Hochschule für Agrar-, Forst- und Lebensmittelwissenschaften HAFL
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Berner Fachhochschule<br />
<strong>Hochschule</strong> <strong>für</strong> <strong>Agrar</strong>-, <strong>Forst</strong>- <strong>und</strong> <strong>Lebensmittelwissenschaften</strong> <strong>HAFL</strong><br />
Wie kann die Wasserproduktivität in der<br />
Landwirtschaft gesteigert werden?<br />
Unser täglich Wasser - Haben wir genug Wasser, um die Welt zu ernähren?<br />
27.11.2012, KKL Luzern<br />
Christoph Studer, <strong>HAFL</strong>
Berner Fachhochschule<br />
<strong>Hochschule</strong> <strong>für</strong> <strong>Agrar</strong>-, <strong>Forst</strong>- <strong>und</strong> <strong>Lebensmittelwissenschaften</strong> <strong>HAFL</strong><br />
Übersicht<br />
• Wichtige Gr<strong>und</strong>lagen zum Wasserverbrauch in der<br />
Landwirtschaft (wie können wir wirklich Wasser sparen?)<br />
• Massnahmen zur Steigerung der Wasserproduktivität<br />
– "Effiziente" Bewässerungssysteme, Bewässerungsstrategien<br />
– Einfluss des Klimas<br />
– Ertragsniveau<br />
– Weitere agronomische Massnahmen<br />
• Voraussetzungen <strong>für</strong> Umsetzung/Anwendung<br />
• Management von Wasserressourcen<br />
• Schlussbetrachtungen
Gr<strong>und</strong>lagen<br />
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• Wie geht Wasser "verloren"<br />
– Evaporation/Transpiration<br />
– Abflüsse in Senken (Meer, Salzseen, etc.)<br />
– Starke Verschmutzung<br />
– Inkorporation in ein Produkt<br />
• Bewässerungsverluste<br />
"unnütz"<br />
"nutzbringend",<br />
wenn durch Kultur<br />
Nutzung vs. Verbrauch:<br />
Landwirtschaft: 70% vs. >90%
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Verluste bei der Bewässerung<br />
8<br />
Distribution Efficiency<br />
5<br />
6<br />
Field application<br />
Efficiency<br />
1<br />
4<br />
7<br />
Conveyance Efficiency<br />
6. Surface runoff<br />
7. Deep percolation to soil<br />
layers below the root zone<br />
8. Evaporation from soil and plant<br />
surfaces<br />
2<br />
3<br />
1. Evaporation from the water surface<br />
2. Deep percolation to soil layers "distribution<br />
<strong>und</strong>erneath the canals<br />
3. Seepage through the b<strong>und</strong>s of the canals, Rat holes<br />
uniformity"<br />
4. Overtopping the b<strong>und</strong>s, B<strong>und</strong> breaks<br />
5. Canal runoff to the drain
Gr<strong>und</strong>lagen<br />
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"unnütz"<br />
• Wie geht Wasser "verloren"<br />
– Evaporation/Transpiration<br />
– Abflüsse in Senken<br />
– Starke Verschmutzung<br />
– Inkorporation in ein Produkt<br />
• Bewässerungsverluste<br />
"nutzbringend",<br />
wenn durch Kultur<br />
Nutzung vs. Verbrauch:<br />
Landwirtschaft: 70% vs. >90%<br />
• Evaporation/<br />
Transpiration<br />
• Verschmutzung<br />
• Abfluss in Senken<br />
– Welches sind wirkliche Verluste? (vs. wieder verwendbar)<br />
– Und aus der Sicht des Bauern?<br />
– Nutzung von "Verlusten"<br />
• Evaporation/Transpiration<br />
– Treibende Kräfte
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Treibende Kräfte <strong>für</strong> Evapotranspiration (ET)<br />
Strahlung<br />
Lufttemperatur<br />
Rel. Luftfeuchtigkeit<br />
Windgeschwindigkeit
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Wie können wir wirklich Wasser sparen?<br />
• Evaporation ("unnütz") reduzieren<br />
• Zu hohe <strong>und</strong> ungewollte Transpiration vermeiden<br />
Treibende Kräfte reduzieren (ohne dass<br />
Pflanzenwachstum/Ertrag leidet)<br />
• Verschmutzung <strong>und</strong> Abflüsse in Senken reduzieren<br />
Sicht des Bauern<br />
• Auch Verluste von "wieder verwendbarem" Wasser<br />
minimieren (Kosten, Arbeit, …)
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"Effiziente" Bewässerungssysteme<br />
• Evaporation Uniformity vom Boden<br />
• Direkte Dosis Verdunstung<br />
Perkolation ? aber…<br />
Photo: USDA 2004
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Effizienz bei Tröpfchenbewässerung<br />
Situation<br />
Efficiency<br />
Expected field efficiency: 80-90%<br />
Large field study in California: 80%<br />
Where plugging is a problem,<br />
60%<br />
or emitter performance is highly variable<br />
Irrigation System Irrig.Efficiency Installation cost<br />
Flooded fields (e.g. rice) 20 - 50% low<br />
Other surface irrigation (furrows etc.) 50 - 60% and higher low<br />
Sprinkler irrigation 50 - 70%<br />
medium-high<br />
Drip irrigation 80 - 90% high<br />
Weitere mögliche Probleme<br />
mit Tröpfchenbewässerung<br />
Global average: 40%<br />
• Überbewässern<br />
• Ausdehnen der Flächen<br />
• mehr(ere) Kulturen/Jahr/Feld<br />
• …<br />
Photo: USDA 2004
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Effizienz der Furchenbewässerung<br />
kürzere Furchen
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Effizienz der Furchenbewässerung<br />
"intermittierende Furchenbewässerung"<br />
(Quelle: Roger and Sothers 1995)<br />
"normal"; BE 40-60%<br />
"verbessert";<br />
BE bis >80%
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Bewässerungspraktiken<br />
• Design <strong>und</strong> Management sind extrem wichtig<br />
• Bewässerungspraxis<br />
Wann/wie oft bewässern?<br />
Wie viel bewässern?<br />
Wie schnell bewässern?<br />
• Optimierung der Bewässerungspraxis<br />
- einfache Methoden (z.B. Bewässerungskalender) vs.<br />
- raffinierte (z.B. Zeigerpflanzen) vs.<br />
- high-tech (Bodenfeuchtemessung,<br />
crop simulation models <strong>und</strong> GIS)
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Bewässerungsstrategien<br />
• "Supplemental irrigation" (ergänzend)<br />
35<br />
30<br />
25<br />
Rainfall<br />
Suppl.Irrig.<br />
20<br />
15<br />
10<br />
5<br />
0<br />
Aug<br />
Sept<br />
Oct<br />
Nov<br />
Dec<br />
Jan<br />
Feb<br />
Mar<br />
Apr<br />
May<br />
Jun<br />
Jul
Bread wheat grain yield (t/ha)<br />
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Bewässerungsstrategien<br />
• "Supplemental irrigation" (ergänzend)<br />
• "Deficit irrigation" (nicht auf vollen Wasserbedarf)<br />
5<br />
4.5<br />
4<br />
Ertrag<br />
-4%<br />
3.5<br />
3<br />
2.5<br />
2<br />
Bewässerung<br />
-33%<br />
1.5<br />
1<br />
0.5<br />
0<br />
rainfed 1/3 SI 2/3 SI full SI<br />
Water supply
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Deficit irrigation<br />
Area which can be irrigated<br />
Total yield<br />
using 66% of the supplemental irrigation<br />
required to cover crop water needs +50%<br />
+40%<br />
using irrigation<br />
fully satisfying<br />
crop water requirements<br />
<strong>und</strong>er irrigation<br />
fully satisfying<br />
crop water<br />
requirements<br />
<strong>und</strong>er deficit<br />
irrigation<br />
(using 66% of<br />
the supplemental<br />
irrigation required to<br />
cover crop water<br />
needs)<br />
Spreading a given amount of limited irrigation water supplementing precipitation on a larger area,<br />
hereby not fully satisfying crop water requirements, allows achieving considerably higher total crop<br />
yields and water productivity as compared to using the water for full irrigation on a smaller area.<br />
(Data from Oweis and Hachum 2001 about wheat yields in Syria)
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Bewässerungsstrategien<br />
• "Supplemental irrigation" (ergänzend)<br />
• "Deficit irrigation" (nicht auf vollen Wasserbedarf)<br />
• Innovative Reisbewässerung (z.B. AWD)<br />
Bangladesh Rice Knowledge Bank (BRKB) 2012<br />
Bangkok Post 2012
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Nebst der Bewässerung (auch wichtig <strong>für</strong> Regenfeldbau)<br />
• Klima<br />
treibende Kräfte <strong>für</strong> Evapotranspiration:<br />
Strahlung<br />
Lufttemperatur<br />
Rel. Luftfeuchtigkeit<br />
Windgeschwindigkeit
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Einfluss des Klimas<br />
hohe rF<br />
langsamer / geringer<br />
Wasserverlust<br />
tiefe rF<br />
schneller / grosser<br />
Wasserverlust
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Einfluss des Klimas<br />
hohe rF<br />
langsamer / geringer<br />
Wasserverlust<br />
tiefe rF<br />
schneller / grosser<br />
Wasserverlust
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Handel an virtuellem Wasser<br />
Handel an Nahrungsmitteln = Handel an virtuellem Wasser<br />
USA<br />
CWR:<br />
237mm<br />
7M t<br />
Potential for<br />
saving water<br />
9.3G m 3 17%<br />
Egypt<br />
CWR:<br />
570mm
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"Beeinflussung des Klimas"
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Zeitpunkt/Saison der Produktion<br />
z.B. Kichererbsen<br />
Rainfall and Water Vapor Pressure Deficit<br />
(Tel Hadya, 1997-98)<br />
30<br />
VPD<br />
Rain<br />
Vapor Pressure Deficit (VPD)<br />
and Rainfall<br />
25<br />
20<br />
15<br />
10<br />
5<br />
0<br />
spring-sown<br />
winter-sown<br />
Data: ICARDA<br />
Sep Oct Nov Dec Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug<br />
Month
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"Beeinflussung des Klimas"<br />
• Standort der Produktion<br />
• Zeitpunkt/Saison der Produktion<br />
• "Künstliches Klima"<br />
Photo: GoodPlanet.info (Mar de plastico)
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"Beeinflussung des Klimas"<br />
• Standort der Produktion<br />
• Zeitpunkt/Saison der Produktion<br />
• "Künstliches Klima"<br />
• Windschutzhecken<br />
Photo: Cornell
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"Beeinflussung des Klimas"<br />
• Standort der Produktion<br />
• Zeitpunkt/Saison der Produktion<br />
• "Künstliches Klima"<br />
• Windschutzhecken<br />
• Bestandesdichte
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Nebst der Bewässerung (auch wichtig <strong>für</strong> Regenfeldbau)<br />
• Klima<br />
• Ertragsniveau<br />
Photo: ICARDA
1 /<br />
Wasserverbrauch (ET) / Tonne Ertrag<br />
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Einfluss des Ertragsniveaus<br />
Erhöhung der<br />
Wasserproduktivität<br />
Möglichkeiten, Ertrag/WP zu erhöhen:<br />
- Gute Pflanzenernährung (Düngung)<br />
- Schädlings-/Krankheitsmanagement,<br />
Unkrautkontrolle, Fruchtfolgen<br />
- Ertragreiche , trockenheitstolerante Sorten<br />
- Saatzeitpunkt, Saatdichte, etc.<br />
- Bodenbearbeitung, Bewirtschaftung der OS<br />
- Bewässerung, Verhindern von Versalzung<br />
- …<br />
- Generell: "good agricultural practices"<br />
Source:<br />
Ertrag/ha
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Nebst der Bewässerung<br />
• Klima<br />
• Ertragsniveau<br />
• Weitere agronomische Aspekte<br />
• Mulch
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Nebst der Bewässerung<br />
• Klima<br />
• Ertragsniveau<br />
• Weitere agronomische Aspekte<br />
• Mulch<br />
• Ernteindex (Erntegut/Biomasse)<br />
Photo: FarmweekNow.com 2012
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Nebst der Bewässerung<br />
• Klima<br />
• Ertragsniveau<br />
• Weitere agronomische Aspekte<br />
• Mulch<br />
• Ernteindex<br />
• Kultur<br />
oder<br />
Photo: fedgazette 2005 Photo: Modesto Junior College 2004
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Technische Möglichkeiten zur Verbesserung der<br />
Wasserproduktivität<br />
• Viele vorhanden, insbesondere auch nebst<br />
"effizienten" Bewässerungssystemen<br />
• Oft Kombinationen möglich "incremental gains<br />
through a variety of interventions" ; Bsp.
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Bsp. Fairtrade Water Project<br />
Optionen, wie Bauern die Wasserproduktivität <strong>und</strong> ihr<br />
Einkommen erhöhen können<br />
• Verbesserung der Produktionstechnik Ertrag, Kosten<br />
• Bessere Synchronisation mit Markt $/m 3<br />
Mikrobewässerung optimierte<br />
Produktion während Trockenzeit<br />
gute Preise <strong>für</strong> wenig Wasser<br />
<br />
Begleitend: Abklärung, wie viel Wasser<br />
<strong>für</strong> die Bewässerung gebraucht werden<br />
kann, ohne in Wasserprobleme/Konflikte<br />
zu geraten<br />
Photo: S.Spöhel
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Entscheidend <strong>für</strong> die Umsetzung/Anwendung<br />
• Massnahmen <strong>für</strong> effizientere Wassernutzung müssen sich<br />
rechnen, d.h. profitabel sein (best = business)<br />
• Umfeld/Rahmenbedingungen müssen stimmen<br />
– Bewusstsein, inkl. Bedeutung/Wert des Wassers<br />
– Zugang zu Wissen/Information, Technologien, Inputs, Wasser,<br />
Märkten, …<br />
– Paradigmenwechsel: von Arbeits- zu Ressourcenproduktivität<br />
nicht nur "water institutions" müssen reformiert werden<br />
F+E: Innovation <strong>und</strong> deren Anwendung fördern (Info raus!)<br />
• Zu beachten: Wasser ist nicht das einzige, was <strong>für</strong><br />
Entwicklung <strong>und</strong> nachhaltige Ressourcennutzung beachtet<br />
werden muss
Photo: WOCAT<br />
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Management von Wasserressourcen<br />
• Water harvesting
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Management von Wasserressourcen<br />
• Water harvesting<br />
• Gr<strong>und</strong>wassernachspeisung<br />
Credit: Michigan Environmental Education
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Management von Wasserressourcen<br />
• Water harvesting<br />
• Gr<strong>und</strong>wassernachspeisung<br />
• Unkonventionelle Wasserressourcen<br />
Ain Ghazal Sewage Treatment Plant,<br />
Jordan<br />
Sorghum and Topinambur irrigated with TSE in<br />
Sorbulak area, Kazakhstan
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Management von Wasserressourcen<br />
• Water harvesting<br />
• Gr<strong>und</strong>wassernachspeisung<br />
• Unkonventionelle Wasserressourcen<br />
• Wasserqualität sichern<br />
Photo: Africa Institute<br />
Photo: Nasser Nouri
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Nach der Produktion<br />
• Verluste von Nahrungsmitteln bei<br />
– Ernte (inkl. Aussortieren aufgr<strong>und</strong> von hirnrissigen "Qualitätsvorgaben")<br />
– Postharvest handling <strong>und</strong> Lagerung<br />
– Verarbeitung<br />
– Handel<br />
– Konsumenten<br />
Weight percentages of food<br />
losses and waste (in percentage<br />
of what enters each step)<br />
• Relation zu möglichen Wassereinsparungen bei der<br />
landwirtschaftlichen Produktion?<br />
"Reducing food wastage by 50% – including post-harvest losses, losses in<br />
transport and handling, and losses in the household – might vastly reduce<br />
or even negate the need for additional water to grow more food, which<br />
will ensure sufficient water is available for food in the future." (SIWI 2008)<br />
total<br />
> ⅓<br />
Data: FAO 2011
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Schlusswort<br />
• In der Landwirtschaft werden >90% des genutzten<br />
Wassers verbraucht schon geringe Einsparungen in<br />
der Landwirtschaft machen grosse Mengen <strong>für</strong><br />
andere Sektoren/Nutzungen verfügbar<br />
• Technische Möglichkeiten, wie Wasser produktiver<br />
genutzt werden kann, existieren zu Hauf<br />
• Bewusstsein <strong>und</strong> Rahmenbedingungen müssen<br />
ändern, damit das heutige Wissen <strong>und</strong> die<br />
vorhandenen Technologien umgesetzt/angewendet<br />
werden <strong>und</strong> Wasser in der landwirtschaftlichen<br />
Produktion produktiver eingesetzt wird<br />
Graphik: FAO 2004
Christoph Studer Professor of Natural Resources Management, Bern University of Applied Sciences,<br />
School of Agricultural, Forest and Food Sciences <strong>HAFL</strong>, CH-3052 Zollikofen<br />
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Danke <strong>für</strong> Ihre Aufmerksamkeit<br />
Photo: U.Scheidegger<br />
Merci pour votre attention
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