigation will need to produce more with less water. ! Technical possibilities for making irrigation systems more efficient:
– Reducing distribution losses through the modernization of existing schemes;
– Conversion of gravity or surface irrigation schemes to pressured irrigation systems such as drip or sprinkler systems;
– Improve the efficiency of surface irrigation systems – Shifting emphasis from more water-demanding systems based on
relatively low-water demanding crops e.g. sugar beet vs. sugar cane – Changing crop calendars to avoid extreme heat; – Increasing use of marginal water both treated sewage effluent and
brackish as an important source of irrigation water.
Preparedness Strategies to Drought: 4. Expanding the role of intermediate rainfed-irrigated systems
Expanding the conjunctive or alternating use of rainfall and irrigation water:
– Water harvesting, both micro- and macro-catchments;
– Supplemental irrigation; – Deficit irrigation.
Applications of Science and Technology for Drought Preparedness
CGIARCGIAR
through Dryland Crops & Fruit Trees, Germplasm Conservation and Utilization for
Developing Drought Tolerant Crops
Choice of Dryland Crops
ICARDA Global Mandate for dryland field Crops
Lentil
Kabuli Chickpea
Barley
Grass pea
Choice of Dryland Fruit Trees
Promotion of indigenous dryland fruit trees are good example for drought preparedness like olives, figs, dates palm, pomegranate, pistachio, almonds, and even vegetables with drip irrigation or hydroponics in protected agriculture.
Conservation & Utilization of Drought Tolerant Germplasm: ICARDA�s
GeneBank Holdings (up 1st March, 2013)
Taxon Number'of'accessions Wheat 37,816 Barley 28,999 Wild'Cereals 8242 Faba'bean 12,585 Len%l' 10,889 Chickpea 14,544 Wild'Lens'and'Cicer 929 Forage'legumes 31,719 Forage'and'range'
species 7611 Total 153,334
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ICARDA's holdings
Geographic coverage of the conserved plant genetic resources at ICARDA�s GeneBank
! Genomics ! Marker Assisted Selection ! Double Haploids ! Embryo Rescue ! Tissue Culture ! DNA Fingerprinting ! Genetic Engineering
Biotechnology Tools
T. boeoticum
New genetic diversity for desirable traits in wheat identified through wide crosses with wild relatives
T. urartu T. dicoccoides
yellow rust resistance
leaf rust resistance
earliness
high productive tillering
spike productivity
plant productivity
plant height
drought tolerance
Sunn pest resistance
Russian wheat aphid resistance
Septoria tritici resistance
Ae. speltoides probably different from Yr15
Crop Improvement: varieties released using ICARDA germplasm 1977 to 2012
1977 - 2010 Last 2 years
Crop Developing Countries
Industrialized Countries
All Countries
Barley 175 31 6 Durum Wheat 102 14 1 Bread Wheat 224 6 9 Chickpea 108 31 9 Faba Bean 51 6 1 Lentil 96 16 9 Forages 30 2 2 Peas 9 0 0 Sub-Total 761 120
Total 881 37 Estimated Net Benefit = about US $850 m / year
Desirable Traits of Varieties Released
! High yield potential ! Tolerance to abiotic stresses: - Drought - Heat - Cold - Salinity ! Resistance/tolerance to biotic stresses - Diseases - Insect pests - Parasitic weeds
Parent Variety Yield t/ha
% recurrent parent
Cham 6*2/SW2 1.6 147
Cham 6*2/SW2 1.5 138
Cham-6 1.10 100
Attila-7 1.3 -
Synthetic Wheat developed with Wild Relatives: tolerance to excessive drought
Yield of �synthetic derivatives� compared to parents under drought stress. (Tel Hadya, 2008. 211 mm)
0
1
2
3
4
5
6
7
8
Low (280mm) High (480mm)
Average Maximum
Yield of synthetic wheat varieties derived from wild relatives under moisture extremes
Yiel
d (to
ns/h
a)
Moisture stress
Yields (kg/ha) of promising durum wheat genotypes under rainfed (RF) supplemental irrigation (SI)
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
Rf (321 mm) Rf+SI (321+70 mm) Fvrbl+SI (524+70 mm)
Mean (kg/ha)
Max(kg/ha)
Key to Acronyms: RF = Rainfed; SI = Supplemental Irrigation
RF (321 mm) RF+SI (321+70 mm) RF+SI (524+70 mm)
11 t/ha
6/t/ha
3.7t/ha
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Prod
uctio
n (m
illio
n to
ns)
Whe
at a
rea
(mill
ion
ha)
Prec
ipita
tion
(mm
) /10
0
Area'Needed'
Precipita%on'
Actual'Area'
Linear'(Area'Trend)'
Actual'Produc%on'
Linear'(Produc%on'Trend)'
.(
The Case of Wheat in Syria
Drought tolerant chickpea variety survived 2007 drought in Turkey
The Kabuli chickpea, �Gokce�, developed by Turkish national scientists and ICARDA scientists , has withstood severe drought in Turkey and produced when most other crops failed in 2007.
Gokce is used on about 80% of the chickpea production areas (over 550,000 ha). With a yield advantage of 300 kg/ha over other varieties, and world prices over USD 1000/t, this represents an additional USD 165 million for Turkish farmers, in 2007 alone.
Food Legumes in Ethiopia
Alemaya(len6l(variety(widely(adopted(in(Ethiopia((
Increase in production 2000/01 - 2009/10: • (Lentils: 3 times
• (Faba Bean: 40% • (Chickpea: 60%
Increased(produc6on(provides(employment(in(food(processing(in(rural(areas(
Field visits involving policy makers
Barley for excessive drought tolerance
Local Landrace
�Zahra� versus local landrace (139 mm rainfall)
Zahra
Application of Science and Technology for Drought Preparedness
CGIARCGIAR
through Sustainable Water Management
Water Research in Dry Areas: Scales and drivers to conserve and optimize water productivity
! At the basin level: # Competition among uses (Environ.,
Agric., Domestic.) # Conflicts between countries # Equity issues
! At the national level: # Food security # Reduce imports # Socio-politics
! At the farm level: # Maximizing economic return # Nutrition in subsistence farming
! At the field level: # Maximizing WUE, productivity &
income
Benchmark Sites for Integrated Water Management to Cope with Drought and Water Scarcity in Dry Areas
Rainfed Agro-Ecosystems
! Supplemental Irrigation
! Early sowing
! Deficit irrigation
! Optimization of supplemental irrigation
3.46
5.31 5.91 6.21
0.96
3.7
2.39
1.27
0 1 2 3 4 5 6 7
rainfed Sowing SI Deficit SI Full SI
Grain yield (t/ha) Water productivity (Kg/m3)
Irrigated Agro-Ecosystem
! Increasing water productivity/income
! Management of saline water and soils
! Policies and institutions
! Modifying cropping patterns
Marginal Land Agro-Ecosystem
! Water harvesting technologies
! Micro-catchments & mechanized contour laser planting
! Effective water harvesting
! Grazing management
! 40-50% increase in rainwater productivity 0
20
40
60
80
100
120
No intervention Micro WH Macro WH
% o
f ra
infa
ll
Transpiration Evaporation
Watershed Management The tabia and jessour system of Tunisia— Three layers of production: for example
dates, figs and faba bean
Tradeoffs between water and land productivity - Deficit Irrigation
y = -0.4278x2 + 4.7328x - 0.543R2 = 0.7611
0
5
10
15
20
0 2 4 6 8 10Land productivtiy (t/ha)
Wat
er p
rodu
ctiv
ty (k
g/m
3 x1
0)Water productivity can be increased substantially
Water, not land, is the limiting resource
Potential of Water Use Efficiency: Supplemental Irrigation (SI), Rainfed and Full Irrigation(FI)
WUE: Water Use Efficiency
Application of Science and Technology for Drought Preparedness
CGIARCGIAR
through Conservation Agriculture
Conservation Agriculture Major Practice Worldwide
• minimum soil disturbance / zero tillage • stubble retention • many rotations (legumes, oilseeds)
Benefits • savings in time, fuel, machinery wear • better soil structure • better soil moisture conservation • improved traffic ability – timely sowing • higher yield potential • less soil erosion
Local Fabrication of Zero-Tillage Seeders: in Iraq and Syria
Syria-Kamishly - local
Syria-El Bab - local
Qabbasin - local
Amazon – imported
Local seeders (Iraq & Syria)
- price ≈ $1400
- performance excellent
Iraq-Mosul Co
Conservation Agriculture: the raised-bed system
Reduced seed rate by 50% Increased wheat yields 22% in Azerbaijan and 48% in Kazakhstan
Net profit averaged 30% higher than conventional system In Egypt, wheat productivity increased by 20% with 25% water saving
Raised bed planter from India
For(straw(and(grain(yield(
ZT((>(CT(
Early(>(late(plan6ng(
Syria: Long-term ZT vs CT Trials at ICARDA
For(grain(yield:(
Farmer(prac6ce:(CT,(late(sowing:(670(kg/ha(
Improved(prac6ce:((ZT,(early(sowing:(1285(kg/ha(
Example: lentil on wheat stubble 2007-08 (very dry season)
Adoption of Conservation Agriculture in WA:
" CA is spreading rapidly in WA.
" Adoption has grown from near-zero to more than 27,000 ha in four years
Expansion of Conservation Agriculture in West Asia (WA)
Driving Forces for Adoption
" Soil-moisture conservation, thus improving WUE & reducing the likelihood of crop failure
" Cost savings (fuel, labor, seeds)
" Better understanding of the impact pathway
" Effectively linking R to D (PP partnership)
" Active participation of farmers
" Enabling policy environment
AusAID/ACIAR supported project on conservation agriculture in Iraq and Syria
Application of Science and Technology for Drought Preparedness
CGIARCGIAR
through Resilient Production Systems in Marginal Lands
Ecosystem Resilience: Integrated crop/rangeland/livestock systems
Barley Production
Planting cactus & fodder shrubs in rangelands
Feed from agro-industrial by-products
On-farm Feed Production
Livestock management
Improved Natural Pastures & Rangeland Management
Successful Technologies
Small Ruminant Breed Characterization • The focus of the books
– Production systems – Characteristics of 48 breeds – Threats to small ruminant diversity
• CWANA series: – West Asia – North Africa – Central Asia and the Caucasus
Successful Technologies in Farmers Fields
! Feed Blocks Technology
! Improved rams
! Early weaning ! improved barley cultivars
! Rotations of barley
with forage legumes
Community Approach
Community Community
Technologies Technologies Policy & Policy &
Property right Property right studies studies
Agro Agro - - Ecological Ecological Characterization Characterization
Scenarii Scenarii
Modeling Modeling
Validation with community representatives Validation with community representatives
Presentation to decision makers Presentation to decision makers
Private sector Other communities
Community Community
Technologies Technologies Policy & Policy &
Property right Property right studies studies
Agro Agro - - Ecological Ecological Characterization Characterization
Scenarios
Modeling Modeling
Validation with community representatives Validation with community representatives
Presentation to decision makers Presentation to decision makers
Private sector Other communities
Three types of drought policies to help farmers cope with drought
! Policies for Drought Preparedness
! Polices for Drought Mitigation ! Policies for Economic Inclusion
Policies Drought Preparedness
! Map vulnerable regions for drought occurrence
! Drought risk and vulnerability assessment ! Develop early warning systems
! Seasonal climate predictions and linking to modern communication systems
! Proactive and timely mitigation measures to increase adaptation and resiliency to drought including safety nets.
! Develop insurance programs for farmers to compensate for crop failure & income losses
! Promote better water management practices:
– water harvesting – ground water management – Deficit irrigation – Supplemental irrigation
! Provide water points for livestock, particularly in remote areas.
Policies for Drought Preparedness (cont�d)
Polices for Drought Mitigation
! Social safety nets: provide direct assistance programs to most affected areas and most vulnerable households
! Special programs for compensation for low-income and resource households
! Develop programs that help farmers and herders to reconstitute their assets-such as micro-finance and provide subsidizes to feed for pastoralists e.g. barley for feed
! Insurance plans for farmers can also help them to reconstitute their assets
! Implement School children feeding programs
Economic Inclusion
! Focus on marginalized groups, landless farmers and women headed households
! Support may include literacy, skill development and training, apprenticeships, wage subsidies, �workfare�
! Programs for youth are particularly important
Conclusions
! With climate change, droughts will become more intense, frequent and prolonged.
! Droughts will exacerbate desertification and poverty
! There are several preparedness strategies and mitigation measures for coping with drought and combating desertification to contribute to food security and improve livelihoods
! Policies, strategies and initiatives to combat both drought need to be integrated at national, regional and global levels
Conclusion: Importance of the integrated approach in enhancing sustainable agricultural development in changing climate
Socio-economic & policy, and institutional
support
Natural resource management and inputs
Crop & livestock genetic improvement
Integration at farm and field levels
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