Water and Energy Scarcity for Agriculture: Is Irrigation Modernization the Answer?

Scarcity, high price and environmental footprints of water and energy resources are well-recognized and wicked issues in irrigated agriculture. Water and energy are principal inputs for agricultural production systems. Efficient use of these resources is vital for the productivity and economic competitiveness of agriculture as well as for environmental sustainability. Modern irrigation application systems are on the one hand highly water efficient, but on the other they require a high energy input. This paper explores the water–energy nexus of irrigation modernization by presenting a case study from a large irrigation area in the Murray-Darling Basin. A dynamic node–link model was developed to model various combinations of irrigation supply systems and irrigation application technologies. Comparison of modelled water savings and additional energy consumed to realize those savings indicates that more water savings (2.98 ML ha−1) can be achieved by conversion to drip irrigation at the expense of an additional 146 kWh ha−1 as compared to furrow irrigation. For a sprinkler system 1.19 ML ha−1 can be saved by expending an additional 353 kWh ha−1. These water savings result in additional GHG emissions of up to 1027 kgCO2-e ha−1. The water and energy use indicators show that pressurized irrigation systems are in fact more efficient and more productive than traditional irrigation approaches. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd. La rareté, le prix élevé et l'empreinte écologique des ressources en eau et de l'énergie sont des questions bien connues et pointues de l'agriculture irriguée. L'eau et l'énergie sont des entrées principales pour les systèmes de production agricole. L'utilisation efficace de ces ressources est. vitale pour la productivité et la compétitivité économique de l'agriculture ainsi que pour la durabilité environnementale. Les systèmes d'irrigation modernes permettent d'un côté une très haute efficacité de l'eau, mais d'autre part, ils nécessitent un apport énergétique élevé. Ce document explore le lien eau–énergie de la modernisation de l'irrigation en présentant une étude de cas d'une grande zone d'irrigation dans le bassin de la Murray-Darling. Un modèle dynamique de nœuds et de liens a été développé pour modéliser les diverses combinaisons de systèmes d'approvisionnement d'irrigation et les technologies d'application de l'irrigation. La comparaison des économies d'eau modélisées et de l'énergie supplémentaire consommée pour réaliser ces économies montre que les d'économies d'eau par la conversion en irrigation goutte à goutte sont de 2.98 ML ha−1 pour une dépense énergétique accrue de 146 kWh ha−1 par rapport à l'irrigation à la raie. S′agissant d'aspersion, on peut économiser 1.19 ML ha−1 en dépensant 353 kWh ha−1 supplémentaires. Ces économies d'eau entraînent jusqu'à 1027 kgCO2-e ha−1 d'émissions de GES supplémentaires. Les indicateurs eau et d'énergie montrent que les systèmes d'irrigation sous pression sont en fait plus efficaces et plus productifs que les approches traditionnelles d'irrigation.