Analysis of the Water Footprint of Agriculture Products and the Related MItigation Strategies

Agriculture is the major player of human appropriation of water resources. About 70% of global freshwater withdrawals are used for irrigation to sustain global crop production. In fact, irrigated areas account for 18% of global croplands which contribute for 40% of global food production. In addition, the 40% of the global irrigation practice is unsustainable because it depletes environmental flows and/or groundwater stocks. In order to preserve the water resource, the European Water Framework Directive lead to an efficient use of freshwater and it gives guidelines to preserve the qualitative natural status of water bodies. To achieve this objective, the impact assessment needs suitable indicators to be computed. The use of an environmental indicator of water shortage can enhance better the decision-making process for water saving and leading a reduction on water stress from human activities. This thesis integrates the concept of the water footprint with other environmental indicators to analyse sustainability and comparing the related performance of different agricultural practices. The main objective of this thesis is to find solutions to mitigate the impact of agricultural crop production on water resource identifying best practices quantifying the water footprint and water-related indexes. To do that, we combined different indicators of water use improving a sustainability framework for different agricultural products and field management. The first step was to classify and making a clustered analysis of agricultural products identifying their specific environmental performance and their related water footprint. Then, the definition of a framework for sustainable water use in the agriculture sector was done, considering both environmental and economic aspect of sustainability. The second step focused on the definition of best agricultural practices for a sustainable water consumption comparing different soil and field management. Results were supported by different case studies that promoted innovative solutions to mitigate water footprint and the impact on water resource by improving the agricultural production system; this can be improved by encouraging awareness and sensitivity of farmers to some ecological initiatives.

L'agricoltura svolge un ruolo importante nello sfruttamento della risorsa idrica. Si pensi che circa il 70% del consumo di acqua a livello globale viene utilizzata per scopi agricoli, primo fra tutti l’irrigazione per la produzione di colture che potranno essere consumate sia per l’alimentazione umana, sia per quella zootecnica. A livello mondiale, le aree irrigate rappresentano circa il 18% del totale delle superfici coltivate, contribuendo per il 40% alla produzione mondiale di cibo. Se è pur vero che la pratica irrigua crea un beneficio all’agricoltura perché ne aumenta la produttività, è vero anche che a conti fatti circa il 40 per cento dell’acqua consumata a livello mondiale per scopi irrigui viene utilizzata in maniera del tutto insostenibile. Questo perché la sottrazione di volumi d’acqua all’ambiente comporta una riduzione dei deflussi ecologici e/o delle riserve d’acqua sotterranea, in particolar modo si pensi alle riserve di acqua fossile. La Direttiva Quadro sulle Acque (2000/CE/60) consente solo l’uso efficiente delle acque superficiali e di falda e fornisce delle raccomandazioni su come preservare lo stato naturale qualitativo dei corpi idrici. L'utilizzo di un indicatore ambientale, quale l’indicatore di impronta idrica, fornisce informazioni utili e volte a migliorare il processo decisionale per il risparmio idrico e a ridurre lo stress idrico causato dalle attività umane. L'obiettivo principale di questa tesi è quello di trovare soluzioni utili a mitigare l'impatto della produzione agricola sulla risorsa idrica individuando pratiche agronomiche più sostenibili. A tal fine, lo scopo generale dello studio è quello di integrare il concetto di impronta idrica con altri indicatori ambientali per confrontare le relative prestazioni di diversi processi agricoli valutando il loro grado di sostenibilità. Dapprima, si è cercato di classificare e raggruppare le famiglie dei prodotti agroalimentari in base alle loro specifiche prestazioni ambientali e la relativa impronta idrica per definire la sostenibilità della loro produzione e di conseguenza del loro consumo. Successivamente, è stato definito uno schema per lo studio della sostenibilità dell’uso dell’acqua in agricoltura, valutandone sia l'aspetto ambientale che quello economico. In secondo luogo, sono state individuate pratiche agricole che riducessero l’impronta idrica durante il processo produttivo e favorissero una maggiore salvaguardia della risorsa idrica. A supporto, diversi casi studio sono stati analizzati per valutare diverse gestioni del suolo, delle fasi agronomiche in campo e del consumo di acqua con maggiore attenzione alla pratica irrigua. Le soluzioni fornite attraverso i risultati della tesi sostengono soluzioni innovative per mitigare l'impronta idrica e l'impatto dell’attività agricola sulla risorsa idrica. Questo può ancora essere migliorato ed incentivato promuovendo la sensibilizzazione degli agricoltori alla gestione sostenibile dell’agro-ambiente e incoraggiando il mercato alimentare a premiare tali iniziative ecologiche.