La productivité de l'eau utilisée dans l'agriculture a au moins doublé entre 1961 et 2001, grâce surtout à la hausse des rendements agricoles. Les rendements du riz irrigué ont doublé et ceux du blé non irrigué ont augmenté de 160% pendant cette période, avec peu de variation dans la consommation d'eau par kilo de production. La FAO estime que, globalement les besoins en eau pour la production de nourriture par habitant ont diminué de moitié entre 1961 et 2001, une économie considérable et un gain tout aussi considérable pour les autres usagers de l'eau.
On a calculé qu'une hausse de 1% de la productivité de l'eau dans la production vivrière libère - en théorie, tout au moins - 24 litres d'eau par jour et par habitant, tandis qu'une hausse de 10% serait égale à la consommation d'eau actuelle des ménages. Investir dans l'agriculture et dans la gestion de l'eau agricole est donc une stratégie séduisante pour dégager de l'eau à d'autres fins.
Améliorer la productivité de l'eau - qu'il s'agisse d'agriculture pluviale ou non irriguée - nécessite tout d'abord la hausse du rendement ou de la valeur des cultures, c'est-à-dire le rendement commercialisable d'une culture pour chaque unité d'eau transpirée. Egalement nécessaire, la réduction de tous les écoulements ou "pertes" inutiles (par drainage, suintement et percolation) sauf la transpiration des plantes, et une utilisation plus efficace des précipitations, de l'eau stockée et de l'eau de qualité marginale. La réduction des pertes et la maîtrise de l'eau sont considérées comme faisant partie de la gestion intégrée des ressources en eau au niveau du bassin, qui fait une place essentielle aux institutions et aux règles adoptées pour garantir que les interventions en amont ne sont pas faites au dépens des usagers de l'eau en aval. Ces trois principes s'appliquent à toutes les échelles, du niveau de la plante et du champ à celui du système agro-écologique, mais les options et les pratiques qui y sont associées nécessitent des démarches et des technologies qui varient selon l'échelle spatiale.
Indice de récolte. Au niveau de la plante, la hausse de la productivité viendra principalement des améliorations du matériel génétique, comme la vigueur renforcée des plants, l'augmentation de la profondeur de l'enracinement, la hausse des indices de récolte (la partie commercialisable de la plante par rapport à sa biomasse totale) et le renforcement de l'efficience photosynthétique. Les variétés de blé, de riz et de maïs de la révolution verte qui ne sont pas sensibles à la durée de jour et ont un cycle végétatif court à moyen (90 à 120 jours) ont montré qu'elles résistaient à la sécheresse en fin de saison qui compromet la floraison et le développement du grain. De ce fait, les variétés modernes de riz sont trois fois plus productives, en termes d'usage de l'eau, que les variétés traditionnelles. Les méthode classiques de sélection des plantes ont déjà permis d'étendre ces résultats à d'autres cultures, et le génie génétique devrait venir à bout des obstacles qui s'opposent depuis longtemps à la mise au point de variétés tolérantes à la sécheresse et à rendement élevé.
La FAO conteste l'idée courante selon laquelle l'utilisation de l'eau dans la riziculture est par nature inefficace, faisant remarquer que la percolation à partir de la couche d'eau qui se trouve à la surface du champ est souvent recyclée, et que la productivité de l'eau du riz soutient la comparaison avec celle des céréales sèches. Cependant, les techniques d'irrigation permettant d'économiser l'eau - telles que les cultures en sol saturé et l'alternance de l'humectation et de l'assèchement - peuvent réduire de manière considérable les débits sortants et accroître la productivité de l'eau. Ces techniques conduisent en général à une certaine baisse des rendements dans les variétés de riz aquatique à rendement élevé, bien qu'on ait obtenu des hausses notables pour certaines variétés locales - avec des rendements moyens dépassant 8 tonnes par ha. - avec une technique appelée "système d'intensification du riz", venant de Madagascar, dans laquelle le sol est humidifié uniquement durant les stades reproductifs et lorsque la plante produit les grains.
En agriculture pluviale, combler les déficits en eau des cultures pendant les périodes de sécheresse par une irrigation complémentaire stabilise la production et augmente de manière considérable la production et la productivité de l'eau. Les investissements dans la collecte de l'eau - comme par exemple, le creusement de rigoles qui captent le ruissellement et le déversent dans un réservoir de stockage - sont relativement peu importants, mais leur efficacité est tributaire de nombreux facteurs, y compris la topographie, les caractéristiques des sols et la disponibilité d'engrais, sans parler de la participation des bénéficiaires à la conception et au fonctionnement.
Calcul de valeurs. AAu niveau du système et du bassin hydrographique, les options permettant d'améliorer la productivité de l'eau sont notamment une meilleure planification de l'utilisation des terres, l'utilisation des prévisions météorologiques à moyen terme, l'amélioration du calendrier des irrigations, et le recours à des sources d'eau différentes. Mais la hausse de la productivité de l'eau peut ne pas s'accompagner d'avantages économiques ou sociaux plus grands - l'eau dans les zones rurales des pays en développement a des usages nombreux, ce qui complique les calculs de valeur. A cette échelle plus large, les effets de l'agriculture sur les autres usagers de l'eau, la santé humaine et l'environnement deviennent au moins aussi importants que les questions de production.
Enfin, la FAO souligne la nécessité de définir les types de mesures et d'incitations propres à promouvoir l'adoption de nouvelles pratiques culturales et agronomiques et, avec celles-ci, une productivité de l'eau plus élevée: "L'expérience acquise en matière d'agriculture de conservation montre que les intérêts à court terme des agriculteurs divergent souvent des intérêts à long terme de la société, et que les avantages financiers retirés de changements dans les façons culturales sont souvent long à se matérialiser. Les résultats irréguliers et souvent contradictoires des études sur l'adoption de nouvelles pratiques font penser que le processus décisionnel des agriculteurs est très variable et souvent par trop long si l'on considère le caractère urgent des problèmes de rareté de l'eau. Les données d'expérience obtenues par la recherche participative et la vulgarisation pourraient aider à réduire ces délais."