Drei Jahrzehnte an Daten flossen in eine neue von Nebraska geleitete Studie ein, die zeigt, wie die Erschöpfung des Grundwassers – das gleiche, auf das viele Landwirte zur Bewässerung angewiesen sind – die Nahrungsmittelproduktion inmitten von Dürre und trockeneren Klimazonen gefährden kann.
Die Studie ergab, dass die Erschöpfung eines Grundwasserleiters, teilweise aufgrund der Herausforderungen bei der Grundwassergewinnung, die Ernteerträge beeinträchtigen kann, selbst wenn er gesättigt genug erscheint, um den Bewässerungsbedarf weiterhin zu decken. Diese landwirtschaftlichen Verluste eskalieren, wenn ein Grundwasserleiter schwindet, berichteten die Forscher, so dass seine Erschöpfung einen größeren Tribut an die Mais- und Sojabohnenerträge ausübt, wenn er beispielsweise von 100 Fuß auf 50 Fuß abnimmt, als von 200 auf 150 Fuß.
Diese Realität sollte politische Entscheidungsträger, Ressourcenmanager und Landwirte dazu ermutigen, die ihnen zur Verfügung stehende Menge an erntelöschendem Grundwasser zu überdenken, sagte das Team, insbesondere angesichts heftigerer und häufiger auftretender Dürren.
„Wenn Sie einen Grundwasserleiter so weit absenken, dass er ziemlich dünn ist, haben sehr kleine Änderungen in der Grundwasserleiterdicke immer größere Auswirkungen auf Ihre Pflanzenproduktion und Widerstandsfähigkeit“, sagte Nick Brozović, Direktor für Politik bei Daugherty Water for Food Global Institute. „Und das ist eine Sache, die wir nicht gut vorhersagen können, weil wir dazu neigen, auf der Grundlage der Vergangenheit vorherzusagen. Wenn wir also das, was passieren wird, auf unsere Erfahrungen aus der Vergangenheit stützen, werden wir immer zu wenig vorhersagen. Das werden wir immer tun.“ überrascht, wie schlimm die Dinge werden.
Das Team kam zu seinen Schlussfolgerungen, nachdem es Ertrags-, Wetter- und Grundwasserdaten aus dem High Plains Aquifer analysiert hatte, der als größter in den Vereinigten Staaten Teilen von acht Bundesstaaten zugrunde liegt – darunter fast ganz Nebraska. Einige Gebiete des Grundwasserleiters, vor allem die unter Texas und Kansas, aber auch im Cornhusker State, sind in den letzten Jahrzehnten erheblich zurückgegangen, weil sie abgepumpt wurden, um Land zu bewässern, das andernfalls kaum Chancen auf eine nachhaltige Landwirtschaft hätte.
„Wenn es darum geht, die Ernährungssicherheit unter extremen Bedingungen – insbesondere Dürre und Klimawandel – zu gewährleisten, können wir wirklich nicht ohne Bewässerung auskommen“, sagte Brozović, Professor für Agrarökonomie an der University of Nebraska-Lincoln. „Wenn wir die Welt mit hochwertigen, nahrhaften Lebensmitteln und einer stabilen Nahrungsmittelversorgung ernähren wollen, müssen wir bewässern.“
Brozović und Husker-Kollege Taro Mieno hatten bereits zahlreiche Modelle erstellt und zahlreiche Simulationen darüber durchgeführt, wie der High Plains Aquifer auf Dürre und trockene Bedingungen reagiert. Gespräche mit Landwirten ergaben, dass die Modelle nicht auf ihr Hauptanliegen eingingen: den Brunnenertrag oder die Menge an Grundwasser, die Landwirte erwarten können, wenn sie versuchen, ihre Pflanzen kontinuierlich gegen Dürre zu schützen.
„Jeder interessiert sich dafür, wie sich die Erschöpfung des Grundwasserleiters auf die Widerstandsfähigkeit der Bewässerungslandwirtschaft in der Region auswirkt“, sagte Mieno, außerordentlicher Professor für Agrarökonomie und Hauptautor der Studie, die in der Zeitschrift veröffentlicht wurde Naturwasser.
Deshalb haben die Forscher jährliche Schätzungen der Mächtigkeit des High Plains Aquifer aus dem Jahr 1935 herangezogen, zusammen mit Mais- und Sojabohnenerträgen auf Kreisebene von 1985 bis 2016. Meteorologische Daten ermöglichten es dem Team unterdessen, saisonale Wasserdefizite zu berechnen Differenz zwischen der durch Niederschläge gewonnenen Wassermenge und der Menge, die Pflanzen durch Verdunstung und Transpiration verlieren.
Wenn letzterer größer ist als erstere, wenden sich Landwirte oft an Grundwasserleiter, um Hilfe beim Ausgleich der Differenz zu erhalten, wussten die Forscher. Was sie nicht wussten: Unter welchen Bedingungen und in welchem Ausmaß würde die Erschöpfung eines Grundwasserleiters das Pumpen seines Wassers zu schwierig oder zu teuer machen? Und wie stark würden sich die daraus resultierenden Entscheidungen – die Menge der Bewässerung pro Hektar zu verringern oder die Bewässerung bestimmter Parzellen insgesamt einzustellen – auf die Mais- und Sojabohnenerträge auswirken?
Das Team stellte fest, dass Landwirte, die das Glück hatten, Mais und Sojabohnen über den am stärksten gesättigten Abschnitten des High Plains Aquifer anzubauen – etwa 220 bis 700 Fuß dick –, selbst in Zeiten extremen Wassermangels weiterhin hohe Bewässerungserträge zu erzielen. Im Gegensatz dazu mussten diejenigen, die auf die am wenigsten gesättigten Gebiete angewiesen waren – zwischen 30 und 100 Fuß – einen Rückgang ihrer Bewässerungserträge beobachten, als das Wasserdefizit nur 400 Millimeter erreichte, was in Nebraska und anderen Bundesstaaten des Mittleren Westens häufig vorkommt.
In Jahren, in denen das Defizit 700 Millimeter erreichte oder überschritt, brachten bewässerte Felder, die über dem dicksten Grundwasser lagen, deutlich mehr Mais als jene, die über dem dünnsten Grundwasser lagen. Die Ergebnisse waren bei einem Wasserdefizit von 950 Millimetern, was einer extremen Dürre entspricht, deutlicher: Felder auf den am wenigsten gesättigten Abschnitten des Grundwasserleiters lieferten etwa 19,5 Scheffel weniger pro Hektar.
„Aufgrund der Art und Weise, wie Grundwasserleiter funktionieren, selbst wenn dort viel Wasser vorhanden ist, verliert man mit der Erschöpfung tatsächlich die Fähigkeit, den Wasserbedarf der Pflanzen in den trockensten Perioden zu decken, da der Brunnenertrag tendenziell sinkt, wenn ein Grundwasserleiter erschöpft ist. “ sagte Brozović. „Das hat eine wirtschaftliche Konsequenz und eine Konsequenz für die Resilienz.“
Die Studie stellte einen weiteren aufschlussreichen Zusammenhang zwischen dem Wasser im Untergrund und dem Wasser an der Oberfläche fest. Als das Grundwasser etwa 100 Meter dick war, bewässerten die Landwirte 89 % ihrer Maisanbauflächen. Wo war der Grundwasserleiter nur 30 Fuß dick? Nur 70 % dieser Hektar wurden bewässert. Das ist wahrscheinlich eine Folge der geringeren Brunnenerträge, die die Landwirte dazu veranlassen, nur einige ihrer Felder zu bewässern, sagte Taro, oder sogar auf die Bewässerung zu verzichten.
Um besser zu verstehen, wie diese reduzierte Bewässerung bei trockenen Bedingungen zu landwirtschaftlichen Verlusten beitrug, berücksichtigten die Forscher dann die Erträge sowohl von bewässerten als auch von nicht bewässerten Feldern, wobei letztere allein vom Niederschlag abhängen. In dieser Analyse wurde festgestellt, dass die Erträge sogar noch empfindlicher auf noch kleinere Wasserdefizite reagieren, was darauf hindeutet, dass der Rückgang der bewässerten Flächen die Verluste auf den noch bewässerten Parzellen noch verschlimmerte.
Und es verdeutlichte die unkontrollierbare Gefahr, die entsteht, wenn die durchschnittliche Dicke eines Grundwasserleiters unter bestimmte Schwellenwerte fällt. Bei einem Wasserdefizit von 950 Millimetern führte die Verringerung der Dicke eines Grundwasserleiters von etwa 330 auf 230 Fuß schätzungsweise zu einem durchschnittlichen Verlust von etwa 2,5 Maisscheffeln pro Hektar, was die Autoren als „vernachlässigbaren Unterschied“ bezeichneten. Der gleiche absolute Rückgang, jedoch von 230 auf 130 Fuß, führte zu einem geschätzten Verlust von 15 Scheffeln pro Acre.
„Infolgedessen nimmt Ihre Widerstandsfähigkeit gegenüber dem Klima rapide ab“, sagte Mieno. „Wenn Sie also an einem Grundwasserleiter arbeiten, der derzeit sehr dick ist, sind Sie relativ sicher. Aber Sie möchten es so verwalten, dass Sie diese Schwelle nicht überschreiten, denn von da an geht es nur noch bergab.“
„Und die Bedeutung von Grundwasserleitern wird mit dem Fortschreiten des Klimawandels in Zukunft sicherlich zunehmen. Wenn es heißer wird, braucht man normalerweise mehr Wasser. Das bedeutet, dass man mehr Bewässerung braucht und der Grundwasserleiter noch schneller erschöpft wird.“ , und die Dinge können immer schlimmer werden.
Brozović sagte, Nebraska habe Glück, weil es über einem so riesigen Stausee liege und ein Regierungssystem eingerichtet habe, das darauf abzielt, es auf lokaler Ebene zu erhalten. Allerdings konzentrieren sich die meisten Vorschriften darauf, vorzuschreiben, wie viel und wann Grundwasser gepumpt wird, und nicht darauf, den Sättigungsgrad des Grundwasserleiters oder die entsprechende Fähigkeit, ihm Wasser zu entnehmen, sicherzustellen.
Brozović räumte ein, dass es „vielleicht schwer zu verkaufen“ sei, die politischen Entscheidungsträger davon zu überzeugen, eine Überarbeitung dieser Parameter jetzt in Betracht zu ziehen, wo große Teile des Staates immer noch über ausreichend Grundwasser verfügen. Er hofft, dass die neue Studie zumindest dazu beitragen kann, diese Diskussion auf den Tisch zu bringen.
„Sobald man ein Problem hat – wenn die Bohrausbeuten bereits sinken und der Grundwasserleiter sehr dünn ist –, hat man, selbst wenn man Richtlinien einführt, immer noch viele der (negativen) Auswirkungen“, sagte er. „Es ist also an der Zeit, wirklich sinnvolle Maßnahmen zu ergreifen, bevor die Dinge aus dem Ruder laufen.“
„Zuerst muss man verstehen, man muss messen, man muss aufklären. Man muss verstehen, was man konserviert und warum. Je mehr man quantitative Belege dafür liefern kann, warum es sich lohnt, sich die Mühe zu machen, alles zu tun.“ „Je mehr dies und was auf dem Spiel steht“, sagte er, „je einfacher ist das Gespräch.“
Brozović und Mieno haben das verfasst Naturwasser Studieren Sie bei Timothy Foster von der University of Manchester und Shunkei Kakimoto von der University of Minnesota.
Mehr Informationen:
Naturwasser (2024).