Einleitung
In diesem Modul lernen Sie die Bedeutung des Wasserschutzes, der Wassereinsparung und des Wassermanagements im Rahmen einer klimagerechten Landwirtschaft vom Konzept bis zur Praxis kennen. Sie lernen insbesondere:
- Climate impact on water resources and farming
- Wettervorhersagemodelle und Landwirtschaft
- Kontrollorgane für Wassermenge und -qualität
- Rationelle Wassernutzung im nachhaltigen Feldanbau
- Rationelle Wassernutzung in Gewächshäusern
- Bewährte Praktiken für Wasser-CSA
Weitere Links: climate-adapt.eea.europa.eu – climate.copernicus.eu
Klimaauswirkungen auf Wasserressourcen und Landwirtschaft
Laut dem Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC), der Organisation zur Bewertung des Klimawandels der Vereinten Nationen, wird ein Anstieg der globalen Durchschnittstemperatur um mehr als 1,5 °C zu einer erheblichen Zunahme der Intensität und Häufigkeit extremer Wetterereignisse führen.
Dies wird zunehmend negative Auswirkungen auf die Wasserressourcen, das Funktionieren der Ökosysteme und damit auch die Landwirtschaft haben.
Aktuelle Analysen auf internationaler, nationaler und regionaler Ebene liefern den zuständigen Behörden alle Daten, die sie benötigen, um die Erreichung der verfolgten Ziele zu bewerten und vor Klimarisiken zu warnen, wozu auch Dürren und mögliche Überschwemmungen aufgrund von Starkregen gehören.
Die Prognosen deuten auf eine Zunahme der Häufigkeit und Schwere von Dürren hin, insbesondere im Mittelmeerraum. In Gebieten wie dem Südosten Spaniens erhöht die Übernutzung von Flüssen und Grundwasserleitern die Anfälligkeit für künftige Dürren.
Es wird erwartet, dass sich die Wasserqualität in Zukunft als Folge des geringeren Durchflusses der Flüsse verschlechtern wird. Die Qualität des Grundwassers wird voraussichtlich durch den Klimawandel und den zunehmenden Nutzungsdruck gefährdet.
Die übermäßige Ausschöpfung von Grundwasserleitern aufgrund des Bewässerungsbedarfs und des Tourismuswachstums, insbesondere in Südeuropa, erhöht die Anfälligkeit für Dürrerisiken. Mittel- und langfristig bedroht die fortschreitende Versalzung der Grundwasserleiter an den Küsten die Trinkbarkeit des Wassers.
Klimamodelle deuten ebenso darauf hin, dass in Europa die Häufigkeit und Intensität von Überschwemmungen, ausgelöst durch intensive Niederschlagsereignisse wie Starkregen, drastisch zunehmen wird.
Das Jahr 2022 war ein besonders trockener Sommer, gleichzeitig kam es an verschiedenen Orten zu Starkregenereignissen und Flussüberschwemmungen. Dies verursachte alleine in der Landwirtschaft Schäden in Milliardenhöhe.
Diese Ereignisse schienen außergewöhnlich zu sein, aber im Frühjahr/Sommer 2023, nach einem trockenen Winter, zeigten Dürre und Überschwemmungen erneut, wie gefährlich die Folgen der Klimakrise sein können.
Dabei zeigen sich deutlich die Folgen, wenn Regen auf ausgetrockneten Boden fällt: Das Wasser kann nicht aufgenommen werden und führt dadurch zu stärkeren Überschwemmungen. Doch wenn das Wasser abgeflossen ist, dann steht es weder für das Pflanzenwachstum noch die Grundwasserneubildung zur Verfügung.
Der Klimawandel erhöht die Geschwindigkeit und das Ausmaß der Landdegradation durch häufigere Starkregenfälle und Überschwemmungen sowie Dürren und steigende Temperaturen, die zu einer schneller Austrocknung des Bodens führen.
Die Landwirte sind mit einem Teufelskreis konfrontiert: Die übermäßige Nutzung der Böden und andere von der intensiven Landwirtschaft abhängige Faktoren tragen zum Klimawandel bei und der Klimawandel hat Auswirkungen auf die Gesundheit der Böden und die Ernährungssicherheit.
Wasser ist daher als eine begrenzte natürliche Ressource zu betrachten, die es nachhaltig zu nutzen gilt und die eng mit der Bodengesundheit und landwirtschaftlichen Erträgen verbunden ist.
Die Hauptprobleme, die der Klimawandel für die Landwirtschaft mit sich bringt, sind:
Schwankungen in der Länge der Vegetationsperiode, daraus resultierender Ertragsrückgang und ggf. die Notwendigkeit Bewässerungssysteme zu etablieren oder auszubauen.
Verfrühung der phänologischen Phasen, Verlagerung der Anbauflächen und Ertragseinbußen bei den Kulturen des Frühjahr-Sommer-Zyklus auch aufgrund von Spätfrösten.
Rückgang der Produktivität der Betriebe aufgrund von Hitzestress, Anfälligkeit der Tiere bei Zunahme von Krankheitserregern.
Dies impliziert verstärkte Kontrollen und die Bereitschaft zu Eingriffen und Veränderungen, die sogar radikal sein können, bis hin zur Substitution von Kulturpflanzen und der Verringerung der Tierzucht (weniger intensiv). Eine Alternative zu radikalen Entscheidungen können Maßnahmen zur Schadensbegrenzung auf der Grundlage intelligenter Techniken und digitaler Technologien sein, die Wassereinsparung und Qualitätsverbesserung sowie Bodenregenerierung auf der Grundlage der Wiederverwendung von Ernterückständen und Dung zur Kompostierung ermöglichen.
Die Betriebe sind den Faktoren des Klimawandels ausgesetzt, die wechselhaft und unvorhersehbar sein können, wie z. B. Dürren, Starkregen, Sturzfluten, Erdrutsche und damit verbundene Schäden.
Eine Risikoanalyse, die als aktive, fortlaufende Bewertung von Risikofaktoren und -indikatoren gedacht ist, kann helfen, die potenziellen Schäden und die entsprechenden Gegenmaßnahmen zu bewerten.
Die Risikoanalyse kann als aus zwei Phasen bestehend angesehen werden: a) Status-Quo-Analyse und b) Planung von Maßnahmen einschließlich der erforderlichen Investitionen (z. B. Infrastrukturen) und Versicherungsfonds gegen Schäden.
Aufmerksamkeit für den Klimawandel erhöhen und Maßnahmen ergreifen
Bereitstellung einer Synthese wissenschaftlicher Erkenntnisse über Auswirkungen, Risiken und Wechselwirkungen für verschiedene Grade von Dürre, Erwärmung und damit verbundenen Mustern
Aufzeigen der wichtigsten finanziellen Erfordernisse und Investitionen zur Verringerung der räumlichen Anfälligkeit sowie bewährter Verfahren auf regionaler und nationaler Ebene
Beitrag zur Gestaltung von Entwicklungsstrategien, die auf radikale Veränderungen in Richtung Resilienz und Nachhaltigkeit abzielen
Beteiligung an der Verbesserung der Zugänglichkeit und der Kommunikation der Ergebnisse, um den Aufbau bewusster und informierter Gemeinschaften zu unterstützen
Klimaauswirkungen auf Wasserressourcen und Landwirtschaft
Der Temperaturanstieg führt zu Schwankungen in der Länge der Vegetationsperiode, zur Verfrühung der phänologischen Phasen und zu einer möglichen Verlagerung der Anbaugebiete (in höhere Breiten- und Höhenlagen).
Die Beschleunigung des Wachstumszyklus kann die für die Akkumulation von Biomasse verfügbare Zeitspanne begrenzen und folglich zu Ertragseinbußen führen.
Größere Produktivitätseinbußen werden bei den Kulturen des Frühjahr-Sommer-Zyklus (Mais, Sonnenblumen und Zuckerrüben) erwartet, insbesondere wenn sie nicht bewässert werden. Mögliche Steigerungen für Weizen in einigen Gebieten (z. B. Nordeuropa) und Rückgänge in anderen Gebieten (Südeuropa). Mögliche positive Auswirkungen für Reis.
Die geringere Anfälligkeit der Kulturen im Herbst-Winter-Zyklus im Vergleich zu den Kulturen im Frühjahr-Sommer-Zyklus birgt unvorhersehbare Risiken für extreme Wetterereignisse und Veränderungen in der Agrarlandschaft.
Meteorologische Wasserüberwachungsmodelle und -systeme müssen daher unbedingt aktualisiert werden und darauf vorbereitet sein, die Entwicklung der Wettervorhersage zu verfolgen.
Numerical mathematical models are used for climate change projections by IPCC, as well by other national and international research centres.
The Euro-Mediterranean Centre for Climate Change has developed models based on a setting of indicators adapted to international and inter-regional European areas, Global Circulation Models (GCMs) and Regional Circulation Models (RCMs), which operate at different scales providing climate projections focused on different but coherent scenarios mapping the trend of climate change in the various territories.
Projections suggest an increase in the frequency and severity of droughts, especially in the Mediterranean area, due to reduced river flow.
In many Mediterranean areas such as South-western Spain or Po river basin, the trend of diminishing rain and snow precipitations and overexploitation of rivers and aquifers increase vulnerability to future droughts.
Future water quality is expected to decrease because of reduced flows of rivers.
Groundwater quality is predicted to be threatened by climate change and increasing use pressure.
Over exploitation of aquifers, due to irrigation demands and tourism growth, especially in southern Europe, increases the vulnerability of sensitive areas to drought risks.
In the medium and long term, the progressive salinization of coastal aquifers, threatens the potability of water in highly populated areas.
Climate models suggest that Europe will see a total amount decrease of precipitations, drastic increase of heavy rains with consequent floods and damages to seasonal and permanent crops and risks for humans and animals.
Climate change can determine strong impacts on tree crops:
- increase in irrigation requests; lack of water during specific stages of development such as flowering, pollination and filling of the fruit may lead to a reduction in productivity levels.
- Extreme climatic phenomena (heat waves, drought periods and/or intense precipitation events, frosts during the vegetative recovery phase, etc.) may further accentuate the impacts caused by average climate variations.
- The stress caused by high temperatures damages the quality of the gems and alters their growth and production.
- Consequences can be: I) decrease in the quality of productions; II) increase of pathogen attacks; III) need for variations in the cultivated varieties and in the management of the crops themselves.
Anforderungen an den Anbau in Ökosystemen, die mit Klimaveränderungen konfrontiert sind, müssen unbedingt die grundlegenden Faktoren berücksichtigen, die die Produktion beeinflussen:
- Phänologische Überwachung: (vegetative Entwicklung, Blüte, Reifung);
- Erhaltung der Wasserreserven im Boden
- Anbaupraktiken
Aktives Wassermanagement muss zum einen die (neuen) Gegebenheiten berücksichtigen, kann aber auch auf diese reagieren und negative Folgen abschwächen. Aktives Wassermanagement berücksichtigt sowohl die Wasserqualität, als auch die verfügbare Wassermenge.
Kontrollorgane für Wassermenge und -qualität
Sowohl die Wasserqualität als auch die Wassermenge können durch den Klimawandel stark beeinträchtigt werden, da die Wassermenge in den Flüssen und Wassereinzugsgebieten abnimmt.
| Wasserverbrauch | Wasserverschmutzung | Wasserbezogene Risiken |
|---|---|---|
|
++ |
++ |
+++ |
|
Die Bewässerung in der Landwirtschaft hat den größten Anteil am Wasserverbrauch in Europa. |
Die Hauptschadstoffe aus dem Agrarsektor sind Nährstoffe (aus Düngemitteln und Gülle) und vor allem Pestizide. |
Dürren werden in vielen Mittelmeerländern zunehmend zu einem strukturellen Phänomen, von dem auch einige Länder in Nordeuropa betroffen sind. Auch die Auswirkungen auf die Bodenfruchtbarkeit nehmen zu. |
Anmerkung: +: Geringfügiges Problem; ++: Problematisches Problem; +++: Schwerwiegendes Problem. Quelle: OECD (2019).
Rationelle Wassernutzung im nachhaltigen Feldanbau
Eine wirtschaftliche und zweckmäßige Wassernutzung ist eine absolute Notwendigkeit für Betriebe, die mit einer begrenzten Wasserverfügbarkeit zu kämpfen haben.
Bedeutung und Einsatz von Wasser in der Landwirtschaft
- Bewässerung von Pflanzen
- Tränkung von Tieren
- Hygiene im Betrieb
Risiken und Schwächen
- Knappheit (erwartete geringere Verfügbarkeit in den kommenden Jahren)
- Anfälligkeit (Risiko der Verschmutzung und Versalzung)
- Unregelmäßige Verteilung (je nach Verfügbarkeit)
Eine rationelle Wassernutzung ist besonders in den Mittelmeerregionen von großer Bedeutung
Reduzierung des Wasserverbrauchs
Steigerung der Effizienz der Bewässerungssysteme
Wasser wiederverwenden
Vergleich der Bewässerungssysteme in der EU
Oberflächenbewässerung
(„Flutbewässerung“)
- geringer Wirkungsgrad
- minimale Kapitalinvestitionen und Energiekosten
- hohe Wasserverteilung
Sprinklerbewässerung
- hoher Wirkungsgrad
- hohe Energiekosten
- Gleichmäßigkeit der Wasserverteilung
- höhere Kosten als bei der Oberflächenbewässerung
- mittlere Wasserverteilung
Tröpfchenbewässerung
- hohe Energieeffizienz und Wassereinsparung
- genaue Wasserverteilung
- leicht automatisierbar
- weniger Probleme mit Unkraut und Pilzen
- Vergleichsweise kostspielig und wartungsbedürftig
Bewährte Praktiken für Wasser-CSA
Es gibt verschiedene Möglichkeiten, die Effizienz der Wasserwirtschaft in der Landwirtschaft zu verbessern:
- Erfassungsbogen für die Bewässerung
- Bewässerungssysteme mit maximaler Effizienz
- Tropfbewässerung
- Vergrabene und halbvergrabene Tröpfchenbewässerung
- Entscheidungshilfen für die Bewässerung
- Werkzeuge für die Klima-Boden-Pflanzen-Kontrolle
- Fernerkundungs- und GIS-Werkzeuge
- Werkzeuge zur Düngekontrolle
- Änderung der Kulturart
Diese werden im Folgenden vorgestellt.
Die Praxis des Bewässerungsprotokolls ist mit der Methodik zur Überwachung des Wasserverbrauchs auf der Grundlage von Kontrollmaßnahmen verbunden, die für mittlere und hohe Wasserverbraucher empfohlen werden.
Die Daten können elektronisch und automatisiert oder manuell erfasst werden. Wichtig ist, das jeder Bewässerungsvorgang berücksichtigt wird und zu diesem folgende Punkte festgehalten werden:
Bewässerte Kultur
- Dauer des Bewässerungsvorgangs
- Durchflussmenge
- Bewässerte Fläche
- Niederschlag, Temperatur, ggf. Wind und andere nützliche meteorologische Daten
Seine Verwendung ist in der Europäischen Union nicht sehr verbreitet.
Es sind keine zwingenden Beschränkungen vorgesehen
Effiziente Bewässerungssysteme
TRÖPFCHENBEWÄSSERUNG
Empfohlen, wenn der Wasserverbrauch für die Bewässerung mehr als 2.500 m3/ha/Jahr beträgt.
VORTEILE:
- geringerer Einfluss von Unkraut, da der Boden weniger Feuchtigkeit enthält
- effizientere Ausbringung von Düngemitteln
- weniger Herbizide erforderlich
- Arbeit mit geringem Druck (weniger Energiekosten)
Mehr als 33 % der bewässerten Flächen in der EU-27 werden mit Tropfbewässerung bewässert.. In some Mediterranean countries the use of drip irrigation reaches 50% (Spain) or even 75% (Cyprus)
ABER WENN DIE TROPFBEWÄSSERUNG NICHT GUT GEMACHT IST, KANN SIE KEIN GUTES MITTEL ZUM WASSERSPAREN SEIN.
VERGRABENE UND HALB VERGRABENE TROPFBEWÄSSERUNG
Empfohlen für den Anbau von Sonderkulturen.
VORTEILE:
- die Wassernutzung wird optimiert, da das Wasser näher am Wurzelsystem abgegeben wird
- die Verdunstung wird reduziert
- geringeres Risiko der Beschädigung der Schläuche durch Vögel und Säugetiere und starken Winden
- weniger Pilzkrankheiten
- effizientere Ausbringung von Düngemitteln
- weniger Herbizide erforderlich
- Arbeit mit geringem Druck (weniger Energiekosten)
In Europa nicht weit verbreitet
Fortgeschrittene Kenntnisse über den Bewässerungsbedarf und dessen Grenzen erforderlich.
Faunaschäden oder starke Winde als Gründe für die Einführung dieses Ansatzes.
Entscheidungshilfesysteme (Engl. Decision Support System, DSS) für die Bewässerung:
Digitale Datenerfassung auf dem Feld (Sensoren) oder aus der Luft (Satellit/Drohne) ermitteln den Wasserbedarf der Pflanzen und berücksichtigen dabei ggf. die Wettervorhersage.
VORTEILE:
- Versorgung der Pflanzen mit der richtigen Wassermenge
- Wassereinsparung durch begrenzte Bewässerung in Abhängigkeit vom DSS-Datenbericht
- Wird eine dauerhaft hohe Feuchtigkeit gemessen, können Herbizide gezielt eingesetzt werden
- geringere Energiekosten aufgrund des begrenzten Einsatzes von Wasser und Behandlungen
- weed mapping control with use of less herbicides
- reduced energy costs due to limited use of water and treatments
Einige Kulturen nutzen das Wasser nachts besser, dies kann automatisch geplant werden (Zeit und Menge). Der Wasserverbrauch der Pflanzen zu verschiedenen Tageszeiten kann gemessen werden.
Entscheidungshilfesysteme (DSS) für die Bewässerung:
Klima-Boden-Pflanzen-Kontrolle
BEISPIELE:
- Klimasensoren ergänzung der nationalen und regionalen Vorhersage durch lokale Daten
- Dendrometer
messen Pflanzenwachstum und Wasserverbrauch, durch kleine Kontraktionen und Ausdehnungen im Pflanzengewebe - Remote Sensing (RS) Satellites
Remote Sensing (RS) satellites, airplanes/drones with multiesprectral camera: identifies areas with water stress, detects nutrient deficiences early identification of pests
Global Positioning System (GPS)
Geographic Information Systems (GIS)
Einsatz von Tools zur Düngekontrolle
VORTEILE:
Kontrolle der Nährstoffe mit dem Ziel, Wasserverschmutzung durch Überdüngung zu vermeiden: Einsparung nicht notwendiger Düngemittelmengen, die eine Verschmutzung durch Nährstoffe verursachen. Das am häufigsten verwendete Instrument ist die Multispektralkamera, die auf einer Drohne montiert werden kann. Mit dieser Luftbildtechnologie können Tests vor Ort durchgeführt werden, um den Nährstoffgehalt zu analysieren und zu entscheiden, ob eine neue Düngung notwendig sein könnte oder nicht.
Digitale Werkzeuge für die Bewässerungssteuerung werden erst seit kurzem eingesetzt und sind in Europa noch nicht so weit verbreitet. Die kollektive Nutzung dieser Technologien könnte eine Möglichkeit zur Kostensenkung sein. Diese Art von Technologie kann auch gemietet werden, wobei die Beratungsdienste oft im Mietvertrag enthalten sind.
Schlussfolgerung
Die wirtschaftliche und zweckmäßige Wassernutzung in der Landwirtschaft kann die Folgen des Klimawandels auf die Produktion reduzieren. Dabei spielen neue, fortschrittliche Techniken und digitale Technologien eine besondere Rolle, um Wasser effizient zu nutzen.
The water rational use in farming can be achieved only from the support of world bodies for a more and more precise analysis of the impact of the climate change at international, national and regional level, with the farmers, as main actors of sustainable agriculture supported by new advanced techniques and digital technologies.
Potential and increasingly frequent threats, such as drought, heavy rains, floods and landslides, can be faced only starting a new prevention approach, with collaboration of water reclamation bodies and private water users, namely farmers.
Referenzen
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