De wereld heeft dorst omdat hij honger heeft Dirk Raes Departement Aard- en omgevingswetenschappen Fac. Bio-ingenieurswetenschappen Oktober 2010

Inhoud van de lezing 1. De watervraag 2. Het wateraanbod 3. Verhogen van de opbrengst per eenheid water 4. Softwaremodellen om richtlijnen te formuleren

Waterbehoefte voor voedselproductie De mens drinkt gemiddeld 2 liter water per dag Maar om zijn voedsel te produceren is er dagelijks 3,000 liter water per persoon nodig

Standard oil company 55 gallon (208 liter) vat

Dagelijks voedsel voor 1 persoon waterbehoefte 15 vaten = 3,000 liters

3.5 liter/m2.dag x 150 dagen = 500 liter/ m2 = 5,000 x 1000 liter/ha Gewas cyclus 100 … 200 dagen 3.5 liter per m2 per dag 1 meter 1 meter

Verdamping is de afvoer van waterdamp naar de atmosfeer via kleine openingen (huidmondjes) in de bladeren. Tegelijk wordt er via de huidmondjes ook CO2 opgenomen. Het gas wordt door fotosynthese omgezet in carbohydraten die de bouwstenen vormen voor de biomassa van de planten.

CO2 oogst om 1 kg (oogst) te produceren: 3.5 liter/m2.dag x 150 dagen = 500 liter/ m2 = 5,000 x 1000 liter/ha CO2 2 … 5 ton/ha 2 … 5 x 1000 kg/ha oogst om 1 kg (oogst) te produceren: is er 1,000 to 2,500 liter water verdampt

Waterbehoefte voor voedselproductie De mens drinkt gemiddeld 2 liter water per dag Maar om zijn voedsel te produceren is er dagelijks 3,000 liter water per persoon nodig

De gewaswaterbehoefte wordt gedekt: effectief gebruikt irrigatiewater effectieve neerslag enorme volumes irrigatiewater zijn verreist Oogst is vaak beperkt door onbetrouwbare neerslag

veel irrigatiewater nodig regengevoede landbouw Wereld voedselproductie veel irrigatiewater nodig irrigatie regengevoede landbouw Oogsten vaak beperkt

Inhoud van de lezing 1. De watervraag Waterbehoefte voor voeselproductie Vraag naar zoet water

Het globale waterverbruik De productie van voedsel- en vezelgewassen maakt aanspraak op het grootste deel van de wereldvoorraad aan zoet water gestockeerd in rivieren, meren en grondwater.

Gemiddelde vraag naar zoutwater 3,400 liters per dag per persoon China 2,000 liters per dag per persoon 1,700 liter per dag per persoon USA 7,000 liters per dag per persoon 4,200 liter per dag per persoon

Verwachtingen voor de komende 50 jaar sterke stijging van de wereldbevolking welvaart neemt toe Vraag naar voedsel verdubbelt uitbreiding landbouwareaal degradatie milieu, achteruitgang biodiversiteit, politieke spanningen areaaluitbreiding geïrrigeerde landbouw meer water problemen in gebieden met beperkte watervoorraad

Inhoud van de lezing 1. De watervraag 2. Het wateraanbod Beschikbaar zoet water

waterschaarste ? 45,000 km3 10% 7,500 km3 20% 70 % voeding Jaarlijks hernieuwbaar zoetwatervolume op aarde 10% 7,500 km3 Jaarlijkse watervraag 20% 70 % voeding Wat niet gebruikt wordt, verdwijnt via de rivieren in de oceanen waterschaarste ?

Gebieden met fysische en economische waterschaarste (IWMI, 2007) watervraag = watervoorraad 1/5 van de wereld bevolking 1/2 van de wereld bevolking

Inhoud van de lezing 1. De watervraag 2. Het wateraanbod Beschikbaar zoet water Alternatieve zoetwaterbronnen invoer van water

Invoer van water volume hernieuwbaar zoet water groter dan behoefte Waterschaarste geen of weinig waterschaarste wordt acuut fysische waterschaarste economische waterschaarste meer water nodig om voedsel en diensten te produceren dan de aanwezige hoeveelheid hernieuwbaar zoet water

Invoer van water Invoer water volume hernieuwbaar zoet water groter dan behoefte Invoer water Waterschaarste geen of weinig waterschaarste wordt acuut fysische waterschaarste economische waterschaarste meer water nodig om voedsel en diensten te produceren dan de aanwezige hoeveelheid hernieuwbaar zoet water

Invoer van water Invoer water virtueel water (voedsel) volume hernieuwbaar zoet water groter dan behoefte Invoer water virtueel water (voedsel) Waterschaarste geen of weinig waterschaarste wordt acuut fysische waterschaarste economische waterschaarste meer water nodig om voedsel en diensten te produceren dan de aanwezige hoeveelheid hernieuwbaar zoet water

Inhoud van de lezing 1. De watervraag 2. Het wateraanbod Beschikbaar zoet water Alternatieve zoetwaterbronnen invoer van (virtueel) water vervuiling terugdringen

Inhoud van de lezing 1. De watervraag 2. Het wateraanbod Beschikbaar zoet water Alternatieve zoetwaterbronnen invoer van (virtueel) water vervuiling terugdringen afvalwater

Irrigatie met afvalwater Waterkwaliteit: Chemische samenstelling Pathogenen in afvalwater (menselijke blootstelling)

Inhoud van de lezing 1. De watervraag 2. Het wateraanbod Beschikbaar zoet water Alternatieve zoetwaterbronnen invoer van (virtueel) water vervuiling terugdringen afvalwater zout water

Inhoud van de lezing 1. De watervraag 2. Het wateraanbod Beschikbaar zoet water Alternatieve zoetwaterbronnen invoer van (virtueel) water vervuiling terugdringen afvalwater zout water opvangen van overtollige neerslag

Opslaan van neerslagwater

Opslaan van neerslagwater Opslaan van oppervlakkige afvoer in reservoirs

Opslaan van neerslagwater Opslaan van oppervlakkige afvoer in reservoirs Verdamping: 4.5 mm/dag = 45 m3 per dag per hectare 15 meter 15 meter 450 m3 2 meter

Opslaan van neerslagwater runoff

Opslaan van neerslagwater Veldbeheer

} Inhoud van de lezing x 2 beperkt 1. De watervraag 2. Het wateraanbod Beschikbaar zoet water Alternatieve zoetwaterbronnen regionaal grote tekorten } invoer van (virtueel) water vervuiling terugdringen afvalwater zout water opvangen van overtollige neerslag beperkt erg belangrijk, grote mogelijkheden

Inhoud van de lezing kg m³ WP = oogst 1. De watervraag 2. Het wateraanbod 3. Verhogen van de opbrengst per eenheid water gewas-waterproductiviteit oogst (vermarktbaar product) water verdampt door het gewas WP = kg m³

Inhoud van de lezing kg m³ WP = oogst 1. De watervraag 2. Het wateraanbod 3. Verhogen van de opbrengst per eenheid water Verzekeren van goede agronomische toestanden Ontwikkelen van stresstolerante variëteiten Verbeteren van irrigatie-efficiëntie oogst (vermarktbaar product) water verdampt door het gewas WP = kg m³

WP = bron oogst kg/m3 water verdampt (ET) verliezen : toediening (5 .. 30 %) transport (10 .. 20 %) aanvoer bron

WP = bron oogst kg/m3 water verdampt (ET) verliezen : toediening (5 .. 30 %) transport (10 .. 20 %) aanvoer bron Verbetert de gewas waterproductiviteit ( WP) door een verbetering van de irrigatie-efficiëntie ? Water dat verloren wordt gedurende de aanvoer en toediening vloeit terug naar de bron en is opnieuw beschikbaar

Inhoud van de lezing kg m³ WP = oogst 1. De watervraag 2. Het wateraanbod 3. Verhogen van de opbrengst per eenheid water Verzekeren van goede agronomische toestanden Ontwikkelen van stresstolerante variëteiten Verbeteren van irrigatie-efficiëntie Deficit irrigatie oogst (vermarktbaar product) water verdampt door het gewas WP = kg m³

Deficit irrigatie 2 5 4 ton/ha Regen-gevoed irrigatie deficit neerslag irrigatie Regen-gevoed 2 5 irrigatie deficit irrigatie 4

Altiplano in Bolivia

Quinoa (Inka rijst)

Graan oogst (ton/ha) neerslag (mm) Totaal Deficit Irrigatie (m3/ha) Droog jaar Nat jaar neerslag (mm) 360 360 250 450 Totaal Deficit Irrigatie (m3/ha) 2,600 875

Resultaten tonen aan dat hoge opbrengsten kunnen bekomen worden met deficit irrigatie

Resultaten tonen aan dat hoge opbrengsten kunnen bekomen worden met deficit irrigatie, met slechts de helft of zelfs 1/3 van het irrigatiewater dat vandaag wordt gebruikt.

Inhoud van de lezing 1. De watervraag 2. Het wateraanbod 3. Verhogen van de opbrengst per eenheid water 4. Softwaremodellen om richtlijnen te formuleren

Simulaties worden uitgevoerd met wiskundige modellen die een vereenvoudigde voorstelling geven van een bepaald systeem, dat een deel is van de werkelijkheid, dat de ingenieur wenst te onderzoeken

AquaCrop Crop Water Productivity Model Natural Resources Division: Land and Water Food and Agricultural Organization of the United Nations

Y Tr = Ks Kcb ETo B = WP* x Σ ( ) Zr CC Tr ETo HI CC leaf expansion CC canopy senescence Canopy development CC time Tr = Ks Kcb ETo soil water balance WP* Water Productivity water stress Tr ETo B = WP* x Σ ( ) root zone expansion water stress HI Root development time Harvest Index Y Zr Yield Biomass

Klimaat ETo calculator

Gewas logistic equation maximum canopy senescence

Hydraulic Properties Calculator Bodem Hydraulic Properties Calculator

Veld- en irrigatiebeheer strooisellagen bemesting bedden en ruggen irrigatie enz.

Veldexperimenten Gekalibreerd model AquaCrop model Studie van gewasrespons op watertekort duur en tijdrovend Gekalibreerd model selectie van veelbelovende strategieën voor veldbeheer uittesten van succesvolle strategieën in andere regio’s/gewassen formulering van richtlijnen AquaCrop model Simuleert gewasrespons op watertekort Kalibratie/Validatie

condities Regen-gevoed irrigatie Het model kan gebruikt worden voor: ontwikkelen van irrigatie strategieën voor droge streken analyseren van het effect van bodemtype, plantdatum, … bestuderen van het effect van veldbeheer onderzoeken van de impact van klimaatsverandering enz.

Deficit irrigatie strategie 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 100 200 300 400 500 600 700 R² = 0.80*** Quinoa (ton/ha) Gewas verdamping Quinoa Boliviaanse hoogvlakte 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 100 200 300 400 500 600 700 Waterproductiviteit (kg oogst / m3 water) Deficit irrigatie strategie Gewas verdamping

Socio-economische impact van deficit irrigation van quinoa Comunidad Huanaque Socio-economische impact van deficit irrigation van quinoa in een dorp in de Altiplano

Met het model kunnen richtlijnen geformuleerd worden voor mensen in de praktijk, zoals voorlichtingsdiensten overheidsagentschappen NGO’s en landbouwersassociaties Met deze richtlijnen zullen landbouwers meer voedsel kunnen produceren met minder water

Inhoud van de lezing 1. De watervraag 2. Het wateraanbod 3. Verhogen van de opbrengst per eenheid water 4. Softwaremodellen om richtlijnen te formuleren

Dank voor Uw aandacht