De wereld heeft dorst omdat hij honger heeft

De wereld heeft dorst omdat hij honger heeft

Dirk RaesDepartement Aard- en omgevingswetenschappenFac. Bio-ingenieurswetenschappenOktober 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

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

Waterbehoefte voor voedselproductie

Standard oil company

55 gallon (208 liter) vat

Dagelijks voedsel voor 1 persoon

waterbehoefte15 vaten= 3,000

liters

3.5 liter per m2

per dag

Gewas cyclus100 … 200 dagen 3.5 liter/m2.dag x 150

dagen= 500 liter/ m2

= 5,000 x 1000 liter/ha

1 meter1 m

eter

H O2

CO2

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.

3.5 liter/m2.dag x 150 dagen= 500 liter/ m2

= 5,000 x 1000 liter/ha2 … 5 ton/ha2 … 5 x 1000 kg/ha

oogstom 1 kg (oogst) te produceren: is er 1,000 to 2,500 liter water verdampt

CO2

slamaïs, graan

haverwit brood

gerstrijst (bruin)suiker (wit)bloem (wit)

pasta (witte bloem)rijst (wit)

vlees (vel en benen)uitgebeende steak

0 5,000 10,000 15,000 20,000 25,000

hoeveelheid water nodig voor de productie (liter per kilogram)

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

Waterbehoefte voor voedselproductie

De gewaswaterbehoefte wordt gedekt:- effectief gebruikt irrigatiewater - effectieve neerslag

enorme volumes irrigatiewater zijn

verreist

Oogst is vaak beperkt door onbetrouwbare neerslag

0

20

40

60

80

100

17 %

67%83 %

33 %

Voedsel productie

Oppervlaktein productie

irrigatie

regengevoede landbouw

Wereld voedselproductie veel irrigatiewater

nodig

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.

Landbouw70 %

industrie20 %

huishoudelijkevraag10 %

Gemiddelde vraag naar zoutwater3,400 liters per dag per persoon

China2,000 liters per dag per persoon

USA7,000 liters per dag per persoon

60%

10% 30%

landbouw

85%

5%10%

landbouw

1,700 literper dag per persoon

4,200 literper 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 landbouwmeer waterproblemen in gebieden met beperkte watervoorraad

1. De watervraag 2. Het wateraanbod

Beschikbaar zoet water

Inhoud van de lezing

zout water97.5 %

(oceanen) zoet water2.5 %

poolijs75 %

diepe aquifers14 % bruikbaar

11 % (= 0.3 % van totaal)

zoet water

water op aarde

7,500 km3 Jaarlijkse watervraag

45,000 km3

Jaarlijks hernieuwbaar zoetwatervolume op aarde

Wat niet gebruikt wordt, verdwijnt via de rivieren in de oceanen

70 % voeding

waterschaarste ?

10%

20%

Gebieden met fysische en economische waterschaarste (IWMI, 2007)watervraag

watervoorraad=

1/5 van de wereld bevolking

1/2 van de wereld bevolking

1. De watervraag 2. Het wateraanbod

Beschikbaar zoet water Alternatieve zoetwaterbronnen

Inhoud van de lezing

invoer van water

Invoer van water

geen of weinigwaterschaarste wordt acuutfysische waterschaarste economische waterschaarste

Waterschaarste

volume hernieuwbaar zoet watergroter dan behoefte

meer water nodig om voedsel en diensten te produceren dan de aanwezige hoeveelheid hernieuwbaar zoet water

Invoer van water

geen of weinigwaterschaarste wordt acuutfysische waterschaarste economische waterschaarste

Waterschaarste

volume hernieuwbaar zoet watergroter dan behoefte

Invoer water

meer water nodig om voedsel en diensten te produceren dan de aanwezige hoeveelheid hernieuwbaar zoet water

Invoer van water

geen of weinigwaterschaarste wordt acuutfysische waterschaarste economische waterschaarste

Waterschaarste

meer water nodig om voedsel en diensten te produceren dan de aanwezige hoeveelheid hernieuwbaar zoet water

volume hernieuwbaar zoet watergroter dan behoefte

Invoer water virtueel water (voedsel)

1. De watervraag 2. Het wateraanbod

Beschikbaar zoet water Alternatieve zoetwaterbronnen

Inhoud van de lezing

invoer van (virtueel) water vervuiling terugdringen

1. De watervraag 2. Het wateraanbod

Beschikbaar zoet water Alternatieve zoetwaterbronnen

Inhoud van de lezing

invoer van (virtueel) water vervuiling terugdringen afvalwater

Irrigatie met afvalwater

Waterkwaliteit:- Chemische samenstelling- Pathogenen in afvalwater (menselijke blootstelling)

1. De watervraag 2. Het wateraanbod

Beschikbaar zoet water Alternatieve zoetwaterbronnen

Inhoud van de lezing

invoer van (virtueel) water vervuiling terugdringen afvalwater zout water

1. De watervraag 2. Het wateraanbod

Beschikbaar zoet water Alternatieve zoetwaterbronnen

Inhoud van de lezing

invoer van (virtueel) water vervuiling terugdringen afvalwater zout water opvangen van overtollige neerslag

Opslaan van neerslagwater

Opslaan van oppervlakkige afvoer in reservoirs

Opslaan van neerslagwater

Opslaan van neerslagwater

15 meter 15 meter

2 meter

450 m3

Verdamping:4.5 mm/dag = 45 m3 per dag per hectare

Opslaan van oppervlakkige afvoer in reservoirs

Opslaan van neerslagwater

runoff

Opslaan van neerslagwater

Veldbeheer

Beschikbaar zoet water Alternatieve zoetwaterbronnen

Inhoud van de lezing

invoer van (virtueel) water vervuiling terugdringen afvalwater zout water opvangen van overtollige neerslag

x 2

regionaal grote tekorten

beperkt

erg belangrijk, grote mogelijkheden

}

1. De watervraag 2. Het

wateraanbod

Inhoud van de lezing

gewas-waterproductiviteit

oogst(vermarktbaar product)

water verdampt door het gewas

WP =kgm³

1. De watervraag 2. Het wateraanbod 3. Verhogen van de opbrengst per eenheid water

Inhoud van de lezing 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 =kgm³

toediening (5 .. 30 %) transport (10 .. 20 %)

bron

aanvoer

H O2

CO2

verliezen :

oogst

water verdampt (ET)WP = kg/m3

toediening (5 .. 30 %) transport (10 .. 20 %)

bron

aanvoer

H O2

CO2

oogst

water verdampt (ET)WP = kg/m3

verliezen :

Verbetert de gewas waterproductiviteit ( WP)door een verbetering van de irrigatie-efficiëntie ? Water dat verloren wordt gedurende de aanvoer en toedieningvloeit terug naar de bron en is opnieuw beschikbaar

Inhoud van de lezing 1. De watervraag 2. Het wateraanbod 3. Verhogen van de opbrengst per eenheid water

Deficit irrigatie

Verzekeren van goede agronomische toestanden Ontwikkelen van stresstolerante variëteiten Verbeteren van irrigatie-efficiëntie

oogst(vermarktbaar product)

water verdampt door het gewas

WP =kgm³

Deficit irrigatie

Regen-gevoed

irrigatie

deficit irrigatie

ton/ha

2

54

neerslag irrigatie

Altiplano in Bolivia

Quinoa (Inka rijst)

Gra

an o

ogst

(t

on/h

a)

Droog jaar

Nat jaar

Totaal Deficit

neerslag (mm)

Irrigatie (m3/ha)

250

2,600 875

360 360450

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

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 WaterFood and Agricultural Organization of the United Nations

irrigation (I)rainfall (P)

capillaryrise deep

percolation

stor

ed s

oil w

a ter

(mm

)

field capacity

threshold

wilting point

evapo-transpiration

(ET)

(CR)

(DP)0.0

B = WP* x Σ ( )

Canopy development

Root development

Biomass

Zr

time

soil water balanceWP* Water

Productivity

leaf expansion

canopy senescence

root zone expansion

YYield

Tr = Ks Kcb ETo

TrETo

time

CCCC

HI

water stress

water stress

Harvest Index

Klimaat

ETo calculator

Gewas

maximum canopy

senescence

logistic equation

Bodem

Hydraulic Properties Calculator

Veld- en irrigatiebeheer

strooisellagen bemesting bedden en ruggen irrigatie enz.

selectie van veelbelovende strategieën voor veldbeheer uittesten van succesvolle strategieën in andere

regio’s/gewassen formulering van richtlijnen

AquaCrop modelKalibratie/Validatie

Veldexperimenten

Gekalibreerd model

Simuleert gewasrespons op watertekort

irrigation (I)rainfall (P)

capillaryrise deep

percolation

stor

ed s

oil w

ater

(mm

)

field capacity

threshold

wilting point

evapo-transpiration

(ET)

(CR)

(DP)0.0

Studie van gewasrespons op watertekortduur en tijdrovend

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.

Regen-gevoed

irrigatie

condities

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

0 100 200 300 400 500 600 700

R² = 0.80***

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0 100 200 300 400 500 600 700

Qui

noa

(ton/

ha)

Wat

erpr

oduc

tivite

it (k

g oo

gst /

m3 w

ater

)

Gewas verdamping

Gewas verdamping

QuinoaBoliviaanse hoogvlakte

Deficit irrigatie strategie

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 landbouwersassociatiesMet 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