Veränderung des Grundwasserspiegels

Die Hauptprobleme der Bewässerung sind jedoch die Versalzungen bzw. Vernässungen der Böden und die Erschöpfung der Grundwasservorräte.

Steigt der Grundwasserspiegel durch das Eindringen großer Wassermengen an, so vernässt der Boden. Die meisten Kulturpflanzen können in einem wassergesättigten Boden nicht gedeihen. Die Vernässung ist weitgehend auf die ganzjährige Bewässerung zurückzuführen, wobei auch Wasserverluste auf den Transportwegen (Versickerung in Gräben) und die schlechten Abflussmöglichkeiten der starken saisonalen Niederschläge zu einem rapiden Anstieg der Grundwasseroberfläche führten. Als Folge dessen wird das Land sumpfig und für die landwirtschaftliche Nutzung unbrauchbar.

Sinkt der Grundwasserspiegel hingegen durch zunehmende Unterflurbewässerung oder Bevölkerungskonzentrationen um die Bewässerungsgebiete, hat dies einen gravierenden Einfluss auf die Fauna und die Flora. Die Folgen sind Verwüstung einst vegetationsreicher Gebiete und Trinkwasserverluste in traditionellen Brunnen. Die Brunnen sind meist an das Grundwasservorkommen angepasst, da sie nur das Wasser nutzen welches auch wieder nachsickert. Des Weiteren ist Grundwasser in den Trockengebieten ein wichtiger Schlüssel für die Entwicklung, da es unabhängig von Dürrezeiten nutzbar und zudem weniger durch Krankheitserreger kontaminiert ist als Oberflächenwasser.

Desertifikation

Desertifikation beschreibt einen Prozess, bei dem eine Degradation (Vertrocknung) des Bodens eintritt. Dies führt in weiterer Folge zur Ausbreitung bzw. Entstehung von Wüsten oder wüstenähnlichen Verhältnissen. Der Prozess der Wüstenbildung ist in erster Linie in ariden, semiariden und trockenen sub-humiden Gebieten zu beobachten. Sie entsteht durch komplexe Wechselwirkungen zwischen mehreren menschlichen und natürlichen Faktoren.

In der Natur tritt Desertifikation durch natürliche Schwankungen der Niederschläge ein. Dürreperioden können Desertifikation auslösen oder verstärken. Zum größten Teil ist sie jedoch anthropogen bedingt. Jede menschliche Kultivierung des Landes hat eine Veränderung des natürlichen Ökosystems zur Folge. In Monokulturen werden einzelne Bestandteile dem Boden übermäßig entzogen oder zugeführt. Das ursprüngliche Gleichgewicht des Bodens ist nicht mehr herstellbar, da das Zusammenspiel der Mikroorganismen zerstört wird. Auch können sich Pflanzenschädlinge stark vermehren. Durch immer höheren Düngemittel- und Pestizideinsatz wird versucht Ernteverluste auszugleichen, was aber den Boden weiter belastet.

Schätzungsweise sind über eine Milliarde Menschen und mehr als 1/3 der weltweit landwirtschaftlich nutzbaren Fläche von Bodendegradation bedroht.

In den feuchten Klimaten, wie etwa in der mitteleuropäischen Westwindzone fehlt die Desertifikation. In diesen Klimaten können keine Wüsten entstehen, da die Regenerationskraft der natürlichen Pflanzenwelt wesentlich größer ist als in den Randzonen der großen Wüsten. Zwar sind die Ökosysteme in semiariden Gebieten recht stabil und anpassungsfähig, jedoch erweisen sie sich unter starkem anthropogenem Einfluss als sehr labil.

Die Desertifikation tritt zumeist in Regionen auf, in denen sich die Bevölkerung in den letzten Jahrzehnten stark vermehrt hat. Das Bevölkerungswachstum in den meisten betroffenen Gebieten beträgt zwischen 2 und 3 Prozent. In Trockengebieten existieren aber auch Bereiche mit geringer Bevölkerungsdichte aufgrund eventuellen Wassermangels. Durch das Vorhandensein von Wasser oder von technischen Wassergewinnungsanlagen, werden diese Gebiete permanent genutzt. Das ökologische Gleichgewicht wird durch Verwendung mangelhafter Bewässerungstechniken zerstört und die natürliche Regenerationsfähigkeit des Bodens und der Vegetation verhindert.

Die Folgen bestehen im Wesentlichen aus Einbußen bei Ernteerträgen, Verlust der Bodenfruchtbarkeit, Fehlernährung, Hunger, Landflucht, und Verlust des zu erwirtschaftenden Einkommens.

Die Desertifikation setzt einen Teufelskreis in Gang. Wenn die Bodenvegetation zerstört wird, führt dies zu einer stark erhöhten Verdunstung und der Boden trocknet aus. Dadurch senkt sich der Grundwasserspiegel und die Pflanzen werden nicht mehr mit ausreichend Wasser versorgt und benötigen mehr an Bewässerung.

Die durch die Bewässerungsfeldwirtschaft hervorgerufene und der zugleich wichtigste Ursache für die Desertifikation ist die Degradation des Bodens durch Salzanlagerungen.

Versalzung

In den Gebieten, die durch die Bewässerung zu sicheren (oder scheinbar sicheren) landwirtschaftlichen Produktionsstandorten wurden, ist die Versalzung die Hauptursache für Desertifikation. Durch die dauerhafte Bewässerung erfolgt eine Anreicherung von wasserlöslichen Salzen im Boden.

Die Versalzung des Erdbodens kann auch durch natürliche Faktoren erfolgen. Grundwasserversalzung erfolgt in ariden Klimaten aufgrund der Verdunstung kapillar aufsteigenden Wassers bei Zurücklassung seiner Mineralien (sei es vor oder nach der Nutzung durch Pflanzen). Das aufgesaugte Wasser löst des Weiteren beim Aufstieg Mineralien aus den Tiefen des Bodens und bringt sie in die oberen Erdschichten.

Weit größer ist der Anteil der großflächig betriebenen künstlichen Bewässerung an der Versalzung, welches oft durch den Einsatz fehlerhafter oder nicht standort-angepasster Bewässerungstechniken erfolgt.

Da Wasser in den Trockengebieten natürlich begrenzt vorhanden ist, ist die Bewässerungswirtschaft in diesen Gebieten besonders problematisch. Da die potenzielle Verdunstung in den Trockenzonen sehr hoch ist, kann bereits eine Oberflächenbewässerung mit gering salzhaltigem Wasser immense Auswirkungen haben.

Des Weiteren kann Versalzung durch Evapotranspiration oder durch Auswaschung von Salzen aus Gipsmineralien, die im Anbauboden enthalten sein können, erfolgen.

Folgen der Versalzung

Die Ansammlung von Salzen im Boden beeinträchtigt den Pflanzenwuchs und hat den Rückgang von Ernteerträgen zur Folge. Bei größeren Konzentrationen kann es zu irreversibler Bodendegradation kommen, was oft zum völligen Ausfall von Landwirtschaftsflächen führt.

Schädigungen der Kulturpflanzen treten bei etwa 0,3 % Salzgehalt auf. Da selbst salzarmes Wasser einen Salzgehalt von 0,1 % aufweist, treten Versalzungsprobleme relativ rasch auf. Insgesamt sind beispielsweise über 50 % der Flächen in den zentralasiatischen Staaten von Versalzungsprozessen betroffen.

Schwerwiegende gesundheitliche Folgen für die Bevölkerung haben das zurückgelassene Salz und giftiger Staub aus Düngemitteln und Pestiziden, die nach der Desertifikation jährlich durch Steppenstürme in den Regionen verteilt werden.

Problematik am Beispiel der Volksrepublik China

Die Volksrepublik China ist auf bestem Wege, den Hunger im Lande zu senken. Als Folge großer Anstrengung der vergangenen Jahre zählt das Land nicht mehr zum Land mit dem meisten unterernährten Menschen, sondern liegt vor Indien auf dem vorletzten Platz. Um die Nahrungsmittelproduktion weiter steigern zu können, wird Bewässerungsfeldbau im großen Rahmen betrieben.

Ein 60 Milliarden Euro teures Projekt, das derzeit im Gange ist, soll dazu dringend benötigtes Wasser nach Peking, zur Kornkammer des Landes führen. In den Regionen um die Stadt ist der Grundwasserspiegel in den letzten Jahren um rund 60 Meter gesunken und sinkt jährlich um weitere 1,5 Meter. Als Folge hat sich der Boden an vielen Orten um bis zu drei Meter abgesenkt.

Um das Gebiet dennoch weiterhin landwirtschaftlich nutzen zu können, wird der 1000 Kilometer entfernte Jangtsekiang nach Norden umgeleitet. Ein aufwändiges System aus Pumpwerken und Stauseen soll das Wasser bergauf führen. Der geplante Wasserverlauf wird teilweise bereits vorhandene Kanäle nutzen wie den 1500 Jahre alten Kaiserkanal. Das spart Kosten, bringt aber weitere Probleme mit sich. Natürliche Gewässer dichten sich selbst mit Schwebstoffen nach unten ab. Kanäle hingegen müssen aufwendig mit Lehmschichten abgedichtet werden. In den Wüsten und Halbwüsten, durch die der Fluss fließen soll, gibt es aber keine dazu geeigneten Dichtstoffe. Hinzu kommt die Verdunstung, durch die ein weiterer Teil des kostbaren Wassers verloren geht.

Ein dramatisches Beispiel liefert der Gelbe Fluss. Seit Jahrzehnten ist der große Strom Ostasiens am Austrocknen. Zahlreiche Kanäle führen zu viel Wasser ab, das für den Bewässerungsfeldbau verwendet wird. In heißen Sommern versiegt er an seinem Unterlauf völlig. Weil dadurch wenig Wasser über dem Flussbett verdunstet, hat sich das Klima an vielen Regionen um den Fluss stark verändert. Die Niederschläge gehen zurück, die Böden degradieren und brauchen noch mehr künstlicher Bewässerung. Deshalb soll der Gelbe Fluss vom Jangtsekiang Wasser gespendet bekommen. Landwirtschaftsexperten rechnen jedoch in den nächsten Jahrzehnten mit der Austrocknung beider Flüsse.

Anwendung modernerer Anlagen

Systembedingt sind bei der Oberflächenbewässerung nur Einzelbewässerungsgaben in der Größenordnung von >75 mm möglich, obwohl bei flach wurzelnden Kulturen z. B., Wassergaben in der Höhe von 30 mm völlig ausreichend wären.

Durch eine Verbesserung des Bewässerungsmanagements und Anwendung modernerer Bewässerungstechnologien, wie etwa Tröpfchenbewässerung, lässt sich die landwirtschaftliche Wasserproduktivität weiter steigern und gleichzeitig der Bodenversalzung entgegengewirkt werden.

Bei der Umstellung auf Tropfenbewässerungssysteme wurde in Indien beispielsweise eine Steigerung der Gesamtproduktivität pro eingesetzten Liter Wasser zwischen beachtlichen 50 und 250 % erzielt.

Die Umstellung von Oberflächenbewässerungsverfahren wie Flächenüberstau auf Tropfbewässerung sind in der Regel nur möglich, wenn es sich um die Bewässerung von Reihenkulturen mit relativ weitem Abstand und hohem Marktwert handelt. Anderenfalls ist der Einsatz der Tropfbewässerung wirtschaftlich nicht lohnend. Auch ergeben sich für die Anwendung der Beregnung entsprechende Begrenzungen. Wie bei der Tropfbewässerung muss hierfür u. a. eine kontinuierliche Wasserbereitstellung gewährleistet sein. Auf Rotationsbasis ausgelegte Bewässerungssysteme erlauben keine Anwendung von Beregnungs- oder Mikrobewässerungsverfahren.

Eine Möglichkeit um auf Grundwassernutzung für Bewässerung zu verzichten ist die Entsalzung von Meerwasser und Wiederverwendung von Brauchwasser (vorbehandeltes Abwasser, das aber noch mit Nährstoffen angereichert ist). Da diese Verfahren sehr aufwendig sind und viel Energie verbrauchen, finden sie recht wenig Verbreitung.

Festlegung eines Wasserpreises

Durch die Einführung eines Preissystems kann eine effiziente Wassernutzung bewirkt werden. Aktuell ist vielerorts die Nutzung des Wassers für die Landwirtschaft kostenlos. Wenn genug kostenloses Wasser zur Verfügung steht, sind alle anderen Betriebsmöglichkeiten für die Landwirte unvorteilhaft.

Die Bereitstellung von Wasser ist oftmals mit hohen Kosten verbunden, die häufig durch öffentliche Mittel gedeckt werden. Diese Kosten entstehen wie etwa durch Errichtung von Stauseen, Kanalanlagen etc. Jedoch bringt die Bereitstellung von Wasser auch nicht in Zahlen ausdrückbare Kosten für Umwelt und Gesellschaft mit sich, wie etwa den Verlust von Biodiversität, voranschreitende Zerstörung fruchtbaren Bodens und andere.

Eine Einführung bzw. Erhöhung von Wasserpreisen hätte zwar unweigerlich Einkommensverluste in diesem im Allgemeinen ohnehin schwachen Wirtschaftssektor zur Folge, könnte aber eine effizientere Nutzung des Wassers fördern und somit der verbreiteten Wasserverschwendung entgegenwirken.

Zudem können so Gelder für weitere Stauanlagen eingespart werden, welche in die Entsalzungs-, Entwässerungs- und Kläranlagen investiert werden könnten. Für viele Bauern kommt eine Umstellung aus eigener Kraft nicht in Betracht, da vielen die nötigen Mittel fehlen.

Die Perspektive vom „virtuellen oder Produktionswasser“ könnte genutzt werden, um auch im internationalen Handel eine Bepreisung durchzusetzen.

Water Harvesting Methode

In Hanglagen hat sich die Einführung von „Water Harvesting“-Systemen bewährt. Hierbei handelt es sich um eine Sammlung und Rückführung des Regenwasserabflusses, aber auch von Dränwasser. Das Wasser, das sich in den Schutthalden der Berghänge ansammelt, wird teilweise durch große künstlich angelegte Schächte (Qanate) kanalisiert und mit geringem Gefälle über weite Strecken, zu den, manchmal über mehr als 40 km entfernten, Felder geführt. Dem Boden kann unter Umständen eine fünfmal höhere Wassermenge als durch Regen zugeführt werden.

Im Iran z. B. wird so mehr als drei Millionen Hektar Ackerfläche künstlich bewässert und auch ein großer Teil der Bevölkerung mit Trinkwasser versorgt.

Vermeidung von Verdunstung- und Versickerungsverlusten

Das Ersetzen von offen liegenden und leicht verschmutzbaren Zuleitungs- und Verteilerkanälen durch Halbschalenleitungen oder geschlossene Röhren verhindert die Verdunstung bzw. Versickerung von Wasser. Bei längeren Wassertransportwegen kann der so entstehende Verlust bis zur Hälfte des eingeleiteten Wassers betragen.

Reliefmeliorationen

Durch Reliefmelioration, d. h. Aus- und Abgleichen der Bodenoberfläche bei ungünstigem Mikrorelief, wird die Wasserverteilung auf der Bewässerungsfläche bei Anwendung von diversen Oberflächenbewässerungsverfahren verbessert und die benötigte Wassermenge reduziert. Bei gleichem Wasservolumen wird sowohl der Ertrag erhöht wie auch die Bodenerosion durch Bodenvernässung vermindert.

Reliefmeliorationen sind nicht in allen Fällen zu realisieren. In der Regel sind sie nur möglich, wenn hinreichend tiefgründiger Boden vorliegt und der Umfang der erforderlichen Bodenbewegungen begrenzt ist.