Bestimmungsgründe für die landwirtschaftliche Bewässerung und ihren Energiebedarf und Diskussion von Anpassungsmöglichkeiten

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1 Bestimmungsgründe für die landwirtschaftliche Bewässerung und ihren Energiebedarf und Diskussion von Anpassungsmöglichkeiten Vortrag im Rahmen der OLEC Jahrestagung 2016: Energie- und Wasserwirtschaft intelligent verknüpfen am 03. November 2016 in Oldenburg

2 Gliederung 1. Natürliche Bestimmungsgründe Klima, Böden, Wasserbedarf der Pflanzen 2. Ökonomische Bestimmungsgründe Optimale Beregnung für Versuchsergebnisse und Wirtschaftlichkeit der Beregnung 3. Erwartete Entwicklungen Qualitätsspeiseerdäpfel 4. Bestimmungsgründe für den Energiebedarf 5. Bedeutung des Water-Energy-Nexus für die Anpassung an regionale Wasserknappheiten - Technik, Zeitpunkt, Intensität

3 Beregnung ist teuer - Lohnt die Investition? Beregnungsbedürftigkeit 1. Standort - Klima (Höhe und Verteilung der Niederschläge, Temperatur, klimatische Wasserbilanz) - Boden (Fähigkeit zur Wasserspeicherung und Wasserabgabe, Grundwasseranschluss) Bodenart, Struktur, Tiefgründigkeit, Humusgehalt 2. Fruchtfolge (Wasserbedarf der Kulturen, Reaktionen von Ertrag und Qualität auf Trockenstress bzw. Bewässerung) Mehrertrag verkaufsfähiger Ware bei Bewässerung Beregnungswürdigkeit 3. Erzeugerpreise Mehrerlös 4. Kosten der Bewässerung wirtschaftlicher Erfolg / Misserfolg 5. Vertragsanbau Gewährleistung der Vertragserfüllung

4 Mittlere Niederschlagshöhe, Jahr Zeitraum

5 Klimadaten Grundlage: Klimatische Wasserbilanz im Sommer (April bis September) Rasterdatensatz des DWD (1x1 km) Quelle: DWD Klimaraum Farbe KWBv [mm/a] Referenzstation KWBv Referenzstati on [mm/a] A blau 51 bis 1646 B türkis 1 bis 50 C grün -49 bis 0 D gelb -99 bis -50 E orange -149 bis -100 Hannover -138 F rot -234 bis -150 Potsdam -211 Bessere Zuordnung über Karten für die einzelnen Bundesländer mit Landkreisgrenzen möglich.

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7 Klimatische Wasserbilanzen, Hannover mm in der Hauptvegetationszeit April - September OLEC-Jahrestagung, Oldenburg SG Beregnung, Ekkehard Fricke und Elisabeth Schulz 11/2016

8 Bodengroßlandschaften in Niedersachsen Küstenmarschen Geestplatten und Endmoränen Talsandniederungen und Urstromtäler Lössbörde

9 Einfluß der Bodenart auf die nfk und die Höhe der Regengabe - S ls, sl - Bodenwertzahl Pflanzennutzbare Kapazität bez. auf 60 cm Wurzelraum nfk in mm max. Speichervermögen des Bodens bei 50 % nfk in mm notwendige Regengabe zur Auffüllung auf ca. 80 % nfk in mm Bodenpunkte x 3 = ungefähre nfk in mm

10 Monatliche Mittelwerte der Evapotranspiration Braunschweig Verdunstung in mm Gerste Weizen Zuckerrüben Kartoffeln Wasserverbrauch pro Tag 2 5 mm, im Durchschnitt 4 mm Maximum bis 7 mm möglich April Mai Juni Juli August September Summe Verändert nach DWD, Braunschweig

11 Beziehungen zwischen Wasser-und Nährstoffversorgung Pflanze Transpiration Gasaustausch Photosynthese Kühlung Transport und Umlagerungsprozesse O 2 CO 2 H 2 O Boden Lösen und Verteilen von Dünger Mineralisationsprozesse Transportvorgänge im Boden (Massenfluss, Diffusion) N, K, Mg, P Mn, B, GG.. OLEC-Jahrestagung, Oldenburg SG Beregnung, Ekkehard Fricke und Elisabeth Schulz 11/2016

12 Beregnungsversuchsfeld Hamerstorf Lage: Südkreis Uelzen Ǿ Jahresniederschlag: 622 mm Bdpkte: Bodenart: ls 10 Jahre Beregnungsversuchsfeld Foto: LWK OLEC-Jahrestagung, Oldenburg SG Beregnung, Ekkehard Fricke und Elisabeth Schulz 11/2016

13 Ertragsergebnisse verschiedener Kulturen bei unterschiedlicher Beregnungsmenge Beregnung (mm) Mittelwerte , Hamerstorf % Relativertrag % + 34 % + 45 % + 27 % + 14 % + 15 % W-Raps W-Gerste Weizen Speise-Kartoffeln Silomais Zuckerrübe (ZE) und ohne Beregnung reduzierte Beregnung optimale Beregnung

14 450 Mehrerträge und Wasserausnutzung bei Speisekartoffeln, Hamerstorf Beregnungsmenge (mm) Mehrertrag (dt/ha) Wasserausnutzung (kg/mm) Mittel 0 Mehrertrag intensive Beregnung (dt/ha) Ausnutzung Beregnungswasser (kg/mm)

15 Variable Kosten der Beregnung (Strom) 1) Energie: 0,60 kwh/m³ x 0,22 /kwh 2) = 0,13 /m³ = 1,30 /mm Reparatur: (pauschal) = 0,10 /mm Arbeit: 0,4 h/ha x 15 /h : 30 mm/gabe = 0,20 /mm Schlepper: 0,4 h/ha x 15 /h : 30 mm/gabe = 0,20 /mm Summe = 1,80 /mm = 0,18 /m 3 => ¾ der variablen Beregnungskosten sind Energiekosten! variable Kosten pro Hektar: wasserrechtliche Erlaubnis = 80 mm pro Jahr => 800m³/ha/a 800 m³ x 0,18 /m³ = 144,- var. Beregnungskosten => davon 108,- für Energie/ha/a Ein typischer Ackerbaubetrieb in Nordostniedersachsen mit 250 ha LF hat durchschnittlich etwa /a Stromkosten für die Beregnung! => Standortnachteil und Vermarktungsvorteil 1) Rechnung mit Durchschnittswerten, betriebs-/ verbandsspezifische Werte ggf.abweichend 2) inklusive Stromsteuer und Belastung aus EEG (erneuerbare Energiengesetz) und KWKG (Kraft-Wärme-Kopplungsgesetz) und sonstiger Abgaben; ohne Mwst.

16 Beregnungstechniken in Niedersachsen Foto: Netafim

17 Wirtschaftlichkeit der Beregnung, Mittelwerte aus Beregnungsversuchen Hamerstorf Speisekartoffeln Winterweizen Wintergerste Silomais (Biogas) Zuckerrübe ( ) Winterraps Fruchtfolge ( ) Ertrag dt/ha beregnet ab 50% nfk unberegnet Ertragsdifferenz dt/ha Erlöse /ha 1) beregnet ab 50% nfk unberegnet Zus.Kosten (Düngung, Masch.kosten) Erlösdifferenz /ha Beregnungsmenge mm * 1,70 /mm variable Kosten (Strom) variable Bereg.kostenfreie Leistung /ha Beregnungskostenfreie Leistung /ha 2) ) Unterstellt sind folgende Preise: 11,- /10,- /dt Speisekartoffeln (beregnet/unberegnet); 18,00 /dt Weizen; 16,50 /dt Futtergerste; 10,- /dt TM Silomais (ab Feld); 3,90/ 4,- /dt Zuckerrüben (beregnet/unberegnet); 35,-/ 34,70 /dt W.Raps (beregnet/unberegnet); 2) unter Einbeziehung der Gesamtkosten: Festkosten angenommen mit 150 /ha

18 Die richtige Beregnungsstrategie bei begrenzter Wassermenge? Silomais (Biogas) Speisekartoffeln Winterweizen Wintergerste Zuckerrüben Winterraps ( ) unberegnet reduzierte Beregnung ab 35 % nfk Ertrag (dt/ha) Beregnungsmenge mm variable Beregnungskostenfreie Leistung /ha optimale Beregnung ab 50 % nfk Ertrag (dt/ha) Beregnungsmenge mm variable Beregnungskostenfreie Leistung /ha Differenz optimal - reduziert = wirtschaftlich optimale Beregnungsstrategie Nicht eindeutig

19 Positive Wirkungen der Beregnung gleichmäßige Wasser- und Nährstoffversorgung Verminderung von unerwünschten Mineralisationsschüben mit negativen Auswirkungen auf die Qualität (z.b. Durchwuchs, Am.-N-Gehalt) Verringerung von Schäden durch Nährstoffmangel (z.b. Herz- u. Tro.fäule) Verringerung von Schäden durch Krankheiten (z.b. Kartoffelschorf) Steigerung der Ertragssicherheit Höhere Erträge im Jahresdurchschnitt Sicherung erforderlicher Qualitäten und guter Vermarktungsmöglichkeiten Verbesserung der Nährstoffausnutzung Weniger Restnitrat im Boden Sicherung und Verbesserung des Betriebseinkommens Verbesserung der Sickerwasserqualität

20 noch: 2. Ökonomische Bestimmungsgründe Erfahrungen in der Region vorhanden? (Anbieter von Technik, wasserrechtliche Antragstellung, Abschätzen der Beregnungswürdigkeit,...) Anforderung von Abnehmern (Produktqualität!) regional hohe Flächennutzungskosten (Pachtpreise?) => Senkung der Stückkosten (i.e. bessere Deckung der Allgemeinkosten), wenn Wachstum über die Fläche ausgeschlossen ist. öffentliche Förderung (nicht in Niedersachsen) z.b. in Schweden (Provinz Halland) wegen Verbesserung des Sickerwassers

21 Verbesserung des Sickerwassers Nmin-Werte (korrespondiert mit Nitratausträgen) nach Kartoffeln zu Beginn der Grundwasserneubildungsphase Standort: Nienwohlde, LK Uelzen Kg N/ha 80 beregnet ab 350 hpa unberegnet

22 Verbesserung des Sickerwassers Bodentiefe in cm N-Mengen im Tiefenprofil nach 10-jährigem Beregnungsversuch Mittelwert aus 8 Bohrungen bis 12 m Tiefe beregnet kg Nitrat-N/ha unberegnet Nitrat-N Vorrat 0,60 bis 12m Bodentiefe beregnet: 128 kg N/ha ~ kg N/a Austrag unberegnet: 168 kg N/ha ~ kg N/a Austrag

23 3. Erwartete Entwicklungen z.t. gegenläufige Faktoren: weniger Bewässerung steigende Energiekosten sinkende Agrarpreise Keine Bewässerung ungenügende Wasserverfügbarkeit insbesondere wg. geringer nutzbarer Dargebotsreserve des Grundwassers (z.b. wg. geringer Grundwasserneubildung (Börden, Regenschattengebiete etc.))

24 Nutzbares Grundwasserdargebot Niedersächsisches Ministerium für Umwelt, Energie und Klimaschutz Ergebnis GWK 2007/2014 Mio. m³/a % mm/a Grundwassergesamtdargebot 7740 / / / 148 Trockenwetterdargebot 4030 / / / 78 Nutzbares Dargebot 1925 / / / 38 Entnahmemenge 1260 / / / 26 Nutzbare Dargebotsreserve 665 / / 8 14/ 12 Ausschöpfungsgrad 65 / 68% Folie aus dem Vortrag von Frau Brase, gehalten auf der gemeinsamen Informationsveranstaltung von Fachverband Feldberegnung und Niedersächsischem Umweltministerium am in Suderburg.

25 noch: 3. Erwartete Entwicklungen mehrbewässerung / Energiebedarf wegen: Klimawandel (mehr Verdunstung; längere Trockenphasen; längere Vegetation) steigenderpachtflächenanteil oder Gesellschaftseigentum => Zwang zu maximaler Rendite (Nutzungsdruck) Steigende Effizienz in der Bewässerungstechnik = Kostensenkung Höhere Anforderungen an die Produktqualität; strengere Lieferverpflichtungen Weltbevölkerungswachstum (Steigende Agrarpreise)

26 Klimawandel => Zunahme der potentiellen Beregnungsbedürftigkeit Quelle: Heidt u. Müller, Geoberichte 20, LBEG, 2012

27 Beregnungsbedarf in Niedersachsen Prognose bis 2040 / 2100 Quelle: Heidt u. Müller, Geoberichte 20, LBEG, 2012

28 4. Bestimmungsgründe für den Energiebedarf A. Energie für die Wasserbeschaffung - Höhenunterschied zwischen Pumpe und Feld(ern) => Fördertiefe im Brunnen + Geländeunterschiede in der Feldmark - Entfernung - Zustand des Leitungsnetzes (Querschnitte, Stichleitungen, Winkel, G) => Reibungsverluste - Wirkungsgrad und Auslastung der Pumpe(n) Abbildungen: Schulz + von der Ohe (Uelzen), Projekt WEAM4i Water and Energy advanced Management for Irrigation

29 4. Bestimmungsgründe für den Energiebedarf B. Energie für die Ausbringung Drucksteuerung für gleichmäßige Wasserverteilung (statt Überflutung) Niederdrucksysteme => stationär Hochdrucksysteme => mobil, alle Feldformen

30 5. Bedeutung des Water-Energy-Nexus in der Bewässerung => Wasser bewegen zur Anpassung an örtliche und regionale Wasserknappheiten Hochwasser, gereinigtes Abwasser, Fabrikationswasser, Import von Kanalwasser Thema Wassergüte? => unbeschränkbare Produkthaftung des Landwirts - Füllen von Speicherbecken zur Ergänzung / Substitution von Grundwasser - Transport zu Versickerungsanlagen zur Erhöhung des Grundwasservorrats Speicherbecken für Zuckerfabrikprozesswasser, Stöcken Foto: Kreisverband der Wasser- und Bodenverbände Uelzen

31 5. Bedeutung des Water-Energy-Nexus in der Bewässerung => Wasser bewegen => Energiekosten!!! - Füllen von Speicherbecken - Transport zu Versickerungsanlagen Herausforderung: Finanzierung a) Leitungen und Pumpen für (Fern-)Transport b) Infrastruktur für Grundwasserförderung und verteilung oft vollständig => deshalb Errichtung von Wasserspeicherbecken = Aufbau eines Sekundärsystems [Speicher + Infrastr. Borg, m³, Bj. 2014, ca. 5 Mio. ] (c) Bei Versickerung ist Nutzung der Grundwasserentnahme-Infrastruktur möglich, aber schwierige Bewertung der Grundwasseranreicherung (räumliche Zuordnung, Anrechnungsmenge) OLEC-Jahrestagung, Oldenburg

32 5. Bedeutung des Water-Energy-Nexus in der Bewässerung => Wasser bewegen - Füllen von Speicherbecken - Transport zu Versickerungsanlagen Nutzung von Regelenergie?! Problem: miserable Auslastung der teuren Transportinfrastruktur in Planung: (WEAM4i) überschlägige Studie zur Speicherung oder Versickerung von Wasser aus dem Elbe-Seitenkanal in einem Beregnungsgebiet mit Wassermangel z.b. 20 mm Zusatzwasser p.a. für Hektar (Annahme: 7 Höfe => nur möglich mit öffentl. Unterstützung oder durch Energieunternehmen) => m³ Lagerraum + Infrastruktur oder => Versickerung (Annahme 70 % Anrechnung) von m³

33 Danke für Ihre Aufmerksamkeit!