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Wasser sammeln und sparsamer nutzen steigert landwirtschaftliche Erträge

09.10.2009 - Besseres Wassermanagement auf Ackerflächen könnte die globale landwirtschaftliche Produktion um etwa ein Fünftel steigern. Darauf deuten die Ergebnisse einer Modellstudie von deutschen und schwedischen Forschern. Doch selbst intensives Wassermanagement auf bestehenden Anbauflächen wird nicht ausreichen, um die Versorgung der wachsenden Weltbevölkerung bei fortschreitendem Klimawandel zu sichern, berichten die Wissenschaftler in der aktuellen Ausgabe des Magazins „Environmental Research Letters“.
Wasser sammeln und sparsamer nutzen steigert landwirtschaftliche Erträge

Prozentuale Zunahme der landwirtschaftlichen Netto-Primärproduktion (in Gigatonnen Trockenmasse) durch die kombinierte Sammlung von 25% des Abflusses auf Ackerflächen und die Minderung der Bodenverdunstung auf diesen Flächen um 25%. Quelle: PIK

„Die Wassernutzung in der Landwirtschaft ist ein Schlüsselproblem für das 21. Jahrhundert: denn ohne Verbesserungen werden weder die Folgen des Klimawandels bewältigt noch der Nahrungsmittelbedarf weiterer zwei oder drei Milliarden Menschen gedeckt werden können“, sagt Wolfgang Lucht vom Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung (PIK). „Wir haben in dieser Studie daher erforscht, ob es realistische Möglichkeiten gibt, die entstehende Versorgungslücke beim Wasser in der Landwirtschaft in vielen Weltregionen wenigstens teilweise zu schließen. Das Ergebnis ist durchaus ermutigend", fügt Lucht hinzu.

Landwirtschaftlich genutzte Flächen nehmen heute etwa 15 Millionen Quadratkilometer ein, rund ein Zehntel der Landoberfläche der Erde. Eine frühere Studie der Forscher zeigte, dass diese Fläche bei einem Bevölkerungswachstum auf zehn Milliarden Menschen bis zum Jahr 2050 um etwa zehn Millionen Quadratkilometer erweitert werden müsste, wenn die Produktivität nicht durch Wassermanagement oder andere Maßnahmen gesteigert wird. Anstelle von heute 8800 würden dann jährlich etwa 13300 Kubikkilometer Wasser zur künstlichen und natürlichen Bewässerung benötigt. „In vielen Regionen der Welt ist Wasser jedoch schon jetzt knapp“, sagt Dieter Gerten, Hydrologe am PIK, und weiter: „Wir müssen neue Wege finden, das vorhandene Wasser besser zu nutzen.“

Die Forscher um Gerten haben nun untersucht, wie sehr der zusätzliche Bedarf an Land und Wasser durch Wassermanagement auf der heutigen Anbaufläche minimiert werden kann. Die Studie basiert auf Simulationen mit einem Computermodell für Vegetation und Wasser und beziffert mögliche Ertragssteigerungen mithilfe zweier Wassermanagement-Methoden: Regenwasser zu sammeln, um es in Trockenzeiten zu nutzen, und die Bodenverdunstung zu mindern.

In der Praxis kann die unproduktive Wasserverdunstung aus dem Boden durch Mulchen und angepasste Bodenbearbeitungstechniken umgewandelt werden in produktive pflanzliche Transpiration, die Zuwachs an Biomasse ermöglicht. Feldstudien zeigen, dass Wasserverluste auf diese Weise halbiert werden können. Die Forscher schätzen, dass die globalen Erträge um 2 bis 25 Prozent gesteigert werden könnten, abhängig von der Intensität der Maßnahmen. Die größten Steigerungsmöglichkeiten von mehr als 20 Prozent bei moderatem Wassermanagement bestehen in semiariden, überwiegend trockenen Regionen wie dem mittleren Westen der USA, dem Sahel, dem südlichen Afrika und Zentralasien.

Regenwasser kann gleichsam „geerntet“ werden, indem abfließendes Wasser gesammelt und in Senken oder mithilfe von kleinen Deichen oder unterirdischen Dämmen gespeichert wird. Um Dürreverluste zu vermindern, kann dieses Wasser in Trockenzeiten zur Bewässerung genutzt werden. Die Simulationen der vorliegenden Studie zeigen, dass dadurch global Ertragssteigerungen von 4 bis 31 Prozent möglich sind, abhängig von der Intensität der Maßnahmen. Bei moderatem Wassermanagement nach dieser Methode könnten die Erträge besonders effektiv in Regionen in Südamerika und Afrika um mehr als 20 Prozent gesteigert werden.

Die Kombination beider Wassermanagement-Methoden ergibt in der Modellierung Ertragssteigerungen von 7 bis 53 Prozent. Die größten Ertragssteigerungen sind dort erreichbar, wo aufgrund von Wasserknappheit derzeit nur ein Zehntel der mit unbegrenzter Bewässerung theoretisch möglichen Ernten eingefahren wird, wie in großen Teilen Afrikas. Global ergibt das praxisnahe moderate Wassermanagement-Szenario mögliche Ertragssteigerungen von 19 Prozent. Sie liegen damit in der Größenordnung des derzeitigen Zugewinns durch Bewässerung von 17 Prozent.

„Allerdings könnten negative Auswirkungen des Klimawandels die Ernteerträge bis 2050 um rund ein Zehntel mindern“, sagt Stefanie Rost vom PIK. Selbst wenn der Düngeeffekt der erhöhten Kohlendioxidkonzentration in der Luft voll durchschlagen und moderates Wassermanagement betrieben würde, reichte das auf heutiger Anbaufläche verfügbare Wasser nicht für die Nahrungsversorgung einer Weltbevölkerung von neun bis zehn Milliarden Menschen aus.

“Diese Erkenntnis wirft wichtige Fragen auf, wie die Land- und Wassernutzung zukünftig zwischen künstlich und natürlich bewässerter Landwirtschaft, Ökosystemen und Bioenergie-Anbauflächen verteilt werden soll“, schreiben die Autoren. Sie schlagen vor, Möglichkeiten effizienterer Bewässerung, der Ausdehnung bewässerter Landwirtschaft, der Pflanzenzüchtung und Grünen Gentechnik und eines effektiveren Handels mit landwirtschaftlichen Produkten zwischen wasserreichen und wasserarmen Regionen weiter zu erforschen.


Artikel: Stefanie Rost et al 2009 Environ. Res. Lett. 4 044002 (9pp) doi: 10.1088/1748-9326/4/4/044002

Online: http://www.iop.org/EJ/abstract/1748-9326/4/4/044002/


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