Wasser sammeln und sparsamer nutzen steigert landwirtschaftliche Erträge

Besseres Wassermanagement auf Ackerfl√§chen k√∂nnte die globale landwirtschaftliche Produktion um etwa ein F√ľnftel steigern. Darauf deuten die Ergebnisse einer Modellstudie von deutschen und schwedischen Forschern. Doch selbst intensives Wassermanagement auf bestehenden Anbaufl√§chen wird nicht ausreichen, um die Versorgung der wachsenden Weltbev√∂lkerung bei fortschreitendem Klimawandel zu sichern, berichten die Wissenschaftler in der aktuellen Ausgabe des Magazins "Environmental Research Letters".

"Die Wassernutzung in der Landwirtschaft ist ein Schl√ľsselproblem f√ľr das 21. Jahrhundert: denn ohne Verbesserungen werden weder die Folgen des Klimawandels bew√§ltigt noch der Nahrungsmittelbedarf weiterer zwei oder drei Milliarden Menschen gedeckt werden k√∂nnen", sagt Wolfgang Lucht vom Potsdam-Institut f√ľr Klimafolgenforschung (PIK).
 
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%.
Grafik: PIK
 
 
 
"Wir haben in dieser Studie daher erforscht, ob es realistische M√∂glichkeiten gibt, die entstehende Versorgungsl√ľcke beim Wasser in der Landwirtschaft in vielen Weltregionen wenigstens teilweise zu schlie√üen. Das Ergebnis ist durchaus ermutigend", f√ľgt Lucht hinzu.

Landwirtschaftlich genutzte Fl√§chen nehmen heute etwa 15 Millionen Quadratkilometer ein, rund ein Zehntel der Landoberfl√§che der Erde. Eine fr√ľhere Studie der Forscher zeigte, dass diese Fl√§che bei einem Bev√∂lkerungswachstum auf zehn Milliarden Menschen bis zum Jahr 2050 um etwa zehn Millionen Quadratkilometer erweitert werden m√ľsste, wenn die Produktivit√§t nicht durch Wassermanagement oder andere Ma√ünahmen gesteigert wird. Anstelle von heute 8800 w√ľrden dann j√§hrlich etwa 13300 Kubikkilometer Wasser zur k√ľnstlichen und nat√ľrlichen Bew√§sserung ben√∂tigt. "In vielen Regionen der Welt ist Wasser jedoch schon jetzt knapp", sagt Dieter Gerten, Hydrologe am PIK, und weiter: "Wir m√ľssen neue Wege finden, das vorhandene Wasser besser zu nutzen."

Die Forscher um Gerten haben nun untersucht, wie sehr der zus√§tzliche Bedarf an Land und Wasser durch Wassermanagement auf der heutigen Anbaufl√§che minimiert werden kann. Die Studie basiert auf Simulationen mit einem Computermodell f√ľr Vegetation und Wasser und beziffert m√∂gliche 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 erm√∂glicht. Feldstudien zeigen, dass Wasserverluste auf diese Weise halbiert werden k√∂nnen. Die Forscher sch√§tzen, dass die globalen Ertr√§ge um 2 bis 25 Prozent gesteigert werden k√∂nnten, abh√§ngig von der Intensit√§t der Ma√ünahmen. Die gr√∂√üten Steigerungsm√∂glichkeiten von mehr als 20 Prozent bei moderatem Wassermanagement bestehen in semiariden, √ľberwiegend trockenen Regionen wie dem mittleren Westen der USA, dem Sahel, dem s√ľdlichen Afrika und Zentralasien.

Regenwasser kann gleichsam "geerntet" werden, indem abflie√üendes Wasser gesammelt und in Senken oder mithilfe von kleinen Deichen oder unterirdischen D√§mmen gespeichert wird. Um D√ľrreverluste zu vermindern, kann dieses Wasser in Trockenzeiten zur Bew√§sserung genutzt werden. Die Simulationen der vorliegenden Studie zeigen, dass dadurch global Ertragssteigerungen von 4 bis 31 Prozent m√∂glich sind, abh√§ngig von der Intensit√§t der Ma√ünahmen. Bei moderatem Wassermanagement nach dieser Methode k√∂nnten die Ertr√§ge besonders effektiv in Regionen in S√ľdamerika 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 k√∂nnten negative Auswirkungen des Klimawandels die Ernteertr√§ge bis 2050 um rund ein Zehntel mindern", sagt Stefanie Rost vom PIK. Selbst wenn der D√ľngeeffekt der erh√∂hten Kohlendioxidkonzentration in der Luft voll durchschlagen und moderates Wassermanagement betrieben w√ľrde, reichte das auf heutiger Anbaufl√§che verf√ľgbare Wasser nicht f√ľr die Nahrungsversorgung einer Weltbev√∂lkerung von neun bis zehn Milliarden Menschen aus.

"Diese Erkenntnis wirft wichtige Fragen auf, wie die Land- und Wassernutzung zuk√ľnftig zwischen k√ľnstlich und nat√ľrlich bew√§sserter Landwirtschaft, √Ėkosystemen und Bioenergie-Anbaufl√§chen verteilt werden soll", schreiben die Autoren. Sie schlagen vor, M√∂glichkeiten effizienterer Bew√§sserung, der Ausdehnung bew√§sserter Landwirtschaft, der Pflanzenz√ľchtung und Gr√ľnen Gentechnik und eines effektiveren Handels mit landwirtschaftlichen Produkten zwischen wasserreichen und wasserarmen Regionen weiter zu erforschen.

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

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Copyright: © Informationsdienst Wissenschaft e.V. -idw- (09.10.2009)
 
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