Hitzewelle und Dürre: Big Data hilft bei Bewässerung in der Landwirtschaft

Deutschlands Landwirtschaft leidet unter Hitze und Dürre. Die Ernten sind bedroht, wenn nicht sogar vernichtet. Der Klimawandel dürfte die Probleme verschärfen. Weil der Regen ausbleibt, könnte Bewässerung Abhilfe leisten. Aber nicht alle Früchte sind für Bewässerung geeignet. Zudem werden Entnahmenrechte aus den Flüssen und Bächen verringert. Smart Farming könnte die Bewässerung gezielter und wirksamer gestalten – digitale Anwendungen und Big Data, für eine bedarfsgerechtere Bewässerung und gezieltere Düngung der Felder.

Politik fördert und fordert von der Landwirtschaft Anpassungsstrategien gegen den Klimawandel

„Das Unbeherrschbare vermeiden und das Unvermeidbare beherrschen“, beschreibt Klimaforscher Hans Joachim Schellnhuber die Herausforderung. Das wollen Politik im Bund und in den Ländern auch den Landwirten nahelegen, wobei eigentlich gerade diese Branche sehr erfahren im Umgang mit den Wetterkapriolen ist. Aber vielleicht ist dieser Sommer kein Einzelfall. Daher hört man Warnsignale aus dem Bundesumweltministerium: “Wir bereiten uns darauf vor, dass wir mit längeren Trockenperioden rechnen müssen”, sagte ein Regierungssprecher in Berlin. Seit zehn Jahren habe die Regierung eine „Anpassungsstrategie Klimawandel“. “Letzter Stand ist, dass wir durchaus weiter mit solchen Trockenperioden rechnen müssen”, sagte er mit Blick auf die Dürre vor allem im Norden des Landes und die erwartenden Ernteausfälle. Das Landwirtschaftsministerium will in Kürze mit den Ländern zusammenzukommen, um die Lage zu prüfen, dabei wird es auch um Finanzhilfen gehen

Dürremonitor Helmholtz Zentrum für Umweltforschung (UFZ)

Oberboden bis 25cm Tiefe am 25.7.2018 (Dürremonitor UFZ)

müssen. Der Deutsche Bauernverband hat am 30.7.2018 Finanzhilfen gefordert: „Eine Milliarde Euro wäre wünschenswert, um die Ausfälle auszugleichen“, erklärt Bauernpräsident Joachim Rukwied in der WAZ.

Bayern hatte schon zu Anfang des Jahres zusätzliche Fördertöpfe geöffnet. Mit einer Anpassungsstrategie wollen die bayerische Landesregierung und Wasserwirtschaft auf die Folgen des Klimawandels reagieren. Im Mittelpunkt: der Umgang mit der Wasserknappheit. Die bayerische Umweltministerin Ulrike Scharf wies darauf hin, dass gerade in Trockenzeiten der Bewässerungsbedarf in der Landwirtschaft steige. Darauf wolle die Ministerin reagieren: so werden solche Pflanzen ausgesucht, die sich auf die Klimabedingungen einstellen können, und zudem verlängere der Freistaat sein Förderprogramm für gewässerschonende und umweltverträgliche Bewässerungskonzepte in der Landwirtschaft bis Ende 2018. Mit dem Programm wird die Aufstellung von Konzepten zum Zweck der nachhaltigen Bewässerung von landwirtschaftlichen Kulturen gefördert, wie beispielsweise Wein oder Gemüse. Im Fall einer Förderung übernimmt der Freistaat 75 Prozent der Kosten. Im Projektverbund BayKlimaFit werden außerdem Strategien entwickelt, wie ausgewählte Kulturpflanzen an Extremwetterereignisse wie Trockenheit – ausgelöst durch den Klimawandel – angepasst werden können. Der Dürremonitor des UFZ zeigt die Dringlichkeit – so rot wird man Deutschland nur selten gesehen haben.

Effizienzdruck steigt – Digitalisierung könnte helfen

In anderen Weltregionen verbraucht der Agrarsektor bis zu 80 Prozent der Wasserressourcen – und die werden immer knapper. Während in Deutschland unter normalen Umständen die Regenfälle ausreichen, müssen andere Regionen Oberflächen- oder Grundwasser einsetzen. War dies bisher in Deutschland mit Genehmigung problemlos möglich, handhaben die Wasserbehörden die Entnahme aus Flüssen und Grundwasserbeständen zunehmend restriktiver. Industrie, Haushalte und Landwirtschaft kämpfen zudem um das Wasser. Überall muss bei knapper werdenden Ressourcen oder heisseren Temperaturen Wasser gespart oder effizienter genutzt werden. Das gilt auch in der Landwirtschaft und womöglich auch in Deutschland. Die Digitalisierung eröffnet nun auch in neue Ressourceneffizienzpotenziale. Sensortechnologie, BigData, mathematische Modelle, Künstliche Intelligenz und Kommunikation stärken in der Landwirtschaft die Effizienz der Nährstoff- und Wassernutzung und somit gleichzeitig die Nachhaltigkeit dieses Sektors. Heutige Bewässerungssysteme ermöglichen zwar eine kontrollierte Wasserzufuhr, bei der Entscheidung wann wie viel bewässert werden soll, könnten digitale Anwendungen helfen. Smart Water trifft Smart Farming.

Big Data in der deutschen Landwirtschaft  

„Feld-Dürre

„Feld-Dürre“ in Sachsen (Foto: Gendries)

Ob eine technisch anspruchsvolle Bewässerung überhaupt zum Einsatz gelangen kann, hängt von vielen Faktoren ab. Insbesondere die digitale Unterstützung bei der Bewässerung setzt eine Eignungsprüfung voraus: „Bewässerungsbedürftigkeit und Bewässerungswürdigkeit“; letzteres bestimmt sich durch die Ökonomie. Beides erklärt in einer aufschlussreichen Masterarbeit zur Bewässerung in der Landwirtschaft von Hubert Vandieken an der TU München. Angela Riedel von der Landwirtschaftskammer Niedersachsen und dem Fachverband Feldberegnung e.V. beantwortet mir auf dem Feld stehend meine telefonischen Fragen: „Bewässerung wird in erster Linie bei solchen Kulturen angewandt, bei denen die Marktpreise so hoch sind, dass die Beregnung überhaupt wirtschaftlich sein kann. Das sind z.B. Gemüse, Speisekartoffeln, Zwiebeln, Braugerste. In Niedersachsen erfolgt die Bewässerung fast ausschliesslich mit Sprengbewässerung oder so genannten „Regenkanonen“. Bodennahe Schlauch- oder Tröpfenbewässerungen erzeugen großen Mehraufwand bei der Feldbearbeitung und bei der späteren Bergung. Deshalb sind hierzulande die Techniken weiterhin konventionell.“ Aber es geht nicht nur um das „Lebenswasser“ für die Pflanzen, wie mir Angela Riedel erklärt. „Wasser ist ein Transportmittel, es (das Wasser) nimmt den Dünger mit. Auch die Bodenlebenwesen bekommen mit dem Wasser ihre Nahrung und können dann die biologischen Prozesse in Gang halten, die für Pflanzen und Boden wichtig sind. das gilt insbesondere auch für die Biolandwirtschaft“, so Riedel.

Um aber die Entscheidung über einen möglichen Bewässerungsbedarf treffen zu können, bedarf es einer entsprechenden Datenbasis. Big Data in der Landwirtschaft ist für die Steuerung der Bewässerung unerlässlich. Die Daten u.a. über Bodenbeschaffenheit, Klima und Wasserbedarf der Kulturen werden analysiert und mit Hilfe von Modellen zu einem Bewässerungsbedarf zusammengeführt.

Services des Deutschen Wetterdienstes agrowetter Beregnung 

Ohne das Wetter und die Wetterdaten geht es nicht bei der Bewässerungssteuerung. Die Daten kommen vom Deutschen Wetterdienst (DWD). Dieser liefert zwar für die anderenAnbieter die Basisdaten, hat aber auch selber ein Angebot: agrowetter Beregnung. Hierbei handelt es sich um ein interaktives Online-Beratungssystem für die Bewässerung von ca. 30 verschiedenen Kulturen in Deutschland. In „agrowetter Beregnung“ wird mit Hilfe von ca. 500 Wetterstationen die Verdunstung auf jeden Standort in Deutschland übertragen. Bei den maximal möglichen 99 individuellen Beregnungsempfehlungen pro Nutzer kann dieser seine spezifischen Kultur- und Bodeneigenschaften sowie den vor Ort gefallenen Niederschlag und die getätigten Beregnungsmengen interaktiv in das Online-Beratungssystem einpflegen. Daraus wird in „agrowetter Beregnung“ der individuelle Bodenfeuchteverlauf ab der Pflanzung oder der Aussaat bis zu 4 Tage in die Zukunft berechnet. Bei bestehender oder zukünftig zu erwartender Wasserknappheit wird eine den Gegebenheiten angepasste optimale Beregnungsmenge empfohlen. Diese kann der Landwirt dann zu Bewässerungssteuerung seiner Flächen einsetzen.

Bewässerungs-App des ALB Bayern e.V. 

Womit es sich in jedem Fall auseinanderzusetzen lohnt, ist die Bewässerungs-App. Die Bewässerungs-App ist ein webbasiertes Entscheidungssystem und Werkzeug zur Planung, Berechnung u. Dokumentation von Maßnahmen zur Bewässerung. Die App wird angeboten von der Arbeitsgemeinschaft Landtechnik und Landwirtschaftliches Bauwesen in Bayern e.V. (ALB Bayern e.V.) und ermittelt den Wasserbedarf auf Grundlage der berechneten Verdunstung. Je trockener die Böden, desto dringender ist die Bewässerung. Der gerade noch tolerierbare Bodenfeuchtegrenzwert lässt sich vom Landwirt frei festlegen. Je geringer dieser ist, desto niedriger ist der Bewässerungsaufwand. Erst wenn der pflanzenverfügbare Bodenwasserspeicher zum festgelegten Anteil entleert ist, empfiehlt das System, mit dem Bewässern zu starten. Die empfohlenen Gabenhöhen orientieren sich hierbei stets an freien Speicherkapazitäten im Wurzelraum, damit kein Wasser ungenutzt versickert. Durch Verrechnung von Wetterdaten der zurückliegenden (max. 20) Jahre lässt sich Bewässerung zudem systematisch planen und betriebsspezifische Konzepte können erstellt werden. Ergebnisse werden graphisch und tabellarisch angezeigt (flexible Ergebnisauswahl). Der Zugang zu der App ist kostenlos. Die Online-Anwendung ist abrufbar unter: www.alb-bayern.de/app. Mit „drei Klicks“ geht es zum Bewässerungsbedarf: Für Erstnutzer empfiehlt sich der kompakte „Standardmodus“. Ein „Expertenmodus“ bietet den vollen Funktionsumfang.

Ergebnisse der Berechnungen der Bewässerungs-App (Screenshot ALB e.V.)

Ergebnisse der Berechnungen der Bewässerungs-App (Screenshot ALB e.V.)

Schweizer Bodensonden für Bewässerungsbedarf und Internetkommunikation

Auch in der Schweiz wird auf Smart Farming gesetzt. Die Berner Fachhochschule und die Hochschule für Agrar-, Forst- und Lebensmittelwissenschaften (HAFL) hat eine Technik entwickelt, die Angaben zur Bodenfeuchtigkeit liefert und dabei hilft, die Bewässerung gezielter zu steuern. Bodensonden messen das Wasser im Wurzelraum, um den optimalen Bewässerungszeitpunkt und die benötigte Bewässerungsmenge ermitteln zu können. Zudem werden aus meteorologischen Daten prognostizierte Niederschläge und die Durchwurzelungstiefe der Kulturen für die Empfehlungen berücksichtigt. Solarzellen versorgen die Sonden mit Energie. Die ermittelten Daten werden via Mobilfunknetz auf einen Server der HAFL übertragen und grafisch dargestellt. Die Daten liefern Informationen über die Gesamtwassermenge und das Wasserdefizit im Wurzelraum. Damit kann z. B. der Kartoffelbauer seine Bewässerung optimiert nach Angaben der Sonde einstellen, um einerseits Wasser zu sparen und andererseits den Ertrag und die Qualität zu optimieren. Neuerdings können die Daten von gegenwärtig 130 Bodensonden schweizweit auch auf der Website www.bewaesserungsnetz.ch abgerufen werden. So findet man auf der Karte im web zunächst die Bodensensoren und kann mittels dazugehöriger Informationsfelder weitergehende Informationen wie „Gesamtwassermenge im Wurzelraum“, „Wasserdefizit im Wurzelraum“ oder auch meteorologische Daten wie „Regen und Verdunstung“ tagesscharf abrufen.

Wohin die Reise gehen könnte – Bewässerung in der Landwirtschaft

Die augenblicklichen Temperaturen und die Hilferufe der Landwirtschaft zeigen, dass dringender Handlungsbedarf gefragt ist. Deutschland steht in diesem Sommer vor bisher weitgehend unbekannten Herausforderungen. Die Auseinandersetzung mit diesem Thema ist alternativlos – für Landwirtschaft, Forschung, Politik und Gesellschaft. In dem bedarf liegen Geschäftschancen. In anderen Regionen der Welt, aber auch im Süden Europas ist man schon weiter. Dort werden die Ergebnisse auch mit Steuerungen und intelligenten Bewässerungen verbunden. In Deutschland ist dies noch die Ausnahme. Pilotprojekte gibt es schon. Wie sich zeigt, verbinden sich Smart Water und Smart Farming schon in vielen Regionen der Welt in Richtung steigender Wassereffizienz in der Landwirtschaft. Die landwirtschaftlichen Betriebe in Brandenburg verlieren nach Agenturmeldungen in diesem Jahr bis zu einem Drittel ihrer Ernte. Sollte diese Hitzewelle eine Folge des Klimawandels sein und in den kommenden Jahren weitere folgen, wird mehr Flexibilität und Effizienz beim Wassereinsatz unumgänglich sein. Dann wird auch der Bedarf für Smart Water und Smart Farming in der Landwirtschaft in Deutschland zunehmen. Ohne Finanzhilfen und Unterstützung in technologischer Hinsicht dürften viele Landwirte überfordert sein. Wenn wir Landwirtschaft in Deutschland auch unter Bedingungen des Klimawandels erhalten wollen, wird eine gesellschaftlich getragene Anpassungsstrategie unumgänglich sein.

In einem der nächsten Beiträge berichte ich hier über Bewässerungstechnologien wie Feuchte-Sensoren und Kommunikationssysteme für die Bewässerung in der Landwirtschaft. 

Weiterführendes

Hinweis: Dieser Beitrag erhält Darstellungen und Beschreibungen von Produkten und Services, die von den Unternehmen angeboten werden. Weder wurde mir eines der Produkte zur Verfügung gestellt, noch hat dieser Beitrag werblichen Charakter. Die Beispiele dienen lediglich zur Veranschaulichung des Themas.

Beitragsfoto: CanStock

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