文摘
农业生态系统是重要的粮食生产和保护生物多样性的同时继续提供一些在景观生态系统服务。尽管他们的经济和生态效益,以惊人的速度在坦桑尼亚农业生态系统正在退化。快速增长的人口和前所未有的气候变化影响损耗的影响农业生态系统内的自然资源基础相比近几十年来社区经历了之前。增加粮食需求由于人口增长增加了土地资源开发包括水的压力。种植面积和灌溉用水需求稳步增长在过去60年。然而,方法用于供水没有改善;因此,水分利用效率在大多数灌溉设施也很差。相反,气候智能型农业实践练习少在坦桑尼亚。有可怜的采用推荐适应小农由于一些社会经济原因之一。气候智能农业的关键目标之一是提高bio-geochemical交互在景观和减少之间的竞争自然资源的农业生态系统的人类和其他组成部分。 This underscores the assumptions that most cropping systems in Tanzania are not managed sustainably. Moreover, comprehensive assessment of hydrological dynamics within smallholder farming in Tanzania is highly lacking. Therefore, actual causes and extent of water resources depletion are largely unknown among stakeholders. In most tropical landscapes, water resources degradation is influenced by interaction of both anthropogenic and biophysical factors operating at different times and space scales. As the capacity of water-supplying sources continues to decline, Tanzania needs profound changes in agricultural production systems in order to nourish the growing human population. This calls for strategic approaches that have wider adaptability. A literature survey study with the following objectives was conducted (i) to assess current state of agricultural water use and irrigation activities in Tanzania and (ii) to determine major constraints for sustainable water management and identify appropriate adaptation measures for their improvement across diverse cropping systems.
1。介绍
农业生态系统是至关重要的维持粮食生产和保护生物多样性的景观(1,2]。这种系统通过系统的选择和组合不同层次的生产力,稳定,和被3]。据报道,在东部非洲,农业生态系统进化的几个世纪前;因此,许多当地社区发展的经验整合多个和补充组件在生产单位(4,5]。Engaruka灌溉计划在坦桑尼亚北部和Sirikwa agropastoral系统在肯尼亚西部高地追溯到大约12或15世纪前后6]。同样,在后来的铁器时代,班图人认为实践集约农业太高地。乞力马扎罗山和周围太肯尼亚11到16世纪左右。7]。
变量尺度相互作用,值得注意的是,作物作物,树木庄稼,作物土壤,或作物野生动物,进化在传统耕作制度随着时间(8,9]。这些交互的范围从简单的间作复杂农林复合经营系统(10- - - - - -12]。研究表明,生态系统服务的供应能力在农业生态系统是高度影响组件交互的增加层次结构(9,13,14]。
尽管农业生态系统的公认值,他们随着时间的推移不断毁了许多因素,从而威胁生态系统服务提供能力和冲击韧性多个压力(15,16]。最近的农业集约化和未来的前景增加粮食需求的不利影响功能的自然资源基础,包括水源枯竭(17]。此外,丧失多样性和农业生态系统结构组成的变化也与非农转换有关陆地种植和放牧区域(18,19]。
相反,气候变化已经是一个问题在农业。温度和水压力放大,种植制度变得更加紧张。在其极端的范围,通过水分蒸发温度影响过度失水(20.]。然而,据报道,气候变化的影响是更容易受到热带发展中国家尤其是非洲撒哈拉沙漠以南地区(21- - - - - -23]。根据柯里尔等人和赫特尔et al。24,25),该地区更容易受到这种问题,因为当地社区缺乏能力适应和应对气候变化的影响。
的综合效应增加了气候变化和人类干扰对土地资源具有深远影响水资源的可持续性和整体生产力的农田26]。水资源是非常脆弱的。它们极易降解暴露在各种环境压力。许多资源被overabstracted后灌溉用水需求之间的不匹配和供应来源的实际能力27]。增加了森林砍伐森林集水区暴露潮湿地面太阳辐射;因此,比例的存储水分丢失之前发布作为河流径流(28,29日]。同样,从上游地区沉积和农药浓度的增加会影响水的数量和质量都流到下游用户。这需要适当的策略来提高水分利用效率在种植制度(30.,31日]。
在坦桑尼亚,大约6类型的农业系统已报告在不同农业生态的区域,即玉米混合根作物,高地常年agropastoral小米、高粱、树作物,高原温带混合(32]。这种变化是归因于不同的生物物理因素描述农业生态的区域,如气候条件、地形和土壤属性(33- - - - - -35]。此外,一些人为因素包括土地使用权,消费者的偏好和机构问题已报告影响农民的土地管理决策在坦桑尼亚(36,37]。
然而,全面估计水的需求和供应在坦桑尼亚在不同种植制度缺乏。这往往导致水资源管理的挑战在大多数农业景观38]。我们假设策略应对缺水在坦桑尼亚增加不应该只专注于当地农场的属性,还整个盆地。此外,在关键机构之间良好的协调可持续水资源管理至关重要。
因此,进行审查评估当前知识农业水资源管理模式下小农农业在坦桑尼亚。历史和当前文献从不同的来源,如期刊文章、技术报告,和灰色文献涉及水资源管理在不同种植制度和坦桑尼亚的生态区域,被用来提取信息。这次审查的重点是集中在用水实践,主要约束条件,为提高其使用效率和各种适应策略。此外,它打算提供更新的信息在水资源管理的状态,有助于改善水的政策和实施框架。政府官员、决策者和当地农民是本文的主要目标受众。
2。在坦桑尼亚小农农业用水
一般来说,在坦桑尼亚农业生产受到种植区域的大小而不是改善农艺管理。粮农组织的评估在坦桑尼亚谷物生产的长期趋势显示谷物产量与字段的大小呈正相关。然而,大幅减少的产量是2000年代初(图中观察到1)。后面几个原因报告未被利用的谷物产量在坦桑尼亚(39- - - - - -41]。
在坦桑尼亚农业消耗了盆地放电的最大比例(42]。灌溉消耗86%,市政部门使用10%,不到1%的行业。近六年来,坦桑尼亚已经取得了一些进展灌溉领域包括扩大灌溉下的面积。根据国家灌溉总体规划(NIMP),坦桑尼亚已经确定总灌溉潜力3040万公顷。230万公顷,分为高潜力;480万公顷的潜在媒介;和2330万公顷低潜力。然而,只有289245公顷已转化为改善灌溉农业(43]。几乎所有地区的国家都承诺的粮食生产能力在不同适应的种植制度。然而,25,只有8地区显示灌溉潜力最高。包括竭尽全力,马拉,喀格拉河、Shinyanga阿鲁沙,乞力马扎罗山,Morogoro,例区域。值得注意的是,优先灌溉不同在不同的作物品种。玉米、水稻和蔬菜比其他栽培作物灌溉(38,44]。
坦桑尼亚具有多样化的农业用水供应来源。然而,大多数小规模农民(80%以上)取决于降雨38]。在不同的农业生态的区域降水变化显著。虽然有些部分接收、平均每年的雨水,其他类似的中部地区,沿着裂谷获得相对较低的平均数量(45,46]。我们假设缺乏降雨在中部地区如多多马,辛吉达省和Shinyanga减少种植粮食作物的机会。
灌溉依赖于抽象的河流径流通过解流38]。值得注意的是,大幅下降过程中观察到的水河流通常是干燥的季节,通常从6月持续到10月(47,48]。因此,供水灌溉领域下降在旱季(42]。低效率的供水基础设施也加剧了这个问题。传统的灌溉方法的主要缺点是输水效率低和过度失水途中从来源到农田49- - - - - -51]。这往往限制了下游用户访问足够的水,特别是在旱季(52]。
相比之下,现代灌溉技术的采用洒水装置和小型电动泵等仍需进一步动员和便利化。在一些地区,当局限制直接注入河流和湖泊的水用于灌溉的目的(44]。然而,积极应对作物产量已经意识到采用现代灌溉方法(53]。
最少的利用水资源包括地下水的来源和收集雨水。前者涉及到只有0.2%的灌溉面积。集雨技术只覆盖27200公顷,更多局限在中央等干燥地区多多马,Tabora,辛吉达省曼,Shinyanga [38,44]。
3所示。农业水管理约束
3.1。Anthropogenic-Induced原因
几个话语发现人类活动负责农业生态系统内水资源消耗多于natural-based原因(54- - - - - -56]。,这是真的,这个问题可能会进一步加剧了缺乏预防措施并最终影响水文循环(29日]。农田在大多数撒哈拉以南非洲国家具有较差的土壤储存水由于一些损失。例如,库珀等人,下面和Valentin [57,58)报道,30至50%的降雨量是由土壤蒸发而失去了地表径流占10 - 25%。Rockstrom [59)注意到,生产绿色水流蒸腾占一小部分,特别是10 - 30%的降雨量。此外,其他研究已经表明,在非洲东部传统灌溉系统具有水分利用效率低于50%供应运河和储存设施(42,60]。在这里,我们回顾一些选定的人为活动导致严重的水管理问题。然而,仍然有一些管理和技术问题,限制灌溉行业的发展(37,61年,62年]。
3.1.1。土地退化
土地退化影响景观和加速农业用水的质量损失(63年,64年]。值得注意的是,水侵蚀最严重的侵蚀在坦桑尼亚,尤其是在高地和植被较差的地区,由于人类行为65年,66年]。控制径流导致损失的水和土壤肥力土壤中可以存储供以后使用。在坦桑尼亚Mahale北部的山脉,布施et al。67年)指出,人为改变湖腹地由于栽培,燃烧和森林砍伐影响细颗粒泥沙沉积的坦噶尼喀湖岸边。性状、土壤渗透性可能受到遗传因素的影响,如土壤质地(68年]。然而,管理实践,如重型农机可以影响土壤压实,尤其是当操作在贫瘠的土壤水分政权69年]。考虑到整体的使用在坦桑尼亚小农农业机械化仍低,对每年总土壤流失的影响可能是非常小的。
相反,努力改善了土壤水分水平并不总是有益的。盐积累和浸出的营养往往发生在灌溉田地。评估Ndungu水稻灌溉计划在同一地区的土壤条件表示之上土壤交换性钠高百分比和高碳酸氢(70年]。盐提高渗透压,引起离子毒性或营养失衡失调植物根系和土壤之间的水和养分运输(71年]。的基础上,研究作物发展有限,本文未能确定的贡献盐渍化的影响在其他种植制度。然而,土壤盐碱化的程度是非常动态的时空尺度。有几个因素可能影响土壤中盐分的积累在耕作制度。这些包括灌溉水质、排水条件、土壤水分蒸发蒸腾损失总量(72年]。
3.1.2。复杂的土地占有制系统
有密切关系的复杂性土地所有制和农田的总体管理。在高度密集的农业生态系统,获得耕地已经是一个问题。例如,太。乞力马扎罗山,土地所有权的平均大小小于2公顷/人。这影响了一些家庭依靠雇佣或照顾亲属的土地在他们的缺席73年,74年]。鉴于任期内是无担保的,租户恐惧投资改善土地质量。
一项由Bayisenge [75年]指出,农民缺乏明确的土地所有权制度,它将无法实现长期以来水土保持实践受益于此类投资偿还之前需要很长时间。高效的灌溉技术,如滴灌或洒要求更高的初始资本投资,许多农村村民不能支付前期(76年]。
在其他方面,性别对土地所有权的影响可以间接影响土地管理。在非洲东部的大部分地区,近60 - 80%的粮食是由女性但只有4%的土地,他们的名字(77年]。同样的问题是太观察。乞力马扎罗山,Kiamba系统涉及到土地通过儿子,因此限制了土地所有权的女性(74年]。对比研究结果报道Galie et al。78年]他观察到缺乏性别平等注意对土地管理和粮食安全的影响在发展中国家。
3.1.3。弱机构联系
捐助者和政府支持农村灌溉项目在坦桑尼亚开始早在1970年代初。然而,相比投资取得的努力。几个技术和管理问题一直是限制这些项目的扩张和可持续性。值得注意的是,项目实施者更侧重于工程部分,而社交方面重要的项目可持续性一直被忽视。当地人民积累了经验的类型的作物生长季节,和合适的位置在村里的土地79年]。
目前,所有的流域水资源管理,在正式和非正式的机构(37]。然而,有更少的成功故事在坦桑尼亚农业水的改善有利于小农。值得注意的是,国家政策造成一些矛盾冲突在地上(42,61年]。鉴于水是多部门资源,需要用户之间的协调水政策引导公平共享。例如,农民之间的冲突和牲畜饲养者已经影响农业生产和水质在坦桑尼亚的几个地区79年,80年]。
希尔管理灌溉山的南坡。乞力马扎罗山农业水资源管理提供了一个很好的案例研究。人们普遍担心,凝聚力之间的正式和非正式制度对流域水资源管理。乞力马扎罗山是弱61年,81年),因此创建地方当局之间的沟通障碍和查加人“水委员会。似乎,增加抽象无水管道影响了传统灌溉水渠的放电(50,82年]。我们把这种现象归因于当地那些专业知识和经验的边缘化在项目计划(可能是有用的输入79年]。除了地区当局的软弱,查加人的当地机构报道恶化随着时间的推移,从而减少内部安排,用于维护灌溉计划(61年]。
3.2。Biophysical-Induced原因
尽管有一些人为和生物物理因素之间的相互关系,有证据表明,生物物理因素彼此相互作用引起有害影响农业生态系统的水文循环。值得注意的是,气候变化和差异是最具影响力的生物物理因素对土地资源退化。这包括极端温度和降雨量高发射率的范围。相反,地形坡度和土壤属性的影响水资源消耗更受管理实践的影响。
3.2.1之上。气候因素
气候变化已经成为一个严重的环境问题在热带农业生态系统以前所未有的影响,据报道,增加在未来83年,84年]。极端天气事件和季节性模式的改变已经影响了水循环(85年]。温度和降水是主要的气候变量猜测影响作物水分利用效率的动力;然而,理解这只是理论上在农民和推广人员。每种作物都有其阈值温度和湿度范围,然而农民表示少努力修改安排或作物农艺措施为了克服热或缺水的影响23,86年]。尽管事实混合种植一直被视为一个潜在的气候变化战略,战略也可能影响整体收益率如果缺乏作物之间的互补性87年]。目前,植树和采用混合作物品种的活动高度提升农业景观。由于几个socioeconomical因素、社区发展兴趣混合作物或奇异的树木物种为代价的本地或本土的(1,36]。然而,引入一些外来树种在农田已经造成负面影响营养和水周期(88年,89年]。
植物生长积极响应温度升高,但好处是不知所措与极端温度水平和频繁的旱灾90年,91年]。鉴于表型差异在不同作物品种(92年,93年),它们可以具有不同的蒸腾率。大多数半干旱地区,比如坦桑尼亚中部,经验高蒸散和减少每年降雨量相比高地(94年]。因此,农民需要实现不同适应水资源管理策略以减少作物干旱造成的损失的风险。
3.2.2。土壤特性
土壤的固有特点是高度异构的空间尺度(95年]。土壤渗透率性质的信息,如水渗透和渗透系数,可以是有用的预测水灌溉领域内获得和损失(96年]。此外,他们可以用于开发作物水分胁迫地图领域内以优化灌溉用水(97年,98年]。
土壤质地是很静,但高度异构空间规模(99年,One hundred.]。不同的水分在植物根区主要受其土壤质地的影响。在相同数量的灌溉用水,肥沃的土壤储存更多的水粘土紧随其后而沙子是最少的101年]。在坦桑尼亚,大部分的海岸线在印度洋沿岸的土壤红沙土(102年]。这样的土壤主要是由沙子小腐殖质和粘土103年]。纹理粗糙,这些土壤是高度干涸,因此不适合建立沟灌计划,除非排列。相反,大多数高地等领域乞力马扎罗山,阿鲁沙,Mbeya,马拉地区的一些地区具有暗色土(102年,104年]。这些土壤是年轻和源自火山沉积。水文,Andisols表现出良好的持水量的属性(103年]。广泛无衬里的灌溉渠道作用于斜坡的乞力马扎罗山和Mt。一支几十年来由于土壤不排水和稳定50,73年]。
3.2.3。地形因素
地形对景观内的水文过程有影响(105年]。直线斜率增加表面放电的流速。然而,斜率曲率沿hillslope负责一定程度的变异性横断面(106年]。Uluguru山脉,东坦桑尼亚南部,Nishigaki et al。107年]报告较高的径流和泥沙损失相比上部陡山麓网站。此外,固有的微形貌引起变化的土壤水分积累灌溉或降雨事件的结束。抑郁和融合的风景往往积累较高的含水量比丘陵地区(108年]。怀疑是同样的效果影响养分有效性。足够的证据对地形表面曲率的影响缺乏水文在坦桑尼亚。然而,这和鲍威尔(尼日尔西南部的一项研究109年)指出,肥料应用于潮湿的凹的部分农场表示更多的养分浸出相比干燥机凸区域。这意味着农民需要之间的权衡成本花在购买肥料和福利得到土壤水分存储。
有人断言农田在陡峭的斜坡上可以更容易受到土壤水分赤字控制措施缺乏。表明风险最高的领域包括北部高地如Mt。乞力马扎罗山,太一支削减山脉南部,Usambara山脉。在南部高地,它包括Matengo山丘和Makambako山丘。半干旱地区多多马和辛吉达省等特点是平坦的地形;因此,水的整体风险损失地形可能是最小的。
4所示。适应农业水资源管理的策略
解决水问题在作物领域要求一系列的管理干预从农田排水水平。有很多可能性,农田供水可以提高抽象不增加利率的来源。需要共同努力的关键用户减少浪费和减少不必要的水使用。
鉴于水和土壤是农业生产的主要资源,任何农业项目应该解决的支柱年可持续发展目标(110年,111年改善粮食安全)和国家战略。几个框架已经建立了在坦桑尼亚,也地址转换的农业生产力。其中包括2025年坦桑尼亚发展愿景(TDV 2025);国家战略对经济增长和减少贫困(NSGRP / MKUKUTA);和农业部门发展计划(ASDP),就更别提几(30.,112年,113年]。
为了建议农民和决策者更好的水资源管理选项,一个强大的经验证据嵌入以证据为基础的干预是必要的。几种机制解决水资源管理的挑战一直主张,然而一些显示狭窄的适用性(61年,62年]。
4.1。覆盖应用程序
覆盖是最简单和广泛使用的技术在农田土壤节水。它涉及到土壤表面覆盖着一层有机材料通过蒸发减少土壤水分损失的目的(114年,115年]。此外,覆盖农田的cobenefits数量,如添加有机物质和抑制杂草的116年,117年]。
Usambara山脉,传统的覆盖系统(Miraba)已经使用了几十年控制水土流失、改善土壤肥力和作物产量118年]。此外,一项研究Kaihura et al。119年]指出,农家肥料(施厩肥)可以有效地用作覆盖物材料和更好的输入土壤养分在不同农业生态系统相比,N和P矿物肥料。从覆盖获益更多,其他土壤管理措施,如减少耕作或添加动物粪便可以轻松集成120年]。
4.2。等高耕作
阳台是一个表面通常建立在急剧倾斜的区域被夷为平地克服坡度对土壤侵蚀的影响。技术可能是最古老的方法之一土地保护(121年]。倾斜的地区很容易退化可能影响农田土壤质量。修改倾斜的地形为等高梯田防止径流在降雨或灌溉(122年,123年]。在坦桑尼亚,像其他东部非洲国家,Fanya juu梯田在陡坡用于控制水土流失。建设Fanya juu涉及提升较低土壤上坡用手锄创建海沟和山脊,沿着轮廓线。脊控制径流溢出而沟作为抑郁症,收集径流和运输沉积物(124年,125年]。
值得注意的是,梯田的建设要求谨慎的方法。土壤是不稳定的,像Makanya分水岭乞力马扎罗山北部,东部石梯田可以用来稳定阳台墙。相反,在轻轻起伏的山坡(2 - 5°),边境一直被广泛使用126年]。在大多数情况下,然而,植物根系是用来稳定平台边缘。Usambara山脉,危地马拉草生长的双重目的,控制水土流失和作为牲畜饲料的来源127年]。
除了多个平台的好处,据报道他们的定期维护是具有挑战性的。我们与这个人口减少大部分地区的农村青年坦桑尼亚(128年]。梯田的建设和维护非常费力;因此,增加老年人和儿童在农村地区的人口是翻译成无声缺乏梯田(129年]。
4.3。作物品种的变化
满足不断增长的人口的粮食供应将需要其他创新的策略而不是增加种植区域或抽象的来源。在干燥的地区,种植耐旱作物,如高粱、扁豆bean,或者小米还将节省大量的水,确保作物产量高。同样,更在富水地区生长的水稻种植面积将在降低供水成本和更少的污染59,130年]。然而,设想的是专门的农业高效作物区域边界之间的营销需求。因此跨部门之间的合作农业、贸易、通信和运输是强调131年,132年]。
气候变化的影响正在明确,特别是温度和二氧化碳浓度的增加。由于持续的努力对作物育种程序,先进的生物技术取得了几个里程碑在提高作物抵抗生物和非生物压力的能力造成的极端气候条件(133年,134年]。值得注意的是,几个选项提高水分利用效率进行了调查;这些包括(i)减少nontranspirational使用的水;(2)减少蒸腾而不降低生产;(3)增加生产不增加蒸腾;及(iv)提高公差与水相关的压力。例如,高粱(高粱二色的l . Moench)是一种非常适应在干旱地区作物,因为它能够承受严重的气候条件,抑制杂草和要求更少的农业投入相比,大多数谷类作物(135年,136年]。C4植物,它具有较高的光合能力和更高的氮和水分利用效率。
尽管有这些优点,高粱的一些改良品种,如var。Tegemeo来自坦桑尼亚,还没有被广泛采用。一些关键的原因包括低蛋白质含量和单宁的存在(137年]。
4.4。集水
发展补充灌溉用水的来源可能是一种维持农业供水在旱季。事实上,这种技术在坦桑尼亚不是很新。小到中等大小水坝(Madibwi在斯瓦希里语方言)被用来收集降雨在半干旱地区(138年,139年]。然而,在北部高地喜欢太。乞力马扎罗山,集雨农业地区涉及建立microdams (Nduwa在查加人方言)沿着小溪路线(图2)。隔夜存储在第二天公布通过灌溉水渠(字段50,140年]。在坦桑尼亚,小圆坑孔,微型水网直径约30厘米,20厘米深,被用作农作物灌溉技术。例如,Vinyungu用例的农村地区,坦桑尼亚南部高地,种植粮食作物141年]。其他类似的技术使用micropit系统包括哉,Tassa, Chololo [20.,142年]。这些技术包括蓄水的优势,改善作物根区土壤肥力,并改善地下水补给。
4.5。促进农林
农林复合经营可以提高水的利用效率提供一种很有前途的解决方案(13,143年]。建立农林复合经营是可能在大多数坦桑尼亚农业生态的区域提供介绍树木或灌木将提高系统的整体性能(144年]。树根使降水的渗入含水层和控制其释放在干旱期间下斜坡。类似地,树根可以通过液压影响土壤水分再分配(人力资源),因此甚至使作物获得足够的水分干燥期间。一项由Bayala et al。145年]表示人力资源的存在会导致植物根际土壤水分潜力高,因此重要的农田水动力学和营养循环。人力资源的概念可以有利于如多多马和辛吉达省干旱和半干旱地区降雨非常不稳定和缺乏146年,147年]。
在单一作物系统中,田间作物遭受过度蒸发蒸腾损失。这是由于太阳直射作物的树冠和土壤表面。树是集成的,他们就像一把雨伞作物。林的研究(14)指出,阴影的存在在咖啡农场减少损失在两种作物蒸发蒸腾和土壤。
然而,一些树种可能会导致一些负面影响在农业生态系统由于缺乏互补性与作物。例如,桉树种虫害的树木受到了广泛的批评影响景观水文和耗尽土壤肥力(89年,148年]。然而,他们可能是有用的在控制提高水位在边际土地88年]。从社会经济的角度来看,桉树种虫害树木木材生产高质量而他们的分支机构作为波兰人和柴火149年,150年]。
5。结论
提高农业用水效率需要诊断的威胁在一个广泛的尺度。在坦桑尼亚灌溉行业仍然需要戏剧性的变化,以满足当前和未来粮食需求的目标。农业生产持续水损失限制公平分配水的其他关键用户,可以显著影响自然生态的作用过程。多样的方法来减少人为和生物物理损失已经熟悉的农民。然而,有必要研究不同农业水管理选项可以与当地农民的条件。我们建议这些选项应该开展参与式发展农民和其他利益相关者之间的方式。改善供水种植领域的可能的抽象率没有显著增加。然而,需要水经理和当地农民在坦桑尼亚的适应措施改善协调是基于合理的科学。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突有关的出版。