More water for arid lands: promising technologies and research opportunities / Boardon Science and Technology for International Development. Ad Hoc Panel of the Advisory Committee on Technology Innovation

Incluye bibliografía

INTRODUCTION AND SUMMARY.. I WATER SUPPLY.. 1 Rainwater Harvesting.. 2 Runoff Agriculture.. 3 Irrigation with Saline Water.. 4 Reuse of Water.. 5 Wells.. 6 Other Sources of Water.. II WATER CONSERVATION.. 7 Reducing Evaporation from Water Surfaces.. 8 Reducing Seepage Losses.. 9 Reducing Evaporation from Soil Surfaces.. 10 Trickle Irrigation.. 11 Other Innovative Irrigation Methods.. 12 Reducing Cropland Percolation Losses.. 13 Reducing Transpiration.. 14 Selecting and Managing Crops To Use Water More Efficiently.. 15 Controlled-Environment Agriculture.. 16 Other Promising Water-Conservation Techniques.. SUMMARY IN ARABIC.. RESUME EN FRANÇAIS.. RESUMEN EN ESPANOL.. Advisory Committee on Technology Innovation.. Board on Science and Technology for International Development (BOSTID.. BOSTID Publications

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Este informe se refiere a tecnologías poco conocidas pero que ofrecen buenas posibilidades para el uso y conservación de los escasos recursos de agua en regiones áridas. No es un manual técnico, su propósito es llamar la atención de funcionarios e investigadores interesados en el desarrollo agrícola y comunal sobre oportunidades de seguir conceptos bien fundados que pueden tener un probable alto valor social. Las teorías expuestas deben considerarse, por ahora, más bien como complementos que substitutos de métodos normales de suministro y administración de aguas. Deberían constituir un valor local inmediato en cuanto al desarrollo y conservación de aguas en pequeña escala, especialmente en regiones remotas donde la provisión de agua es intermitente. Con más investigación y adaptación, algunas tecnologías pueden demostrar que pueden competir económicamente con los métodos normales para aumentar el suministro de aguas o reducir la demanda. En este informe se presentan brevemente varios conceptos, a menudo no tenidos en cuenta, pero que son importantes para la administración de aguas en tierras áridas. En los capítulos siguientes se exponen tecnologías específicas. Los capítulos 1 al 6 se refieren a tecnologías para mejorar el suministro de aguas y los capítulos 7 al 16 a tecnologías para reducir la demanda. A continuación se hace un informe de cada capítulo. Recolección de agua de lluvia. El agua de lluvia recogida de las laderas de los montes y los colectores hechos a mano pueden representar nuevas fuentes de agua de bajo costo y buena calidad para tierras áridas. Agricultura de derramamiento. La agricultura de derramamiento requiere la recolección de agua de lluvia pero el agua se usa directamente en sistemas ignícolas diseñados específicamente al efecto. spa

Regadío con agua salina. El agua salada es fácil de obtener ampliamente pero se utiliza raramente debido a que restringe el crecimiento y la producción de las plantas. Actualmente se está acumulando evidencia que con cuidado y bajo ciertas condiciones favorables se puede utilizar agua salada beneficiosamente para regadío. Reutilización de aguas. La creciente demanda de suministro de aguas impone la necesidad de aumentar al máximo la reutilización de las aguas. Los desarrollos técnicos, tales como el reciclaje y el tratamiento de aguas de albañal pueden tener gran importancia en el futuro. Pozos. Los pozos excavados a mano, una tecnología que comenzó miles de años atrás, está volviendo a ganar popularidad con la ayuda de nuevos materiales y equipo de construcción. Los pozos "Qanats" y horizontales son métodos de derivación de aguas subterráneas sin utilizar bombas. Otras fuentes de aguas y métodos de detección de agua. En este capítulo se hace una breve mención, a la "minería" de aguas subterráneas, desalinización, destilación, utilización de satélites y aeronaves para detectar fuentes de aguas en tierras áridas, incremento de lluvias, la posibilidad de utilizar témpanos de hielo como fuentes de agua y la recolección de roció y niebla. Reducción de la evaporación de las aguas de superficie. Debido a que la evaporación es invisible, con frecuencia no se considera un problema grave de merma en las aguas almacenadas, pero las pérdidas anuales debidas a la evaporación, especialmente en tierras áridas son enormes. La reducción de la evaporación merece un mayor interés como un medio para la conservación de los recursos de aguas. Nuevas técnicas para el control de la permeabilidad. La permeabilidad causa graves pérdidas de agua en canales y embalses. spa

Utilizando materiales y técnicas modernos se puede reducir o eliminar la permeabilidad, pero el costo aún sigue siendo muy alto. Reducción de la evaporación de la superficie del suelo. La evaporación de la superficie del suelo representa una pérdida de agua, pero se puede reducir cubriendo el suelo con cubiertas o capas protectoras. En muchos casos las cubiertas sirven de funciones complementarias tales como impedir la invasión del desierto o la promoción de la agricultura de derramamiento. Regadío por goteo. Este método de regadío recién desarrollado usa un sistema de tuberías de plástico colocadas en el suelo entre las plantas. El agua que pasa a través de las tuberías gotea dentro del suelo al lado de cada planta a un régimen cuidadosamente calculado en función de las necesidades de las plantas. Comparado con el regadío convencional, con este método se han obtenido excelentes rendimientos de cosechas con una mínima cantidad de agua. Otros novedosos métodos de regadío. Se presentan gráficamente otros métodos de regadío simple, no tenidos en cuenta en manuales ni en libros técnicos, que tienen un beneficio potencial para las tierras áridas. Reducción de pérdidas por percolación. Vastas extensiones de suelo arenoso en tierras áridas no se utilizan para la agricultura debido a que el agua se escurre por debajo de la raíz de la planta demasiado rápido y no se dispone del agua necesaria para compensar esta falta de regadío. Actualmente se están desarrollando técnicas para producir una barrera subterránea artificial para impedir o restringir que el agua y los nutrientes se pierdan. spa

Selección y administración de cosechas para utilizar el agua más eficientemente. Es muy poco lo que se ha hecho para desafiar sistemas eficientes de aguas para la agricultura en tierras áridas. Todavía quedan por explorar numerosas oportunidades desde la genética de plantas hasta la ingeniería agrícola. Reducción de la transpiración. Cerca de un 99% del agua absorbida por las raíces de la planta es devuelta al aire por las superficies de las hojas. Si se pueden lograr medios prácticos para reducir este proceso, se podrán obtener considerables ahorros de agua necesaria para producir una cosecha determinada. Agricultura de medio ambiente controlado. Mediante la siembra dentro de recintos de protección, estancos al agua, se puede reducir considerablemente la cantidad de agua que se perdería normalmente y la atmósfera alrededor de las plantas se puede manejar para aumentar al máximo su productividad. Estos son sistemas costosos pero con ellos se puede lograr una productividad agrícola alta con pequeñas cantidades de agua. Otras técnicas de conservación de aguas prometedoras. En este capítulo se hace una breve mención a reformas en el suelo para conservación de aguas y recarga artificial de depósitos de agua subterráneos. spa

Arid regions today face more difficult problems than ever before. The world's sand deserts appear to be enlarging, and droughts are contributing to the economic devastation of whole nations. The six drought-stricken Sahelian nations provide an extreme illustration, but industrialized and developing countries both suffer from the crisis. The southwestern United States, for example, faces falling water tables and increasing groundwater salinity. Nevertheless, arid lands have underexploited agricultural potential. We should learn that this potential can be best developed by concepts and methods specifically suited to dry regions. Water practices developed for temperate climates may not work as well in arid regions for technological, environmental, economic, and cultural reasons. We need fresh, innovative approaches to water technologies, particularly those designed to meet the needs of arid regions in the less developed world, where there has often been improper application of practices developed in regions with higher rainfall or more abundant water supplies. Also, we need to reconsider practices developed in arid regions by ancient agriculturalists. Basically there are two approaches: increasing the supply of usable water and reducing the demand for water. Supply and demand, as well as delivery, have to be considered as an integral system. There are many possibilities for simultaneously increasing supply and reducing demand that together will bring benefits to arid lands. A major opportunity to save water exists in conventional irrigated agriculture, by far the arid world's largest user of water. This is true for centuries-old, traditional systems as well as for large, capital-intensive modern water-management systems. Conventional systems are not the main topic of this report, because they are extensively treated elsewhere (Selected Readings, p. 5). Still the following points need to be made: eng

• In some arid lands the greatest opportunity for increasing water supplies is to improve existing water systems and thus make more water available without a complete new installation. For example, replacing canals with closed conduits (of plastic, concrete, metal, etc.) will reduce evaporation, or lining canals will reduce seepage losses. (Most chapters in this report deal in one way or another with improvements to existing water systems and the maximum utilization of existing water supplies.) • Significant amounts of water can be saved by improving water management on the farm, a topic agriculturalists in many areas often neglect. One deficiency is the design of on-farm distribution and drainage systems between farm fields. Storage, main, and diversion canals and main drains may be well engineered (even down to turnouts serving one or two hundred hectares), but most ditches serving farm fields are inadequate, sometimes even nonexistent. Furthermore, the irrigator often mismanages application of the water. • In designing new systems and rehabilitating old ones, the needs of the user should be paramount. The system must deliver the right amount of water to the user at the right time. Frequently, an irrigation project fails to reach its potential because the use-requirements for the water have not been sufficiently considered. For example, the delivery system in irrigation should be designed to permit changing the water supply as crop demands change with weather and plant maturity. But water is often delivered in an arbitrary and inflexible manner. • Where groundwater is available, surface and groundwater supply and delivery systems should be considered in combination (conjunctive use) for optimal use of the total water resource. eng

• Universally, farmers tend to overirrigate when water is available. This can lead to problems of waterlogging and salinity, and leaching of fertility. Frequently, institutional arrangements (systems of delivery, scheduling, water-rights laws, traditions, etc.) encourage overirrigation. Although overirrigation may be needed to remove accumulating salts, recent studies indicate that the amount required may be much lower than was formerly believed (chapter 3). • Conventional irrigation is neither cheap nor simple; complexities in the design, construction, and efficient operation of standard irrigation projects are frequently oversimplified or overlooked. Fields are often inadequately leveled, and even small undulations can waste large amounts of water. Precision land-shaping and skilled labor are required. Grading land to a flat surface usually requires high capital costs for equipment, fuel, and maintenance. • The scarcer the water, the greater the need for technical and management skills. Chapters 1-6 of this report deal with technologies for enhancing water supplies; the rest cover water conservation. A summary follows of the technologies in this report. Rainwater Harvesting. Rainwater collected from hillslopes and man-made catchments can create new supplies of low-cost, high-quality water for arid lands (chapter 1). Runoff Agriculture. Runoff agriculture involves rainwater harvesting; the water is used directly in agricultural systems specifically designed for the purpose (chapter 2). Irrigation with Saline Water. Sahne water is widely available but rarely used because it restricts plant growth and yield. Evidence is now accumulating that with care and under certain favorable conditions, saline water can be profitably used for irrigation (chapter 3). eng

Reuse of Water. Increasing demands on water make it necessary to greatly increase water reuse. Technical developments such as recycling and advanced waste treatment may have great importance in the future (chapter 4). Wells. Hand-dug wells, a technology begun thousands of years ago, is regaining popularity with the help of new materials and construction equipment. Qanats and horizontal wells, methods for tapping underground water without using pumps, are also described (chapter 5). Other Sources of Water. This chapter briefly mentions groundwater mining, desalting, solar distillation, the use of satellites and aircraft for detecting water in arid lands, rainfall augmentation, the possibility of using icebergs as a source of water, and dew and fog harvesting (chapter 6). Reducing Evaporation from Water Surfaces. Because evaporation is invisible, it is seldom regarded as a serious drain on stored water, but annual evaporation losses, particularly in arid lands, are very great. Evaporation reduction merits increased attention as a way to conserve water (chapter 7). Reducing Seepage Losses. Seepage causes serious water losses in canals and impoundments. Modern materials and techniques can reduce or eliminate seepage, but costs are still high (chapter 8). Reducing Evaporation from Soil Surfaces. Water losses resulting from evaporation from soil surfaces can be reduced by covers or mulches. In many cases the covers also serve complementary functions such as stopping desert encroachment or promoting runoff agriculture (chapter 9). Trickle Irrigation. This newly developed irrigation method uses a system of plastic pipes placed on the soil among the plants. Water carried in the pipes drips onto the soil beside each plant at a rate carefully matched to the plant's needs. Compared with conventional irrigation, excellent crop yields have been obtained with a minimum amount of water (chapter 10). eng

Other Innovative Irrigation Methods. Some simple irrigation methods, neglected in technical manuals or textbooks, with potential benefit for arid lands are presented pictorially (chapter 11). Reducing Cropland Percolation Losses. Large areas of sandy soil in arid lands are not used for agriculture because the water sinks below the root zone too rapidly and the extra irrigation water needed to compensate for this problem is not available. Techniques are now being developed to produce artificial underground moisture barriers to prevent or restrict water and nutrients from percolating away (chapter 12). Reducing Transpiration. About'99 percent of the water absorbed by plant roots is released into the air from leaf surfaces. If practical means to reduce this process can be found, major savings can be realized in the amount of water needed to raise a given crop (chapter 13). Selecting and Managing Crops To Use Water More Efficiently. Relatively little has been done on designing water-efficient systems for arid-land agriculture. Numerous research opportunities from plant genetics to engineering remain to be explored (chapter 14). Controlled-Environment Agriculture. When crops are grown within watertight but transparent enclosures, the amount of water normally lost can be greatly reduced, and the atmosphere around the plants can be manipulated to maximize productivity. These are costly systems, but high agricultural productivity can be achieved with small amounts of water in very inhospitable regions (chapter 15). Other Promising Water-Conservation Techniques. This chapter briefly mentions water-conserving soil amendments and artificial recharge of groundwater. (chapter 16). eng

Le présent rapport traite de techniques peu connues mais prometteuses pour l'utilisation et al conservation des ressources aquatiques insuffisantes dans les zones arides. Ce document n'est pas un manuel technique; il vise à appeler l'attention des responsables et chercheurs de l'agriculture et du développement communautaire sur certaines possibilités d'exploiter des idées valables et d'une portée sociale probablement élevée. Il faut, pour le moment, considérer les techniques exposées comme des adjuvants, et non comme des variantes, aux méthodes normales de fourniture et d'exploitation de l'eau à grande échelle. Elles doivent présenter un intérêt local immédiat pour le développement et la conservation des ressources aquatiques à petite échelle, surtout dans les régions écartées ne disposant que d'un approvisionnement intermittent. Avec des recherches et une adaptation plus poussées, certaines de ces techniques peuvent s'avérer d'un mérite économique concurrentiel à l'égard des méthodes habituellement employées pour augmenter l'alimentation en eau ou pour réduire la demande. L'introduction de ce rapport présente brièvement un certain nombre d'idées souvent négligées, qui ont leur importance pour l'exploitation de l'eau dans les terres arides. Les chapitres qui la suivent traitent de techniques particulières: les chapitres 1 à 6, de celles qui permettent d'augmenter les eaux disponibles; les chapitres 7 à 16, de celles grâce auxquelles on peut conserver l'eau et réduire la demande. On trouvera ensuite un résumé de chaque chapitre. Collecte de l'eau de pluie. L'eau de pluie recueillie au pied des versants de collines et dans des bassins artificiels peut fournir des ressources d'eau supplémentaires à bas prix et de haute qualité pour les terres arides. fra

Agriculture par ruissellement. Elle implique la collecte de l'eau de pluie, mais l'eau est utilisée directement dans des systèmes agricoles spécialement conçus à cet effet. Irrigation par eau salée. L'eau salée est facilement disponible, mais on l'utilise rarement parce qu'elle réduit la croissance et le rendement des plantes. Il est de plus en plus prouvé qu'avec des précautions, et'dans certaines conditions favorables, on peut avantageusement irriguer avec l'eau salée. Remploi des eaux. L'augmentation de la demande en eau impose que l'on réutilise beaucoup plus l'eau. Il est possible qu'à l'avenir l'évolution technique (recyclage et traitement perfectionné des eaux) revête une grande importance. Puits. Le puits creusé de main d'homme, méthode qui remonte à des milliers d'années, connaît un regain de popularité avec l'aide de nouveaux matériaux et appareils de construction. Les "Qanats" et les puits horizontaux sont des procédés qui permettent de capter les eaux souterraines sans employer de pompes. Autres sources d'eau et méthodes de détection Dans ce chapitre, on évoque rapidement le captage» des eaux phréatiques, la désalinisation, la distillation solaire, l'utilisation des satellites et des avions pour le repérage de l'eau dans les terres arides, l'augmentation de la pluviosité, la possibilité de se servir des icebergs comme source d'eau; enfin, la collecte de la rosée et du brouillard. Réduction de l'évaporation des surfaces aquatiques. Comme l'évaporation est invisible, on la considère rarement comme une sérieuse cause d'épuisement des eaux accumulées, mais les pertes annuelles dues à l'évaporation, surtout dans les zones arides, sont considérables. L'abaissement de l'évaporation mérite qu'on lui prête de plus en plus d'attention comme moyen de conserver l'eau. fra

Nouvelles techniques de lutte contre les infiltrations. L'infiltration est à l'origine de graves déperditions d'eau dans les canaux et retenues. Les matériaux et techniques modernes peuvent réduire ou supprimer l'infiltration, mais les frais demeurent élevés. Ralentissement de l'évaporation des surfaces pédologiques. Cette evaporation provoque une déperdition d'eau mais on peut la diminuer par des "couvertures" ou déchets organiques. Dans bien des cas, ceux-ci remplissent également d'autres rôles: arrêter la progression du désert ou favoriser l'agriculture par ruissellement. Irrigation par filets d'eau. Cette méthode récemment mise au point utilise un système de tuyaux en matière plastique placés sur le sol parmi les plantes. L'eau circulant dans les canalisations s'écoule sur le sol à côté de chaque plante à un rythme soigneusement adapté aux besoins de la plante. Par rapport à l'irrigation traditionelle, on a obtenu des rendements agricoles excellents avec un volume d'eau minimal. Autres nouvelles méthodes d'irrigation. On présente, au moyen d'illustrations, quelques méthodes d'irrigation simples, laissées de côté dans les ouvrages techniques ou les manuels, et susceptibles de rendre des services dans les terres arides. Allégement des pertes d'infiltration. II y a, dans les zones arides, de vastes étendues de terrain sablonneux qui ne servent pas à l'agriculture parce que l'eau s'enfonce trop rapidement au-dessous du niveau des racines et que l'on ne dispose pas du supplément d'eau d'irrigation qui permettrait de compenser cette perte. On met actuellement au point des techniques visant à créer des barrières artificielles d'humidité souterraine destinées à empêcher ou à réduire le filtrage de l'eau et des éléments nutritifs. fra

Choix et exploitation des cultures en vue d'une utilisation plus rationnelle de l'eau. On n'a pas réalisé grand chose en fait de procédés de culture permettant d'utiliser efficacement l'eau dans les terres arides. Beaucoup de possibilités de recherche restent à explorer, de la génétique phytologique à la technologie. Réduction de la transpiration. Environ 99 pour 100 de l'eau absorbée par les racines des plantes est libéré dans l'air par les surfaces des feuilles. Si l'on peut trouver des moyens pratiques de réduire ce phénomène, on parviendra à réaliser d'énormes économies dans le volume d'eau nécessaire à la culture d'une plante donnée. Agriculture en milieu surveillé. En cultivant les plantes dans des compartiments étanches mais transparents, on peut beaucoup diminuer la quantité d'eau normalement perdue, et on peut aussi régler l'atmosphère, autour des plantes, de manière à porter la productivité au maximum. Ce sont là des méthodes coûteuses, mais qui permettent d'atteindre un rendement agricole élevé avec de petites quantités d'eau. Autres techniques prometteuses de conservation de l'eau. Ce chapitre aborde brièvement les améliorations pédologiques qui favorisent la conservation de l'eau, et la reconstitution artificielle des réserves phréatiques. fra

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