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          Agriculture, Irrigation method, water usage

          Wird aus Knappheit Überfluss? Die Bemühungen um ein nachhaltiges Wassermanagement in der Landwirtschaft

          Sustainable Future of Food

          Verfasst von: Rahul Bhushan

          Veröffentlicht: 15 December 2023

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          Wichtigste Erkenntnisse

          Der Wasserverbrauch der Landwirtschaft ist derzeit gigantisch und wird sich infolge des Klimawandels noch weiter erhöhen.

          Präzisionslandwirtschaft, Big-Data-Analysen, Tröpfchenbewässerung und mit erneuerbarer Energie betriebene Entsalzung verändern jedoch die Wassernutzung in der Landwirtschaft, steigern die Effizienz und verringern die Umweltbelastung.

          Um eine nachhaltige Wassernutzung in der Landwirtschaft zu erreichen, sind auch systemische Veränderungen erforderlich, einschließlich wirksamer politischer Maßnahmen, Governance, Bildung und Engagement der Gemeinschaft.

          Die Landwirtschaft gehört zu den Hauptverbrauchern globaler Wasserressourcen und ist in vielen Regionen für mehr als 70 Prozent des Wasserverbrauchs verantwortlich.1 Dieser bedeutende „Wasserfußabdruck“, insbesondere in wasserintensiven Sektoren wie der Rindfleischproduktion, verdeutlicht, wie dringend effizientere landwirtschaftliche Verfahren erforderlich sind. Dem Wasserschutz in der Landwirtschaft höchste Priorität einzuräumen, ist entscheidend für die Bewältigung des wachsenden Problems der Wasserknappheit.

          Water withdrawals and consumption of agriculture

          Im vergangenen Jahrhundert ist der Wasserbedarf doppelt so schnell gewachsen wie die Bevölkerung. Derzeit sind alle Kontinente von Wasserknappheit betroffen, was eine erhebliche Bedrohung für die Landwirtschaft und die Ernährungssicherheit darstellt. Eine wichtige Studie, die 2022 von Earth’s Future veröffentlicht wurde, eröffnet eine neue Perspektive auf diese Herausforderung.2

          Die Forscher entwickelten dafür einen innovativen Index zur Bewertung und Vorhersage von Wasserknappheit in der Landwirtschaft, der sowohl Bodenwasser aus Niederschlägen (grünes Wasser) als auch Bewässerungsquellen wie Flüsse, Seen und Grundwasser (das sogenannte blaue Wasser) berücksichtigt. Diese bahnbrechende Studie ist die erste ihrer Art, die einen solch umfassenden Index weltweit anwendet und die Auswirkungen des Klimawandels auf die Knappheit von grünem und blauem Wasser prognostiziert. Was die Forscher herausgefunden haben, ist beunruhigend: Der Klimawandel könnte die Wasserknappheit in der Landwirtschaft in bis zu 84 Prozent der weltweiten Anbauflächen verschärfen.3 In etwa 60 Prozent dieser Gebiete könnte es zu Wasserknappheit kommen, vor allem aufgrund einer Verringerung der verfügbaren Wasservorräte.4 Die Studie unterstreicht, wie wichtig die Entwicklung nachhaltiger Strategien für Wassermanagement in der Landwirtschaft ist, um die zunehmenden Herausforderungen durch den Klimawandel zu bewältigen.

           

          Green and Blue Water

          Im Folgenden stellen wir wichtige Lösungen für die Wassernutzung in der Landwirtschaft vor, die für ihre Praktikabilität, Kosteneffizienz und Skalierbarkeit weithin bekannt sind.

          Innovationen in der landwirtschaftlichen Wasserwirtschaft

          Technologische Innovationen wie die Präzisionslandwirtschaft und fortschrittliche Bewässerungssysteme sind im Kampf gegen die Wasserverschwendung in der Landwirtschaft besonders hervorzuheben. Die Präzisionslandwirtschaft, die sich modernste Technologien wie Satellitenbilder und IoT (Internet of Things)-Sensoren zunutze macht, ist ein vielversprechender Weg. Als ein Beispiel das Unternehmen Deere & Co zu nennen, das mit seinen Präzisionslandwirtschaftsgeräten, die ein besseres Management der Wasserressourcen ermöglichen, Pionierarbeit geleistet hat.

          Agri-tech, Truck

          Die von Deere entwickelten Landmaschinen stellen sicher, dass die Pflanzen genau das bekommen, was sie brauchen, und zwar genau dann, wenn sie es brauchen. Eine Studie der American Society of Agricultural and Biological Engineers hat gezeigt, dass Technologien der Präzisionslandwirtschaft den Wasserverbrauch um bis zu 30 Prozent senken und gleichzeitig die Ernteerträge erhalten oder sogar steigern könnten.

          Der Einsatz von Big-Data-Analysen und künstlicher Intelligenz wiederum kann zur Vorhersage und Verwaltung des landwirtschaftlichen Wasserverbrauchs dienen und ebenfalls entscheidend sein. KI-Algorithmen können beispielsweise Bewässerungspläne und -mengen optimieren, indem sie Daten aus verschiedenen Quellen verarbeiten, darunter Wettervorhersagen, Bodenfeuchtigkeit und Wachstumsstadien der Pflanzen.

          Die Umstellung auf effizientere Bewässerungssysteme, insbesondere die Tröpfchenbewässerung, könnte hier ein bemerkenswertes Einsparungspotenzial bieten. Die innovativen Bewässerungslösungen des Unternehmens Lindsay Corp. liefern beispielsweise Wasser direkt an die Pflanzenwurzeln, wodurch Verdunstung und Abflussverluste drastisch reduziert werden. Nach Angaben der Ernährungs- und Landwirtschaftsorganisation der Vereinten Nationen (FAO) kann die Tropfbewässerung die Wassereffizienz auf über 90 Prozent steigern –  traditionelle Methoden wie der Flutbewässerung weisen im Vergleich dazu eine Effizienz von oft unter 50 Prozent auf.6 Die Kosteneffizienz der Tropfbewässerung wird zunehmend geschätzt, und viele Regierungen bieten Subventionen und Anreize an, um ihre Einführung zu fördern, was auch zu einer Verbesserung der Kostensituation beigetragen hat.

          Irrigation system

           

          Integriertes Wasserressourcenmanagement (IWRM) wiederum befindet sich an der Schnittstelle zwischen Wasserwirtschaft und Klimawissenschaft. Erkenntnisse der Klimawissenschaft unterstützen IWRM durch die Vorhersage von Wettermustern und Auswirkungen des Klimawandels, was fundiertere Entscheidungen über die Wassernutzung und die Anpflanzungszyklen ermöglicht. Eine solche vorausschauende Perspektive kann bei der Entwicklung widerstandsfähiger landwirtschaftlicher Methoden von Nutzen sein, die an veränderte Wetter- und Umweltbedingungen angepasst wurden.

          Während diese und ähnliche Technologien die Wassernutzung sozusagen „von oben“ revolutionieren, geben die Fortschritte in der Pflanzenbauwissenschaft eine Möglichkeit vor, Fortschritte aus der unteren Ebene zu bewirken.

          Fortschritte in den Pflanzen- und Bodenwissenschaften für eine effizientere Wassernutzung

          An der Spitze des Fortschritts in der Pflanzenwissenschaft stehen Unternehmen wie DSM-Firmenich und Novozymes, die Entwicklung gentechnisch veränderter Pflanzen federführend vorantreiben. Diese Pflanzen benötigen weniger Wasser und sind widerstandsfähiger gegen Trockenheit. Während der Schwerpunkt dieser Forschung bis vor kurzem auf der Trockenheitsresistenz lag, entwickeln jene Unternehmen nun Pflanzen, die so verändert wurden, dass sie auf salzhaltigen oder anderweitig nicht bebaubaren Böden gedeihen, was die mögliche landwirtschaftliche Nutzfläche erweitert. Diese wissenschaftlichen Errungenschaften in der Pflanzenbiologie können nicht nur dazu beitragen, den Wasserverbrauch in der Landwirtschaft zu verringern, sondern auch die Nahrungsmittelsicherheit und -verfügbarkeit in einem zunehmend unberechenbaren Klima zu verbessern.

          Auch der Bodenwissenschaft kommt eine zentrale Rolle zu. Durch die Verbesserung der dem Boden innewohnenden organischen Substanz und Struktur finden Wissenschaftler Wege, um beispielsweise die Wasserspeicherkapazität bestimmter Böden zu erhöhen, was den Bedarf an Bewässerung erheblich verringern kann. Methoden wie Direktsaat, Deckfrüchte und Fruchtwechsel sind Teil der bodengebundenen Landwirtschaft, die die Gesundheit des Bodens erhält und verbessert, die Erosion verringert und die Wasserrückhaltung verbessert.

           

          Soil horizons

          Plädoyer für den Überfluss 

          Angesichts der begrenzten Wasservorkommen in der Landwirtschaft lohnt es sich, den Fokus mehr auf Bereiche zu erweitern, die mit einem potentiellen Überfluss aufwarten können. Damit gemeint sind die Meeresgewässer und deren Entsalzung, die mit neuen, umweltfreundlichen Verfahren vorangetrieben wird. Ein Hoffnungsschimmer in diesem Bereich ist die Arbeit des Unternehmens Eurofins Scientific, die den Weg für mehr Wasserreichtum, insbesondere für Trockengebiete und Küstengemeinden, ebnet. Technologische Fortschritte haben die Kosten für die Entsalzung erheblich gesenkt und machen sie zu einer praktikablen Option für die Ergänzung des landwirtschaftlichen Wasserbedarfs. Der Schlüssel liegt in der Nutzung erneuerbarer Energiequellen für den Betrieb von Entsalzungsanlagen; Solar- und Windenergie ebnen den Weg für umweltfreundliche und kosteneffiziente Entsalzungsprozesse, und die Kosten sind heute deutlich niedriger als noch vor zehn oder sogar fünf Jahren. Da Meerwasser als Ressource unbegrenzt zur Verfügung steht, hat die Entsalzung das Potenzial, eine konstante und kontrollierte Wasserversorgung zu schaffen, die von den Schwankungen des Klimawandels unabhängig ist.

           

          6 steps of desalination process

           

          Darüber hinaus wird durch die Reinigung und Wiederverwendung von Abwasser für die Bewässerung nicht nur der Bedarf an Süßwasser verringert, sondern auch eine Anreicherung des Bodens mit Nährstoffen aus dem aufbereiteten Wasser erzielt. Demzufolge ist es möglich, mit der Integration solcher Systeme auch das Abwasser in einen wertvollen Aktivposten für die Landwirtschaft zu verwandeln.

          Fortschritte bei der Energieeffizienz tragen ebenfalls dazu bei, die Wassernutzung in der Landwirtschaft nachhaltiger zu gestalten. Energieeffiziente Pump- und Fördersysteme minimieren den Kohlenstoff-Fußabdruck der Wasserverteilung und senken gleichzeitig die Kosten. Die Einführung solarbetriebener Bewässerungssysteme kann zu einer reichhaltigen Wasserversorgung führen, indem die reichhaltigste Energiequelle – die Sonne – zur Wassergewinnung und Bewässerung genutzt wird.

          Um Wasserreichtum zu realisieren, ist ein Paradigmenwechsel in der Art und Weise erforderlich, wie wir die wichtige Ressource Wasser verwalten und bewerten. Investitionen in die Infrastruktur, die Erforschung neuer Wasserquellen und politische Maßnahmen zur Förderung nachhaltiger Praktiken sind von grundlegender Bedeutung, damit diese Vision Wirklichkeit werden kann. Eine Synergie dieser Ansätze – Entsalzung, Wiederverwendung von Abwasser und energieeffiziente Technologien – kündigt eine Zukunft an, in der Wasserknappheit vermieden werden könnte.

          Das technologische Potenzial kann jedoch nur durch systemische Lösungen ausgeschöpft werden, die auch Politik, Verwaltung und gesellschaftliche Werte mit einbeziehen.

          Systemische Lösungen

          Um eine nachhaltige Wassernutzung in der Landwirtschaft zu erreichen, bedarf es nicht nur technologischer Fortschritte, sondern wie erwähnt auch systemischer Lösungen, die Politik, Verwaltung und gesellschaftliches Engagement hinzuziehen. Eine wirksame Wasserbewirtschaftungspolitik muss der Erhaltung und Innovation Vorrang einräumen, indem sie den Landwirten durch Subventionen Anreize für die Einführung moderner Bewässerungssysteme bietet und wassersparende Methoden im rechtlichen Rahmen anerkennt. Andererseits sollte die Politik sicherstellen, dass diese Maßnahmen effizient umgesetzt und an die lokalen Bedingungen angepasst werden, indem die Zusammenarbeit zwischen staatlichen Stellen, dem Privatsektor und Landwirten gefördert wird, um wasserresiliente Gemeinschaften zu schaffen.

          Parallel dazu sind Bildungsinitiativen unerlässlich, um das Verständnis und den Einsatz nachhaltiger Praktiken zu fördern. Durch die Integration von Wassermanagementkursen in die landwirtschaftliche Ausbildung und die kontinuierliche Schulung von Landwirten in den neuesten wassersparenden Technologien können wir die Personen, die für die Bewirtschaftung des Landes verantwortlich sind, zu Akteuren des Wandels machen. Gemeinschaftsbasierte Ansätze sorgen für lokales Engagement, wobei gemeinsames Wissen und gemeinsame Ressourcen kollektives Handeln zur Verringerung des Wasserfußabdrucks begünstigen. Letztlich führt die Zusammenführung dieser Bemühungen zu einer kohärenten und proaktiven Strategie für den Wasserschutz, die uns in eine Zukunft führt, in der Wasserknappheit nicht länger ein Schreckgespenst ist, das über der nächsten Ernte schwebt.

          Diese systemischen Lösungen bilden die Grundlage für die abschließende Vision, in der technologische Fortschritte und strategisches Management zusammenkommen, um unsere Wasserressourcen zu erhalten und zu nutzen.

           

          Fazit

          Wir haben ein ganzes Spektrum von Innovationen und strategischen Ansätzen erforscht, die ein Hoffnungszeichen für eine nachhaltigere Landwirtschaft darstellen. Von der Präzisionslandwirtschaft und effizienten Bewässerungssystemen, die eine Feinabstimmung des Wasserverbrauchs versprechen, bis hin zu gentechnischen Fortschritten, mit denen Nutzpflanzen erzeugt werden, die auch unter widrigen Umständen gedeihen können, verkörpern diese Lösungen den höchst anpassungsfähigen Erfindungsgeist des Menschen. Darüber hinaus haben wir eine Vision von nahezu unendlichen Wasserressourcen mehr gesehen, indem wir das Potenzial der Entsalzung und der Wiederverwendung von Abwasser mit Hilfe erneuerbarer Energien untersucht haben – eine Technologie, die einen Paradigmenwechsel von der reaktiven Erhaltung zur proaktiven Erweiterung der Ressourcen bedeutet. Der Erfolg dieser technischen Fortschritte sind jedoch ohne ergänzende systemische Veränderungen Grenzen gesetzt. Wirksame politische Maßnahmen und eine sachkundige Verwaltung sind notwendige Voraussetzung für die Schaffung wahrer Nachhaltigkeit; Bildung und Gemeinschaftsinitiativen hingegen spielen eine zentrale Rolle bei der Durchsetzung einer dauerhaften Veränderung. Unsere Vision für eine nachhaltige landwirtschaftliche Zukunft hängt daher von einem integrierten Ansatz ab, der technologische Fortschritte mit einem gesellschaftlichen Engagement für den verantwortungsvollen Umgang mit unserer wertvollsten Ressource, dem Wasser, verbindet.

          References

          1
          2

          Earth’s Future, “Water scarcity predicted to worsen in more than 80% of croplands globally this century”, May 2022. Available at: https://www.preventionweb.net/news/water-scarcity-predicted-worsen-more-80-croplands-globally-century

          3

          Ibid.

          4

          Ibid.

          5

          Journal: American Society of Agricultural and Biological Engineers (ASABE), “Precision Agriculture Technologies for Water Conservation”, Authors: J.M. Ham, R.R. Wolfe, R.N. Ward and J.G. Taylor, Transactions Volume: 44 Issue: 4 Pages: 837-842, Year: 2001

          6

          Food and Agriculture Organisation, “Drip irrigation helps farmers in Tajikistan to grow crops, adapt to climate change”, March 2022. Available at: https://www.preventionweb.net/news/drip-irrigation-helps-farmers-tajikistan-grow-crops-adapt-climate-change

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