Wasser für's tägliche Brot

Wasser ist unverzichtbar für die Landwirtschaft. Anhand neuer Studien betrachtet Pflanzenforschung.de die Wasserstrategien in China als Beispiel für die globalen Herausforderungen bei der Ernährungssicherung.

China beherbergt fast ein Viertel der Weltbevölkerung, verfügt jedoch nur über ein Zehntel der landwirtschaftlichen Fläche und nur über ein Fünfzehntel des Süßwassers. Die Nutzungskonkurrenz um Wasser und Land ist in China daher besonders groß und stellt das Land vor besondere Herausforderungen bei der Versorgung seiner Bevölkerung mit Nahrungsmitteln.

Die Landwirtschaft hat sich in den letzten 60 Jahren stark entwickelt. Neben neuen Pflanzensorten, neuen Anbautechniken und dem ertragssteigernden Einsatz von Dünge- und Pflanzenschutzmitteln hat dabei auch eine zunehmende Bewässerung der landwirtschaftlichen Flächen dafür gesorgt, dass China für seine Bevölkerung Ernährungssicherheit herstellen konnte: Die letzten 25 Jahre lag die Pro-Kopf-Produktion von Getreide regelmäßig über 350 Kilogramm und in den letzten 15 Jahren überstieg die gesamte jährliche Getreideproduktion wiederholt die 500-Millionen-Tonnen-Marke – bei einem jährlichen Bewässerungsvolumen von gut 300 Milliarden Kubikmetern. Aus diesen Gründen wird die chinesische Landwirtschaft auch oft als Paradebeispiel für die Erfolge der "Grünen Revolution" gesehen. Jedoch sind auch in Zukunft innovative und pragmatische Lösungsansätze nötig, um das bevölkerungsreichste Land der Erde mit Nahrung zu versorgen. 

Wofür das Wasser gebraucht wird 

Um der erwarteten Nachfrage in den nächsten Jahren gerecht zu werden, geht die chinesische Regierung davon aus, dass bis 2020 jedes Jahr 50 Millionen Tonnen Getreide zusätzlich produziert werden müssen. Gleichzeitig steigt die Nachfrage nach Wasser durch Bevölkerungswachstum, zunehmende Verstädterung und steigende Lebensstandards der Bevölkerung sowie durch das Wirtschaftswachstum – das heißt jedoch, dass die Produktion des zusätzlichen Getreides nicht durch eine Ausweitung des Bewässerungsvolumens erfolgen kann. Insbesondere auch im Hinblick auf den Umweltschutz darf die chinesische Landwirtschaft auch in Zukunft nicht mehr als 320-340 Milliarden Kubikmeter Wasser pro Jahr verbrauchen.

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Die Herausforderung besteht daher darin, mit der gleichen Menge Wasser wie bisher mindestens zehn Prozent höhere Getreideerträge zu erzielen. Das heißt, für eine nachhaltige Entwicklung in der Landwirtschaft muss das Augenmerk auf Technologien gelegt werden, die Wasser sparen bzw. die die Effizienz im Umgang mit Wasser steigern. Neben Gartenbauerzeugnissen und "Cash Crops" wie Baumwolle, Zuckerrohr und Ölfrüchten wird in China auf 70 Prozent der landwirtschaftlichen Fläche bereits Getreide angebaut. Um die Nahrungsmittelproduktion zu steigern müssen diese Anbausysteme besser als zurzeit an die lokalen klimatischen Bedingungen in den unterschiedlichen Regionen Chinas angepasst werden. Bewässerung wird in weiten Teilen Chinas ein wichtiger Faktor bleiben, denn nur damit lassen sich hohe und vor allem stabile Getreideerträge garantieren. 

Wo das Wasser herkommt 

In der Vergangenheit hat China durch die Bewirtschaftung des Wasservorkommens über Reservoirs, Brunnen und Bewässerungsgräben die bewässerte Fläche von 16 Millionen Hektar (1949) auf über 56 Millionen Hektar (2007) erweitert. Die Bewässerungsmenge wurde von 100 Milliarden Kubikmeter auf knapp 350 Milliarden Kubikmeter erhöht. In der gleichen Zeit wurde der landesweite Getreideertrag von 100 Millionen auf 500 Millionen Tonnen gesteigert. Insgesamt 70 Prozent dieser Erträge werden auf bewässerte Flächen erwirtschaftet. Lediglich 30 Prozent der Getreideernte werden durch Regenfeldbau erzeugt, obwohl dieser auf 54 Prozent der landwirtschaftlichen Fläche Chinas betrieben wird. 

Die Statistiken der letzten 10 Jahre zeigen jedoch, dass die Intensität der Bewässerung rückläufig ist, d.h. einige der für die Bewässerung genutzten Wasservorkommen können trotz besserer Ingenieurleistungen nicht nachhaltig genutzt werden. In Zukunft kann China sich daher nicht darauf verlassen, landwirtschaftliche Produktionssteigerungen über großflächige und intensive Bewässerung zu erzielen. Berücksichtigt man noch die schwerwiegenden ökologischen Probleme die mit einer Übernutzung von Wasservorkommen einhergehen, dann wird klar, dass die Agrarforschung neue Wege finden muss um vermehrt Regen- oder Gebrauchtwasser zu nutzen und um insgesamt effizienter mit Wasser umzugehen.

Neben den 320 Milliarden Kubikmetern Wasser, die der chinesischen Landwirtschaft 2007 über Bewässerung zugeführt wurden, konnten in 2007 auch 430 Milliarden Kubikmeter Regenwasser – 57 Prozent des gesamten Wasseraufkommens – für die Landwirtschaft genutzt werden. 

Wo das Wasser verloren geht 

Ausgehend von diesem nationalen Wasseraufkommen von ungefähr 750 Milliarden Kubikmeter werden in China Entscheidungen über zukünftige Wassernutzung und landwirtschaftliche Entwicklung gefällt, unter Berücksichtigung der Auswirkungen von Anbausystemen, Agrartechnologie und Melioration. Ein bedeutendes Problem stellt derzeit die Versickerung von Wasser aus den Bewässerungskanälen und auf dem Feld dar – 55 Prozent des Bewässerungswassers geht auf diese Weise verloren. Lösungsansätze für eine effizientere Wassernutzung sind zementierte und somit dichte Bewässerungskanäle, Mikrobewässerung, Beregnung, oder Unterflurbewässerung anstatt von Stauverfahren. In einigen Gebieten geht zudem fast die Hälfte des Regenwassers durch Oberflächenabfluss verloren; dort können kleine bauliche Veränderungen und Anlagen helfen das Wasser aufzufangen und für die Landwirtschaft zu erhalten. 

Da selbst in der Bewässerungslandwirtschaft natürlicher Niederschlag einen wichtigen Beitrag zum Wasseraufkommen darstellen kann, können schon einfache ackerbauliche Maßnahmen helfen, mit den vorhandenen Ressourcen besser zu wirtschaften. Eine Aussaat die zeitlich auf den erwarteten natürlichen Niederschlag abgestimmt ist, kann z.B. helfen, das vorhandene Wasser besser zu nutzen bzw. Bewässerung zu reduzieren. Eine weitere Möglichkeit vorhandenes Wasser effizienter zu nutzen besteht darin den Boden zu mulchen, d.h. mit Ernteresten oder Plastikplanen abzudecken. Dadurch wird Verdunstung aus dem Boden verhindert und die Feuchtigkeit für die Wachstumsphase der Pflanze erhalten. In einigen Regionen Chinas können die Maiserträge auf diese Weise um 15 Prozent gesteigert werden. 

Wie die Pflanzenforschung helfen kann 

Andere Möglichkeiten vorhandenes Wasser effizienter zu nutzen bestehen in der Anwendung moderner Methoden der Feldbewirtschaftung sowie in der Verbesserung der angebauten Kulturpflanzen durch die Pflanzenzüchtung. So hat die Entwicklung und Einführung von Hochertragssorten dazu geführt, dass in den letzten Jahrzehnten die Getreideerträge in China kontinuierlich gestiegen sind. Die Wassernutzungseffizienz beim Getreideanbau hängt jedoch von einer Reihe von Faktoren ab, zum Beispiel der Getreideart.

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Die Produktion von Reis ist relativ wasserintensiv; für sie wird derzeit ungefähr 50 Prozent des Wasseraufkommens in China gebraucht. Zum Vergleich, für die Produktion von einem Kilogramm Reis werden knapp 1200 Liter Wasser benötigt, etwa 200 Liter mehr als für die Produktion von einem Kilogramm Weizen und sogar 500 Liter mehr als für ein Kilogramm Mais. Zum Vergleich – in eine Badewanne passen ca. 150 Liter. (Die Autoren der unten genannten Studie zur Wasserstrategie in der chinesischen Landwirtschaft geben den Wasserbedarf in Kubikmetern an. Dabei handelt es sich offenbar um einen Tippfehler bei den Größeneinheiten – vgl. z.B. den "Wasser-Fußabdruck".) Durch einen verstärkten Maisanbau konnte die Wassernutzungseffizienz in China bereits maßgeblich gesteigert werden. Der Maisanbau wurde dort in den letzten 15 Jahren von 25 Prozent der gesamten landwirtschaftlichen Fläche auf 34 Prozent ausgedehnt. 

Neben der allgemeinen Züchtung von Hochertragssorten gibt es in China auch Bemühungen wassersparenden und trockenresistenten Reis und Weizen zu entwickeln. So konnten die Reiserträge im Laufe der Grünen Revolution zwar beträchtlich erhöht werden, doch seit der Jahrtausendwende haben sich die durchschnittlichen Reiserträge in China bei ungefähr sechs Tonnen pro Hektar eingependelt. Unter Versuchsbedingungen konnte mit "Superreis" zwar auch schon 12 Tonnen pro Hektar erwirtschaftet werden, doch ist dieser Reis anfällig für Trockenheit und kann sein Potential im großflächigen Anbau im Alltag nicht entfalten – nicht zuletzt auch, weil 65 Prozent der Reisfelder von Wasserknappheit bedroht sind. Daher verfolgt China nun die Strategie trockenresistente Reissorten zu entwickeln um die Reisproduktion auch auf weniger ertragreichen Feldern zu verbessern oder zumindest zu stabilisieren. 

Bei Weizen hat die Pflanzenzüchtung in China die Erträge und die Wassernutzungseffizienz über die letzten 30 Jahre bereits signifikant steigern können. Fünfzig Prozent des Weizens in China wird auf der Nordchinesischen Ebene angebaut. Die Übernutzung des Grundwassers für Bewässerungszwecke hat hier bereits zu einem Abfall des Grundwasserspiegels geführt. Neuere Studien zeigen jedoch, dass der dort angebaute Winterweizen keiner vollständigen Bewässerung bedarf um höhere Erträge zu erbringen; vielmehr gilt es dort die Wasserbewirtschaftung zu optimieren, auch in Verbindung mit dem Stickstoff-Management, und mit den besten bereits verfügbaren Weizensorten zu kombinieren um die Weizenerträge sowie die globale Wassernutzungseffizienz zu steigern. 

Ein komplexes Problem bedarf mehrerer Lösungsansätze 

Zur Optimierung des Wasseraufkommens bietet neben einer Verbesserung der Bewässerungstechnik und -infrastruktur sowie einer Anpassung der Feldbewirtschaftung und der Getreideaussaat auch die Pflanzenforschung Möglichkeiten die Wassernutzungseffizienz in der Landwirtschaft zu steigern. In Zukunft gilt es jedoch, neben biophysischen Faktoren auch sozioökonomischen Bedingungen zu berücksichtigen, denn in Gegenden in denen Armut herrscht und in denen die Menschen von der Landwirtschaft abhängen sind die Möglichkeiten der Wasserbewirtschaftung und die gegenwärtig schon möglichen Ertragspotentiale der Pflanzen oftmals noch nicht ausgeschöpft, d.h. dort können mit kleinen Verbesserungen rasche Ertragsgewinne erzielt werden.