शब्द ‘टिपिंग पॉइंट’ वर्तमान में प्राकृतिक प्रणालियों का वर्णन करने के लिए उपयोग किया जा रहा है जो महत्वपूर्ण और संभावित रूप से विनाशकारी परिवर्तन (बार्नोस्की एट अल। 2012) के कगार पर हैं। कृषि खाद्य उत्पादन प्रणालियों को प्रमुख पारिस्थितिक सेवाओं में से एक माना जाता है जो एक टिपिंग बिंदु तक पहुंच रहे हैं, क्योंकि जलवायु परिवर्तन तेजी से नई कीट और बीमारी के जोखिम, चरम मौसम की घटनाएं और उच्च वैश्विक तापमान उत्पन्न करता है। खराब भूमि प्रबंधन और मिट्टी संरक्षण प्रथाओं, मिट्टी के पोषक तत्वों की कमी और महामारी के जोखिम से भी विश्व खाद्य आपूर्ति की धमकी दी जाती है।
कृषि विस्तार के लिए उपलब्ध कृषि योग्य भूमि सीमित है, और पिछले कुछ दशकों में कृषि उत्पादकता में वृद्धि मुख्य रूप से वृद्धि हुई फसल तीव्रता और बेहतर फसल की पैदावार के रूप में कृषि भूमि के विस्तार के लिए विरोध के परिणामस्वरूप है (उदाहरण के लिए फसल उत्पादन में लाभ का 90% एक परिणाम दिया गया है उत्पादकता में वृद्धि की, लेकिन भूमि विस्तार के कारण केवल 10%) (एलेक्जेंडराटोस और ब्रुइन्समा 2012; श्मिद्हुबर 2010)। वैश्विक जनसंख्या का अनुमान है कि 2050 (ब्रिंगजू एट अल। 2014) तक 8.3-10.9 अरब लोगों तक पहुंचने का है, और यह बढ़ती हुई विश्व आबादी, कुल मिलाकर प्रति व्यक्ति खपत में इसी वृद्धि के साथ, नई सामाजिक चुनौतियों की एक विस्तृत श्रृंखला बन गई है। संयुक्त राष्ट्र कन्वेंशन टू डेसर्टिफिकेशन (UNCCD) Global Land Outlook Working Paper 2017 रिपोर्ट में खाद्य उत्पादन (थॉमस एट अल। 2017) को प्रभावित करने वाले रुझान चिंताजनक नोट भूमि गिरावट, जैव विविधता और पारिस्थितिकी प्रणालियों की हानि, और पर्यावरण तनाव के जवाब में लचीलापन में कमी, के रूप में अच्छी तरह से खाद्य उत्पादन और मांग के बीच एक चौड़ा खाड़ी के रूप में। खाद्य आपूर्ति के असमान वितरण के परिणामस्वरूप भोजन की अपर्याप्त मात्रा, या वैश्विक आबादी के हिस्से के लिए पर्याप्त पोषण गुणवत्ता के भोजन की कमी होती है, जबकि दुनिया के अन्य हिस्सों में अधिक खपत और मोटापे से संबंधित बीमारियां तेजी से आम हो गई हैं। दुनिया के कुछ हिस्सों में भूख और कुपोषण का यह असंतुलित जुड़ाव, खाद्य अपशिष्ट और दूसरों में अधिक खपत के साथ, जटिल पारस्परिक कारकों को दर्शाता है जिसमें राजनीतिक इच्छाशक्ति, संसाधन की कमी, भूमि सामर्थ्य, ऊर्जा और उर्वरक की लागत, परिवहन बुनियादी ढांचे और कई शामिल हैं खाद्य उत्पादन और वितरण को प्रभावित करने वाले अन्य सामाजिक आर्थिक कारक
खाद्य सुरक्षा के दृष्टिकोण की हालिया पुन: परीक्षाओं ने यह निर्धारित किया है कि वैश्विक संसाधन प्रणालियों (स्कॉट एट अल। 2015) के बीच बातचीत को प्रभावी ढंग से समझने, विश्लेषण करने और प्रबंधित करने के लिए ‘जल-ऊर्जा खाद्य स’ दृष्टिकोण की आवश्यकता है। नेक्सस दृष्टिकोण संसाधन आधार - भूमि, जल, ऊर्जा, पूंजी और श्रम की अंतर-क्षेत्रीय परामर्श और सहयोग को अपने चालकों के साथ स्वीकार करता है, और विभिन्न संसाधन उपयोगकर्ता लक्ष्यों और हितों को संतुलित करने के लिए अंतर-क्षेत्रीय परामर्श और सहयोग को प्रोत्साहित करता है। इसका उद्देश्य खाद्य सुरक्षा प्राप्त करने के लिए पारिस्थितिकी तंत्र अखंडता को बनाए रखने के दौरान समग्र लाभ को अधिकतम करना है। सतत खाद्य उत्पादन के लिए संसाधनों के कम उपयोग की आवश्यकता होती है, विशेष रूप से, पानी, भूमि और जीवाश्म ईंधन जो जनसंख्या वृद्धि के संबंध में सीमित, महंगा और अक्सर खराब वितरित होते हैं, साथ ही साथ मौजूदा संसाधनों जैसे कि उत्पादन प्रणालियों के भीतर पानी और पोषक तत्वों की रीसाइक्लिंग अपशिष्ट कम से कम।
इस अध्याय में, हम खाद्य सुरक्षा के संबंध में मौजूदा चुनौतियों की एक श्रृंखला पर चर्चा करते हैं, संसाधन सीमाओं और तरीकों पर ध्यान केंद्रित करते हैं कि नई प्रौद्योगिकियों और एक्वापोनिक्स जैसे अंतःविषय दृष्टिकोण स्थायी विकास के लिए संयुक्त राष्ट्र के लक्ष्यों के संबंध में जल-फूडेनर्जी नेक्सस को संबोधित करने में मदद कर सकते हैं। हम बढ़ते पोषक तत्व रीसाइक्लिंग, पानी की खपत में कमी और गैर-नवीकरणीय ऊर्जा के साथ-साथ कृषि के लिए सीमांत या अनुपयुक्त भूमि पर खाद्य उत्पादन में वृद्धि की आवश्यकता पर ध्यान केंद्रित करते हैं।