Entwicklung nachhaltiger Wasser- und Energielösungen für Farmen in Südafrika

Untersuchungen der landwirtschaftlichen Wassernutzung

Der Wassermangel ist in Südafrika neben den Auswirkungen des Klimawandels, menschlicher Vulnerabilität und dem Verlust der Artenvielfalt und der Ökosytemfunktionen eine der größten Herausforderungen. Speziell die Landwirtschaft ist durch ausgeprägte Trockenzeiten und Wasserknappheit bedroht. Das Westkap hat als Zentrum des Weizen-, Wein- und Obstanbaus eine hohe nationale Bedeutung für die Nahrungsmittelsicherheit des Landes. Zudem ist Südafrika seit Jahren ein wichtiger Exporteur von Produkten aus der Land- und Forstwirtschaft nach Europa.

Das deutsch-südafrikanische Verbundprojekt FarmImpact entwickelt innovative und integrative Lösungsansätze für ein verbessertes Wasser- und Energiemanagement für die südafrikanische Landwirtschaft. Das Vorhaben verfolgt den Ansatz der klimaangepassten Landwirtschaft (“Climate Smart Agriculture“), welcher sowohl ökologische (Landmanagement) als auch technologische Maßnahmen (Bewässerung) umfasst, um den Wasserverbrauch zu reduzieren. In dem interdisziplinären Projekt werden Feldmessungen und Modellierungen des Wasserverbrauchs von Wein- und Obstkulturen miteinander verknüpft.

Windschutzhecken und digitale Bewässerung

Ein wesentliches Ziel der Anlage von Windschutzstreifen ist die Reduzierung des Wasserbedarfs der Agrarkulturen. Durch diese Schutzstreifen entstehen unterschiedliche Feldbereiche, die eine unterschiedliche Evapotranspiration und entsprechend geringeren Bewässerungsbedarf aufweisen. Zur Anpassung der Bewässerung an den reduzierten Wasserbedarf wird im Rahmen von FarmImpact eine anwendungsbezogene Grundlage geschaffen werden, die dem Agrarbetrieb Informationen über den tatsächlichen Wasserverbrauch und den zukünftigen -bedarf zur Verfügung stellt.

Die Neuartigkeit des Forschungsansatzes liegt in der intelligenten Kombination von vernetzten mikroklimatischen Messungen, drohnengestützter Fernerkundung, Windfeldmodellierung und ökophysiologischer Modellierung (Expert-N). Damit soll eine solide wissenschaftliche Grundlage für eine agrarökonomische Bewertung und ein optimiertes Wassermanagement erreicht werden. Das FarmImpact-Konzept zielt auf eine wassereffizienten Agrar-, Wein- und Obstproduktion durch die mit neuen wissenschaftlichen Methoden fundierte Anlage von Windschutzstreifen. Vor diesem Hintergrund ist die Entwicklung eines webbasierten Softwaretools zur Vorhersage des tatsächlichen Bewässerungsbedarfs auf den durch das Wassereffizienz-Konzept restrukturierten Betriebsflächen ein Novum. Zwischen zwei Windschutzstreifen ergeben sich typischerweise Zonen mit unterschiedlicher Reduktion von Windgeschwindigkeit und Evapotranspiration. Durch Integration von aktuellen Wettervorhersagen, Messdaten aus den in den Zonen installierten Bodenfeuchtesensoren und den Ergebnissen der mikroklimatisch-ökophysiologischen Modellierung, kann das Vorhersagetool den tatsächlichen Bewässerungsbedarf für den jeweiligen Betrieb präzise vorgeben bzw. auch direkt mit steuerungsfähigen Bewässerungssytemen gekoppelt werden.

Nachhaltige Wasser- und Landnutzung

Auf der Grundlage langjähriger Feldmessungen erarbeitet FarmImpact praktische Handlungsempfehlungen für eine die regionale Landwirtschaft. Dazu zählt einerseits der Entwurf einer wassereffizienten landwirtschaftlichen Praxis zur Verbesserung des Wasserverbrauchs der Kulturpflanzen durch Windschutzhecken inklusive einer verbesserten Baumauswahl und eines technologischen Teils für die Vorhersage des Bewässerungsbedarfs. Zudem wird das Ziel einer Erhöhung der Bodenfruchtbarkeit, Reduzierung der Bodenerosion sowie zusätzlicher Öksystemdienstleistungen durch integrierte Maßnahmen in der Landschaft (Windschutzstreifen, ökologische Unterstützungszonen, Landmanagement) verfolgt. Weiterhin soll eine Erhöhung der ökonomischen Resilienz auf der betrieblichen Ebene durch ein integratives agro-technisches Konzept erreicht werden.

In FarmImpact wird durch die Vernetzung digitaler Technologien in einer Kombination von Onlinemessung mit Data Warehouse, Drohnen-Fernerkundung, Modellierung und einem softwarebasierten Entscheidungsstützungssystem die zweite Stufe der Digitalisierung in der Landwirtschaft vorangetrieben, die eine Realisierung der landwirtschaftlichen Produktion 4.0 darstellt. Mit Hilfe der Wasserbedarfsanalyse und des optimierten Konzeptes der Windschutzhecken kann die Landwirtschaft die Wasserressourcen effizienter nutzen und ihre Produktion an die zukünftigen Herausforderungen des Klimawandels anpassen.