Die Wasserknappheit wird aufgrund des Klimawandels voraussichtlich häufiger und intensiver auftreten, wodurch die Wasserkonkurrenz zunimmt und die Nahrungsmittelproduktion gefährdet wird. Höhere Temperaturen und längere Dürren können auch die Wasserverfügbarkeit der Tierhaltung beeinflussen. In Folge dessen kann es zu einer Verringerung des Futterangebots und damit zu einer Beeinträchtigung der Produktion kommen. Auch aus diesem Grund sind nachhaltige und resiliente Produktionssysteme erforderlich, um den Nahrungsmittelbedarf einer wachsenden Bevölkerung zu decken. Auf Pflanzenproduktion und Tierhaltung entfallen 72 % der weltweit entnommenen Wassermenge. Der Löwenanteil des Wasserbedarfs in der Tierhaltung besteht bei der Futtermittelproduktion. Weiterhin wird Wasser für die Trinkwasserbereitstellung sowie für die Reinigung und die Kühlung der Ställe benötigt. Tierproduktionssysteme müssen zukünftig mit betrieblichen Maßnahmen die Wasserressourcen besser ausnutzen. Die Steigerung der Wasserproduktivität in der Pflanzenproduktion und der Tierhaltung durch eine integrierte Bewirtschaftung und Steuerung der eingesetzten Wasserressourcen sind hierfür von entscheidender Bedeutung. Die Wasserproduktivität beschreibt das Verhältnis von Output zu Input: das Verhältnis von Output (z. B. kg Milch) zu produktivem Wasserinput (z. B. m³ Transpiration). Das Wasserinput umfasst den direkten Wassereinsatz und den indirekten Wassereinsatz, z.B. für zugekaufte Futtermittel. Die Ermittlung der Wasserproduktivität wird vor allem bei der Bewertung von landwirtschaftlichen Maßnahmen zur Verbesserung des Niederschlags- und technischen Wassereinsatzes in der Tier- und Pflanzenproduktion benötigt. Zur Steigerung der Wasserproduktivität und auch um die Umweltwirkungen der Tierhaltungssysteme zu verringern, bedarf es einheitlicher Methoden. Im Jahr 2019 hat die Food and Agriculture Organization of the United Nations (FAO) mit dem Livestock Environmental Assessment and Performance (LEAP) Partnership Richtlinien für die Bewertung der Wassernutzung in Tierproduktionssystemen und zugehöriger Lieferketten veröffentlicht. Zielsetzung ist die Ermittlung der Wasserflüsse auf betrieblicher Ebene, um einerseits die Wasserproduktivität zu ermitteln und andererseits den Beitrag der Tierhaltung zu einer möglichen Wasserknappheit zu bewerten. In dieser kumulativen Dissertationen werden die Ergebnisse der ersten Anwendung dieser Leitlinien der FAO in landwirtschaftliche Betriebe in Brasilien vorgestellt. In referierten Fachzeitschriften wurden bereits drei Originalarbeiten veröffentlicht. Im Rahmen der drei Veröffentlichungen wurde die Wasserproduktivität wurde für 115 Betriebe (Schweine-, Geflügel- und Milchviehbetriebe) im Einzugsgebiet des Lajeado Tacongava in Südbrasilien berechnet, wobei die Auswirkungen der Viehzucht auf die Wasserknappheit bewertet wurden. Die Ergebnisse der ersten und zweiten bereits veröffentlichten Originalarbeiten zeigen den großen Einfluss von Futtermitteln auf die Wasserproduktivität tierischer Erzeugnisse. Die Ergebnisse unterstreichen daher die Notwendigkeit einer engen Zusammenarbeit zwischen Pflanzenproduktion und Tierhaltung. Die Niederschlagswasserproduktivität der Futterproduktion muss verbessert werden, um das Management der Tierernährung zu optimieren. Darüber kann eine höhere Wasserproduktivität der Tierhaltung insgesamt erreicht werden. In Milchviehbetrieben zeigen die Ergebnisse, dass die Wasserproduktivität direkt von den Indikatoren für eine höhere Milchproduktivität des Betriebs abhängt, unabhängig von der Art des Produktionssystems, und unterstreichen die Bedeutung der Bewertung dieses Indikators WP auf Betriebsebene. Die dritte Veröffentlichung standen die Umweltauswirkungen der Wassernutzung der Tierhaltung im Fokus. Die Bewertung der Auswirkungen der Wassernutzung ergab eine geringe Wasserknappheit im untersuchten Wassereinzugsgebiet. Die Wasserknappheit ist nicht alarmierend, selbst bei den Szenarien mit geringerer Verfügbarkeit von Wasser. Die Produktion von Schweinen wies den größten „Fußabdruck der Wasserknappheit“ im Wassereinzugsgebiet auf, gefolgt von der Milch- und Geflügelproduktion. Diese Dissertation trägt dazu bei, das Wissen über die Wasserflüsse, die Wasserproduktivität der Schweine- und Geflügelproduktion und die Milchproduktion in verschiedenen Produktionssystemen auf betrieblicher Ebene zu erweitern. Es sind die ersten Berechnungen der Wasserproduktivität dieser Tierproduktionssysteme in brasilianischen Betrieben und die erste Bewertung der Auswirkungen der Wasserknappheit in der Tierproduktion in einem brasilianischen Einzugsgebiet. Zudem wurde das Land Brasilien damit in die internationale wissenschaftliche Diskussion zu diesem Thema eingeführt. Die LEAP-Richtlinien der FAO wurden in dieser ersten Studie in Brasilien erfolgreich angewandt. Auf der Grundlage der Ergebnisse wird eine breite Anwendung der Leitlinien empfohlen, um die Berechnung von zuverlässigen und vergleichbaren Ergebnissen zu gewährleisten und die Entscheidungsfindung von Regierung, Wirtschaft und Gesellschaft im Hinblick auf eine resiliente und nachhaltige landwirtschaftliche Produktionssysteme zu unterstützen. / Water shortages caused by persistent and severe droughts and changes in rainfall patterns are expected to be more frequent and intense due to climate change, increasing water competition and posing food production at risk. Therefore, sustainable and resilient food systems are needed to meet the demand of a growing population. Plant production and animal husbandry account for 72% of the water withdrawn worldwide. Most water consumed in livestock production is for animal feed production. Water is also needed to provide drinking water and to clean and cool the stables. In this context, increasing agriculture and livestock water productivity (WP) is crucial, along with integrated management and governance of water resources. WP describes the ratio of output (e.g. kg milk) to water input (e.g. m³ evapotranspiration). Water input includes direct (e.g. water intake) and indirect (e.g., water for purchased feed) water use. WP calculations are used primarily in evaluating agricultural measures to improve rainfall and technical WP in livestock and crop production. Consistent methods are needed to increase WP and also to reduce the water-related environmental impact of livestock systems. Recently, the Food and Agriculture Organization of the United Nations (FAO), through the Livestock Environmental Assessment and Performance (LEAP) Partnership, launched reference guidelines for assessing water use in livestock production systems and supply chains. The FAO LEAP guidelines aim to understand the water flows on a farm scale and evaluate the contribution of livestock activities to water scarcity, supporting the identification of opportunities to reduce the potential water use impacts in this sector. This cumulative thesis presents the results of the first application of the FAO LEAP guidelines on farms located in Brazil. Three original publications were published in peer-reviewed journals. The WP was calculated based on primary data collected on 115 farms (pig, poultry and dairy) located within the Lajeado Tacongava watershed in southern Brazil, where the water scarcity impact associated with livestock production was assessed. The results of the first two original papers published show the high influence of feed production on the WP of animal products. Therefore, the results emphasize the need for close cooperation between feed production and livestock production to improve WP. Rainfall WP of feed production can be improved to optimize animal nutrition management. In addition, higher livestock WP can be achieved. In dairy farms, results indicate that WP is directly dependent on dairy productivity indicators of the farm, regardless the type of production system, and reinforce the importance of assessing this indicator on a farm scale. In the third publication, the environmental impact of water use in livestock production was investigated. The water scarcity impact assessment demonstrated a low water scarcity in the watershed and it is not alarming even in the driest water flow scenarios. Pig production presented the highest water scarcity footprint in the watershed, followed by dairy farming and poultry production. This dissertation contributes to the advancement of knowledge on the water flows, WP of pig, poultry and milk produced under different production systems on farm scale, which are the first WP benchmarks for these animal production systems in Brazilian farms. It also introduced Brazil to the international scientific discussion on this topic. Some suggestions of potential improvements for the guidelines are presented in this study. The FAO LEAP guidelines were successfully applied in its first study in Brazil. Based on the results of this study, the guidelines’ widespread use is recommended to ensure reliable and comparable results to support government, business and society decision-making toward a more resilient and sustainable food supply chain.

Das Untersuchungsgebiet, die Nha Phu Lagune, weist eine massive Degradation der fischereilichen Ressourcen auf. Die „Rural Livelihoods“ in den Gemeinden dieser Küstenregionen sind durch diese Degradation gefährdet. Da, die Ressourcennutzungsentscheidungen einzelner Haushalte von vielen Faktoren abhängen, bedarf es eines multi-sektoralen Forschungsansatzes. Dieser ermöglicht, die Komplexität und die Diversität des Ressourcennutzungssystems und seine Nutzer, zu erfassen. Das Integrated Natural Resources Management (INRM) ist ein multi-sektoraler Forschungsansatz, der innovative und flexible Managementformen zu entwickeln versucht, um natürliche Ressourcen nachhaltig zu nutzen. Interdisziplinarität und die Betonung von Partizipation sind zentrale Kennzeichen des angewandten INRM-Forschungsansatzes. Diese interdisziplinäre Vorgehensweise berücksichtigt sowohl sozio-ökonomische und institutionelle Einflussfaktoren, z.B. Ressourcennutzer-Gruppen und bestehende Regulierungen und Gesetze, als auch biologische und produktionstechnische Einflussfaktoren, z.B. Aquakultur und Fischfangtechniken. Während eines sechs monatigen Untersuchungszeitraums unter Anwendung Partizipativer Aktionsforschung und des INRM-Ansatzes wurden 12 Dörfer im Umkreis der Nha Phu Lagune besucht. Der innerhalb der Partizipativen Aktionsforschung angesiedelte Lernzyklus generiert Wissen durch die Reflektion von gesammelten Daten, die kontinuierlich an die Beteiligten zurückgeführt werden. Die Erhebung mittels Fragebögen, halbstrukturierter Interviews, Gruppendiskussionen, Observierung, „Resource Mapping“ und Venn Diagrammen identifizierte Ursachen für die Degradation fischereilicher Ressourcen. Diese Informationen wurden dann an die Beteiligten weitergereicht, was zu neuen Erkenntnissen über alternative Ressourcenmanagementstrategien führte. Die Integration biologischer und sozio-ökonomischer Aspekte erfasste die Komplexität des Ressourcensystems Nha Phu Lagune und seiner Nutzer. Dies beinhaltet eine Vielzahl von verschiedenen Ressourcen, Akteuren, Ebenen, Institutionen, Entscheidungsstrukturen, Livelihood Strategien, Trends und assoziierte Probleme des nachhaltigen Managements natürlicher Ressourcen. / The selected study site, Nha Phu Lagoon is characterized by massive degradation of coastal fishery resources. As a result rural livelihoods in coastal communities are threatened. Since household decisions concerning resource use are influenced by several factors, a multi-sectoral approach is necessary. A multi-sectoral approach enables to comprehend the complexity and diversity of the resource system and its users. Integrated natural resources management (INRM) is one multi-sectoral research approach that aims to develop innovative and flexible management forms to manage natural resources in a more sustainable way. The applied INRM-approach is characterized through strong interdisciplinarity and participation. Interdisciplinary means that socioeconomic and institutional aspects, e.g. resource-user groups and existing legal arrangements, are combined with biological as well as production system aspects, e.g. mangrove reforestation as well as aquaculture or gear-fishing techniques. For a period of six months participatory action research following an integrated natural resource management approach was carried out visiting 12 fishing villages around Nha Phu Lagoon. The inherent ‘learning cycle’ in participatory action research generates knowledge in a process of reflecting on the collected data that is continuously fed back to the participants. During questionnaires, semi-structured interviews, group discussions, observations, resource mappings, and Venn diagrams reasons for the degradation of fishery resources were gathered. This information was then shared with participants, which led to new insights as well as alternative resource management strategies. The integration of biological and socioeconomic aspects identified the complexity of the coastal fishery resource system Nha Phu Lagoon and its users. This includes a multitude of different resources, actors, levels, institutions, decision-making structures, livelihood strategies, trends, and associated problems in the sustainable management of the natural resources.