Wasser für die Landwirtschaft – Herausforderungen und Lösungswege

6|2025 FÜR ANWENDUNGSBEZOGENE WISSENSCHAFT UND KUNST Impressum Nachhaltige Wasserwirtschaft – HAW als Treiber für Innovationen Röttcher, Klaus: Wasser für die Landwirtschaft – Herausforderungen und Lösungswege In: Die Neue Hochschule, 2025-6, S. 8–11. Permalink: https://doi.org/10.5281/zenodo.17398070 Persistent Identifier bei der Deutschen Nationalbibliothek: https://nbn-resolving.org/ urn:nbn:de:101:1-2025021236 Herausgeber: hlb-Bundesvereinigung e. V. Godesberger Allee 64 | 53175 Bonn Telefon: 0228 555 256-0 Chefredakteur: Prof. Dr. Jörg Brake Kirschgartenstraße 19 67146 Deidesheim Telefon: 06326 218 119 3 joerg.brak[email protected] (verantwortlich im Sinne des Presserechts für den redaktionellen Inhalt) Redaktion: Dr. Karla Neschke Telefon: 0228 555 256-0 karla.neschk[email protected] Gestaltung und Satz: Nina Reeber-Laqua, www.reeber-design.de Herstellung: Wienands Print + Medien GmbH Linzer Straße 140 | 53604 Bad Honnef Erscheinung: zweimonatlich Verbandsoffiziell ist die Rubrik „hlb aktuell“. Alle mit Namen der Autorin/des Autors versehenen Beiträge entsprechen nicht unbedingt der Auffassung des hlb sowie der Mitgliedsverbände. ISSN 0340-448 x 8DNH 6 | 2025 NACHHALTIGE WASSERWIRTSCHAFT – HAW ALS TREIBER FÜR INNOVATIONEN Permalink: https://doi.org/10.5281/zenodo.17398070 Wasser für die Landwirtschaft – Herausforderungen und Lösungswege Steigende Wasserbedarfe in der Landwirtschaft stellen Gesellschaft und Forschung vor neue Aufgaben. Der Beitrag zeigt, wie anwendungsnahe Forschung helfen kann, Versorgungssicherheit nachhaltig zu sichern. Prof. Dr.-Ing. Klaus Röttcher PROF. DR.-ING. KLAUS RÖTTCHER Ostfalia Hochschule Leiter des Instituts für nachhaltige Bewässerung und Wasserwirtschaft im ländlichen Raum (INBW) Herbert-Meyer-Straße 7 29556 Suderburg [email protected] www.ostfalia.de ORCID 0000-0001-9627-3895 Foto: privat Wasser ist weltweit der wichtigste Produktionsfaktor in der Landwirtschaft. In vielen Regionen der Erde ist eine zusätzliche Wassergabe aufgrund von ungünstigen Bodenoder Klimaverhältnissen notwendig. Diese Wassergaben tragen zur Absicherung und zur Steigerung der Erträge bei. Etwa 70 Prozent des weltweit vom Menschen genutzten Wassers geht in die landwirtschaftliche Bewässerung. In Deutschland waren es im Jahr 2019 nur etwa 2,2 Prozent (Umweltbundesamt 2022). Weltweit haben sich die bewässerten Ackerflächen von 1966 bis 2009 auf 300,9 Millionen ha verdoppelt. Diese Flächen machen ca. 20 Prozent der Ackerflächen aus, auf diesen werden jedoch 40 Prozent der Nahrungsmittel erzeugt (Rickmann und Sourell 2014:7). In Deutschland wurden 2015 rund 451.800 ha landwirtschaftliche Fläche bewässert, diese sind bis 2019 auf 506.480 ha angestiegen, und damit ist seit 2009 ein Anstieg um 36 Prozent innerhalb von zehn Jahren zu verzeichnen. Diese Flächen beinhalten nur die Feldbewässerung, nicht enthalten sind Frostschutzberegnung sowie Bewässerung in Gewächshäusern und begehbaren Folientunneln (Umweltbundesamt 2023, 167). Die mit Bewässerungstechnik ausgestattete Fläche war in 2019 mit insgesamt 768.317 ha noch einmal deutlich größer. Dies zeigt, dass nicht jede bewässerbare Fläche auch tatsächlich bewässert wird, obwohl das Jahr 2019 ein eher trockenes Jahr war (Umweltbundesamt 2023, 167). Insgesamt ist jedoch der Anteil der Beregnungsfläche an der landwirtschaftlich genutzten Fläche in Deutschland mit 3,3 Prozent im Jahr 2008 sehr gering. Ein großer Anteil der Beregnungsflächen liegt in Nordostniedersachsen mit 231.000 ha, dies sind rund 30 Prozent der gesamten bewässerbaren Fläche Deutschlands. Allein im Landkreis Uelzen, der mit 62.500 ha bewässerbarer Fläche der bewässerungsintensivste Landkreis Deutschlands ist, gibt es für die Feldbewässerung Wasserrechte zur Entnahme von Grundwasser in Höhe von 41 Millionen m³ Wasser pro Jahr (Kreisverband der Wasserund Bodenverbände Landkreis Uelzen 2023:33). Aufgrund des Klimawandels ist in Norddeutschland zukünftig mit einer jahreszeitlichen Verschiebung der Niederschläge vom Sommerin das Winterhalbjahr bei einer insgesamt geringen Veränderung der Jahresnieder - schläge zu rechnen. Außerdem werden die Temperaturen und damit die Verdunstung weiter ansteigen und die Niederschläge werden in kürzeren, aber dafür intensiveren Ereignissen fallen. Die in den letzten Jahren immer häufiger beobachtete Frühjahrstrockenheit trifft die Pflanzen in einem frühen Wachstumsstadium, in dem die Wurzeln erst einen kleinen Teil des Bodenkörpers und des darin enthaltenen Wassers erschlossen haben, sodass eine geringere Resilienz gegenüber Trockenheit besteht. In Regionen mit sandigen Böden, die in Norddeutschland weit verbreitet sind, und einem damit verbundenen geringen Wasserhaltevermögen, kann dies schnell zu Wassermangelsituationen und entsprechenden Ertragsund Qualitätseinbußen führen. Gleichzeitig verstärken bei knappen Ressourcen die meisten Pflanzen ihr Wurzelwachstum und erschließen damit einen größeren Teil des Bodenwasserspeichers für sich. Durch landwirtschaftliche Feldbewässerung können die mit einer temporären 9 DNH 6 | 2025 NACHHALTIGE WASSERWIRTSCHAFT – HAW ALS TREIBER FÜR INNOVATIONEN Wasserknappheit verbundenen Risiken abgemindert werden. Mit der Bewässerungsinfrastruktur, der Energie für die Pumpen und der Arbeitszeit der Landwirte sind aber auch erhebliche Kosten verbunden. Im Verhältnis dazu sind die Kosten für die Wasserentnahme vergleichsweise gering (in Niedersachsen 1,6 Cent/m³). Die Herausforderung für die Landwirtinnen und Landwirte ist daher, die richtige Menge Wasser zum richtigen Zeitpunkt auf die Ackerflächen aufzubringen, um wirtschaftlich zu arbeiten. Das Niedersächsische Wasserversorgungskonzept geht davon aus, dass der Wasserbedarf für die Feldberegnung in Niedersachsen von 254 Millionen m³ bis 2050 auf 598 Millionen m³ ansteigen wird (Niedersächsisches Ministerium für Umwelt, Energie, Bauen und Klimaschutz 2022, 29). Dieser steigende Bedarf führt dazu, dass der Gesamtwasserbedarf Niedersachsens von 2015 bis 2030 um 15 Prozent und bis 2050 um weitere 14 Prozent ansteigt. Während der Wasserbedarf der öffentlichen Wasserversorgung und der industriellen Eigenförderung stagniert oder regional sogar leicht zurückgeht, ist die maßgebliche Ursache für den Anstieg der steigende Bedarf für die Feldberegnung (NMU 2022, 31). Dieser steigende Bedarf ergibt sich, da auf den bewässerbaren Flächen der Wasserbedarf steigt und weil sich die bewässerbare Fläche vergrößert, da Landwirte eine neue Bewässerungsinfrastruktur schaffen. In anderen Bundesländern, in denen bisher nur wenig bzw. hauptsächlich Gemüse und Sonderkulturen bewässert wurden, ist die Problematik des steigenden Wasserbedarfes für die Feldberegnung meist nur wenig präsent. Dies wird sich in der Zukunft jedoch ändern. Für die Region Nordostniedersachsen, aber auch für alle anderen Regionen Deutschlands, in denen zukünftig mehr bewässert werden muss, stellt sich die Frage, wo dieses zusätzliche Wasser herkommen kann bzw. wie die Landwirtschaft zukünftig mit der zur Verfügung stehenden Wassermenge ihre Erträge absichern kann. Dabei geht es nicht nur um die wirtschaftliche Absicherung der Betriebe, sondern auch um die Versorgungssicherheit der Bevölkerung mit Nahrungsmitteln. Dies ist letztlich eine gesellschaftliche Frage, wie weit wir eine saisonale und regionale Versorgung mit qualitativ hochwertigen Nahrungsmitteln in Deutschland sicherstellen möchten, oder wie weit wir uns von Nahrungsmittelimporten vom Weltmarkt abhängig machen. Im Prinzip gibt es vier Strategien zur Erhöhung der Wasserverfügbarkeit, die sich im Idealfall gegenseitig ergänzen. Diese Strategien können sowohl im Bereich der öffentlichen Wasserversorgung, der Industrie und der Landwirtschaft verfolgt werden. Die konkreten baulichen Maßnahmen und verfolgten Strategien sind natürlich je nach Nutzung unter - schiedlich. An erster Stelle steht der Wasserrückhalt in der Landschaft, dazu werden nicht nur Schwammstädte, sondern Schwammlandschaften benötigt. Dabei geht es darum, die Niederschläge länger in der Landschaft zu halten, anstatt sie schnell abzuleiten. Dazu müssen im Bereich der Landwirtschaft, dort wo dies möglich ist, Maßnahmen wie Dränagen, Gräben und Gewässerausbauten ganz oder teilweise zurückgebaut oder gezielt gesteuert werden. Dabei ist zu beachten, dass die meisten betroffenen Flächen in irgendeiner Form weiterhin genutzt werden sollen und daher ein vollständiger Verzicht auf wasserwirtschaftliche Maßnahmen nicht möglich ist. Auch bei der Wiedervernässung von Mooren ist ein großes Thema, welche wirtschaftlichen Tätigkeiten auf den vernässten Standorten noch möglich sind. Im Weiteren sollte das zur Verfügung stehende Wasser effizient genutzt und Verluste minimiert werden. Hier sind in der Landwirtschaft viele Maßnahmen, soweit sie auch wirtschaftlich sind, bereits umgesetzt. Es gibt weitere Potenziale, die erschlossen werden können und aus denen sich ein Forschungsbedarf ableitet. Ein Bereich, in dem bisher nur wenige Maßnahmen umgesetzt wurden, ist die Nutzung alternativer Wasserressourcen, wie Klarwasser aus Kläranlagen, Prozesswasser, Dränagewasser, Wasser aus Wasserhaltungen oder Wasser aus Oberflächengewässern bei erhöhten Abflüssen. Bei diesen alternativen Wasserressourcen fällt in der Regel nur ein Teil des Wassers während der Vegetationsperiode an und es besteht nicht immer zeitgleich ein Bewässerungsbedarf. Daher ist es notwendig, Speicher anzuordnen, in denen das Wasser gesammelt wird, um es dann bei Bewässerungsbedarf einzusetzen. Einige Wasserquellen enthalten unerwünschte Inhaltsstoffe, die je nach Verwendungszweck vor einer Verwendung eine weitergehende Reinigung erfordern. „Aufgrund des Klimawandels ist in Norddeutschland zukünftig mit einer jahreszeitlichen Verschiebung der Niederschläge vom Sommerin das Winterhalbjahr bei einer insgesamt geringen Veränderung der Jahresniederschläge zu rechnen.“ 10 DNH 6 | 2025 NACHHALTIGE WASSERWIRTSCHAFT – HAW ALS TREIBER FÜR INNOVATIONEN Alle vier Strategien können wiederum durch neue Möglichkeiten der Digitalisierung und des Einsatzes von künstlicher Intelligenz unterstützt und vorangebracht werden. Hier bestehen noch ein großer Entwicklungsbedarf und großes Potenzial. Das Institut für nachhaltige Bewässerung und Wasserwirtschaft im ländlichen Raum (INBW) der Ostfalia Hochschule am Campus Suderburg widmet sich in einer Reihe von Forschungsprojekten genau diesen Fragen. Nachfolgend sind einige dieser Projekte näher beschrieben unter Berücksichtigung der Aspekte, welche Forschungsfragen bearbeitet werden, wie die Praxis eingebunden wird und – soweit schon vorhanden – welche Ergebnisse bereits erzielt wurden. Dies vermittelt einen ersten Überblick, wie Forschung an HAW im Bereich der Wasserverfügbarkeit aussehen kann. Eines der vorgestellten Projekte ist bereits abgeschlossen, andere sind noch in der Bearbeitung und bieten daher noch mehr Möglichkeiten zum Austausch mit interessierten Kollegen. Zukunftslabor Wasser Zur Unterstützung der Digitalisierung wurde in Niedersachsen das „Zentrum für digitale Innovation“ (ZDIN)1 gegründet. Innerhalb des Zentrums gibt es verschiedene Zukunftslabore, von denen einige ihre Arbeit bereits abgeschlossen haben. Seit 2022 gibt es zudem ein Zukunftslabor Wasser, in dem nahezu alle niedersächsischen Hochschulen gemeinsam unterschiedliche Forschungsprojekte zum Thema Wasser bearbeiten. Das INBW ist mit einem Teilprojekt beteiligt, bei dem es um die digitale Erfassung von bisher analogen Daten im Bereich der Bewässerung geht. Derzeit werden die Verbrauchsdaten im Bereich der landwirtschaftlichen Bewässerung selten komplett digital erfasst und weitergeleitet. Die Auswertung und Datenübermittlung an Wasserverbände und an die untere Wasserbehörde erfolgt in vielen Fällen erst am Jahresende. Eine Möglichkeit, auf die aktuellen Entwicklungen zu reagieren, besteht dann nicht mehr. Außerdem stellt die bisherige Art der Datenerfassung und -übermittlung eine zusätzliche Fehlerquelle dar. Die landwirtschaftlichen Betriebe haben in der laufenden Bewässerungsperiode keinen schnellen Überblick über ihren bisherigen Wasserverbrauch und die aktuelle Ausnutzung des Wasserkontingents und können daher nicht so gezielt reagieren wie mit diesen Informationen. Teilprojekt Dirrigent (09/2022–08/2027) Im Projekt Dirrigent wird eine Möglichkeit zur einfachen digitalen Erfassung, Verarbeitung und dem Management der genutzten Wassermengen und dem Stromverbrauch in der Landwirtschaft, ohne den Einsatz von zusätzlichen Sensoren und Geräten, entwickelt und erprobt. Dabei wird eine Datenanwendung geschaffen, bei der die Landwirte ihre Bewässerungsdaten wie Wasserund Stromverbrauch mit geringem Aufwand erfassen können, und zwar durch Fotos, die mit dem Handy aufgenommen werden. Zusätzlich erhalten die Landwirte bei der Nutzung dieser Anwendung eine Übersicht über die aktuelle Ausnutzung ihres Wasserkontingents. Allein die aktuellen Informationen zum Wasserverbrauch führen zu einem bewussteren Umgang mit dem Wasser. Eine Kopplung mit weiteren Informationen über die in einem anderen Projekt entwickelte Datenplattform wird angestrebt. Darüber hinaus bestehen über die Datenplattform verschiedene Optionen, die Daten mit Nachbarn, anderen Landwirten in einer Bewässerungsgemeinschaft oder mit dem Wasserverband auszutauschen. WassKli (07/2024–06/2027) Um die Erntequalität und -quantität langfristig zu sichern, ist neben dem Grundwasser die Verfügbarkeit zusätzlicher Wasserressourcen unerlässlich. Wie schon dargelegt, stehen solche alternativen Ressourcen in der Regel nicht zu dem Zeitpunkt, zu dem sie benötigt werden, im erforderlichen Umfang zur Verfügung. Daher werden Wasserspeicher benötigt, um das anfallende Wasser zu sammeln und gezielt in der Vegetationsperiode zu nutzen. Zur optimalen Dimensionierung und zum Betrieb solcher Bauwerke gibt es bisher kaum Erfahrungen. Im Rahmen des Projektes werden Ansätze entwickelt, wie ein solcher Speicher unter Berücksichtigung klimatischer Veränderungen so bemessen und betrieben werden kann, dass er einerseits nicht überdimensioniert wird und andererseits auch in mittleren Dürrejahren ausreichend ist. Für Extremjahre sind zusätzliche Maßnahmen erforderlich, da eine Dimensionierung für Extremsituationen nicht sinnvoll und auch nicht wirtschaftlich ist. Im Rahmen des Projekts werden konkrete Planungen an einem Beispiel im Landkreis Lüchow-Dannenberg für einen Wasserspeicher mit einem Volumen von 1 Mehr Infos zu dem Spiel: https://d-mat.fi/en/what-we-do/climatepuzzle/ Abbildung 1: Möglichkeiten zur Erhöhung der Wasserverfügbarkeit in Landwirtschaft, Industrie und öffentlicher Wasserversorgung Grafik: Hochschule Aalen 11 DNH 6 | 2025 NACHHALTIGE WASSERWIRTSCHAFT – HAW ALS TREIBER FÜR INNOVATIONEN Umweltbundesamt (Hrsg.) (2023): Monitoringbericht 2023 zur Deutschen Anpassungsstrategie an den Klimawandel. Rickmann, Michael; Sourell, Heinz (Hrsg.) (2014): Bewässerung in der Landwirtschaft. Erling Verlag, Clenze. Niedersächsisches Ministerium für Umwelt, Energie, Bauen und Klimaschutz (Hrsg.) (2022): Wasserversorgungskonzept Niedersachsen. Röttcher, Klaus; Pohl, Norman (Hrsg.) (2021): Die Wasserwirtschaft in der Lüneburger Heide und Nordostniedersachsen vom Suderburger Rückenbau (1819) bis heute. Siegburg. Ostermann, Ulrich (2021): Wasserhaushalt in Nordostniedersachsen durch Wassernutzung und -management ausgleichen – mit Beispielen aus der Region. In: Röttcher, Klaus; Pohl, Norman (2021), a. a. O., S. 227–241. Umweltbundesamt (2022): Wasserressourcen und ihre Nutzung. https://www.umweltbundesamt.de/daten/wasser/wasserressourcen-ihre-nutzung#wassernachfrage – Abruf am 20.10.2025. Kreisverband der Wasserund Bodenverbände Landkreis Uelzen (2023): Integriertes Wasserversorgungsund Wassermengen-Managementkonzept, Abschlussbericht. etwa 750.000 m³ durchgeführt, um die Praxistauglichkeit zu gewährleisten. An diesem Standort ist bislang keine Bewässerungsinfrastruktur vorhanden, sodass auch hier die Planungen optimal aufeinander abgestimmt werden können. 4D-Rain (01/2025–12/2026) Im Rahmen des Projekts 4D-Rain wird die flächige Verteilung des Beregnungswassers unter verschiedenen Typen von Beregnungsanlagen in unterschiedlichen Kulturen, wie etwa Zuckerrüben, untersucht. Ein Schwerpunkt liegt auf der Analyse mobiler Beregnungssysteme wie die Beregnungskanone oder der Düsenwagen. Als dritte Dimension kommt das Eindringen des Beregnungswassers in den Boden hinzu und als vierte der zeitliche Verlauf des Prozesses, bis das Wasser schließlich die Pflanzenwurzeln erreicht. Dabei steht die Frage im Mittelpunkt, wie exakt das Wasser verteilt werden kann und welche Anforderungen sich daraus an eine Beregnungssteuerung ergeben. Eine hoch präzise und genaue Ermittlung des Wasserbedarfes der Pflanzen bringt nur geringe Vorteile, wenn die Maschinen dies nicht mit der entsprechenden Präzision leiten können. Bei der zeitlichen Komponente ist der optimale Zeitpunkt der Wassergabe mit der Verfügbarkeit der Maschinen und der damit verbundenen Logistik in Übereinstimmung zu bringen. Eine weitere Frage ist, welche Vorund Nachteile z. B. mit mehreren kleinen bzw. weniger größeren Wassergaben verbunden sind. KIBrain (01/2025–12/2027) Das Projekt KIBrain zielt darauf ab, die Funktionalität einer bereits entwickelten Open-Source-Datenplattform zur Optimierung der Bewässerung durch Einsatz von künstlicher Intelligenz zu erweitern. Mit KI sollen der Bodenwassergehalt vorhergesagt und eine Empfehlung für den Maschineneinsatz gegeben werden. Um dies zu bewerkstelligen, werden die Beregnungsmaschinen und Beregnungsnetze mit zusätzlichen Sensoren ausgestattet. Das Interface der Datenplattform wird entsprechend erweitert und angepasst. Ein zentraler Punkt bei der Weiterentwicklung der Datenplattform ist auch Data Governance und die damit verbundene Datensicherheit, der Datenschutz und die Standardisierung der Daten. Außerdem sollen Daten zwischen verschiedenen Instanzen der Datenplattform teilbar werden. Das Projekt findet auf zwei ausgewählten landwirtschaftlichen Betrieben in Niedersachsen statt. Die Betriebe weisen unterschiedliche Betriebsstrukturen und Anforderungen an die Bewässerung auf. Dies trägt dazu bei, die Ergebnisse zu validieren und ihre Übertragbarkeit sicherzustellen. Fazit Die klimatischen Veränderungen stellen Umwelt und Gesellschaft vor große Herausforderungen. In vielen Bereichen stellt dabei die Verfügbarkeit von ausreichend Wasser einen wesentlichen Faktor dar, wobei ein besonders starker Anstieg des Wasserbedarfes in der Landwirtschaft zu erwarten ist. Der Bedarf wird auf den Flächen weiter steigen, die bereits heute bewässert werden, und zukünftig werden erhebliche Flächen zusätzlich bewässert werden müssen, um die Qualität und die Quantität der Ernten sicherzustellen. Dabei hat dies nicht nur eine wirtschaftliche Dimension mit Blick auf die Landwirte und die nachgelagerte Verarbeitung der Produkte, sondern auch eine gesellschaftliche Dimension mit Blick auf die Versorgungssicherheit der Bevölkerung und die Versorgung mit regionalen und saisonalen Produkten. Dies wiederum ist ein wichtiger Baustein zur Nachhaltigkeit und zur Minderung des CO₂-Aus - stoßes. Die landwirtschaftliche Bewässerung breitet sich immer mehr in Regionen aus, in denen bisher keine Bewässerung erforderlich war, und daraus sowie aus den neuen technischen und digitalen Entwicklungen ergeben sich neue Möglichkeiten und Forschungsfragen, um mit der Ressource Wasser sparsam umzugehen. Die anwendungsorientierte Forschung an HAW in enger Kooperation mit der Praxis ist dabei ein wichtiger Baustein, um umsetzungsorientierte Lösungen bereitzustellen. Weiterführende Informationen https://wasser-suderburg.de/forschungsprojekte-laufend/