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

The Changing World, Climate Change and the Fragile Agro-ecosystems of Dry Areas

The Changing World

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, Desertification and Poverty

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

Dry Areas: highly vulnerable to drought, desertification and land degradation

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 Vicious Cycle

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

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

Conventional Plant Breeding

!  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

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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

Heat-tolerant Wheat in Sudan

Winter vs. spring chickpea in West Asia & North Africa

Mature winter crop

Spring sown crop

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

Implementation in three agro-ecologies

Rainfed Areas

Marginal Lands

Irrigated 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

LAND USE: Conservation agriculture

and crop rotations

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

Indigenous breeds of small ruminants are highly adaptable to

climate changes and drought

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

Rangeland management and rehabilitation

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

Policies for Drought Preparedness and Drought Mitigation

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

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

THANK'YOU'