エジプト・ナイルデルタにおける小麦・トウモロコシ生産のウォーターフットプリントに対する気候変動の影響

The impact of climate changes on the water footprint of wheat and maize production in the Nile Delta, Egypt.

• Ahmed Elbeltagi
• Muhammad Rizwan Aslam
• Anurag Malik
• Behrouz Mehdinejadiani
• Ankur Srivastava
• Amandeep Singh Bhatia
• Jinsong Deng

抄録

水資源を合理的に管理し、持続的に開発し、最適に利用するためには、様々な水資源の時空間情報が必要不可欠である。本研究では、ナイルデルタにおける農業上重要な2つの作物（小麦とトウモロコシ）の将来のウォーターフットプリント（WF）をディープニューラルネットワーク（DNN）を用いてシミュレーションした。DNNモデルは2006-2014年と2015-2017年のデータセットを用いて校正・検証を行った。さらに、3つの代表濃度経路(RCP)2.6,4.5,8.5から将来データ(2022-2040年)を取得し、DNN予測セットに組み込んだ。その結果、過去予測された作物の蒸発散量（ET）の決定係数は、2 作物で 0.92 から 0.97 の間で変動していた。小麦・トウモロコシの収量予測値は、それぞれ-3.21%～3.47%、-4.93%～5.88%の範囲内であった。RCP のアンサンブルに基づいて、降水量は、西部では冬に 667.40％、夏に 261.73％減少し、最終的にはそれぞれ 105.02％、60.87％に減少すると予測された。このため、降水量の大幅な変動により、小麦の緑色 WF は西部で 24.96％、東部で 37.44％と明らかに低下した。また、トウモロコシについては、西部で 103.93％の減少、東部で 8.96％の増加を示した。さらに、ET を 8.46％、12.45％増加させると、コムギ・トウモロコシでは西部で東部に比べて、それぞれ 8.96％、17.21％の大幅な増加が見られた。同様に、灰色ハトムギメイズのWFの所見では、東部の-14.51％と-12.37％に対し、西部では3.07％と5.02％の増加が見られた。このことから、我々の結果は、他の地域とは対照的に、青水を節約するために東部デルタを最適に利用することを強く推奨するものである。全体として、現在の研究の枠組みと採用した方法論から得られた結果は、農業分野における気候変動下での将来の水の最適な計画に役立つであろう。

Spatial-temporal information of different water resources is essential to rationally manage, sustainably develop, and optimally utilize water. This study focused on simulating future water footprint (WF) of two agronomically important crops (i.e., wheat and maize) using deep neural networks (DNN) method in Nile delta. DNN model was calibrated and validated by using 2006-2014 and 2015-2017 datasets. Moreover, future data (2022-2040) were obtained from three Representative Concentration Pathways (RCP) 2.6, 4.5, and 8.5, and incorporated into DNN prediction set. The findings showed that determination-coefficient between historical-predicted crop evapotranspiration (ET) varied from 0.92 to 0.97 for two crops. The yield prediction values of wheat-maize deviated within the ranges of -3.21% to 3.47% and -4.93% to 5.88%, respectively. Based on the ensemble of RCP, precipitation was forecasted to decease by 667.40% and 261.73% in winter and summer in western as compared to eastern, respectively, which will ultimately be dropped to 105.02% and 60.87%, respectively parallel to historical. Therefore, the substantial fluctuations in precipitation caused an obvious decrease in green WF of wheat (i.e., 24.96% and 37.44%) in western and eastern, respectively. Additionally, for maize, it induced a 103.93% decrease in western and an 8.96% increase in eastern. Furthermore, increasing ET by 8.46% and 12.45% gave rise to substantially increasing (i.e., 8.96% and 17.21%) in western for wheat-maize compared to the east, respectively. Likewise, grey wheat-maize WF findings reveals that there was an increase of 3.07% and 5.02% in western as compared to -14.51% and 12.37% in eastern. Hence, our results highly recommend the optimal use of the eastern delta to save blue-water by 16.58% and 40.25% of total requirements for wheat-maize in contrast to others. Overall, the current research framework and results derived from the adopted methodology will help in optimal planning of future water under climate change in the agricultural sector.

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