Non-conventional resources in water management in agriculture: challenges and opportunities

Growing pressure on water resources is challenging the sustainability of conventional groundwater and surface water supplies in many semi-arid regions worldwide. As agricultural systems adapt to these constraints, non-conventional water resources (NCW), particularly reclaimed and desalinated water, are increasingly considered strategic components of future irrigation portfolios. Understanding the barriers, opportunities and governance conditions that shape their adoption is therefore critical for developing resilient agricultural water-management strategies. Against this backdrop, the overall objective of this thesis is to analyse the challenges and opportunities associated with the adoption of NCW in Spanish agriculture. The study focuses on the Region of Murcia and the Campo de Cartagena Irrigation Community (CRCC), one of Europes most productive yet water-stressed agricultural areas, and a longstanding pioneer in the use of NCW. Four specific objectives guide the research: (i) identifying and systematising barriers that limit the expansion of reclaimed water; (ii) examining social perceptions and sources of disagreement surrounding its use; (iii) analysing how socio-economic, regulatory and technological drivers influence NCW adoption from stakeholders perspectives; and (iv) quantifying the capacity of NCW to mitigate reductions in conventional water supplies. To address these objectives, the thesis combines four complementary methodological approaches: a systematic literature review and cross-impact analysis to map and classify barriers related to reclaimed water use; Q methodology to uncover social perspectives on reclaimed water; a participatory Fuzzy Cognitive Map (FCM) to model stakeholder-informed water-management dynamics and simulate future scenarios; and a farm-based agro-economic positive mathematical programming (PMP) model to evaluate irrigation-system responses to changes in water availability, supply composition and water prices. Overall, the thesis shows that NCW can play a strategic role in strengthening water security and supporting agricultural livelihoods under growing scarcity. However, their effective integration requires coherent governance, coordinated policies, economic incentives and socially legitimate decision-making. The results provide practical insights for designing resilient and diversified water strategies in southeastern Spain and offer a reference for other regions facing similar challenges. RESUMEN La creciente presión sobre los recursos hídricos está poniendo a prueba la sostenibilidad de los suministros convencionales de aguas subterráneas y superficiales en muchas regiones semiáridas del mundo. A medida que los sistemas agrícolas se adaptan a estas limitaciones, los recursos hídricos no convencionales (RHNC), especialmente agua regenerada y desalada, se consideran componentes cada vez más estratégicos de las futuras carteras de riego. Por tanto, comprender las barreras, oportunidades y condiciones de gobernanza que determinan su adopción es crucial para desarrollar estrategias resilientes de gestión del agua en la agricultura. En este contexto, el objetivo general de esta tesis es analizar los retos y oportunidades asociados con la adopción de los RHNC en la agricultura española. El estudio se centra en la Región de Murcia y en la Comunidad de Regantes del Campo de Cartagena (CRCC), ambas son zonas agrícolas muy productivas de Europa, aunque con estrés hídrico, y pioneras desde hace mucho tiempo en el uso de RHNC. La investigación se organiza en torno a cuatro objetivos específicos: (i) identificar y sistematizar las barreras que limitan la expansión del agua regenerada; (ii) examinar las percepciones sociales y las fuentes de desacuerdo en torno a su uso; (iii) analizar como los impulsores socioeconómicos, regulatorios y tecnológicos influyen en la adopción de los RHNC desde las perspectivas de partes interesadas; y (iv) cuantificar la capacidad de los RHNC para mitigar las reducciones en los suministros de recursos hídricos convencionales. Para abordar estos objetivos, la tesis combina cuatro enfoques metodológicos complementarios: una revisión sistemática de la literatura y análisis de impacto-cruzado para mapear y clasificar las barreras relacionadas con el uso del agua regenerada; la metodología Q para descubrir las perspectivas sociales en torno al agua regenerada; un Mapa Cognitivo Difuso (FCM) participativo para modelizar la dinámica de gestión del agua según las partes interesadas y simular escenarios futuros; y un modelo agro-económico de Programación Matemática Positiva (PMP) a escala de explotación para evaluar las respuestas del sistema de riego a cambios en la disponibilidad de agua, composición del suministro hídrico y precios del agua. En conjunto, la tesis demuestra que los RHNC pueden desempeñar un papel estratégico en el fortalecimiento de la seguridad hídrica y el mantenimiento de los medios de vida agrícolas ante una escasez creciente. No obstante, su integración efectiva requiere una gobernanza coherente, políticas coordinadas, incentivos económicos y toma de decisiones socialmente legítima. Los resultados aportan recomendaciones útiles para diseñar estrategias hídricas resilientes y diversificadas en el sureste español, y ofrecen una referencia para otras regiones que enfrentan retos similares.