Technologies for adaptation of agriculture to climate change in Kyrgyzstan

Abstract

Climate change significantly impacts agricultural productivity, especially in arid regions such as Kyrgyzstan. The cultivation of drought-resistant crops and the introduction of innovative agricultural technologies are key measures to ensure the sustainability of the agricultural sector. The study aimed to assess the efficiency of growing drought-tolerant crops (sorghum, chickpea and millet) in Kyrgyzstan, as well as to analyse the impact of modern technologies, such as drip irrigation, on productivity and efficiency of water use. The study was conducted during two growing seasons (2023–2024) in an experimental field in Kyrgyzstan. Yields were determined by harvesting 1 m2 plots and then converting to hectare. Water use was measured using Delta-T Devices soil moisture meters (10, 20 and 30 cm depths). Water use efficiency (WUE) was calculated as the ratio of crop yield to water use. Crop conditions were monitored using DJI Agras T30 drones and Sentinel-2 satellite imagery. The results of the study confirmed the high performance of sorghum and pearl millet under drought conditions. Sorghum showed the highest yield of 4.2 tonnes/ha due to its well-developed root system and ability to use moisture efficiently. Millet showed the best WUE – 0.9 kg/m3 – and the lowest water use (4000 litres/ha), making it an optimal crop for water-stressed regions. Chickpea, despite its lower yield (1.8 t/ha), proved promising due to its nitrogen-fixing properties that improve soil fertility. The use of drip irrigation reduced water consumption by 20–30%, ensuring stable yields even under water deficit conditions. Monitoring using drones and moisture meters helped to optimise irrigation, improving the accuracy of water management. The study confirmed the efficacy of sorghum and pearl millet as key crops for arid regions, and the feasibility of integrating drip irrigation to improve agricultural sustainability. The results of the study provided science-based recommendations for farmers and policymakers on the introduction of drought-resistant crops and modern agricultural technologies in Kyrgyzstan, which will contribute to food security and sustainability of the agricultural sector under climate change conditions.

Зміни клімату суттєво впливають на продуктивність сільського господарства, особливо в регіонах із посушливими умовами, таких як Киргизстан. Вирощування посухостійких культур та впровадження інноваційних агротехнологій є ключовими заходами для забезпечення стійкості аграрного сектору. Метою дослідження була оцінка ефективності вирощування посухостійких культур (сорго, нуту та проса) в умовах Киргизстану, а також аналіз впливу сучасних технологій, таких як краплинне зрошення, на продуктивність та ефективність використання водних ресурсів. Дослідження проводилося протягом двох вегетаційних сезонів (2023–2024 роки) на експериментальному полі в Киргизстані. Урожайність визначали шляхом збирання врожаю з ділянок площею 1 м2 і подальшого перерахунку на гектар. Водоспоживання вимірювали з використанням ґрунтових вологомірів Delta-T Devices (глибини 10, 20 і 30 см). Коефіцієнт ефективності використання води (WUE) розраховувався як співвідношення врожайності до обсягу водоспоживання. Моніторинг стану посівів здійснювався за допомогою дронів DJI Agras T30 та супутникових знімків Sentinel-2. Результати дослідження підтвердили високу ефективність сорго та проса в умовах посухи. Сорго продемонструвало найвищу врожайність – 4,2 т/га – завдяки розвиненій кореневій системі та здатності ефективно використовувати вологу. Просо показало найкращий WUE – 0,9 кг/м3 – і найнижче водоспоживання (4000 л/га), що робить його оптимальною культурою для регіонів із дефіцитом водних ресурсів. Нут, незважаючи на нижчу врожайність (1,8 т/га), виявився перспективним завдяки своїм азотфіксувальним властивостям, які покращують родючість ґрунту. Застосування крапельного зрошення дало змогу знизити водоспоживання на 20–30%, забезпечуючи стабільний рівень врожайності навіть в умовах дефіциту води. Моніторинг з використанням дронів і вологомірів сприяв оптимізації зрошення, підвищуючи точність управління водними ресурсами. Дослідження підтвердило ефективність вирощування сорго та проса як ключових культур для посушливих регіонів, а також доцільність інтеграції краплинного зрошення для підвищення стійкості сільського господарства. Результати роботи надають науково обґрунтовані рекомендації для фермерів і політиків щодо впровадження посухостійких культур і сучасних агротехнологій у Киргизстані, що сприятиме продовольчій безпеці та стійкості аграрного сектору в умовах зміни клімату.