Water-Smart : Die Effizienzsteigerung, die die Welt braucht

Water-Smart : Die Effizienzsteigerung, die die Welt braucht

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

Wir befinden uns mitten in einer beispiellosen Wasserkrise. Regionen in Südamerika rufen den landwirtschaftlichenNotstand aus, die Brunnen in Kalifornienversiegen, und Länder von Belgien bis Botswana sind mit erheblichemWasserstress konfrontiert. Bei einer Fortsetzung des „Business as usual“ werden sich diese Probleme nur noch verschärfen: „Die Wasserknappheit wird mit dem Anstieg der globalen Temperaturen infolge des Klimawandels voraussichtlich zunehmen“, heißt es im Ziel 6 für nachhaltige Entwicklung.

Dies ist nicht nur ein landwirtschaftliches Problem – Wasserknappheit hat weitreichende Auswirkungen, da 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 bewässerten Landwirtschaft weitreichende und oft übersehene humanitäre, wirtschaftliche und gesellschaftliche Auswirkungen haben. Und da die Landwirtschaft über 70 % des weltweiten Süßwasserverbrauchs ausmacht, muss Innovation hier ansetzen.

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

Und genau das geschieht derzeit weltweit, mit enormen Effizienzbemühungen durch klimafreundliche Landwirtschaft (Climate-Smart Agriculture, CSA).

Bei CSA geht es um die Wechselwirkungen zwischen Erträgen und Auswirkungen sowie Ergebnissen in Bezug auf Kohlenstoff, Boden, Wasserverbrauch und Biodiversität. Unter der Federführung der Ernährungs- und Landwirtschaftsorganisation der Vereinten Nationen handelt es sich um einen „Ansatz, der dabei hilft, Maßnahmen zu steuern, die erforderlich sind, um Agrarsysteme so umzugestalten und neu auszurichten, dass sie die Entwicklung wirksam unterstützen und die Ernährungssicherheit in einem sich wandelnden Klima gewährleisten“. Er verfolgt drei gleichzeitige Ziele und miteinander verknüpfte Zielsetzungen: Steigerung der Produktivität und der Einkommen, Anpassung und Aufbau einer verbesserten Widerstandsfähigkeit sowie Verringerung der mit der Landwirtschaft verbundenen Emissionen.

Als Bewässerungsgemeinschaft müssen wir noch einen Schritt weiter gehen und eine neue Water-Smart (WSA) definieren, die jedes dieser Ziele durch eine verbesserte Wassereffizienz angeht.

Schauen wir uns einmal an, inwiefern jedes der CSA-Ziele in direktem Zusammenhang mit intelligentem Wassermanagement und einer neuen Ära der Water-Smart steht.

Ziel 1: Steigerung der Produktivität

Mit weniger mehr erreichen – das ist das Mantra einer neuen Nachhaltigkeitsinitiative in der Landwirtschaft, und das gilt für den Wasserverbrauch genauso wie für alle anderen Bereiche. Dank neuer Innovationen wird genau das immer mehr möglich: höhere Erträge (Output) bei geringerem Ressourcenverbrauch (Input) – auf eine Weise, die noch vor einer Generation mathematisch unmöglich schien.

Ag 4.0

Die Landwirtschaft 4.0entwickelt sich weit über die altbewährten Methoden des Ausprobierens, manuellen Messens und Vermutens hinaus und hin zu Ultra-Effizienz, Sensoren und Big Data. „Ohne Messungen wissen wir nicht, wie die Pflanze tatsächlich 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, die vorhandene Wassernutzung zu maximieren, indem die vegetativen/generativen Phasen einer Pflanze überwacht werden, um die genaue Wirkung der Eingaben zu sehen. Neben Sensoren umfasst Ag 4.0 auch den Einsatz von Drohnen, Satellitenbildern und Big Data, um die genauen Auswirkungen von Bewässerungszyklen zu überwachen.

Laut der Beratungsfirma Oliver Wyman „wird die Landwirtschaft 4.0 nicht mehr darauf angewiesen sein, Wasser gleichmäßig über ganze Felder zu verteilen. Stattdessen werden Landwirte die minimal erforderlichen Mengen einsetzen und ganz bestimmte Bereiche gezielt bewässern“ – durch präzise Bewässerung.

Präzisionsbewässerung

Eine höhere Präzision ist unerlässlich, um die gesamte Wassernutzungseffizienz (WUE) zu verbessern, also das Verhältnis zwischen effektiver Wassernutzung und tatsächlicher Entnahme. Dies wird meist mit Tropfbewässerung in Verbindung gebracht, umfasst aber auch variable Ausbringungsmengen, Durchflussüberwachung und präzise Aufbereitungslösungen, 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 präzise Bewässerung ist absolut entscheidend, um mit Wasserknappheit umzugehen und ein water-smart zu werden. Neue Aufbereitungstechnologien ermöglichen es, jeden Tropfen optimal zu nutzen, das Potenzial von Bewässerungssystemen zu maximieren und gleichzeitig höhere Erträge und eine optimierte Produktion zu gewährleisten.“

Aqua4D-Studie in einem Schweizer Gewächshaus, Mitte 2019

Die Optimierung des Wasserverbrauchs ist jedoch nur die Hälfte der Lösung – ebenso wichtig ist es, sicherzustellen, dass diese Feuchtigkeit lange genug im Boden verbleibt, damit die Pflanzen davon profitieren können. Landwirte, die über Bewässerungslösungen verfügen, die sowohl das Wasser selbst als auch dessen Verhalten im Boden optimieren, werden in Zukunft einen zusätzlichen Wettbewerbsvorteil haben.

Feuchtere Böden

Einfach ausgedrückt: Wenn Böden länger feucht bleiben können, lassen sich Bewässerungszeiten und -häufigkeit erheblich reduzieren. Derzeit laufen zahlreiche Forschungsprojekte, die sich mit der Erhaltung dieser Bodenfeuchtigkeit dort befassen, wo sie am dringendsten benötigt wird. Dazu gehört alles von der Verwendung von Torfmoos,Perlit(einem vulkanischen Glas) undMembranenbis hin zu weiteren Maßnahmen zur Verbesserung der Absorptionseigenschaften. Ag 4.0-Innovationen wie die Sensoren von Spiio oder Senteküberwachen die Bodenfeuchtigkeit in Echtzeit, wodurch durch die Aufrechterhaltung optimaler Bedingungen Wasser gespart werden kann. Die Konzentration auf das Wasser selbst statt auf den Boden kann jedoch eine Reihe von Auswirkungen haben: Technologien wie Aqua4D zielen auf das Bewässerungswasser selbst ab und verändern dessen Struktur auf subtile Weise, sodass es in die Bodenporen eindringt und so länger feucht bleibt.

Insbesondere die Hydrokultur könnte zum Aushängeschild für Water-Smart werden, da sie in ihrer effizientesten Form nur 10 % der Wassermenge verbraucht, die für den traditionellen Anbau im Boden erforderlich ist. Insbesondere in Kombination mit anderen Technologien nehmen hydroponisch angebaute Pflanzen Nährstoffe schneller auf, können bis zu doppelt so schnell wachsen und erzielen höhere Erträge.

Ziel 2: Verbesserte Widerstandsfähigkeit

Angesichts des zunehmend unberechenbaren Klimas muss ein water-smart erhebliche Schwankungen und eine Zunahme extremer Wetterereignisse berücksichtigen. So variiert beispielsweise die Dauer des ENSO-Zyklus, der für die El-Niño- und La-Niña-Effekte verantwortlich ist, auf unvorhersehbare Weise und bringt die Bewässerungsplanung durcheinander.

In einer Veröffentlichung aus dem Jahr 2018 beschreiben Gelcer et al. ein innovatives AgroClimate-Tool aus Mosambik, das die ENSO-Phasen (El Niño und La Niña) in Echtzeit verfolgt, um die Bewässerungszeitpunkte zu optimieren und den 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 „Salzkrise“ führten zum Zusammenbruch alter Zivilisationen. Da die Versalzung der Böden weltweit exponentiell zunimmt, werden die Auswirkungen immer größer und die Notwendigkeit einer Lösung immer dringlicher. Aktuellen Schätzungen zufolge sind bis zu 20 % aller Anbauflächen und 33 % der bewässerten landwirtschaftlichen Flächen weltweit von Versalzung bedroht.

Das Thema hat in den letzten Jahrzehnten an Bedeutung gewonnen, ebenso wie eine Reihe möglicher Lösungen. Chemische Auslaugung und Dämpfen sind jedoch nur kurzfristige Lösungen und bringen ihre eigenen Probleme mit sich. Vor fast 30 Jahren stellte die FAO die Frage: „Kann die Landwirtschaft Wasser von minderer Qualität, wie beispielsweise Salzwasser, auf technisch sinnvolle, wirtschaftlich tragfähige und umweltverträgliche Weise nutzen?“ Nachhaltige Auslaugungslösungen reagieren nun auf diesen Aufruf und finden zunehmend Verbreitung, darunter eine nachhaltigere Landbewirtschaftung, chemiefreie Wasseraufbereitung und veränderte Düngepraktiken. Eine nachhaltige, langfristige Lösung für die Versalzung von Böden hätte enorme Auswirkungen auf Millionen von Menschen weltweit – denn eine gute Wasserbewirtschaftung ist eng mit einer guten Landbewirtschaftung verbunden.

Ziel 3: Reduzierung der Emissionen

Xiaoxia Zou von der Chinesischen Akademie für Agrarwissenschaften (CAAS) schreibt, dass Emissionen aus Bewässerungsaktivitäten (einschließlich Wasserpumpen und -transport) 50 bis 70 % der Gesamtemissionen im Agrarsektor ausmachen. „Die Treibhausgasemissionsintensität der Bewässerung hängt weitgehend von der Wassernutzungseffizienz ab“, sagt Zou. „Daher kann die Verbesserung der Wassernutzungseffizienz (sowohl in technischer als auch in verwaltungstechnischer Hinsicht) ein wirksames Mittel zur Emissionsreduzierung sein.“

Kleine Veränderungen können große Auswirkungen haben: Gaihre et al. stellten fest, dass Reisbauern in China, die ihre bewässerten Reisfelder in der Mitte der Saison entwässern, ihre Methanemissionen um 50 % reduzieren konnten, während eine Studie von Abalos et al. aus dem Jahr 2014 in Spanien zeigte, dass eine selektive Anpassung der Bewässerungshäufigkeit die Stickoxidemissionen um bis zu 46 % und die CO2-Emissionen um bis zu 21 % reduzieren kann. Gleichzeitig kann eine innovative Wasseraufbereitung die Qualität des Bewässerungswassers verbessern, wodurch mit weniger Wasser mehr erreicht wird und somit erhebliche Energie beim Pumpen eingespart wird.

Dies geht jedoch über das Pumpen hinaus: Die gleiche Wasseraufbereitung kann auch Verstopfungen beseitigen und die Gesamtfunktion des Systems verbessern. Wenn ein System optimiert ist und wie am Schnürchen läuft, können sich die Mitarbeiter wichtigeren Aufgaben widmen, wodurch auch die Arbeitseffizienz verbessert wird. Das französische Unternehmen Morel Diffusion hat genau dies kürzlich nach der Modernisierung seiner Bewässerungsanlage festgestellt, wodurch Verstopfungsprobleme gelöst wurden: „Früher brauchten wir 6 Mitarbeiter für die Wartung der Tropfer“, sagt Morel. „Im Monat nach der Installation der neuen Anlage konnten diese 6 Mitarbeiter stattdessen mit anderen Aufgaben beginnen.“

Schlussfolgerung

Durch die Anwendung dieser drei Ziele auf das Bewässerungsmanagement läuten wir eine neue Ära der water-smart ein, von der Landwirte, Pflanzen und der Planet gleichermaßen profitieren werden. Viele dieser Lösungen beinhalten kostengünstige Modernisierungen oder geringfügige Änderungen im Bewässerungsmanagement.

Die Geschichte lehrt uns jedoch, dass kleine Veränderungen Auswirkungen auf die Zukunft haben können und dass kleine Innovationsschritte durch gemeinsames Handeln zu einer unaufhaltsamen Flutwelle werden können.

Aqua4D im Schweizer Channel 9 vorgestellt