liu.seSearch for publications in DiVA
Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • harvard1
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • oxford
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Assessing the water challenge of a new green revolution in developing countries
Stockholm Environment Institute/Stockholm Resilience Centre, Kräftriket 2, SE 10691 Stockholm, Sweden.
Linköping University, The Tema Institute, Department of Water and Environmental Studies. Linköping University, Faculty of Arts and Sciences.
Stockholm Resilience Centre, Kräftriket 2, SE 10691 Stockholm, Sweden.
2007 (English)In: Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, ISSN 0027-8424, E-ISSN 1091-6490, Vol. 104, no 15, 6253-6260 p.Article in journal (Refereed) Published
Abstract [en]

This article analyzes the water implications in 92 developing countries of first attaining the 2015 hunger target of the United Nations Millennium Development Goals and then feeding a growing population on an acceptable standard diet. The water requirements in terms of vapor flows are quantified, potential water sources are identified, and impacts on agricultural land expansion and water tradeoffs with ecosystems are analyzed. This article quantifies the relative contribution from infiltrated rainwater/green water in rain-fed agriculture, and liquid water/blue water from irrigation, and how far water productivity (WP) gains can go in reducing the pressure on freshwater resources. Under current WP levels, another 2,200 km3·yr−1 of vapor flow is deemed necessary to halve hunger by 2015 and 5,200 km3·yr−1 in 2050 to alleviate hunger. A nonlinear relationship between vapor flow and yield growth, particularly in low-yielding savanna agro-ecosystems, indicates a high potential for WP increase. Such WP gains may reduce additional water needs in agriculture, with 16% in 2015 and 45% by 2050. Despite an optimistic outlook on irrigation development, most of the additional water will originate from rain-fed production. Yield growth, increasing consumptive use on existing rain-fed cropland, and fodder from grazing lands may reduce the additional rain-fed water use further by 43–47% until 2030. To meet remaining water needs, a cropland expansion of ≈0.8% yr−1, i.e., a similar rate as over the past 50 years (≈0.65% yr−1), seems unavoidable if food production is to occur in proximity to local markets.

Place, publisher, year, edition, pages
2007. Vol. 104, no 15, 6253-6260 p.
National Category
Oceanography, Hydrology, Water Resources
Identifiers
URN: urn:nbn:se:liu:diva-18452DOI: 10.1073/pnas.0605739104OAI: oai:DiVA.org:liu-18452DiVA: diva2:219528
Available from: 2009-05-27 Created: 2009-05-27 Last updated: 2017-12-13Bibliographically approved
In thesis
1. Water Realities and Development Trajectories: Global and Local Agricultural Production Dynamics
Open this publication in new window or tab >>Water Realities and Development Trajectories: Global and Local Agricultural Production Dynamics
2009 (English)Doctoral thesis, comprehensive summary (Other academic)
Alternative title[en]
Vatten en realitet i jordbruksutvecklingen : Global och lokal dynamik över tid
Abstract [en]

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.

Abstract [sv]

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.

Place, publisher, year, edition, pages
Linköping: Linköping University Electronic Press, 2009. 105 + papers 1-5 p.
Series
Linköping Studies in Arts and Science, ISSN 0282-9800 ; 475
Keyword
Agriculture development, food production, per capita food supply, consumptive water use, evaporation, transpiration, hydro-climatic variability, blue water resource, green water resource, irrigation, river depletion, river basin closure, adaptive water management, vegetal and animal foods, Jordbruksutveckling, matproduktion, per capita mattillgång, konsumerande vattenanvändning, evaporation, transpiration, hydroklimatisk variabilitet, blåvattenresurs, grönvattenresurs, bevattning, uttorkning av vattendrag, överintecknade avrinningsområden, anpassad vattenhantering, vegetarisk och animalisk föda.
National Category
Oceanography, Hydrology, Water Resources
Identifiers
urn:nbn:se:liu:diva-18457 (URN)978-91-7393-665-1 (ISBN)
Public defence
2009-04-20, Sal TEMCAS, T-Huset, Campus Valla, Linköpings universitet, Linköping, 10:15 (English)
Opponent
Supervisors
Available from: 2009-05-27 Created: 2009-05-27 Last updated: 2014-09-29Bibliographically approved

Open Access in DiVA

No full text

Other links

Publisher's full textLink to Ph.D. Thesis

Authority records BETA

Lannerstad, Mats

Search in DiVA

By author/editor
Lannerstad, Mats
By organisation
Department of Water and Environmental StudiesFaculty of Arts and Sciences
In the same journal
Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America
Oceanography, Hydrology, Water Resources

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar

doi
urn-nbn

Altmetric score

doi
urn-nbn
Total: 669 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • harvard1
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • oxford
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf