Estratégias de adaptação às mudanças climáticas opções de gerenciamento de recursos hídricos para pequenos proprietários

Estratégias de adaptação às mudanças climáticas: opções de gerenciamento de recursos hídricos para os sistemas de cultivo de pequenos agricultores na África Subsaariana.
Este estudo avalia as estratégias adequadas de gerenciamento de recursos hídricos para os pequenos agricultores da África subsaariana para garantir que a produção agrícola possa resistir ao estresse causado pelas mudanças climáticas. Identifica um conjunto de princípios para orientar estratégias e programas de gestão de água agrícolas melhorados em África, incorporando sustentabilidade e desenvolvimento equitativo, estratégias de alocação de água, redução de riscos e diversificação, e interações e trade-offs com objetivos ambientais e de saúde. Exige uma maior atenção e investimento para melhorar a adaptação, especialmente pelos pequenos agricultores vulneráveis, e para aumentar os investimentos para apoiar a resiliência dos pequenos agricultores para lidar com a mudança climática e a variabilidade.
O relatório é dividido em seis capítulos. O Capítulo 1 apresenta uma visão geral e antecedentes do problema, os objetivos do estudo e os resultados esperados. O capítulo 2 centra-se na metodologia de estudo, em particular na coleta e análise de dados, bem como no escopo do estudo. O Capítulo 3 inclui uma avaliação das tendências atuais e da experiência passada, com foco particular nos recursos hídricos e sua utilização em África. É apresentada uma revisão das estratégias de adaptação às mudanças climáticas, bem como uma visão geral das práticas atuais em termos de projetos-piloto, agenda de pesquisa e intervenções de governança. O Capítulo 4 discute algumas das intervenções viáveis ​​identificadas no Capítulo 3. O Capítulo 5 destaca questões de governança, com ênfase nos quadros políticos e institucionais existentes e as reformas necessárias para melhorar a adaptação às mudanças climáticas. O Capítulo 6 resume as conclusões e recomendações do estudo.
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Estratégias de Adaptação às Mudanças Climáticas: Opções de Gestão de Recursos Hídricos para Sistemas Agrícolas Pequenos na África Subsaariana.
As mudanças climáticas, o crescimento da população, o aumento da demanda de água, a sobreexploração de recursos naturais e a degradação ambiental degradaram significativamente os recursos de água doce do mundo. Na África subsaariana (SSA), o número de países onde a procura de água supera os recursos disponíveis está aumentando. Muitos países africanos experimentam estresse hídrico (menos de 1.700 m3 per capita por ano) ou escassez de água (menos de 1.000 m3 per capita por ano) ou ambos. Além disso, a insegurança alimentar permanece endêmica em grande parte da África, com fatores climáticos como a variabilidade pluviométrica uma das principais causas. Por exemplo, em 2006, 25 países africanos necessitaram de ajuda alimentar, principalmente devido à seca recorrente. A pobreza e a insegurança alimentar estão ligadas à baixa produtividade agrícola agravada pela mudança climática e pela variabilidade. Como o premiado do Prêmio Nobel da Paz, Norman Borlaug afirmou: "A humanidade no século XXI precisará promover uma Revolução Azul para complementar a Revolução Verde da Ásia do século XX ... A nova ciência e a tecnologia devem liderar o caminho".
Prospectiva para o desenvolvimento - O financiamento para este site excepcionalmente africano de previsão foi generosamente fornecido pela Fundação Rockefeller. Envie-nos um e-mail | Escrita Creative Commons | Termos de condições.

US EPA.
Centro de Recursos de Adaptação à Mudança Climática (ARC-X)
Estratégias para a adaptação às alterações climáticas.
Explore estratégias de adaptação.
Selecione uma guia abaixo para ver as possíveis estratégias de adaptação para uma determinada área de interesse ou explore uma lista de todas as estratégias de adaptação. Saiba mais sobre estratégias de adaptação.
As mudanças climáticas podem tornar mais difícil para as comunidades manter a qualidade do ar que protejam a saúde humana e o meio ambiente. As Estratégias de Adaptação abaixo oferecem formas possíveis de enfrentar os riscos climáticos antecipados para a qualidade do ar ao ar livre e ao ar livre.
As mudanças climáticas podem tornar mais difícil para as comunidades fornecer serviços de água potável e de águas residuais, proteger a qualidade da água e manter ambientes aquáticos saudáveis. As estratégias de adaptação abaixo oferecem formas possíveis de enfrentar os riscos climáticos antecipados para o gerenciamento da água.
As mudanças climáticas podem tornar mais difícil a gestão adequada de resíduos perigosos e não perigosos. As páginas abaixo oferecem formas possíveis de enfrentar os riscos climáticos antecipados para o gerenciamento de sites contaminados e o gerenciamento de detritos de desastres.
Saúde pública.
As mudanças climáticas podem tornar mais difícil para as comunidades manter a saúde pública. As páginas abaixo oferecem formas possíveis de enfrentar os riscos de saúde pública para a qualidade do ar, qualidade da água, calor extremo e problemas de resíduos relacionados às mudanças climáticas antecipadas.
Todas as estratégias.
Bioretention é um recurso de paisagem adaptado que fornece armazenamento no local e infiltração do escoamento de águas pluviais coletado. O escoamento de águas pluviais é direcionado de superfícies para uma depressão superficial que permite que o escoamento suba antes da infiltração em uma área plantada com vegetação tolerante à água. À medida que o escoamento se acumula, ele irá passar e percorrer lentamente através de uma cama de filtro (foto à direita) onde se infiltra no chão ou é descarregado através de um sub-drenagem. As áreas de bioretenção em pequena escala são muitas vezes referidas como jardins de chuva.
Um telhado azul é projetado para armazenar até oito centímetros de precipitação na superfície ou em bandejas projetadas. É comparável a um telhado vegetativo sem solo ou vegetação. Após um evento de tempestade, a precipitação é armazenada no telhado e descarregada a uma taxa controlada. Os telhados azuis diminuem consideravelmente a descarga máxima de escoamento e também permitem que a água se evapore no ar antes de ser descarregada.20 A descarga de precipitação é controlada em um telhado azul através de um dispositivo de restrição de fluxo em torno de um dreno do telhado. A água pode ser liberada lentamente para um sistema de esgoto de tempestade ou para outra prática de GI, como uma área de cisterna ou bioretenção.
O pavimento permeável inclui pavimentos e pavers com espaço vazio que permitem que o escoamento fluya através do pavimento (foto à esquerda). Uma vez que o escoamento flui através do pavimento, ele é armazenado temporariamente em uma base de pedra subterrânea antes de se infiltrar no chão ou descarregar de um sub-drenagem. As pavimentadoras permeáveis ​​são altamente eficazes na remoção de metais pesados, óleos e graxa no escoamento. O pavimento permeável também remove nutrientes como fósforo e nitrogênio. O solo e os contaminantes do filtro de mídia de engenharia como o escoamento se infiltra através da superfície porosa. Os espaços vazios em superfícies de pavimento permeáveis ​​e camadas de reservatórios proporcionam capacidade de armazenamento para o escoamento. Todos os sistemas de pavimentos permeáveis ​​reduzem o volume do pico de escoamento.
Os sistemas de armazenamento subterrâneo variam muito em design. Os sistemas de armazenamento subterrâneo detém o escoamento em recipientes subterrâneos que liberam lentamente o escoamento secundário. Muitas vezes, os recipientes subterrâneos são cais, abóbadas de retenção de águas pluviais ou tubos perfurados. Um dos benefícios do armazenamento subterrâneo é que ele não ocupa área superficial adicional e pode ser implementado por estradas, estacionamentos ou campos de atletismo. Os sistemas de armazenamento subterrâneo são geralmente projetados para armazenar grandes volumes de escoamento e, portanto, podem ter um impacto significativo na redução de inundações e descargas de picos.
Uma trincheira da árvore das águas pluviais é uma fileira de árvores que é conectada por uma estrutura subterrânea de infiltração. No nível do solo, as árvores plantadas em uma trincheira da árvore não parecem diferentes de qualquer outra árvore plantada. Debaixo da calçada, as árvores se sentam em uma trincheira que é projetada com camadas de cascalho e solo que armazenam e filtram o escoamento das águas pluviais. As trincheiras de árvores de águas pluviais oferecem benefícios de redução de escoamento e qualidade da água.
Um lago de retenção é um dos primeiros protótipos de GI, e agora é considerado um tipo mais tradicional de infraestrutura de águas pluviais porque foi integrado ao projeto de infraestrutura cinza. É uma bacia projetada de águas pluviais projetada para armazenar o escoamento e liberá-lo a uma taxa controlada, mantendo um nível de água embaçada. Os poluentes e as cargas de sedimentos são reduzidos à medida que o escoamento é mantido na bacia. As lagoas de retenção são uma prática de manejo de águas pluviais muito comum e podem ser projetadas com elementos sustentáveis ​​para aumentar a qualidade da água e diminuir as descargas máximas. Podem ser adicionados forebays Vegetated para aumentar a remoção de sedimentos bem como fornecer habitat. Outro aprimoramento para as lagoas tradicionais de retenção de águas pluviais é a adição de um banco de filtro de areia de alta qualidade que remove substâncias dissolvidas como o fósforo do escoamento secundário.
As zonas húmidas de detenção prolongada, como a que está mostrada na figura à direita, podem ser concebidas como uma estratégia de mitigação de enchentes que também proporciona qualidade da água e benefícios ecológicos. As zonas húmidas de detenção prolongada podem exigir grandes áreas terrestres, mas trazem importantes benefícios de armazenamento de inundações. As zonas húmidas de detenção prolongada podem ser criadas, restauradas (de zonas úmidas previamente preenchidas) ou zonas húmidas existentes melhoradas. Os pântanos normalmente armazenam água de inundação durante uma tempestade e liberam-se lentamente, reduzindo assim os fluxos máximos. Uma área húmida de detenção prolongada permite que a água permaneça na área das zonas húmidas por um longo período de tempo, o que proporciona armazenamento aumentado de inundações, bem como benefícios para a qualidade da água.29 As zonas húmidas de detenção prolongada são distintas da preservação das zonas húmidas existentes, mas as duas práticas são frequentemente consideradas juntos como parte de uma estratégia baseada em bacias hidrográficas.
Fornecer treinamento para funcionários municipais em infraestrutura verde.
O treinamento pode ajudar a equipar o pessoal para avaliar as propostas de infra-estrutura verde. Por exemplo, a EPA oferece uma Série de Webcast de infra-estrutura verde. A EPA e outras agências federais e organizações não-governamentais formaram o Green Infrastructure Collaborative, uma rede para ajudar as comunidades a implementar mais facilmente infra-estrutura verde.
Criar essa lista pode ajudar a conectar profissionais experientes com potenciais projetos que poderiam se beneficiar de soluções alternativas de design.
Considere usar ou desenvolver um modelo de modelo de águas pluviais para infraestrutura verde.
Esta regulamentação pode ajudar as jurisdições locais a incorporar projeções de mudanças climáticas ou incentivos à infra-estrutura verde na legislação local. Por exemplo, a cidade de Seattle desenvolveu um modelo de ordenamento municipal para gerenciamento de águas pluviais usando infra-estrutura verde.
Conduza estudos-piloto e publique os resultados e as lições aprendidas para aumentar a conscientização e fornecer exemplos específicos de como as soluções alternativas de gerenciamento de águas pluviais executam. Uma necessidade específica é exemplos adicionais que quantificam as taxas de infiltração em diferentes áreas para complementar o conhecimento existente.
Isso ajudará a complementar os conhecimentos e conhecimentos da equipe existente.
Exemplos que cobrem uma variedade de municípios com diferentes orçamentos e populações são úteis para que os profissionais locais encontrem e consultem estudos semelhantes às suas próprias comunidades.
(por exemplo, o que uma cidade gastou em reparos e substituição de infra-estrutura após uma tempestade, perdas laborais e recreativas devido a infra-estrutura danificada ou destruída) para facilitar uma melhor quantificação dos custos e benefícios dos investimentos em infra-estrutura verde. Fornecer oportunidades de compartilhamento de informações que sejam específicas da avaliação econômica. Webinars, workshops e ferramentas podem ser usados ​​para disseminar o conhecimento existente e responder perguntas.
Forneça os avaliadores locais / comissários para capturar o valor total da infraestrutura verde. Incorporar cobiças em cálculos de ROI, como serviços de ecossistema e fatores de qualidade de vida.
Isso pode incluir projetos em que a infra-estrutura verde oferece um co-benefício com pouco ou nenhum custo adicional (por exemplo, fornecendo acesso à calçada convencional dos Estados Unidos com deficiência [ADA], adicionando um swale para proteção de pedestres que também coleta a água da chuva).
Desenvolva modelos que possam ser usados ​​para avaliar a forma como diferentes métodos e projetos de infra-estrutura verde podem funcionar em uma área e incluem orientação de estimativa de custos.
Desenvolva ferramentas para auxiliar na quantificação de custos e benefícios.
Atualize ou use ferramentas existentes, incluindo a Calculadora Nacional de águas pluviais da EPA, a Calculadora Nacional de Gerenciamento de águas pluviais do Centro para Vizinhança e o Guia de Valor da Estrutura Verde.
Avalie se a infra-estrutura verde poderia ser incluída como medida de controle em sistemas municipais de esgoto de tempestade separados (MS4s). Os MS4s transportam o escoamento das águas pluviais que muitas vezes são descarregados em corpos aquáticos. Desde 1999, até mesmo pequenos MS4s dentro e fora de áreas urbanizadas foram obrigados a obter cobertura de licença do Sistema Nacional de Eliminação de Poluentes. Jurisdições com MS4s podem incluir infraestrutura verde como uma medida de controle. A EPA publicou uma ficha que discute como infra-estrutura verde pode ser integrada nas licenças de águas pluviais e fornece exemplos de comunidades que o fizeram.
Coordenar entre agências federais, estaduais, locais e tribais Envolva o conjunto completo de agências e departamentos, particularmente no nível federal, que afetam ou podem ser afetados por soluções para abordar a mudança das condições climáticas no gerenciamento de águas pluviais. Considere o envolvimento, por exemplo, da FEMA, do Corpo de Engenheiros do Exército, dos Departamentos de Transporte, Parques e Recreação e dos Departamentos Estaduais de Ecologia ou Recursos Naturais. Também incentivar uma "política de porta errada" (ou seja, que dados e informações são compartilhados em portais da web e os recursos são compartilhados entre agências). Sete agências federais se juntaram com organizações não-governamentais e entidades do setor privado para apoiar o Green Infrastructure Collaborative, uma rede para ajudar as comunidades a implementar mais facilmente infraestrutura verde.
A transferência de infra-estrutura de serviços públicos, como as usinas de tratamento e as estações de bombas, para elevações mais elevadas reduziria os riscos de inundações costeiras e exposição como resultado da erosão costeira ou da perda de zonas húmidas.
As barreiras de inundação para proteger a infra-estrutura crítica incluem diques, diques e paredes marinhas. Uma estratégia relacionada é a prova de inundações, que envolve a elevação de equipamentos críticos ou colocá-lo dentro de recipientes impermeáveis ​​ou sistemas de fundação.
O aumento da quantidade de armazenamento de águas subterrâneas disponível promove a recarga quando os fluxos de água da superfície excedem a demanda, aumentando a elasticidade climática durante períodos sazonais ou prolongados de seca e aproveitando as variações sazonais no escoamento superficial da água. Dependendo da recarga de aqüífero natural ou artificial, a infra-estrutura necessária pode incluir bacias de percolação e poços de injeção.
Diversificar fontes ajuda a reduzir o risco de que o abastecimento de água caia abaixo da demanda de água. Exemplos de carteiras de água fonte diversificada incluem o uso de uma mistura variável de água de superfície e águas subterrâneas, empregando dessalinização quando necessário e estabelecendo comércio de água com outros utilitários em tempos de escassez de água ou interrupção do serviço.
O aumento da seca pode reduzir o rendimento seguro dos reservatórios. Para reduzir esse risco, podem ser feitos aumentos no armazenamento disponível. Os métodos para realizar isso podem incluir a criação de uma barragem, o armazenamento e a recuperação do aqüífero, a remoção de sedimentos acumulados em reservatórios ou a diminuição da elevação da ingestão de água.
O aumento do nível do mar, combinado com reduções no escoamento da água doce devido à seca, fará com que o limite de água salgada e água doce se mova mais adiante nos estuários das marés. As mudanças a montante deste limite podem reduzir a qualidade da água dos recursos hídricos superficiais. A instalação de barragens de cabeça baixa em estuários de maré pode impedir esse movimento a montante.
As utilidades de água são um dos principais consumidores de eletricidade nos Estados Unidos. Com a demanda futura de energia elétrica prevista para crescer, pode ocorrer uma escassez de energia localizada. O desenvolvimento de fontes "off-grid" pode ser uma boa estratégia de hedge para deficiências de eletricidade. Além disso, o fornecimento de energia redundante pode fornecer resiliência para situações em que os desastres naturais causam quedas de energia. As fontes no local podem incluir energia solar, vento, microturbinas internas e biogás (ou seja, metano do tratamento de águas residuais). O equipamento elétrico novo e de reserva deve estar localizado acima dos níveis de enchentes potenciais.
Reciclagem de água-cinzenta liberta água mais acabada para outros usos, ampliando o suprimento e diminuindo a necessidade de descarga nas águas receptoras. Receber limitações de qualidade da água pode aumentar devido a secas mais freqüentes. Portanto, para limitar as descargas de águas residuais, o uso de água recuperada em casas e empresas deve ser encorajado.
As utilidades de água são um dos principais consumidores de eletricidade nos Estados Unidos. Com a demanda futura de energia elétrica prevista para crescer, a escassez de energia localizada pode ser experimentada. As medidas de eficiência energética irão economizar em custos de energia e tornar os serviços públicos menos vulneráveis ​​a deficiências de eletricidade devido a altas demandas ou interrupções de serviços decorrentes de desastres naturais.
O uso conjuntivo envolve o uso coordenado e ótimo de águas superficiais e subterrâneas, tanto intra como inter-anualmente. O armazenamento e recuperação do aqüífero é uma forma de uso conjuntivo. Por exemplo, uma utilidade pode armazenar uma fração dos fluxos de água superficial em aquíferos durante os anos úmidos e retirar esta água durante os anos secos quando o fluxo do rio é baixo. Dependendo da recarga de aqüífero natural ou artificial, a infra-estrutura necessária pode incluir bacias de percolação e poços de injeção.
Um aumento na magnitude ou frequência de eventos extremos pode desafiar severamente sistemas de utilidade de água que não foram projetados para suportar eventos intensos. Análises de eventos extremos ou modelagem podem ajudar a desenvolver uma melhor compreensão dos riscos e conseqüências associados a esses tipos de eventos.
A modelagem do aumento do nível do mar e da dinâmica das ondas de tempestade informará melhor a colocação e proteção das infra-estruturas críticas. Modelos genéricos foram desenvolvidos para considerar a subsidência, o aumento global do nível do mar e os efeitos de tempestade na inundação, incluindo o modelo de SLOSH (Sea, Lake e Overland Surges from Hurricanes) da Administração Nacional Oceânica e Atmosférica (NOAA) e a Ferramenta de Resiliência Costeira da Nature Conservancy, entre outros.
Em muitas áreas, o aumento da temperatura da água causará eutrofização e excesso de crescimento de algas, o que reduzirá a qualidade da água potável. A qualidade das fontes de água potável também pode ser comprometida pelo aumento dos sedimentos ou entradas de nutrientes devido a eventos extremos de tempestade. Esses impactos podem ser abordados com planos específicos de gerenciamento de bacias hidrográficas.
Compreender e modelar as condições das águas subterrâneas informará o gerenciamento do aqüífero e as mudanças na quantidade e qualidade de água projetadas. Os dados de monitoramento para o nível da água do aquífero, as mudanças na química e a detecção da intrusão de água salgada podem ser incorporados em modelos para prever a oferta futura. As mudanças climáticas podem levar à diminuição da recarga de águas subterrâneas em algumas áreas devido à redução da precipitação e à diminuição do escoamento.
Mais eventos de tempestades extremas aumentarão a quantidade de infiltração por tempo úmido e entrada em esgotos sanitários e combinados. Os modelos de esgoto podem estimar o impacto desses fluxos climáticos húmidos aumentados no sistema de coleta de águas residuais e na capacidade e operações da planta de tratamento. As modificações potenciais do sistema para reduzir esses impactos incluem medidas de redução da infiltração, capacidade adicional do sistema de coleta, armazenamento off-line ou capacidade adicional de tratamento do tempo úmido.
Para entender como as mudanças climáticas podem afetar o futuro abastecimento de água e a qualidade da água, os modelos hidrológicos, aliados às projeções dos modelos climáticos, devem ser desenvolvidos. É importante trabalhar para uma compreensão de como a distribuição média e temporal (sazonal) dos fluxos de água superficial pode mudar. A recarga de águas subterrâneas, o pacote de neve e o tempo de derretimento de neve são áreas críticas que podem ser severamente afetadas pelas mudanças climáticas e devem ser incorporadas na análise.
Os ecossistemas naturais intactos têm muitos benefícios para os serviços públicos: reduzindo os sedimentos e os insumos de nutrientes nos corpos d'água de origem, regulando o escoamento e fluxo de água, protegendo contra as inundações e reduzindo os impactos das ondas de tempestade e a inundação nas costas (por exemplo, manguezais, pântanos de água salgada, zonas húmidas). Os serviços públicos também podem trabalhar com gerentes de planície de inundação regionais e partes interessadas apropriadas para explorar técnicas não estruturais de gerenciamento de inundações na bacia hidrográfica. Proteger, adquirir e gerenciar ecossistemas em zonas de proteção ao longo de rios, lagos, reservatórios e costas podem ser medidas econômicas para controle de inundações e gerenciamento de qualidade da água.
A infra-estrutura verde pode ajudar a reduzir os fluxos de escoamento e escoamento de águas pluviais que, de outra forma, podem exceder a capacidade do sistema. Exemplos de infra-estrutura verde incluem: áreas de bio-retenção (jardins de chuva), métodos de desenvolvimento de baixo impacto, telhados verdes, swales (depressões para capturar água) e o uso de vegetação ou materiais permeáveis ​​em vez de superfícies impermeáveis.
A gestão das bacias hidrográficas inclui uma série de medidas políticas e técnicas. Estes geralmente se concentram em preservar ou restaurar a cobertura de vegetação da terra em uma bacia hidrográfica e gerenciar o escoamento das águas pluviais. Essas mudanças ajudam a imitar a hidrologia natural das bacias hidrográficas, aumentando a recarga de águas subterrâneas, reduzindo o escoamento e melhorando a qualidade do escoamento.
É fundamental que a futura infra-estrutura de serviços de água seja planejada e construída considerando os futuros riscos de inundação. A infra-estrutura pode ser construída em áreas que não apresentam alto risco de futuras inundações. Alternativamente, podem ser implementados planos adequados de gestão de inundações que envolvem medidas de adaptação "macias", como a conservação de ecossistemas naturais ou medidas "difíceis", como diques e paredes de enchentes.
As zonas húmidas costeiras atuam como buffers para a onda de tempestade. Proteger e compreender a capacidade das zonas húmidas existentes de proteger a infra-estrutura costeira no futuro é importante considerando o aumento projetado do nível do mar e possíveis mudanças na severidade das tempestades.
A frequência e a gravidade do fogo podem mudar no futuro, portanto, é importante desenvolver, praticar e atualizar regularmente planos de gerenciamento para reduzir o risco de incêndio. As queimadas controladas, o desbaste e as plantas daninhas e o controle invasivo das plantas ajudam a reduzir o risco em áreas propensas a incêndios.
O setor elétrico retira a maior quantidade de água nos Estados Unidos, em comparação com outros setores. Qualquer esforço para reduzir o uso de água por utilitários (por exemplo, sistemas de circulação de água em circuito fechado ou resfriamento seco para as turbinas) aumentará o abastecimento de água disponível. Por exemplo, os serviços públicos podem fornecer água recuperada para utilitários elétricos para geração de eletricidade.
A agricultura representa o segundo maior usuário de água nos Estados Unidos em termos de retiradas. A fim de prever e planejar futuras necessidades de abastecimento de água, a demanda agrícola (irrigação) deve ser projetada, particularmente em áreas propensas a seca. Por exemplo, para reduzir a demanda de água agrícola, os serviços públicos podem trabalhar com os agricultores para adotar tecnologia de micro-irrigação avançada (por exemplo, irrigação por gotejamento).
O setor elétrico representa o maior usuário de água nos Estados Unidos em termos de retiradas. Para prever futuras necessidades de abastecimento de água, as mudanças na demanda de eletricidade relacionadas à mudança climática devem ser projetadas.
Um método efetivo e de baixo custo para atender às maiores necessidades de abastecimento de água é implementar programas de conservação da água que reduzirão o desperdício e as ineficiências. O alcance público é um componente essencial de qualquer programa de conservação da água. As comunicações de divulgação normalmente incluem: informações básicas sobre o uso da água doméstica, o melhor horário do dia para realizar atividades intensivas em água, informações e acesso a eletrodomesticos eficientes em água, como sanitários de baixo fluxo, dormitórios e lavadoras de frente. A educação e o alcance também podem ser direcionados para diferentes setores (ou seja, setores comercial, institucional, industrial, público). Programas de conservação eficazes na comunidade incluem aqueles que fornecem descontos ou ajudam a instalar medidores de água, aparelhos de conservação de água, sanitários e tanques de colheita de água da chuva.
O aumento da temperatura da água superficial pode exigir mudanças nos sistemas de tratamento de águas residuais, uma vez que as espécies microbianas usadas podem reagir de forma diferente em ambientes mais quentes. O teste de estresse envolve submeter sistemas biológicos ou simulações de bancada de sistemas a temperaturas elevadas e monitorar os impactos nos processos de tratamento.
As mudanças na precipitação e no tempo de escoamento, juntamente com temperaturas mais elevadas devido a mudanças climáticas, podem levar à diminuição da qualidade da água do reservatório. A qualidade da água do reservatório pode ser mantida ou melhorada por uma combinação de gerenciamento de bacias hidrográficas, para reduzir o escoamento de poluentes e promover a recarga de águas subterrâneas e os métodos de manejo de reservatórios, como a aeração do lago.
O monitoramento é um componente crítico de estabelecer uma medida das condições atuais, detectar a deterioração dos ativos físicos e avaliar quando os ajustes necessários devem ser feitos para prolongar a vida útil da infra-estrutura.
Uma melhor compreensão das condições climáticas proporciona uma utilidade com a capacidade de reconhecer possíveis mudanças nas mudanças climáticas e, em seguida, identificar a necessidade subseqüente de alterar as operações atuais para garantir a oferta e serviços resilientes. As observações de precipitação, temperatura e eventos de tempestade são particularmente importantes para melhorar os modelos de qualidade e quantidade de água projetada.
Compreender e modelar as condições que resultam em inundações é uma parte importante de projetar como as mudanças climáticas podem impulsionar a mudança na ocorrência futura de inundações. Os dados de monitoramento para o nível do mar, precipitação, temperatura e escoamento podem ser incorporados em modelos de inundações para melhorar as previsões. A magnitude atual da inundação e a freqüência dos eventos de tempestade representam uma linha de base para considerar possíveis futuras condições de inundação.
Entender as condições da água superficial e os fatores que alteram quantidade e qualidade é uma parte importante de projetar como as mudanças climáticas podem afetar os recursos hídricos. Os dados de monitoramento para o nível de descarga, derretimento de neve, reservatório ou corrente, o escoamento ascendente, o fluxo de corrente, a temperatura in-stream e a qualidade geral da água podem ser incorporados em modelos de fornecimento projetado ou qualidade de água receptora.
As mudanças na vegetação alteram o escoamento que entra nos corpos d'água da superfície e o risco de incêndios nas instalações dentro da bacia hidrográfica. O monitoramento das mudanças de vegetação pode ser realizado por levantamentos de cobertura terrestre, fotografia aérea ou contando com a pesquisa de grupos locais de conservação e universidades.
Um seguro adequado pode isolar os serviços públicos de perdas financeiras devido a eventos climáticos extremos, ajudando a manter a sustentabilidade financeira das operações de serviços públicos.
Um passo importante no desenvolvimento de um programa de adaptação é o treinamento de pessoal sobre mudanças climáticas. A equipe deve ter uma compreensão básica da ampliação projetada de mudanças na temperatura e precipitação, o aumento na freqüência e magnitude dos eventos climáticos extremos para sua região e como essas mudanças podem afetar os ativos e operações da empresa. A preparação deste treinamento pode melhorar o gerenciamento de utilidade sob condições climáticas atuais também.
Os planos de restauração costeira podem proteger a infra-estrutura de serviços hídricos contra ataques de tempestade prejudiciais, aumentando o habitat protetor de ecossistemas costeiros, como manguezais e zonas húmidas. Os planos de restauração devem considerar os impactos do aumento e desenvolvimento do nível do mar na distribuição futura do ecossistema. Estratégias de sucesso também podem considerar servidões rolando e outras medidas identificadas pelo programa de estuários climáticos da EPA.
Os planos de resposta de emergência (ERPs) descrevem atividades e procedimentos para serviços públicos a seguir em caso de incidente, desde a preparação até a recuperação. Alguns dos eventos extremos considerados em ERPs podem mudar em sua freqüência ou magnitude devido a mudanças no clima, o que pode exigir alterações a esses planos para capturar uma gama mais ampla de possíveis eventos.
Os planos de gerenciamento de energia identificam os sistemas mais críticos de uma instalação, fornecem fontes de energia de backup para esses sistemas e avaliam opções para reduzir o consumo de energia, atualizando equipamentos mais eficientes. As empresas de serviços públicos podem desenvolver planos para produzir energia, reduzir o uso e trabalhar em direção aos objetivos de zero-zero.
Além do estabelecimento do comércio de água em tempos de escassez de água ou interrupções de serviço, esses acordos envolvem o compartilhamento de pessoal e recursos em tempos de emergência (por exemplo, desastres naturais).
Devem ser consideradas medidas operacionais para isolar e proteger os sistemas ou ativos mais vulneráveis ​​em uma utilidade. Por exemplo, as estações de bomba críticas incluem aqueles que atendem uma grande população e aqueles localizados em uma zona de inundação. A proteção desses ativos seria então priorizada com base na probabilidade de danos causados ​​pelas inundações e na conseqüência da interrupção do serviço.
Os planos para construir ou expandir infra-estrutura devem considerar a vulnerabilidade dos locais propostos para inundações no interior, aumento do nível do mar, tempestade e outros impactos associados às mudanças climáticas.
O planejamento efetivo da adaptação requer a cooperação e o envolvimento da comunidade. As utilidades da água se beneficiarão com os esforços de planejamento de mudanças climáticas com os governos locais e regionais, empresas de serviços elétricos e outras organizações locais.
A seca leva a graves pressões sobre o abastecimento de água. Os planos de contingência para a seca incluirão o uso de suprimentos alternativos de água e a adoção de restrições de uso da água para famílias, empresas e outros usuários de água. Estes planos devem ser atualizados regularmente para permanecer consistente com as operações e ativos atuais.
As políticas pós-desastre devem minimizar a interrupção do serviço devido a infra-estrutura danificada. Esses planos de contingência devem ser incorporados em outros esforços de planejamento e atualizados regularmente para permanecerem consistentes com quaisquer mudanças em serviços ou ativos de serviços públicos.
À medida que o nível do mar aumenta, a água salgada pode interferir nos aquíferos costeiros, resultando em custos de tratamento substancialmente mais altos. A injeção de água fresca em aquíferos pode ajudar a atuar como uma barreira, enquanto a intrusão recarrega os recursos das águas subterrâneas.
O aumento do nível do mar e o aumento da tempestade costeira podem causar saídas de águas residuais para o refluxo. Para evitar isso, podem ser necessárias bombas mais fortes.
A variabilidade das precipitações aumentará em muitas áreas. Mesmo em áreas onde a precipitação e o escoamento superficial podem diminuir em média, a distribuição dos padrões de precipitação (isto é, intensidade e duração) pode mudar de forma que afete as infra-estruturas da água. Em particular, mais tempestades extremas podem oprimir os sistemas combinados de águas residuais e águas pluviais.
Os sistemas de tratamento de água existentes podem ser inadequados para processar água de qualidade significativamente reduzida. A melhoria significativa dos processos de tratamento existentes ou a implementação de tecnologias de tratamento adicionais podem ser necessárias para garantir que a qualidade do abastecimento de água (ou efluente) continue a atender aos padrões, uma vez que a mudança climática afeta a fonte ou a qualidade da água recebida.
Temperaturas de superfície mais elevadas podem dificultar o cumprimento das normas de qualidade da água e dos critérios de temperatura. Portanto, para reduzir a temperatura das descargas de águas residuais tratadas, podem ser necessários sistemas de resfriamento de efluentes adicionais.
In areas where streamflow declines due to climate change, water levels may fall below intakes for water treatment plants.
Assemble existing data sets with information such as historic land use, planned development, topography, and location of floodplains. They are often sufficient to support a near-term conversation about how stormwater management may need to change to accommodate changes in climate. Land use has a tremendous effect on climate change impacts on stormwater management; managers can incorporate land use change maps into planning discussions. EPA's Integrated Climate and Land Use Scenarios (ICLUS) project can serve as a resource. Consider updates to data management practices to facilitate use of the best and most recent data.
Use resources to show historical and future trend lines To understand future climate changes, techniques that use historic data, such as analogue events or other sensitivity and threshold information in the historic record, can be used as illustrations (e. g., see the IPCC [Intergovernmental Panel on Climate Change] report Climate Change 2001: Working Group II: Impacts, Adaptation, and Vulnerability, Section 3.5. EPA's SWC and SWMM-CAT provide regional downscaled climate projections. EPA is also developing a web application for visualizing and downloading climate model output .
About Adaptation Strategies.
The adaptation strategies provided on this site are intended to inform and assist communities in identifying potential alternatives. They are illustrative and are presented to help communities consider possible ways to address anticipated current and future threats resulting from the changing climate. In particular, it is important to note:
The strategies presented are NOT a comprehensive or exhaustive list of resiliency or adaptation actions that may be relevant. None of the provided alternatives are likely to be appropriate in all circumstances; the appropriateness of each alternative should be considered in the local context for which it is being considered. The potential strategies are largely drawn from EPA and other federal resources. Before adopting any particular strategy, it should be considered in the context provided by the primary source document from which it originated. Source document(s) are indicated. The presented strategies should not be relied on exclusively in conducting risk assessments, developing response plans, or making adaptation decisions. This information is not a substitute for the professional advice of an environmental or climate change professional or attorney.
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Climate change adaptation strategies water resources management options for smallholder

Author: Eliya Elias Mtupile, Emma T. Liwenga.
Keyword: Gender, Climate Change, Climate Variability, Adaptations, Tanzania.
Abstract: Gender division of roles in agro-pastoral societies of semi-arid parts of Tanzania influence the exposure of women and men into various experiences, skills, knowledge, technology and resources, in similar ways to how they are exposed to climate risks and opportunities. This paper examines gender based vulnerability and adaptation strategies to climate change in these communities. The study was undertaken in two villages of Chamwino District in Tanzania. Data collection involved focus group discussions, key informant interviews and household interviews (5%). Rainfall and temperature data for the past 30 years were also analysed. Indicators of climate change and variability were revealed from both climate and social studies. Annual mean rainfall decreased from 700mm in 1980 to 490mm in 2010 while average temperatures were increasing steadily. The findings indicate that recent climatic changes have favoured pest and diseases, which affects crops, livestock and people. Late onset and early end of rain season were also recorded which lengthened the hot season of the year and early drying of water sources. It was further established that, the change in gendered roles affected women and girls more than men and boys because activities related to chores that are women roles were most affected. Responses to climatic stresses also varied by sex because they had been exposed to different skills and experiences. Lack of resources in female headed households increased severity to impacts and hindered their capacity to overcome stresses.
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The impact of climate change on smallholder and subsistence agriculture.
Edited by William Easterling, Pennsylvania State University, University Park, PA, and accepted by the Editorial Board September 26, 2007 (received for review March 2, 2007)
Some of the most important impacts of global climate change will be felt among the populations, predominantly in developing countries, referred to as “subsistence” or “smallholder” farmers. Their vulnerability to climate change comes both from being predominantly located in the tropics, and from various socioeconomic, demographic, and policy trends limiting their capacity to adapt to change. However, these impacts will be difficult to model or predict because of ( i ) the lack of standardised definitions of these sorts of farming system, and therefore of standard data above the national level, ( ii ) intrinsic characteristics of these systems, particularly their complexity, their location-specificity, and their integration of agricultural and nonagricultural livelihood strategies, and ( iii ) their vulnerability to a range of climate-related and other stressors. Some recent work relevant to these farming systems is reviewed, a conceptual framework for understanding the diverse forms of impacts in an integrated manner is proposed, and future research needs are identified.
Although both are widely used terms, there are surprisingly few published definitions of either “subsistence agriculture” or “smallholder agriculture.” Subsistence farming has been defined by Barnett et al. (1) as “farming and associated activities which together form a livelihood strategy where the main output is consumed directly, where there are few if any purchased inputs and where only a minor proportion of output is marketed.” However, the term is also sometimes used to denote the activity of self-provisioning with agricultural produce or a relative move toward such activity, as in developments in Eastern Europe following the end of the planned economies (2). It is also frequently used in a nontechnical sense to describe the rural poor of developing countries. † Such a usage diverts attention from the fact that market relations have entered deeply into agriculture in virtually all parts of the world, and that many of these farmers' most important problems stem from the terms of their inclusion in the market (3).
“Smallholder agriculture” is used more generally to describe rural producers, predominantly in developing countries, who farm using mainly family labor and for whom the farm provides the principal source of income (4). Definition of “peasants,” for example as given by Ellis (3), are similar but give more emphasis to inclusion in wider economic systems and imperfect markets. “Smallholder and subsistence farmers” is used here to denote these farmers, who can be found on a continuum between subsistence production and concentration on crop production for the market. Definitions by scale are relative to national contexts, and “smallholders” in transitional or developed countries may have farms (and incomes) many times larger than those in developing countries.
Pastoralists, who almost all depend on the sale of livestock and livestock products to buy staple foods and other necessities (5) and people dependent on artisanal fisheries and aquaculture enterprises (6) are also included in this category. All suffer, in varying degrees, similar problems associated with isolation and low levels of technology, but also unpredictable exposure to world markets.
These systems have been characterized as “complex, diverse and risk-prone” (7). Farms are generally small, often held under traditional or informal tenure, and are in marginal or risk-prone environments. Soil-related constraints to productivity are widespread, severe, and increasing (8), although diversity of soils and farmer soil management strategies is also important (9). Production systems are complex and diverse in the combinations of plant and animal species exploited, the types of integration between them, the production objectives and the institutional arrangements for managing natural resources. Risks (10) are also various—drought and flood, crop and animal disease, and market shocks—and may be felt by individual households or entire communities. Smallholder and subsistence farmers and pastoralists often practice hunting/gathering of wild resources as well as crop and livestock production to fulfil energy, clothing, health, and cash income needs as well as direct food requirements (11). They also widely participate in off-farm and/or nonfarm employment (12). Beyond these points, smallholder agriculture is subject to what has been called “the centrality of the social:” its grounding in social relations within households (particularly gender relations) and between households, profoundly affecting the negotiation of production decisions, management of knowledge, and marketing (13).
Given the lack of clear and standardized definitions of these categories, there are few informed estimates of world or regional population of smallholder or subsistence farmers (14). The United Nations Food and Agriculture Organization (FAO), for example, does not publish data disaggregated to these categories. Although not all smallholders, even in developing countries, are poor, data published by international agencies concerned with rural poverty give some idea of the scale of these livelihood systems. According to The International Fund for Agricultural Development (IFAD), 75% of the world's 1.2 billion poor (defined as consuming less than one purchasing-power adjusted dollar per day) live and work in rural areas (15). Earlier IFAD figures (16) suggest that ≈50% of the developing-country rural population were smallholders (farming 3 ha or less of crop land), and ≈25% were landless, which may have included some agricultural laborers, nonpastoralist livestock keepers, and poor people not engaged in agriculture. The proportion of smallholders in sub-Saharan Africa was higher at 73%. ‡ Smallholders are responsible for cultivating a hugely variable proportion of land across developing countries, with figures of >70% of arable and permanent cropland in several West and Southern African and Pacific countries. They are responsible in many countries for very high proportions of food and cash crop production, for example, 90% of rice, wheat, other food crops, cocoa, and cotton in Nigeria (16).
Non-Climate-Related Stressors and Trends.
Subsistence and smallholder livelihood systems currently experience a number of interlocking stressors, other than climate change and climate variability, as outlined in Table 1.
Nonclimate stressors affecting smallholder and subsistence agriculture.
The complex interaction of such stressors in increasing vulnerability can be illustrated with reference to pastoralists of the Horn of Africa and elsewhere. There are debates on whether environmental degradation in such tropical dryland areas is widespread, irreversible or appropriately referred to as “desertification” (25, 26), but there are, at the least, important processes of localized environmental degradation around small towns that are driven by the sedentarization of destitute pastoralists but also further weaken their livelihoods (27). Enclosure of land for farming by outsiders (28) and by pastoralists themselves (29) and demarcation of rangelands as Protected Areas has also been an issue: at the basis of all of these is a lack of government recognition of communal ownership of rangelands and traditional natural resource management (30). Human population increase, long neglected in pastoral studies, has been given new prominence by Sandford (31), who argues that its recognition, alongside other stressors, necessitates a major shift in views on pastoral development, with greater emphasis on diversification away from pastoralism and out-migration from the rangelands. Pastoralists are also subject to market-related stressors: the rapid withdrawal of government and parastatals from direct involvement in livestock purchasing and meat processing in Kenya in the 1980s is still lamented by Kenyan pastoralists (32). Although Horn of Africa pastoralists do not trade directly with Europe or North America, they are heavily involved in trade with Middle Eastern countries, in which they have been highly vulnerable to abrupt import bans on meat and livestock on veterinary grounds (33), in some cases with disputed scientific justification, but also seen as an indicator of a general trend to greater concern of Arab markets with meat quality and safety (34). Although there is a serious lack of information, but some concern, about the impact of HIV/AIDS on these pastoral populations (35), the impacts of armed conflicts, from international wars to quasitraditional raiding, on pastoralists throughout the region are now well known (36). All these, and other stressors, are seen as contributing to an increased vulnerability to drought, which in turn feeds back in to environmental degradation, conflict and underdevelopment of markets (37, 38).
However, all of the populations grouped as smallholder and subsistence farmers, including pastoralists and artisanal fisherfolk, also possess certain important resilience factors: efficiencies associated with the use of family labor (14), livelihood diversity allowing spreading of risks (12), and indigenous knowledge (39) allowing exploitation of risky environmental niches and coping with crises. The combinations of stressors and resilience factors give rise to complex positive and negative livelihood trends, envisaged differently by different authors, and depending largely on policy environments. Rural–urban migration will continue to be important; urban population growth in many large developing country cities is >4% per annum, and rural migrants account for between 35% and 60% of recorded urban population growth (40). Within rural areas, there will be continued diversification away from agriculture (41): nonfarm activities already account for 30–50% of rural income in developing countries (42). Although Vorley (43), Hazell (44), Lipton (14), and Toulmin and Gueye (45) see the possibility, given appropriate policies, of pro-poor growth based on the efficiency and employment generation associated with family farms, it is overall likely that smallholder and subsistence households will decline in numbers, as they are pulled or pushed into other livelihoods, with those that remain suffering increased vulnerability and increased poverty. The decline in numbers and qualitative changes in livelihoods mean that global and regional projections made for the category of smallholder and subsistence farmers will be progressively less meaningful over the medium - and long-term time scales associated with research and modeling on climate change.
Coping and Adaptation.
Smallholder, subsistence, and pastoral systems, especially those located in marginal environments, areas of high variability of rainfall or high risks of natural hazards, are often characterized by livelihood strategies that that have been evolved ( i ) to reduce overall vulnerability to climate shocks (“adaptive strategies”), and ( ii ) to manage their impacts ex-post (“coping strategies”). The distinction between these two categories is however frequently blurred (46): what start as coping strategies in exceptional years can become adaptations for households or whole communities.
Many defining features of dryland livelihoods in Africa and elsewhere can be regarded as adaptive strategies to climate variability. For example, Mortimore and Adams (47) for Northern Nigeria mention five major elements of adaptation:
Allocating farm labor across the season in ways that follow unpredictable intra-season rainfall variations: “negotiating the rain.”
Making use of biodiversity in cultivated crops and wild plants.
Increasing integration of livestock into farming systems (at a cost of increased labor demands).
Working land harder, in terms of labor input per hectare, without increasing external non-labor inputs.
Other authors have mentioned on-farm storage of food and feed, strategic use of fallow, and late planting of legume crops when cereals fail as drought responses—examples from rain-fed areas of Morocco (48).
African pastoralism has evolved in adaptation to harsh environments with very high spatial and temporal variability of rainfall (49). Several recent studies on Northern Kenya and Southern Ethiopia (50–53) reviewed by Morton (54) have focused on the coping strategies used by pastoralists during recent droughts and the longer-term adaptations that underlie them.
Mobility remains the most important pastoralist adaptation to spatial and temporal variations in rainfall, and in drought years many communities make use of fall-back grazing areas unused in “normal” dry seasons because of distance, land tenure constraints, animal disease problems, or conflict. However, encroachment on and individuation of communal grazing lands and the desire to settle to access human services and food aid have severely limited pastoral mobility.
Pastoralists engage in herd accumulation , and most evidence now suggests that this is a rational form of insurance against drought. There is considerable debate on the extent to which pastoralists cope by systematically selling livestock during drought or drought-onset, and why they might not do this, but some evidence that they would sell more stock if markets were more efficient.
Pastoralists classically keep multispecies herds to take advantage of different ecological niches and the labor of men, women, and children. Shifts in the balance of species can occur as responses to climate variability and changes in the environment, market conditions, and availability of labor.
A small proportion of pastoralists now hold some wealth in bank accounts, and others use informal savings and credit mechanisms through shopkeepers.
Pastoralists also use supplementary feed for livestock, purchased or lopped from trees, as a coping strategy, they intensify animal disease management through indigenous and scientific techniques, and they increasingly pay for water from powered boreholes.
Livelihood diversification away from pastoralism in this region predominantly takes the form of shifts into low-income or environmentally unsustainable occupations such as charcoal production, rather than an adaptive strategy to reduce ex-ante vulnerability.
There are a number of intracommunity mechanisms , to distribute both livestock products and the use of live animals to the destitute, but these appear to be breaking down due to high levels of covariate risk within communities.
Shifting to irrigated farming is sometimes seen as a coping strategy in the face of climate variability across the developing world. Eakin (55) describes this for Mexico, but notes that the interaction of market uncertainty with climatic risk may in fact increase the vulnerability of households making this shift. In South Asia, agricultural strategies such as increasing livestock production relative to crops, and selection of crop varieties, are responses to both drought and floods, but several case studies show the importance of livelihood diversification, in the villages and in towns, and both responsively to disaster and proactively (56). These and other studies also show the importance of information and networks or social capital in coping with climate change and variability (57).
The Impacts of Climate Change on Smallholder and Subsistence Agriculture.
Although there has been much recent public discussion of the effects of climate change on rural areas of developing countries, there has been little discussion that both engages with the science of climate change impact on agriculture, and with the specificities of smallholder and subsistence systems. Various tendencies are visible in the literature: firstly quantitative projections of future impacts from modeling studies, at a variety of geographical scales, focusing on key smallholder crops (58, 59) or ecosystems used by smallholder farmers (60), or reviewing data from such studies at a regional level (61). An important example is the work of Jones and Thornton (62), who find that aggregate yields of maize in smallholder rain-fed systems in Africa and Latin America are likely to show a decrease of ≈10% by 2055, but that these results hide enormous variability and give cause for concern, especially in some areas of subsistence agriculture. A development of this approach is that of ILRI (63), producing maps of vulnerability to climate change for sub-Saharan Africa, based on existing geographical data sets of current farming systems and of indicators of socioeconomic vulnerability, and projections of length of growing period, further differentiated by SRES scenario. This analysis highlights “hotspots” for vulnerability: semiarid mixed rain-fed crop-livestock systems in the Sahel, arid and semiarid grazing systems in East Africa and mixed crop-livestock and highland perennial crop systems in the Great Lakes Region.
A second tendency has focused on adaptation, often using qualitative data, and taking the characterization of impacts as a subsidiary and largely straightforward task (64, 65). Such work has often taken recent or current climate variability as a base on which to discuss adaptation, treating it largely as a proxy for future climate change, and some has emphasized the impacts of extreme events, such as tropical storms, which effect agriculture at a gross or landscape-level scale, as well as affecting livelihoods through destruction of housing and physical capital (61, 66).
A conceptual framework is now needed that can understand impacts of climate change on smallholder and subsistence agriculture (and related livelihoods like pastoralism and artisanal fishing) by harnessing the growing understanding of the biological processes involved in climate change impacts on crop and livestock production (67), to the specific features of these livelihoods.
Such a framework should.
recognize the complexity and high location-specificity of these production systems,
incorporate nonclimate stressors on rural livelihoods and their contribution to vulnerability, and.
study three different categories of climate change impact upon smallholder livelihoods:
Biological processes affecting crops and animals at the levels of individual organisms or fields;
Environmental and physical processes affecting production at a landscape, watershed or community level;
Impacts of climate change on human health and on nonagricultural livelihoods.
Complexity and Location Specificity.
Impacts on these systems should be considered in terms of hard to predict compound impacts highly specific to location and livelihood systems in different ecosystems and regions of the world. These livelihood systems are typically complex; they involve a number of crop and livestock species, between which there are interactions—for example, intercropping practices (39) or the use of draught animal power for cultivation (68), and potential substitutions such as alternative crops. Many smallholder livelihoods will also include use of wild resources (11), and nonagricultural strategies, such as use of remittances (12). Coping strategies for extreme climatic events such as drought (46–48, 54, 69) typically involve changes in the relative importance of crops, livestock species and nonagricultural activities, and in interactions between them. Positive and negative impacts on different crops may occur in the same farming system. Agrawala et al. (70) suggest that impacts on maize, the main food crop, will be strongly negative for the Tanzanian smallholder, whereas impacts on coffee and cotton, significant cash crops, may be positive.
Nonclimate Stressors and Vulnerability.
The intrinsic vulnerability of smallholder and subsistence farmers has been discussed above, as have the diverse powerful nonclimate stressors to which they are currently and increasingly subject. All these contribute to a very specific context of high vulnerability and limited adaptive capacity (65). Management of nonclimate stressors, such as poor market access, by governments and development donors, would itself constitute a powerful strategy for assisting adaptation, but some stressors, particularly various forms of environmental degradation, will themselves be influenced by climate change.
Approaches to mapping the combined vulnerability of rural populations to climate change and nonclimate stressors, have been explored for globalization by O'Brien and Leichenko (71) and for HIV/AIDS by Gommes et al. (72)
Biological Processes at Organism and Field Level.
Easterling et al. (67) and relevant articles in this volume show the growing understanding of the direct impacts of changes in temperature, CO 2 , and precipitation on yields of specific food and cash crops and productivity and health of livestock. In particular:
New syntheses of the growing number of regional and global simulation studies of changes in crop yields against temperature suggest that in the tropics, even moderate temperature increases (1–2°C) are likely to have negative impacts on yields of rice, maize, and wheat (the three major cereals worldwide and among smallholder and subsistence farmers). Higher levels of warming will have serious negative impacts on yields of maize and wheat, and less so on rice. Where simulations have included the effects of agronomic adaptation strategies, trends still represent declining yields at all levels of warming.
Increases in temperature may increase irrigation water requirements of major crops, increasing water stress, particularly in Southeast Asia.
The conclusion of the Third Assessment Report of the IPCC (73) of likely significant negative impacts on semiarid rangelands is confirmed, although there are still very few impact studies for tropical grasslands or rangelands. There is also new knowledge on the direct negative effects of thermal stress on productivity, conception rates and health of livestock, that may be relevant to exotic ( Bos taurus ) cattle kept for small-scale dairy production in the tropics (74).
There is evidence of increased risk of crop pests and diseases of crops under climate change, although knowledge of likely impacts in the tropics and on smallholder systems is much less developed. Modeling responses of both pathogens and (where relevant) insect vectors to rising temperatures and changing precipitation is complex, but there is cause for concern over possible spread of major diseases that attack smallholder crops in Africa: e. g., Maize Streak Virus and Cassava Mosaic Virus in areas where rainfall increases, and sorghum head smut (a fungal disease) in areas where rainfall decreases (which would be compounded by farmers switching adaptively to sorghum in areas where maize becomes marginal) (75). For diseases of livestock, modeling studies suggest overall slight declines in habitat suitable for tsetse-transmitted trypanosomiasis and East Coast Fever, although effects will be localized. Increased frequency of floods may increase outbreaks of epizootic diseases such as Rift Valley Fever and African Horse Sickness (76).
A general principle that crosscuts these projections of impacts on crops and livestock species is the increased understanding of the importance of extreme events (67). Increases in frequency of extreme events may go beyond the impacts of mean climate change in lowering long-term yields by damaging crops at particular developmental stages, making the timing of agricultural operations more difficult, and reducing incentives to cultivate (77). Increased frequency of heat waves and heavy precipitation events is regarded as very likely by IPCC Working Group 1 (78) and increased drought regarded as likely. Burke et al. (79) demonstrate the risk of widespread drought in many regions including Africa. Focus on extreme events in much of the literature on developing countries implicitly recognizes that their impacts are likely to be felt more strongly than the impacts of changing means in the medium-term (to 2025), a point made explicitly by Corbera et al. (80).
Environmental and Physical Processes.
Another class of impacts is felt at the level of communities, landscapes, and watersheds, and has been less considered in literature on climate change and agriculture, although there is some overlap with consideration given to extreme events. One such impact is the effects of decreasing snowcap on major irrigation systems involving hundreds of millions of smallholders, particularly in the Indo-Gangetic plain. As a result of warming, less precipitation falling as snow, and earlier spring melting, there will be a shift in peak water supply to winter and early spring and away from the summer months when irrigation is most needed, with likely severe effects in areas where storage capacity cannot be expanded (81). Combined with increased water demand, and preexisting vulnerability of many poorer irrigated farmers, such an impact could be catastrophic.
Also to be included here are effects of climate change on soil fertility and water-holding properties. Global warming and accompanying hydrological changes are likely to affect all soil processes in complex ways, including by accelerated decomposition of organic matter and depression of nitrogen-fixing activity (82). Kundzewicz et al. (83) note the projected increased erosivity of rainfall, and several factors likely to increase the erodibility of soils worldwide.
Other examples of such environmental or larger-scale impacts are the effects of sea level-rise on coastal areas, increased intensity of landfall tropical storms (78), and other forms of environmental impact still being identified, such as increased forest fire risk (70) for the Mount Kilimanjaro ecosystem and remobilization of dunes for semiarid Southern Africa (84).
Nonagricultural Climate Change Impacts.
The above impacts on agriculture will be combined with impacts on human health and ability to provide labor for agriculture, such as increased malaria risk (85), and on important secondary nonfarm livelihood strategies for many rural people in developing countries. One such strategy involves activities connected to tourism, and some negative impacts of climate change on tourism in developing countries have already been projected (86).
The above framework shows how complex and location-specific the projection of climate change impacts on smallholder and subsistence agriculture will be. A further complexity is given by the problem of distinguishing impact and adaptation. These systems are already characterized by constant adaptation to climate variability, which is forming the basis of adaptation to climate change: there will be profound methodological problems in observing or predicting impacts that do not also involve adaptation.
In general, however, the location of a large body of smallholder and subsistence farming households in the dryland tropics gives rise to especial concern over temperature-induced decline in crop yields, and increasing frequency and severity of drought. These lead to the following generalizations:
increased likelihood of crop failure;
increased diseases and mortality of livestock and/or forced sales of livestock at disadvantageous prices (37);
livelihood impacts including sale of other assets, indebtedness, out-migration and dependency on food relief.;
possible feedbacks through unsustainable adaptation strategies into environmental degradation including loss of biodiversity (87); e.
eventual impacts on human development indicators such as health and education.
Implications for Future Research Needs.
Understanding the interactions between the different forms of climate change impact will require further research on a variety of topics, and with a variety of approaches. One need is for modeling work based on a thorough understanding of the complexities of specific real-world smallholder systems. The multiagent modeling of Bharwani et al. is one possible approach here (88). Also important will be increased empirical research on the circumstances under which current strategies to cope with extreme events foster or constrain longer-term adaptation (46). Knowledge of crop responses to climate change also needs to be extended to more crops, livestock, and wild species of interest to smallholders and subsistence farmers, such as tropical rootcrops, sorghum and millet, beverage crops, backyard poultry and pigs, and acacia-based browse systems. A further need is for research on the impacts of climate change on the storage and marketing of smallholder crops: including losses to insect pests and pathogens of crops stored on-farm or by small traders, damage in transport (for example caused by deteriorated rural roads), and indirect costs of being less able to store on farm and more vulnerable to seasonal price swings.
Beyond these needs for research into impacts are needs for research into adaptation. Many of the potential agronomic adaptations identified (67), including improved soil and water conservation, are highly relevant to smallholder and subsistence systems, but require careful interdisciplinary and participatory research. The use of seasonal climate forecasting by smallholders needs to be carefully researched, with due emphases on farmers' ability to access, trust, and respond to forecasts (69, 89).
A further need is to broaden debate by more inclusion of literature from languages other than English, which has been markedly absent so far: the Africa chapter of the Report of the IPCC Working Group II (90), for example, contains only one non-Anglophone reference other than the official communications of Francophone governments to the United Nations Framework Convention on Climate Change (UNFCCC). This is only one aspect of a broader need to open up debates on impacts and adaptation to a wider range of stakeholders, including smallholder and subsistence farmers themselves.
Conclusão.
Smallholder and subsistence farmers will suffer impacts of climate change that will be locally specific and hard to predict. The variety of crop and livestock species produced by any one household and their interactions, and the importance of nonmarket relations in production and marketing, will increase the complexity both of the impacts and of subsequent adaptations, relative to commercial farms with more restricted ranges of crops. Small farm sizes, low technology, low capitalization, and diverse nonclimate stressors will tend to increase vulnerability, but the resilience factors—family labor, existing patterns of diversification away from agriculture, and possession of a store of indigenous knowledge—should not be underestimated.
Social-scientific study of the future impacts of climate change on poor rural people in developing countries has tended to be concerned with the increased frequency of extreme events with generalized impacts. This is understandable given the short to medium term importance of extreme events, and the difficulties of predicting any trends, climate-related or otherwise, in the longer term. However, there now must also be a genuinely interdisciplinary attempt to apply the rapidly growing scientific knowledge of the effects of climate change on crops and livestock to the “complex, diverse and risk-prone” farming systems of developing countries. This will not only improve knowledge of impacts, but just as important, aid in building adaptive capacity at all levels including that of farmers themselves.
*E-mail: j. f.morton gre. ac. uk.
Author contributions: J. F.M. designed research, performed research, analyzed data, and wrote the paper.
The author declares no conflict of interest.
This article is a PNAS Direct Submission. W. E. is a guest editor invited by the Editorial Board.
↵ † One suspects that it was in this sense that the Intergovernmental Panel on Climate Change mandated specific inclusion of “subsistence agriculture” in the Fourth Assessment Report.
↵ ‡ There appears to be some inconsistency between tables in the 1992 IFAD figures, but they do not significantly affect the argument here.
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