Quantifying the trade-offs between ecosystem service provision and water management in rice systems Balans mellan ekosystemtjänster och vattenanvändning för hållbar risproduktion Ris är en viktig näringskälla för 3 miljarder människor, särskilt i utvecklingsländerna. Risfält täcker en yta tre gånger större än Sverige och konsumerar mer vatten än någon annan gröda. I vissa områden, är risodling ohållbar på grund av dess höga krav på bevattning. Under de kommande åren, med minskade sötvattenresurser och ökad efterfrågan på vatten, kommer risproduktionen bli ohållbar i många regioner som producerar ris, vilket motiverar forskning om alternativ vattenförvaltning och förbättrade rissorter som tål begränsad vattentillgång. I synnerhet har omväxlande perioder med och utan vatten, istället för traditionell kontinuerlig bevattning, föreslagits som en alternativ bevattningsstrategi för att bibehålla en hög produktion som fortfarande är miljömässigt hållbar. Detta kan spara vatten genom att minska bevattningsvolymerna, men kan också ge oönskade konsekvenser. Genom att minska varaktigheten av översvämningarna, kommer jordarna i allt högre grad torka och syresättas. Mer aeroba förhållanden ökar den mikrobiella aktivitet i marken och därmed gynnas frisättningen av koldioxid och näringsämnen. Som ett resultat kan kol och näringsämnen i jordarna användas av mikroorganismer och därmed gå förlorade. Markens kol som förloras till atmosfären bidrar till utsläpp av växthusgaser, medan näringsämnen frigörs i mobila former och transporteras ut i floder och sjöar, vilket kan leda till försämrad vattenkvalitet. Förlusten av näringsämnen minskar markkvaliteten och slutligen ris produktionen. Minskade perioder med vatten påverkar också den biologisk mångfalden i risfält negativt, med negativa effecter på flera olika ekosystemtjänster. Bland annat minskar antalet naturliga fiender mot skadegörare. Möjligheterna att integrera fisk med risproduktionen minskar också, vilket leder till en minskad matproduktion. Syftet med det här projektet är att skapa en bättre förståelse för avvägning mellan vattenbesparing, produktivitet och jordkvalitet. Genom att beakta ”vattenkostnaden” för att skydda markens kolinnehåll och andra ekosystemtjänster, kommer vi att närma oss frågan om hållbar risproduktion på ett mer holistiskt sätt jämfört med tidigare metoder. Vi utgår från hypotesen att jordens kolinnehåll och näringskoncentration ökar med längden på översvämningen i ett visst klimat. Därför förväntar vi oss att vattenbesparingar också orsakar ett minskat kolinnehåll i marken. Eftersom markens kolinnehåll är kopplat till jordkvalitet och produktivitet, förväntar vi oss också att högre kolinnehåll i jordar leder till högre risproduktion. För att testa dessa hypoteser har tre länder (Tanzania, Viet Nam, och Italien) valts ut att representera globala skillnader i klimat, sociala faktorer och jordbruksmetoder. Som ett första steg, kommer jordprover att analyseras för att belysa hur mycket kol som lagras marker med traditionell bevattning, med mer intensiva rismetoder och med kortare bevattningsperioder, och i jordar med naturlig vegetation. I ett andra steg kommer dessa resultat tillsammans med publicerad data, skalas upp till en global nivå i avseende på risproduktion, markinnehåll av kol samt vattenförbrukning. Utifrån de första två stegen kommer vi att utvärdera hur hållbar risproduktionen är i de respektive länderna samt globalt i avseende på hur man balanserar vattenförbrukning och kolinnehåll i marken. Dessa beräkningar kommer att utföras med olika matematiska modeller som simulerar risproduktivitet i samband med vattenanvändning och mark-kol processer. Slutligen, med hjälp av klimatprognoser, kommer vi att utvärdera hållbarheten i olika risproduktionssystem under framtida klimatscenarier och ge indikationer på möjliga anpassningsstrategier. Forskningen kommer att diskuteras på konferenser och workshops. Vi kommer att ha en nära dialog med kollegor från Internationella risforskningsinstitutet och resultaten kommer även att delges lokalbefolkningen genom en rad aktiviteter som inbegriper barn (nästa generation av jordbrukare och konsumenter), Rice – a staple food for 3 billion people – consumes more water than any other crop, leading to unsustainable water withdrawals. Alternate wetting and drying (AWD) has thus been advocated instead of continuous flooding. However, AWD does not guarantee high yields and promotes decomposition of soil organic carbon (SOC) and loss of nutrients, reducing fertility. Moreover, the lack of flooding impairs the multi-functionality of rice systems (provision of services other than yield, e.g. fish-rice farming). With this project, we will address this trade-off between water savings, rice productivity and provision of ecosystem services (ES). By budgeting the water cost of SOC protection (which we name ‘brown water’), and by considering the advantages of water-related multi-functionality, we will approach the issue of rice sustainability in a more holistic way. We test the hypothesis that water savings from AWD are offset by reduced soil fertility and ES provision in 3 countries, 2 of which have large yield gaps (Tanzania, Viet Nam, and Italy). Soil analyses at our sites and global meta-analyses in combination to process models will provide the first estimate of the ‘brown water’ footprint of rice production. Results will be shared by engaging children, farmers, and the general public. We will raise awareness of the intimate connections between rice and its soil, and ultimately global climate, suggesting more sustainable practices and climate change adaptation measures.