Eidgenössisches Departement für Wirtschaft, Bildung und Forschung WBF Agroscope Klimawandel Wasser Landwirtschaft: Künftige Risiken und Handlungsoptionen Jürg Fuhrer 23. Januar 2014
Klimawandel und Wasserkreislauf Klimawandel Wasserkreislauf Wasserdargebot o Niederschlag o Bodenvorrat o Flüsse/Seen o Grundwasser Wasserbedarf o Verdunstung o Tränke o Kühlung o Frostschutz Auswirkungen auf die Landwirtschaft: Änderung im Verhältnis von Dargebot und Bedarf 2
Verstärkung des Wasserkreislaufs Die Bedeutung der Verdunstung* Die Speicherkapazität der Luft für Wasserdampf wird durch einen Temperaturanstieg nach der Clausius-Clapeyron-Beziehung erhöht. *Evapotranspiration Mehr Wasser verdunstet hauptsächlich über den Meeren und es regnet mehr, wovon ein Grossteil über Land fällt. Sättigungsmenge von Wasserdampf in der Luft Die Frage ist: wo, wann und welche Veränderung? 3
Veränderung im Niederschlag Winter [%] + - Sommer + - CH2011 4
Aufeinanderfolgende Trockentage (Änderung in %) Projektionen für die Länge von Trockenperioden NE-Schweiz CH2011 5
Niederschlag, P (04-09) (mm) 1000 900 800 700 600 500 400 300 Trend der saisonalen Wasserbilanz: Bern (Vegetationszeit) Bern Evapotranspiration, ETo (04-09) (mm) 600 550 500 450 400 350 Bern 200 1900 1920 1940 1960 1980 2000 2020 300 1900 1920 1940 1960 1980 2000 2020 600 Bern Wasserbilanz, P-ETo (04-09) (mm) 400 200 0-200 -400 1900 1920 1940 1960 1980 2000 2020 Daten: meteoschweiz.ch 6
P-ET 0 (mm) Trend und Szenarien der Wasserbilanz: Wallis (Vegetationszeit) 500 400 300 200 100 Mittel von 4 Klimaszenarien: MPI_REMO_ECHAM-r3 ICTP_RegCM_ECHAM5-r3 ETHZ_CLM_HADCM3Q0 SMHI_RCA_HadCM3Q3 Montana 0-100 -200 Aigle -300-400 Sion -500-600 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 2020 2030 2040 2050 Daten: A. Gobiet et al., Univ. Graz 7
Änderung im mittleren Niederschlag (P, mm) Abnahme Zunahme Szenarien für Verdunstung und Niederschlag Absolute Veränderung 2021-2049 gegenüber 1981-2009 (Vegetationszeit) Aigle Sion Visp Montana Ulrichen Abnahme Zunahme Änderung in der mittleren Verdunstung (ET 0, mm) Daten: A. Gobiet et al., Univ. Graz 8
Verdunstung und Bewässerungsbedarf ET a = aktuelle Evapotranspiration (Verdunstung) ET p = potentielle Evapotranspiration ET a /ET p : Mass für Wasserstress n F K Kulturspezifischer Schwellenwert für Bewässerung 1 ET a /ET p 0.8 D W 0 q W P Pot. Bewässerungsmenge (B) pro Zeitschritt D q q F K q s a t Bodenwassergehalt Bewässerungsmenge = f (B, Entwicklungszeit) 9
Bodenbedeckung (%) Änderung der Pflanzenentwicklung Simulationen mit CropSyst (1981-2010 vs. 2045-2074) Mais Kartoffel Winterweizen Payerne Tänikon Wanner C., Masterarbeit ART/UniZH, 2013 10
Zu- und Abnahme der Bewässerungsmenge ETHZ_CLM_HadCM3Q0 Änderung 2021/2049 relativ zu 1981/2010 Smith, P. et al. in prep., 2014 11
Erosionsgefährdung - Szenarien Berechnet mit CropSyst-RUSL (1981-2010 vs. 2045-2074) V.Prasuhn ART Neigung = 10% Hanglänge = 100 m Bodentyp = Sandiger Lehm Wanner C., Masterarbeit ART/UniZH, 2013 12
Saisonale pot. Bewässerungsmenge (mm) Trend im potentiellen Bewässerungsbedarf zur Ertragssicherung Sion - Wiesen Sion - Mais Montana - Wiesen Aigle - Wiesen Aigle - Mais Sion - Reben Trendlinien für 4 Klimaszenarien: MPI_REMO_ECHAM-r3 ICTP_RegCM_ECHAM5-r3 ETHZ_CLM_HADCM3Q0 SMHI_RCA_HadCM3Q3 Fuhrer, J. et al. STOTEN 2014 13
Bedarf (Mio m 3 ) Abfluss (Mio m 3 ) Abfluss Discharge (Mio (Mio m3) m Mai-September 3 ) May-September Irrigation water requirement (Mio m 3 ) May-September 1000 800 700 800 600 600 500 400 400 300 200 200 0 100 Dargebot und Bedarf: Vispa (Mai-September) Vispa Mittel ± 1sd Vispa Mittelwert ± 1 SD -200 01990 2000 2010 2020 2030 2040 2050 7 1990 2000 2010 2020 2030 2040 2050 6 Mittel ± 1sd 5 4 3 2 1 J. 0 Fuhrer 1990 2000 2010 2020 2030 2040 2050 Vergletscherung: 29.5% RegCM3, 60 stochastische Simulationen -Mittelwert ±SD, Trendlinie (Daten: S. Fatichi ETHZ) 7 Klimaszenarien: CNRM_ALADIN_ARPEGE5.1 ETHZ_CLM_HadCM3Q0 HC_HadRM3Q16_HadCM3Q16 ICTP_RegCM3_ECHAM5 METNO_HIRHAM_BCM MPI_REMO_ECHAM5 SMHI_RCA_HadCM3Q3 14
Defizitanalyse 1981-2010 Berücksichtigung einer Mindestrestwassermenge (Q347) und 70% Bewässerungseffizienz 1981-2010 2003 Fuhrer, J., 2014, unveröffentl. 15
Defizitanalyse Szenarien 2050 Anzahl Jahre <0%: Ref SMHI ETHZ 1 1 2 2 8 1 3 2 10 8 3 11 16 25 25 Fuhrer, J., 2014, unveröffentl. 16
Erhöhung des Dargebots Trägerschaft: Bewässerungsgesellschaft Duc/Liniger/Messer (Kt FR), Amt für Landwirtschaft Kt. FR, BLW Quelle: Bundesamt für Landwirtschaft, Abt. Strukturverbesserungen (ASV) 17
Artenreichtum im Einzugsgebiet Entnahmen aus kleineren Gewässern: Auswirkungen auf die aquatische Biota Gebiet der Broye, Mai 2011 400 350 300 250 200 150 R 2 = 0.93 N points: 121 100 50 0 0 200 400 600 Mittlerer Abfluss (m 3 /s) Datenquellen: Schweizer Zentrum für die Kartografie der Fauna und BAFU D. Tendall, Diss. ETHZ, 2013 18
Tagesmittelwert der Wassertemperatur ( o C) Wasserentnahme und Wassertemperatur Broye (Mündung) Petite Glâne +1.5 o C +4.5 o C Jahrestag D. Tendall, Diss. ETHZ, 2013 19
Bewässerung und Umweltwirkungen Broye Greifensee Produktivität Erosion N-Auswaschung Wasserbedarf Änderung 2036-2060 (%) relativ zur Referenz 1981-2010 100 80 60 40 20 0 100 80 60 40 20 0-20 -20 ETHZ SMHI ETHZ SMHI ETHZ Broye SMHI ETHZ SMHI -40 ETHZ SMHI ETHZ SMHI ETHZ SMHI Greifensee ETHZ SMHI Fuhrer, J. et al., ART Schriftenreihe 19, 2013 20
Handlungsoptionen Anpassung der Praxis Bodenbearbeitung: Verbesserung Wasserrückhaltevermögen/ Erosionsschutz Verschiebung des Zeitplans für den Anbau von Sommerkulturen Optimierung der Bewässerungssysteme und bedarfsgerechte Steuerung; Ausbildung Anpassung der Produktionssysteme Umstellung auf weniger wasserbedürftige Kulturen und -sorten Mehr Winter- und weniger Sommerkulturen Wasserquotas Zusätzliche Versicherung Anpassung der Raumorganisation (Transformation) Verschiebung von Anbaustandorten 21
Nutzen der Anpassung für eine unsichere Zukunft Anpassung der Raumorganisation (Transformation) Anpassung der Produktionssysteme Anpassung der Praxis Ausmass der Klimaänderung/Klimarisiken Nach: Rickards L & Howden M, Crop & Pasture Sci 63, 2012 22
Besten Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Beiträge: A. Holzkämper, P. Smith, D. Tendall, T. Klein, N. Lehmann, C. Wanner, V. Prasuhn, P. Calanca, K. Jasper, 23