In Wassermanagement

Dr. Samuel Ortega-Farias
Direktor

Centro de Investigación y Transferencia en Riego y Agroclimatología (CITRA)
Universidad de Talca, Chile

Wasser ist eine Schlüsselressource in den halbtrockenen Regionen des Mittelmeerraums. Eine korrekte Zuteilung und effiziente Nutzung sind für die nachhaltige Entwicklung landwirtschaftlicher Systeme von entscheidender Bedeutung. Das verfügbare Wasser für die Bewässerung wurde jedoch in den letzten Jahren aufgrund der häufigen Dürreperioden und des starken Wettbewerbs um Wasserressourcen in der Landwirtschaft, Industrie und städtischen Gebieten reduziert. In Chile werden die wichtigsten landwirtschaftlichen Gebiete aufgrund des globalen Klimawandels in naher Zukunft mit einer erheblichen Verringerung der Niederschläge (zwischen 20-40%) konfrontiert werden. Darüber hinaus ist Chile regelmäßig von El Niño-Südliche Oszillation (ENSO) betroffen, die in den meisten landwirtschaftlichen Gebieten zu bedeutenden Dürren (La Niña) und wirtschaftlichen Verlusten geführt hat. Unter diesen Szenarien ist die nachhaltige Bewirtschaftung der verfügbaren Wasserressourcen von entscheidender Bedeutung für die landwirtschaftliche Produktion. In diesem Sinne bewegt sich das Wassermanagement für die Landwirtschaft von einem Schwerpunkt auf der Produktion pro Flächeneinheit hin zur Maximierung der Wasserproduktivität (Produktion pro Einheit verbrauchtem Wasser, kg m-3). Außerdem muss nicht nur das gesamte saisonale verfügbare Wasser in einer Region berücksichtigt werden, sondern auch der Zeitpunkt, zu dem Wasserdefizite wahrscheinlich auftreten werden, um den Wasserbedarf an die verfügbaren Ressourcen anzupassen und eine begrenzte Wasserversorgung effektiver zu nutzen. Um dieses Ziel zu erreichen, wurden Strategien wie a) regulierte Defizitbewässerung -regulated deficit irrigation- (RDI) und b) ortsspezifisches Bewässerungsmanagement -site-specific irrigation management- (SSIM) angewendet, um Wasserproduktivität, Ertrag und Qualität zu erhöhen.

Die Anwendung von RDI-Strategien erfordert die Entwicklung von physiologischen Indizes. Diese versuchen, den Pflanzenwasserstatus auf einem Schwellenwert zu halten, ohne das Pflanzenwachstum, den Ertrag und die Qualität negativ zu beeinflussen. Diese Indizes und ihre Schwellenwerte hängen von der Sorte, den phänologischen Stadien und dem Produktivitätsziel ab. Obwohl die Defizitbewässerung in vielen Regionen der Welt bereits mehr oder weniger unkontrolliert/nicht ausgereift angewandt wird, sind die wissenschaftlichen Erkenntnisse, die dem optimalen Funktionieren zugrunde liegen, immer noch notwendig. Das Problem besteht dann darin, den richtigen Index und Schwellenwert für eine bestimmte Sorte, phänologische Stadien und Produktivitätsziele zu finden. Schließlich ist es zur Erreichung von Defizitbewässerungsstrategien erforderlich, eine genaue Schätzung des Wasserbedarfs der Pflanzen oder der tatsächlichen Evapotranspiration zu ermitteln (ETa = ETo*Kc, wo ETo die  Referenz Evapotranspiration und Kc der Erntekoeffizient ist), die von nichtlinearen Wechselwirkungen zwischen Boden, Vegetation und Klima abhängen. Komplementär dazu ist es wichtig, die räumliche Variabilität von Vegetation und Bodenbedeckung in landwirtschaftlichen Systemen zu kennen, da diese Informationen eine Optimierung der Nutzung landwirtschaftlicher Ressourcen im Kontext einer nachhaltigen Produktion und qualitätsorientierten Produktion ermöglichen. Die Quantifizierung der Wechselwirkungen zwischen Boden, Vegetation und Klima unter Berücksichtigung ihrer räumlichen Variabilität kann mithilfe von bio-mathematischen Modellen erfolgen.

Zusätzlich kann das standortspezifische Bewässerungsmanagement -site-specific irrigation management- (SSIM) als technologisches Werkzeug zur Schätzung der Bewässerungshäufigkeit und -zeit von Weinbergen, Obstplantagen und Feldfrüchten verwendet werden. Die Entwicklung des SSIM erfordert die Bewertung der räumlichen Variabilität des Pflanzenwasserstatus -plant water status- (PWS), des Pflanzenwasserbedarfs und Wasserstressindex der Ernte -crop water stress index- (CWSI), die von den nichtlinearen Wechselwirkungen zwischen Boden, Sorten und Klima abhängen. Neueste technologische Entwicklungen zeigen, dass die räumliche Variabilität von PWS, ETa, Kc und CWSI mit Hilfe von thermischen und multispektralen Bildern von Satellitenplattformen (MODIS, Landsat 7 + ETM, Landsat 5 und ASTER) und Kameras an Bord von unbemannten Luftfahrzeugen -unmanned aerial vehicles- (UAV) abgeschätzt werden können. Trotzdem erfordert die praktische Anwendung dieser Technologie jedoch die Entwicklung mathematischer Algorithmen, die auf Feldmessungen für PWS, ETa und CWSI basieren müssen.

Aufgrund der Wasserknappheit und der Dürreperioden, denen Chile in naher Zukunft ausgesetzt sein wird, ist es notwendig, ein nachhaltiges Management von Wasser in landwirtschaftlichen Systemen zu entwickeln. Infolgedessen ist das generelle Ziel unserer Forschung daher die Entwicklung wissenschaftlicher und technologischer Grundlagen für eine nachhaltige Wasserwirtschaft in verschiedenen Anbausystemen. Die spezifischen Ziele sind:

  • Integration von meteorologischen, Satelliten- und UAV-Daten durch bio-mathematische Modelle zur Schätzung des Wasserbedarfs, der physiologischen Indizes und der Wasserproduktivität von Weinbergen, Obstplantagen und Feldfrüchten.
  • Entwicklung klimatischer und physiologischer Indizes, um Defizitbewässerungsstrategien zu etablieren, um die Wasserproduktivität, den Ertrag und die Produktqualität sowie die ökologische Nachhaltigkeit zu verbessern (Reduzierung von Wasser und Energie für die Bewässerung).

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