Kan jordbruket övervinna sina egna vattenproblem?

Jordbruket kräver mycket vatten. Faktiskt, den använder 70 % av världens sötvattenförsörjning. I århundraden har bönder hittat geniala sätt att göra det bästa av vattnet tillgängligt. Men tillgången till färskvatten blir mer oförutsägbar. Extrema väderhändelser ökar, och torka är lika mycket av ett hot som översvämningar för våra gårdar. I vissa länder, hela samhällen börjar migrera på jakt efter en stadig vattenförsörjning för sina grödor.

I avsnitt fyra av BBC World News och bbc.com-serien, Följ maten :Det regnar aldrig, Det häller , känd botaniker, James Wong, undersöker hur bönder, forskare och ingenjörer försöker helt förändra hur jordbruket interagerar med vatten – hur det används, hämtas och lagras.

Kan vi tänka om hur vi använder vårt vatten – för att skydda både våra gårdar och vårt klimat?

Lösningar i Indien

För att odla bara ett kilo ris krävs 5000 liter vatten. Detta står för över en tredjedel av det vatten som används i jordbruket. Problemet är inte bara mängden vatten som denna gröda använder, men bakterierna som lever i den översvämmade jorden där ris växer, producerar ständigt metan, en enorm växthusgas. Faktiskt, 20% av all metan på planeten kommer från risfält, och ris är nummer ett gröda för utsläpp av växthusgaser.

I södra Indien, där de lider av akut vattenbrist på grund av förändringar i monsunregn, staten subventionerar droppbevattning för risbönder.

Saravanakumar Mani, Regionchef på Netafim Indien Syd säger:"Just nu, 54 % av de indiska regionerna har hög vattenstress. På samma gång, vi behöver producera mat till den ökande befolkningen. Så, vi måste ta till oss modern teknik. Vi måste ge vattnet till växten, inte till jorden."

Jordbrukare, Ravichandran Vanchinathan, använder metoden som kallas System of Rice Intensification (SRI), som inte bara använder mindre färskvatten, men förbättrar också avkastningen.

"Många bönder, på grund av vattenbrist, har gett upp risodlingen, tror att det är en vattenslukare. Men, det är inte så, det är en myt. I SRI, vi bevattnar inte åkern så ofta, bara när och när det behövs. Vi kallar det alternerande vätnings- och torkningsmetod och vi använder 30-40% mindre vatten.

Ravichandran pumpar in sötvatten i fältet intermittent istället för att kontinuerligt översvämma dem som risfält. Roterande våta och torra perioder innebär också att växtrötterna får mer syre, som hjälper dem att trivas. Och, plantera unga, enstaka risplantor bredare ifrån varandra betyder extra utrymme för baldakin och rottillväxt, producera större och friskare växter.

Anmärkningsvärt, SRI-metoden verkar producera mer ris även om den använder färre växter och mindre vatten. Om alternativ för risfält som SRI eller droppbevattning rullades ut över hela världen, vattenbesparingarna kan bli enorma och minskningen av växthusgaserna kan förändras.

Lösningar i USA

Att odla vår mat kräver mycket färskvatten, men klimatförändringarna gör denna livsviktiga resurs allt mer oförutsägbar. Ställs regelbundet inför antingen torka eller översvämning, många bönder runt om i världen är beroende av grundvatten som en pålitlig källa för bevattning av sina grödor. Dock, vår växande befolkning gör att efterfrågan överträffar utbudet.

Men kan det finnas ett sätt för bönder att ladda upp dessa livsviktiga vattenresurser och förhindra att världens brunnar blir torra?

I Kaliforniens Central Valley, en region som producerar en fjärdedel av USA:s mat och förlitar sig mest på vatten som pumpas från underjorden för att bevattna grödorna, det tar snabbt slut.

Stigande temperaturer har inneburit att varje år, snöpackningen på Kaliforniens berg smälter snabbare och orsakar översvämningar. Vissa bönder i regionen försöker vända det som normalt skulle vara ett problem till en lösning, använda den smälta snön för att fylla på de naturliga underjordiska akvifererna.

Don Cameron, Vice President och General Manager på Terranova Ranch Inc. sa:"Jag har hållit jordbruk här i ungefär fyrtio år och har sett vår grundvattennivå sjunka ungefär en fot per år. Vi insåg att vi behövde vidta åtgärder för att lindra problemet. Vi tar vatten som normalt rinner vid vår ranch, det är översvämningsvatten, som orsakar problem nedströms med översvämningar och så småningom hamnar i havet och går förlorat för jordbruket, och vi avleder den och för den till vår jordbruksmark.”

En infrastruktur på flera miljoner pund har byggts för att avleda översvämningsvattnet till där det sedan kan blötläggas genom jorden till akvifärerna nedanför.

"Vi vet att i våra allmänna regioner här, vi kan lagra upp till 2 miljoner acre-fot vatten, som är dubbelt så stor som den största dammen i vår region. Potentialen är verkligen enorm."

Dons banbrytande arbete har visat sig inspirerande. Att fylla på grundvattenförråden är nu ett fokus för bönder, inte bara i Kalifornien utan runt om i världen – där nya projekt pågår för att fånga upp överskottsvatten i tider av översvämningar och monsun så att det kan utnyttjas när torkan drabbar.

LÄS ÄVEN OM:hur-kan-vi-stoppa-bönder-att-utrotas

Lösningar i Sydafrika

I södra Afrika, Jill Farrant – professor i molekylär- och cellbiologi vid University of Cape Town, försöker utnyttja kraften hos så kallade "uppståndelseväxter" - arter som kan förlora 95 % av sitt vatten och förbli i torrt tillstånd i flera år, men när det regnar, komma tillbaka till livet.

Jill sa:"Klimatförändringar är på riktigt, och det borde vi alla vara mycket medvetna om. Det kommer att föra olika problem till olika länder. I Sydafrika – i mitt land – vad är den största förutsägelsen, är det om tjugo år, vi kommer att vara en öken. Det är ett stort problem eftersom det finns väldigt lite bevattning och vi förlitar oss helt på nederbörd.”

"Mitt arbete är att kunna förstå hur dessa växter kan förlora vatten och inte dö, och att överföra den genetiska och biokemiska potentialen till grödor så att de också kan förlora vatten och inte dö."

Jill och hennes team vid University of Cape Town har upptäckt att matgrödor också har samma potential, eftersom de delar samma kärngener, som tillåter dem, som frön, att ligga i dvala tills den vattnas.

"Nu när vi förstår att varje gröda har dessa gener i genomet, en genredigeringsteknik kommer att användas för att slå på dem, i blad och rot, under torka, när normalt dessa gener skulle vara tysta. Vete, Ris och majs är där uppe och ger 75 % av alla matkalorier för alla i världen och, tyvärr, alla dessa grödor har fötts upp för att ge mat, äventyrar deras stressförmåga. På grund av vår studie om uppståndelseväxter, vad vi ska göra med genredigering är att försöka efterlikna det i en gröda. Om vi ​​inte gör ändringar nu, vi kommer inte att vara ok om 20 år, ” förklarar Jill.

Oavsett om vi som Jill och hennes team skapar fler växter som behöver mindre vatten eller växter som dricker saltvatten eller fokuserar på att helt enkelt hantera det vi har tillgängligt, det går inte att komma ifrån nödvändigheten av denna viktiga ingrediens i all vår livsmedelsproduktion.

LÄS ÄVEN OM:nya-rissorter-behövs-som-klimatförändringar-hotar

Följ maten:Det regnar aldrig, Det häller sänds kl. 0130 och 1530 GMT lördagen den 20 ^th februari och 0930 och 2030 GMT söndagen den 21 ^st februari på BBC World News. För att ta reda på mer eller se avsnittet i sin helhet, du kan också besöka http://www.bbc.com/followthefood och följa @BBCFuture på Facebook och Twitter för allt det senaste från serien.