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Modeling climate change impacts on agricultural water demand and productivity

Becker, Rike (2021):
Modeling climate change impacts on agricultural water demand and productivity. (Publisher's Version)
Darmstadt, Technische Universität,
[Ph.D. Thesis]

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Item Type: Ph.D. Thesis
Status: Publisher's Version
Title: Modeling climate change impacts on agricultural water demand and productivity
Language: English
Abstract:

Climate change and variability threatens the sustainability of future food production as well as the sustainability of water availability, especially in semi-arid regions where water resources are limited, and irrigated agriculture is widespread. Increasing temperatures will exacerbate evaporative losses and increase plant water needs. Consequently, higher irrigation intensities would be a logical measure to mitigate climate change impacts in these regions. But are increasing irrigation intensities truly the right adaption measure and can they help to reduce climate change induced agricultural production losses? To address this question, this PhD thesis investigates climate change impacts on agricultural productivity as well as changes in agricultural water demand using the agro-hydrological Soil & Water Assessment Tool (SWAT) and the bio-physical Agricultural Production Systems Simulator (APSIM). The study area, where the research is conducted, encompasses the intensively irrigated region of the Lower Chenab Canal System in Pakistan (15 000 km2), which is part of the Indus River irrigation system, the largest irrigation system in the world; and covers economically important crop growing areas. The results of this thesis reveal that agricultural productivity is highly affected by climate change and productivity levels are projected to decrease significantly. It could furthermore be shown that an intensification of irrigation might fail as a measure to counteract climate change, due to severe negative impacts of temperature stress on plant growth. To mitigate climate change impacts, the reductions of crop heat stress should therefore be prioritized in near future, while a more sustainable water management is unquestionable to continue to fulfill the high water demands in the long-term future.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage

Klimaveränderungen bedrohen eine nachhaltige Nahrungsmittelproduktion, sowie eine nachhaltige Verfügbarkeit von Wasserressourcen, insbesondere in semi-ariden Regionen, in denen Wasserressourcen begrenzt sind und gleichzeitig Bewässerungslandwirtschaft von enormer Wichtigkeit ist. Steigende Temperaturen dürften Wasserverluste durch steigende Verdunstungsraten und steigenden Pflanzenwasserbedarf weiter verschärfen. Erhöhte Bewässerungsintensitäten, sind daher eine logische Konsequenz, um Klimawandelauswirkungen einzudämmen. Aber sind erhöhte Bewässerungsintensitäten wirklich die richtige Anpassungsstrategie und können sie tatsächlich helfen Einbrüche in der landwirtschaftlichen Produktion, die auf den Klimawandel zurückzuführen sind, zu reduzieren? Um dieser Frage nachzugehen, erforscht diese Arbeit Klimawandelauswirkungen auf landwirtschaftliche Produktion, sowie deren Auswirkungen auf landwirtschaftliche Wasserbedarfe. Die Analysen basieren auf Simulationsergebnissen des agro-hydrologischen Soil & Water Assessment Tool (SWAT) und des bio-physikalische Models APSIM (Agricultural Production Systems Simulator). Die Untersuchungsregion umfasst das intensiv bewässerte landwirtschaftliche Gebiet des Lower Chenab Kanal Systems, in Pakistan (15 000 km2). Es ist Teil des Indus Basin Irrigation System (IBIS), und damit Teil eines der weltweit größten und wichtigsten Bewässerungssysteme. Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen, dass Klimawandelauswirkungen die zukünftige landwirtschaftliche Produktion in diesem Gebiet stark beeinträchtigen dürften. Die Modelle prognostizieren einen starken Rückgang der landwirtschaftlichen Erträge. Zudem zeigen die Modelle auf, dass eine Intensivierung der Bewässerung als einzige Anpassungsstrategie scheitern dürfte. Denn so sind die prognostizierten Ertragsrückgänge primär auf den signifikant steigenden Pflanzenhitzestress zurückzuführen. Kurzfristige Anpassungsstrategien an den Klimawandel, sollten daher vor allem die Reduktion des Pflanzenhitzestresses betrachten. Ein nachhaltigeres Wassermanagement ist weiterhin vonnöten, um die extrem hohen Wasserbedarfe der Landwirtschaft in der Lower Chenab Kanal Region auch mittel- und langfristig decken zu können.

German
Place of Publication: Darmstadt
Collation: X, 88, x Seiten
Classification DDC: 500 Naturwissenschaften und Mathematik > 550 Geowissenschaften
Divisions: 11 Department of Materials and Earth Sciences > Earth Science > Hydrogeology
Date Deposited: 28 May 2021 11:06
Last Modified: 28 May 2021 11:06
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-185864
Referees: Schüth, Prof. Dr. Christoph ; Merz, Prof. Dr. Ralf
Refereed: 11 May 2021
URI: https://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/18586
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