Upload
raphael-koster
View
215
Download
1
Embed Size (px)
Citation preview
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
Dagelijks voedsel voor 1 persoon
waterbehoefte
15 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/ha
2 … 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
sla
maïs, graan
haver
wit brood
gerst
rijst (bruin)
suiker (wit)
bloem (wit)
pasta (witte bloem)
rijst (wit)
vlees (vel en benen)
uitgebeende steak0 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 =kg
m³
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 =kg
m³
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 =kg
m³
Deficit irrigatie
Regen-gevoed
irrigatie
deficit irrigatie
ton/ha
2
5
4
neerslag irrigatie
Altiplano in Bolivia
Quinoa (Inka rijst)
Gra
an
oog
st
(ton
/ha)
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
sto
red
so
i l w
ate
r (m
m)
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
CC
CC
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 model
Kalibratie/Validatie
Veldexperimenten
Gekalibreerd model
Simuleert gewasrespons op watertekort
irrigation (I)rainfall (P)
capillaryrise deep
percolation
sto
red
so
i l w
ate
r (m
m)
field capacity
threshold
wilting point
evapo-transpiration
(ET)
(CR)
(DP)0.0
Studie van gewasrespons op watertekort
duur 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
Qu
ino
a (t
on
/ha)
Wat
erp
rod
uct
ivit
eit
(kg
oo
gst
/ m
3 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