Verhoging van gewaswaterproductiviteit door aangepast veldbeheer en de invloed ervan op bekkenhydrologie.

Door de stijgende en steeds rijkere wereldbevolking zal de wereldvoedselproductie met maar liefst 70% moeten toenemen tegen 2050. Om deze toename te verwezenlijken op een duurzame manier rekening houdend met de schaarse bodem- en waterbronnen, zal niet alleen de landbouwproductiviteit maar ook de gewas-waterproductiviteit moeten stijgen. Het verbeteren van het veldbeheer is daarvoor een veelbelovende werkwijze, zeker voor regengevoede landbouw in droge gebieden. Maar het verbeteren van veldbeheer kan enkel op een duurzame wijze als wordt rekening gehouden met de toepasbaarheid van de beheerstechnieken in een veranderend klimaat en natuurlijke omgeving. Ook de potentiële impact van de aangepaste beheerstechnieken op regionale waterbeschikbaarheid mag niet over het hoofd gezien worden.

Agro-hydrologische modellen zijn zeer handige tools om de impact van verschillende beheersstrategieën na te gaan voor verscheidene omgevingscondities. Eenvoudige gewas- en hydrologische modellen beschrijven slechts een beperkt aantal processen op een weinig nauwkeurige manier, terwijl de meer complexe modellen dan weer veel data nodig hebben. Er is dus duidelijk nood aan eenvoudige agro-hydrologische modellen die zowel de gewasproductiviteit als de waterbeschikbaarheid in landbouwgebieden nauwkeurig kunnen simuleren maar slechts een beperkte hoeveelheid data en ijking vragen. In deze studie werd daarom een breed toepasbaar en eenvoudig agro-hydrologisch model ontwikkeld, genaamd AquaCrop-Hydro, door het fysisch gebaseerde AquaCrop gewas-waterproductiviteitsmodel te koppelen aan een conceptueel hydrologisch model.

Eerst werd de AquaCrop modelcomponent om het effect van landbouwbeheer op veldschaal te simuleren geëvalueerd en verder uitgewerkt.

AquaCrop kan het effect van een brede waaier van landbouwbeheerstechnieken op de bodemwaterbalans, gewasbedekking, gewastranspiratie en gewas-(water)productiviteit van een landbouwveld simuleren. Naast irrigatiebeheer simuleert het model ook gewasbeheer, bodembeheer, veldbeheer, bodembedekkers, bodemvruchtbaarheidbeheer en onkruidbeheer.

Twee van deze beheerspraktijken werden verder uitgediept. Eerst werd AquaCrops semikwantitatieve methode voor het simuleren van de gewasrespons op bodemvruchtbaarheid uitvoerig besproken. Deze methode werd tevens geëvalueerd met behulp van experimentele data van mais- en tarwevelden in Nepal, quinoa in Bolivia en tefvelden in Ethiopië. Ten tweede werd een nieuwe procedure ontwikkeld om gewasproductie in velden met onkruid te simuleren. Deze procedure werd getest met data van veldstudies met gerst in Ethiopië en wintertarwe in Australië. AquaCrop presteerde goed voor de simulatie van het bodemvochtgehalte, de gewasbedekking en de gewasproductie voor verscheidene productiesystemen met variërende niveaus van waterbeschikbaarheid, bodemvruchtbaarheid en onkruid.

Daarnaast toonde een scenario analyse ook aan dat met behulp van AquaCrop efficiënt verschillende landbouwbeheerspraktijken kunnen geanalyseerd worden. Op die manier wordt het mogelijk om beheersstrategieën te selecteren die zo goed mogelijk bij de lokale agronomische condities en omgevingsfactoren passen.

Vervolgens werd het AquaCrop model gekoppeld aan een conceptueel hydrologisch model. Het resulterende AquaCrop-Hydro model werd geëvalueerd en toegepast op het Plankbeek bekken in Vlaanderen, een rivierbekken dat voornamelijk bestaat uit landbouwgebied. AquaCrop-Hydro presteerde goed voor het simuleren van gewasproductie en de waterafvoer uit het rivierbekken. Een impactstudie toonde daarnaast ook aan dat het met AquaCrop-Hydro mogelijk is om verscheidene landbouwbeheersstrategieën te evalueren die inspelen op de toekomstige klimaatsverandering.

Tot slot werden de sterktes en limitaties van AquaCrop-Hydro in vergelijking met andere agro-hydrologische modellen besproken. Het model is breed toepasbaar op landbouw gedomineerde stroomgebieden met verschillende eigenschappen. Door de eenvoud van het model is het uitermate geschikt voor gebruik in gebieden met beperkte databeschikbaarheid. Daar is het in staat goede schattingen te maken en vermindert het de nood aan veel data of uitgebreide ijking. Hoewel er nog ruimte voor verbetering is op vlak van modelnauwkeurigheid en functionaliteit, is het model geschikt om landbouwbeheersstrategieën te evalueren en zo bij te dragen aan duurzaam waterbeheer van veld- tot bekkenschaal.