Water-Smart Landwirtschaft: der Effizienzmotor, den die Welt braucht

Water-Smart Landwirtschaft: der Effizienzmotor, den die Welt braucht

Dies ist die Version eines Artikels, der im November 2019 in der Irrigazette, einem führenden internationalen Bewässerungsmagazin, erschienen ist.

Wir befinden uns inmitten einer noch nie dagewesenen Wasserkrise. Südamerikanische Regionen haben den landwirtschaftlichen Notstand ausgerufen, Kaliforniens Brunnen versiegen, und Länder von Belgien bis Botswana sind mit erheblichem Wasserstress konfrontiert. Bei einem "Business-as-usual"-Szenario werden sich diese Probleme nur noch vervielfachen: "Es wird erwartet, dass die Wasserknappheit mit dem Anstieg der globalen Temperaturen infolge des Klimawandels zunehmen wird", heißt es im Ziel 6 für nachhaltige Entwicklung.

Dies ist nicht nur ein landwirtschaftliches Problem - Wasserknappheit hat weitreichende Auswirkungen, da die Menschen gezwungen sind, aus von Dürre oder Versalzung betroffenen Gebieten zu fliehen; ein Bericht der Weltbank aus dem Jahr 2018 schätzt, dass es bis 2050 bis zu 143 Millionen "Klimaflüchtlinge" geben könnte.

Daher kann die Wasserbewirtschaftung in der Bewässerungslandwirtschaft weitreichende und oft übersehene humanitäre, wirtschaftliche und gesellschaftliche Auswirkungen haben. Und da über 70 % des weltweiten Süßwasserverbrauchs auf die Landwirtschaft entfallen, muss die Innovation hier ansetzen.

Aber wenn uns die Geschichte der Landwirtschaft etwas lehrt, dann ist es, dass sie immer wieder den besten menschlichen Innovationsgeist hervorbringt.

Und genau das geschieht auf der ganzen Welt, mit enormen Effizienzsteigerungen durch eine klimafreundliche Landwirtschaft (CSA).

Bei CSA geht es um die Wechselwirkungen zwischen den Erträgen und den Auswirkungen und Ergebnissen in Bezug auf Kohlenstoff, Boden, Wassernutzung und biologische Vielfalt. Unter der Federführung der Ernährungs- und Landwirtschaftsorganisation der Vereinten Nationen (FAO) ist sie "ein Ansatz, der dazu beiträgt, die notwendigen Maßnahmen zur Umgestaltung und Neuausrichtung der landwirtschaftlichen Systeme zu ergreifen, um die Entwicklung wirksam zu unterstützen und die Ernährungssicherheit in einem sich verändernden Klima zu gewährleisten". Er verfolgt drei gleichzeitige und miteinander verknüpfte Ziele: Steigerung der Produktivität und der Einkommen, Anpassung und Stärkung der Widerstandsfähigkeit sowie Reduzierung der mit der Landwirtschaft verbundenen Emissionen.

Als Bewässerungsgemeinschaft müssen wir weiter gehen und eine neue Water-Smart Landwirtschaft (WSA) definieren, die sich mit jedem dieser Ziele durch verbesserte Wassereffizienz befasst.

Sehen wir uns an, wie jedes der CSA-Ziele direkt mit intelligentem Wassermanagement und einer neuen Ära der Water-Smart Landwirtschaft zusammenhängt.

Ziel 1: Steigerung der Produktivität

Mit weniger mehr zu erreichen , ist zum Mantra einer neuen Nachhaltigkeitsstrategie in der Landwirtschaft geworden, und das gilt auch für die Wassernutzung. Neue Innovationen machen es zunehmend möglich, genau dies zu erreichen - höhere Erträge (Output) bei geringerem Ressourceneinsatz (Input), und zwar in einer Weise, die noch vor einer Generation mathematisch unmöglich schien.

Ag 4.0

Die Landwirtschaft 4.0 führt den Anbau weit weg von Versuch und Irrtum, manuellen Messungen und Annahmen und stattdessen hin zu Ultraeffizienz, Sensoren und Big Data. "Ohne Messungen wissen wir nicht, wie die Pflanze wirklich auf alle äußeren Bedingungen reagiert - das wollen wir mit Echtzeit-Feedback ändern", sagt Olivier Begerem vom belgischen Start-up 2Grow. Für die Wassereffizienz bedeutet dies, dass der Wasserverbrauch maximiert werden muss, indem die vegetativen/generativen Phasen einer Pflanze überwacht werden, um die genauen Auswirkungen der Eingaben zu erkennen. Ag 4.0 umfasst neben Sensoren auch den Einsatz von Drohnen, Satellitenbildern und Big Data, um die genauen Auswirkungen von Bewässerungszyklen zu überwachen.

Laut dem Beratungsunternehmen Oliver Wyman wird "Landwirtschaft 4.0 nicht mehr davon abhängen, Wasser gleichmäßig auf ganze Felder aufzubringen. Stattdessen werden die Landwirte nur noch die erforderlichen Mindestmengen verwenden und ganz bestimmte Bereiche gezielt bewässern" - durch Präzisionsbewässerung.

Präzise Bewässerung

Um die Wassernutzungseffizienz(WUE), das Verhältnis zwischen effektiver Wassernutzung und tatsächlicher Entnahme, zu verbessern, ist eine höhere Präzision unerlässlich. Dies wird am häufigsten mit der Tröpfchenbewässerung in Verbindung gebracht, umfasst aber auch die variable Ausbringung, die Überwachung der Durchflussmenge und Präzisionsbehandlungslösungen, die das Wasser auf struktureller Ebene verändern. Eric Valette, CEO von Aqua4D und Experte auf dem Gebiet der Wasseraufbereitung, sagt: "Die Steigerung der Wassernutzungseffizienz von Bewässerungssystemen durch Präzisionsbewässerung ist der Schlüssel zur Bewältigung von Wasserstress und zur Entwicklung von water-smart zum Landwirt. Neue Aufbereitungstechnologien machen es möglich, das Beste aus jedem Tropfen herauszuholen, das Potenzial von Bewässerungssystemen zu maximieren und gleichzeitig höhere Erträge und eine optimierte Produktion zu gewährleisten."

Aqua4D-Studie in einem Schweizer Gewächshaus läuft, Mitte 2019

Die Optimierung der Wasserzufuhr ist jedoch nur die eine Hälfte der Lösung - ebenso wichtig ist es, sicherzustellen, dass die Feuchtigkeit lange genug im Boden bleibt, damit die Pflanzen sie nutzen können. Landwirte mit Bewässerungslösungen, die sowohl das Wasser selbst als auch sein Verhalten im Boden optimieren, werden in Zukunft einen zusätzlichen Wettbewerbsvorteil haben.

Feuchtere Böden

Einfach ausgedrückt: Wenn die Böden länger feucht bleiben können, lassen sich Bewässerungszeiten und -häufigkeit erheblich reduzieren. Es wird viel geforscht, um diese Bodenfeuchtigkeit dort zu erhalten, wo sie am meisten gebraucht wird. Das reicht von der Verwendung von Torfmoos, Perlit (einem vulkanischen Glas), Membranen und mehr, um die Absorptionseigenschaften zu verbessern. Ag 4.0-Innovationen wie die Sensoren von Spiio oder Sentekverfolgen die Bodenfeuchtigkeit in Echtzeit, was durch die Aufrechterhaltung optimaler Bedingungen Wasser sparen kann. Aber auch die Konzentration auf das eigentliche Wasser und nicht auf den Boden kann eine Reihe von Auswirkungen haben: Technologien wie Aqua4D zielen auf das Bewässerungswasser selbst ab und verändern seine Struktur auf subtile Weise, so dass es in die Bodenporen eindringt und dadurch länger feucht bleibt.

Vor allem die Hydrokultur könnte zum Aushängeschild der Water-Smart Landwirtschaft werden, da sie in ihrer effizientesten Form nur 10 % des Wassers verbraucht, das für herkömmliche Bodenkulturen benötigt wird. Vor allem in Kombination mit anderen Technologien nehmen hydroponisch angebaute Pflanzen die Nährstoffe schneller auf, wachsen bis zu doppelt so schnell und erzielen höhere Erträge.

Ziel 2: Verbesserte Widerstandsfähigkeit

Angesichts des zunehmend unberechenbaren Klimas muss das Bewässerungsmanagement von water-smart erhebliche Schwankungen und eine Zunahme von Extremereignissen berücksichtigen. So variiert beispielsweise der ENSO-Zyklus, der für die Auswirkungen von El Niño und La Niña verantwortlich ist, in unvorhersehbarer Weise in seiner Länge und bringt die Bewässerungsplanung durcheinander.

In einem Beitrag aus dem Jahr 2018 beschreiben Gelcer at al. ein innovatives AgroClimate-Tool aus Mosambik, das ENSO-Phasen (El Niño und La Niña) in Echtzeit verfolgt, um den Bewässerungszeitpunkt zu bestimmen und Wasserstress zu minimieren.

Bekämpfung der elektrischen Leitfähigkeit des Bodens durch nachhaltige Auswaschung

Das Problem der Salzansammlung im Boden ist so alt wie die Landwirtschaft selbst, und "Versalzungskrisen" führten zum Zusammenbruch alter Zivilisationen. Da die Versalzung der Böden weltweit exponentiell zunimmt, werden die Auswirkungen immer größer und der Bedarf an einer Lösung immer dringlicher. Aktuellen Schätzungen zufolge sind weltweit bis zu 20 % aller Anbauflächen und 33 % der bewässerten landwirtschaftlichen Flächen von Versalzung bedroht.

Das Thema hat in den letzten Jahrzehnten an Bedeutung gewonnen, ebenso wie eine Reihe von Lösungsmöglichkeiten. Chemische Auswaschung und Bedampfung sind jedoch nur kurzfristige Lösungen und bringen ihre eigenen Probleme mit sich. Die FAO stellte vor fast 30 Jahren die Frage: "Kann die Landwirtschaft Wasser von geringer Qualität, wie z. B. Salzwasser, auf eine Art und Weise nutzen, die technisch solide und wirtschaftlich tragfähig ist und die Umwelt nicht belastet?" Nachhaltige Lösungen für die Versickerung sind nun die Antwort auf diese Frage und finden immer mehr Verbreitung, einschließlich einer nachhaltigeren Landbewirtschaftung, einer chemikalienfreien Wasseraufbereitung und einer Änderung der Düngepraktiken. Eine nachhaltige, langfristige Lösung für die Bodenversalzung hätte enorme Auswirkungen auf Millionen von Menschen auf der ganzen Welt - eine gute Wasserbewirtschaftung ist eng mit einer guten Bodenbewirtschaftung verbunden.

Ziel 3: Verringerung der Emissionen

Xiaoxia Zou von der Chinesischen Akademie für Agrarwissenschaften (CAAS) schreibt, dass die Emissionen aus Bewässerungstätigkeiten (einschließlich Wasserpumpen und -transport) 50-70% der Gesamtemissionen im Agrarsektor ausmachen. "Die Intensität der THG-Emissionen bei der Bewässerung hängt weitgehend von der Effizienz der Wassernutzung ab", sagt Zou, "daher kann die Verbesserung der Wassernutzungseffizienz (sowohl technisch als auch verwaltungstechnisch) ein wirksames Mittel zur Verringerung der Emissionen sein".

Kleine Veränderungen können große Wirkungen haben: Gaihre et al. stellten fest, dass Reisbauern in China, die ihre bewässerten Reisfelder mitten in der Saison entwässern, ihre Methanemissionen um 50 % reduzieren, während eine spanische Studie von Abalos et al. aus dem Jahr 2014 zeigte, dass eine selektive Anpassung der Bewässerungshäufigkeit die Stickoxidemissionen um bis zu 46 % und die CO2-Emissionen um bis zu 21 % reduzieren kann. In der Zwischenzeit kann durch innovative Wasseraufbereitung die Qualität des Bewässerungswassers verbessert werden, so dass mehr erreicht wird, während weniger verbraucht wird, wodurch erhebliche Pumpenergie eingespart wird.

Aber es geht nicht nur ums Pumpen: Dieselbe Wasseraufbereitung kann auch Verstopfungen beseitigen und die Funktion des gesamten Systems verbessern. Wenn ein System optimiert ist und wie ein Uhrwerk läuft, kann sich das Personal wichtigeren Aufgaben widmen und so auch die Arbeitseffizienz verbessern. Das französische Unternehmen Morel Diffusion hat genau dies vor kurzem festgestellt, nachdem es die Bewässerungsanlage aufgerüstet und damit Verstopfungen beseitigt hatte: "Vorher brauchten wir 6 Personen für die Wartung der Tropfer", sagt Morel. "In dem Monat, der auf die neuen Installationen folgte, konnten diese 6 Leute stattdessen mit etwas anderem arbeiten.

Schlussfolgerung

Indem wir diese drei Ziele auf das Bewässerungsmanagement anwenden, leiten wir eine neue Ära der water-smart Landwirtschaft ein, von der Landwirte, Pflanzen und der Planet gleichermaßen profitieren werden. Viele dieser Lösungen beinhalten kosteneffektive Upgrades oder subtile Änderungen im Bewässerungsmanagement.

Aber die Geschichte lehrt uns, dass kleine Veränderungen in die Zukunft ausstrahlen können und dass Tropfen der Innovation durch kollektives Handeln zu einer unaufhaltsamen Flut werden können.

Aqua4D wird auf dem Schweizer Kanal 9 vorgestellt