Aarhus University Seal / Aarhus Universitets segl

Klimaforandringers betydning for produktiviteten og vandforbruget på Verdens marker

Forskere fra Institut for Agroøkologi ved Aarhus Universitet har sammen med forskere fra Kina og Japan undersøgt, hvor effektivt afgrøder verden rundt udnytter vand som ressource til øget produktivitet og lavere miljømæssig påvirkning i en fremtid påvirket af klimaforandringer.

30.09.2020 | Camilla Brodam

Foto: Colourbox

Vi bliver flere og flere mennesker i verden, og det betyder en større efterspørgsel på vand og mad. Basale behov skal sikres, og derfor er det vigtigt at finde ud af, hvor effektivt afgrøder bliver dyrket og naturens ressourcer udnyttet. Dermed kan bedre praksisser for jord- og vandforvaltning findes og fremtidens afgrødeproduktivitet forbedres. Det kan være med til at sikre, at en bæredygtig fødevareforsyning opretholdes. 

Forskere fra Institut for Agroøkologi ved Aarhus Universitet har i tæt samarbejde med kollegaer fra Kina og Japan undersøgt dyrkede områders produktivitet, samt hvor effektivt disse områder udnytter de tilgængelige vandressourcer. 

”Et af vores mål med projektet var at kvantificere dyrkede områders produktivitet og udnyttelsen af vandressourcerne, og hvordan de to ting er forbundet med hinanden. Derudover ønskede vi at undersøge, om der er forskel på effektiviteten på henholdsvis kunstvandede marker og marker, der udelukkende udnytter regnvand,” fortæller forsker Kiril Manevski fra Institut for Agroøkologi. 

Effektivt vandforbrug

Water Use Efficiency (WUE) sådan hedder det indeks, forskerne har brugt til at måle vandforbruget på landbrugsmarker i hele verden. Indekset forbinder vandforbrug og afgrødeproduktion. Det vil med andre ord sige, at WUE-indekset viser, hvor meget biomasse eller korn, man får per enhed vand, der er brugt til at dyrke afgrøden.  

”Vi forskere bliver ofte spurgt om, hvordan afgrøderne vil klare ændringer i klimaet, som for eksempel ændrede temperaturer, ændrede nedbørsmængder samt CO2. Det er jo alt sammen forhold, der kan ændre på, hvor effektivt afgrøderne udnytter det vand, der er til rådighed. Vi har lavet et retrospektivt studie, som inddrager nogle af de bedst tilgængelige globale datasæt fra en 15 år lang periode fra 2000-2014. Det skulle gerne hjælpe os med bedre at kunne svare på den slags spørgsmål i fremtiden,” siger Kiril Manevski.

Forskerne fandt frem til, at de områder der har højest produktivitet også bruger mest vand. Men ud over at se på vandforbrug og produktivitet, har projektet også kortlagt de geografiske dyrkningsområder verden rundt ud fra årlig WUE. 

”Det ses ret tydeligt, at de største ændringer sker i store lande som Brasilien, Kina og Indien. Det er samtidig også lande, som producerer til hele verden. I Brasilien opdagede vi et fald i WUE, mens vi så en stigning i Kina og Indien. Derudover ser det ud til, at regnmængde spiller en stor rolle i alle dele af verden,” siger Kiril Manevski. 

Billede 1: Kortet viser den årlige vandforbrugseffektivitet (Water Use Efficiency – WUE, g C kg–1 H2O year–1) for globale dyrkningsarealer (2000-2014). Det spænder fra et fald på 0,1 (den blå farve) til en stigning på 0,1 (de røde områder). Pixels med ubetydelige tendenser er fjernet fra kortet. Kilde: Ai et al. (2020; med tilladelse).

Forskellen på regn og kunstvanding bliver mindre

Det gælder for vand, som for alle andre ressourcers ”forbrugseffektivitet”, at jo mere, der tilføjes eller er tilgængeligt, jo mindre effektivt bliver det brugt. Forskerne fandt en lavere WUE på kunstvandede marker, når de blev sammenlignet med de marker, som kun har adgang til regnvand. Men projektet viste også, at forskellen på de to vandingsstrategier i hvert fald inden for de seneste 15 år er blevet mindre og mindre. 

”Vi kan se, at forskellen mellem kunstvandede marker og marker, der kun bruger regnvand, bliver mindre. Det sker på grund af to modsatrettede tendenser; mens vi ser, at WUE på kunstvandede marker bliver bedre, så oplever vi også, at det forringes på de regnvandede marker. Det er et ret vigtigt resultat, fordi det kaster lys over, hvordan klimaforandringer påvirker afgrøders vandbalance, samt hvordan folk verden rundt forsøger at modvirke forandringerne ved at bruge det tilgængelige vand mere effektivt,” fortæller Kiril Manevski. 

Problematisk effektivitet ved brug af vand

Vandbesparende vanding er en metode, hvorved man, som navnet også angiver, kan spare på vandet. Og i mange områder i verden er vand netop en knap ressource, og det er vigtigt at spare på det. Men ifølge forskerne viser et stigende antal studier, at der er vandknaphed til trods for, at vandet bliver brugt mere effektivt altså har en højere WUE.    

”Rent faktisk kan vi se, at der bør bruges mindre ferskvand, når vandet bruges mere effektivt (red: højere WUE), men det er ikke nødvendigvis det, der sker i praksis. En af grundene til, at vi opfatter vand som en knap ressource, er, at mere og mere vand bliver brugt til at dyrke større og større områder, afgrøder bliver dyrket med høj intensitet og mere vandkrævende sorter bliver benyttet,” fortæller Kiril Manevski.  

Forskerne sammenlignede kort over WUE med kort over det samlede oplagrede vand. Det samlede oplagrede vand blev oprindeligt registreret af satellitter fra Gravity Recovery and Climate Experiment fra NASA og det tyske rumfartscenter, som er en indikator for nedbrydning af grundvand. Det samlede oplagrede vand kvantificerer Jordens tyngdefeltanomalier og konverterer dem til vandmasseækvivalenter  Ved denne sammenligning fandt forskerne ud af, at øget WUE ikke nødvendigvis relaterer til øget lagring af vand i jorden. 

”Vi kunne se, at i områder, hvor landbrugets afgrøder er meget afhængige af grundvandet, som for eksempel i det centrale USA og den nordkinesiske slette, den nordlige del af Indien og det meste af det sydlige og sydøstlige Europa, der betyder højere WUE ikke nødvendigvis at der ophobes mere vand i jorden. Så selvom WUE-indekset er en god indikator for, hvor godt afgrøderne udnytter det vand, der er tilgængeligt – både regnvand og kunstvand – så må vi ud fra vores observationer konkludere, at det ikke er den bedste metode til at afspejle både vandforbrug og faktisk indvirkning på vandressourcerne. Vi arbejder i øjeblikket med vores kolleger i Kina på at kvantificere andre indikatorer for globalt vandforbrug på landbrugsjord. Vi vil gerne finde ud af, hvordan vand omformes til brugbare og ikke-brugbare kilder, hvilket giver meget bedre indsigt i, hvem der bruger hvad, hvornår og hvordan,” siger Kiril Manevski.

Behov for bedre data om kunstvandede globale dyrkningsområder

”Det er udfordrende både at indhente og bruge data om geografisk fordeling af globale dyrkningsområder på grund af deres omfang og usikkerheden om deres klassificering. I vores undersøgelse anvendte vi de nyest mulige data fra dyrkede arealer med forskellige afgrøder. Med denne fremgangsmåde forventede vi at kunne minimere den usikkerhed, der uundgåeligt vil opstå på grund af den store geografiske fordeling af afgrøder rundt om i verden. Der kan være usikkerheder, især i forhold til de kunstvandede dyrkningsområder. Der er forskel på, hvordan kunstvanding defineres i forskellige lande, forskel i datatyper og billedopløsning, ligesom der er utilstrækkelige data om mindre eller skjult og ulovlig kunstvanding. Det er nødvendigt med forbedrede data for globale kunstvandede dyrkningsområder for at forbedre estimaterne,” konkluderer Kiril Manevski.

Bag om forskningen

Samarbejdspartnere

Institut for Agroøkologi ved Aarhus Universitet, National Institute of Environmental Studies ved Tsukuba Japan, Institute of Genetics and Development Biology ved Chinese Academy of Sciences China, Sino-Danish Center for Education and Research i Beijing Kina, Institute of Geodesy ved University of Stuttgart i Tyskland og University of Chinese Academy of Sciences i Beijing Kina.

Interessekonflikter

Ingen

Finansiering

Projektet er finansieret af Study on Mulit-scale Evaluation System for GHG Variation and Mitigation (1620AA011). Evaluation of grazing ability and its vulnerability based on water resources in arid and semi-arid regions (1820AO002) from the National Institute for Environmental Studies and the Strategic Priority Research Program of the Chinese Academy of Sciences (XDA 2004030203). The Global Food Security Support Analysis Data-produkterne blev hentet fra online datapuljen med tilladelse fra NASA Land Processes Distribuerede Active Archive Center.

Læs mere

Du kan læse artiklen “Variation of gross primary production, evapotranspiration and water use efficiency for global croplands”. Det er skrevet af Zhipin Ai, Qinxue Wang, Yonghui Yang, Kiril Manevski, Shuang Yi og Xin Zhao.

Kontakt

Forsker Kiril Manevski, Institut for Agroøkologi, Aarhus Universitet. E-mail: kiril.manevski@agro.au.dk. Tlf : +45 9352 2142

 

Forsker Zhipin Ai, Center for Agricultural Resources Research, Institute of Genetics and Developmental Biology, Chinese Academy of Sciences. E-mail: zpai@sjziam.ac.cn. Tlf : +86 311 85814368.

Forskning, Agro, DCA