Evapotranspiration rates (ET) and consumptive water use (CWU) were measured for three desert turfgrasses using weighing lysimeters with a calcined clay growth medium. Water use rates were compared over a two-year study for 'Sea Isle I' seashore paspalum (Paspalum vaginatum) and A138 desert saltgrass (Distichlis spicata), along with 'Tifway' bermudagrass (Cynodon dactylon x Cynodon transvaalensis). Saltgrass showed elevated leaf canopy temperatures for extended periods before exhibiting visible wilt symptoms while 'Tifway' bermudagrass and seashore paspalum wilted readily, even at relatively high soil water contents. Saltgrass transpired for 11.9 d on average before drought stress was observed. Seashore paspalum maintained leaf turgor, on average 5.6 d without irrigation, whereas 'Tifway' bermudagrass averaged 4.0 d before requiring irrigation. The two-year average Kc values for three grasses before self-imposed drought was expressed by visible leaf wilting were 0.85, 0.79, and 0.74, for A138 saltgrass, 'Sea Isle I' seashore paspalum, and 'Tifway' bermudagrass, respectively.

>Magister Scientiae - MSc / The climate variability and climate change-induced events experienced worldwide have caused a significant decrease in the rainfall volume. South Africa is considered to be one of the driest countries in the world, as it receives an average annual rainfall that is lower than the global annual average. To sustain and grow the agricultural sector, South Africa supplements the low rainfall with its freshwater resources, for irrigation purposes. This action is necessary, especially for meeting the high water requirements of the South African fruit industry, as it is one of the major exporters of fruit in the world. Research has been conducted in an attempt to accurately quantify the water requirements of various fruits, which will assist farmers to save water, to increase their productivity and to managing their irrigation water. However, a knowledge of the water use, actual water consumption rates and the factors that drive them, is minimal and inadequate, and this has had a detrimental effect on the effective management of irrigation water and water allocation by the responsible stakeholders.

Livestock production is one of the largest and fastest growing agricultural subsectors in the world, contributing almost 40 % of agricultural GDP. The present global trend of livestock intensification affects water demand, resulting in local alterations of hydrological features. This study quantifies water requirements for livestock production and links them to local changes in water-related ecosystem services (WRES). It examines the present situation in Uruguayan beef production as it undergoes an intensification process by analyzing three systems: traditional extensive production, mixed systems and intensive production.Mixed production systems are most water-effective in terms of water requirement. However, extensive production has the least negative long-term effects on the studied WRESs: soil productivity, erosion control and grass, crop and livestock production. Intensive systems contribute the largest negative impacts on soil productivity due to management practices, e.g. continuous cropping and fertilizer application (which is also costly). However, intensification also increases short-term positive effects on crop and livestock production. Mixed systems offer opportunities to increase livestock production, water use efficiency and mitigate soil degradation. However, a threshold value to avoid an undesirable regime shift in soil productivity remains to be determined.This framework developed herein, maps and quantifies local ecosystem effects associated with livestock production from a water perspective. It required simplifications and thus needs further improvements to be of practical use as a tool for best management practices of livestock production. Such tools can assist decision-makers in Uruguay on how to manage multiple ecosystem services in an agricultural landscape and enhance the provision of desired ES without degrading other key ecosystem processes, goods and services. For sustainable production of livestock in Uruguay, one should consider if the tradeoff between long-term negative impacts of intensification on regulating services is justifiable in the context of the short-term economic gains in provisioning services.

A water footprint is a tool for assessing the impacts of freshwater use by mapping the water use of the production of a good or a service, a process in a production chain, a business or even of a whole country. One of the most commonly used methods for calculating the water footprint was developed by the Water Footprint Network (WFN). The objective of this study was to account for the water footprint of the production of coffee in the area of Miraflor, Nicaragua, using the WFN method. The study aimed to highlight where improvements can be made regarding water resources management, both with respect to the quantity of the water appropriated in the different process steps, as well as concerning the treatment of residues of the coffee production. The results of the study show a water footprint of 20 049 m3 per ton of harvested coffee in Miraflor. This equals a consumption of more than 6 000 000 m3 of water when considering the overall production of the harvest of 2015/2016. The results pinpoint the growing phase as crucial with 98.1 % of the total water footprint. Nicaragua and the region where Miraflor is located are having increasing problems with water scarcity due to drought and contamination of water resources. Together with these circumstances, the results of the study show that the current management should be improved in order to minimize the impacts on local water resources and the environment. It is mainly the application of pesticides and fertilizers in the cultivation of the coffee that give rise to the large water footprint. Furthermore, the current management violates the law restricting the discharge of effluent waters from coffee processing plants. Another important factor contributing to the water footprint yields in the consumption of rainwater via evapotranspiration by the crops in field. In order to reduce the water footprint there should be a more conscious use of pesticides and fertilizers as well as a development in the treatment of the effluent water. The latter factor can be elaborated by considering new installations where even smaller ones probably could make a considerable change. Other management practices to decrease the water footprint consist of generating a higher yield per hectare of land. / Vattenfotavtryck är ett verktyg för att bedöma miljöpåverkan från användningen av vatten. Med ett vattenfotavtryck kartläggs hur vatten används för produktionen av en vara, för en process i en produktionskedja, ett företag eller för ett helt land. En av de mest använda metoderna för beräkning av vattenfotavtryck utvecklades av Water Footprint Network (WFN). Syftet med denna studie var att genom användning av WFN:s metod beräkna vattenfotavtrycket för produktionen av kaffe i området Miraflor i Nicaragua. Studien ämnade visa var förbättringar kan göras i vattenresurshanteringen, både vad gäller mängden vatten som används i de olika produktionsstegen som i behandlingen av restvattnet från kaffeproduktionen. Resultatet från studien visar ett vattenfotavtryck på 20 049 m3 per ton skördat kaffe i Miraflor. Sett till hela skörden för säsongen 2015/2016 ger detta ger en total konsumtion av mer än 6 000 000 m3 vatten. Resultatet påvisar att vegetationsperioden är den i särklass största bidragande faktorn till kaffeproduktionens vattenfotavtryck med 98,1 % av det totala avtrycket. Nicaragua och regionen där Miraflor ligger har alltjämt ökande problem med vattenbrist på grund av torka och föroreningar av vattenresurser. Studiens resultat visar tillsammans med denna bakgrund att nuvarande tekniker i kaffeproduktionen i Miraflor bör förbättras för att minimera konsekvenser för lokala vattenresurser och miljön. Främst är det användningen av bekämpningsmedel och gödsel som ger upphov till det stora vattenfotavtrycket. Kaffeproduktionen orsakar därtill överträdelser av gällande bestämmelser om värden på vattenkvalitetsparameterar i restvatten från kaffeproduktion. En ytterligare betydande faktor för vattenfotavtrycket som påvisas i studien är konsumtionen av regnvatten via evapotranspiration från grödorna i fält. För att minska vattenfotavtrycket bör i första hand en mer medveten användning av bekämpningsmedel och gödsel införas. Därtill bör det ske en förbättring i hanteringen av utsläppsvatten. Den senare faktorn kan utvecklas genom att nya installationer införs där även mindre sådana troligtvis skulle ge en betydande skillnad. Andra metoder för att minska vattenfotavtrycket ligger i att generera en högre skörd per hektar land.

Water constraints for humans and nature are gaining more and more public attention as a critical environmental dilemma that needs to be addressed. When aquifers and rivers are running dry, the debate refers to an ongoing “world water crisis”. This thesis focuses on the water and agricultural production complexity in a global, regional and local perspective during different phases of development. It addresses the river basin closing process in light of consumptive water use changes, land use alterations, past and future food production in waterscarce developing countries in general, and a south Indian case study basin in particular, the Bhavani basin in Tamil Nadu. The study focuses on early phases of global agricultural development and addresses consumptive use and river depletion in response to land use change and irrigation expansion. It shows that focus must be shifted from a water use to a consumptive water use notion that considers both green and blue water resources. The Bhavani basin development trajectory reveals a dynamic interplay between land and water resources and different socio-political groups during the “green revolution” period. The present system has emerged as a step-by-step adaptation in response to hydro-climatic variability, human demands and infrastructure constraints. The study reveals three kinds of basin closure: allocation closure; hydrological closure; and perception wise closure. Many concerted actions on multiple scales have contributed to an increasing water use complexity even after closure. The study shows the extent to which natural variability hides creeping changes, and that the “average year” is a deceptive basis for water allocation planning. Future consumptive water requirements to feed growing populations in the developing world is analysed with a back-casting country-based approach. The study shows a doubling of water requirements by 2050 and how the challenge can be halved by increased water productivity. Since blue water accessibility for irrigation clearly will be insufficient, additional green water has to be acquired by horizontal agricultural expansion into other terrestrial ecosystems. The task will be substantial and increase the importance of global food trade. / Vattenbrist för människor och ekosystem är en mer och mer uppmärksammad miljöfråga. Sjunkande grundvattennivåer och uttorkade floder gör att många talar om en ”global vattenkris”. Denna avhandling fokuserar på de komplexa sambanden mellan vatten och jordbruksproduktion utifrån ett globalt, regionalt och lokalt perspektiv under olika utvecklingsfaser under fyra sekler. Den redogör för hur avrinningsområden överintecknas och slutligen ”stängs” för ytterligare vattenutvinning. Effekterna av ökad vattenutvinning i relation till historisk och framtida matproduktion analyseras generellt i utvecklingsländer med vattenbrist, och i detalj i en fallstudie i Bhavani avrinningsområde i Tamil Nadu i södra Indien. Studien visar för den tidiga jordbruksutvecklingen på global nivå hur förändrad markanvändning och bevattningsexpansion leder till förändrad balans mellan evapotranspiration och avrinning, med uttorkning av vattendrag som följd. Den visar vidare vikten av ett paradigmskifte där fokus flyttas från vattenanvändning till ”konsumerande” vattenanvändning, och som inkluderar både grönvatten- och blåvattenresurser. Analysen av Bhavaniområdets utvecklingskurva under det senaste seklets jordbruksutveckling visar på ett dynamiskt växelspel mellan land- och vattenresurser och mellan olika samhällsgrupper. Den nuvarande vattenanvändningssituationen har stegvis växt fram som en respons på hydroklimatisk variabilitet, människors behov och infrastrukturbegränsningar. Studien påvisar att ett avrinningsområde kan ses som ”stängt” på tre skilda sätt: när flödet är överintecknat, när utflödet sinar, och när vattenanvändare upplever att behoven överstiger tillgången. Även efter ”stängning” har etablering och intensifiering av vattenutvinning fortsatt och resulterat i ett alltmer komplext och sammanflätat vattenanvändningsmönster. Studien visar vidare hur hög hydroklimatisk variabilitet, dels gör att ”genomsnittlig vattentillgång” är förledande vid planering av vattenfördelning i ett avrinningsområde, och dels döljer smygande kumulativa effekter av ökad vattenutvinning. Slutligen anlyseras ländervis framtida vattenbehov för att möta matbehovet i världens utvecklingsländer, vilket visar på en fördubbling fram till 2050. Tack vare ökad vattenproduktivitet kan behovet emellertid halveras. Endast en bråkdel av det resterande behovet kan mötas genom ökad bevattning, dvs. med mera blåvatten. En stor del av vattenbehovet måste istället täckas med mera grönvatten via uppodling av andra terrestra ekosystem. Uppgiften innebär en betydande utmaning och global handel med jordbruksprodukter kommer att öka avsevärt i betydelse.