Szenarien: Wassermanagement in der Landwirtschaft

Neben den allmählichen klimatischen Veränderungen könnten auch schnelle Änderungen im ⁠Klimasystem⁠ erfolgen, die als abrupte Klimaänderungen bezeichnet werden. Ausgelöst werden sie durch sogenannte Kipppunkte (Veränderungen von Meeresströmungen, massive Schmelzwasserzufuhr, Vulkanausbrüche) im Klimasystem. Sie gehen mit gravierenden Auswirkungen einher. Im Südwesten Deutschlands beispielsweise kann die Zahl der Hitzetage auf 80 pro Jahr steigen, mit Temperaturen bis 45 Grad. Kritisch wird die Lage für die Wasserversorgung in der Landwirtschaft bis 2050 im Fall des Ausbleibens effektiver Klimaschutzmaßnahmen. In diesem Fall steht nicht ausreichend Wasser aus Niederschlägen und Grundwasser für die landwirtschaftliche Nutzung zur Verfügung.

Der Bedarf an Bewässerung landwirtschaftlicher Flächen wird bis 2050 steigen. Modellrechnungen zufolge wird der Anteil potenziell zu bewässernder Flächen zwischen 6 und 30 % (gegenüber 3,3 % 2022) liegen [4]. Im Median wird bis 2050 mit gleichbleibenden bis leicht zunehmenden Grundwasserneubildungsraten gerechnet, da insgesamt höhere Jahresniederschläge erwartet werden. Allerdings gibt es dabei deutliche regionale Unterschiede [5]. So wird beispielsweise im Südwesten Deutschlands ab etwa 2040 ein signifikanter Rückgang der Grundwasserneubildung prognostiziert.

Technologien

Die Digitalisierung der Landwirtschaft entwickelt sich bis 2050 kontinuierlich weiter. Vernetzte Agrarplattformen sind die zentrale Steuerungsinfrastruktur zur Bewirtschaftung landwirtschaftlicher Betriebe. Getrieben durch wissenschaftlich-technologische Fortschritte und tragfähige Geschäftsmodelle ist die Landwirtschaft im Jahr 2050 – unter der Voraussetzung stabiler gesellschaftspolitischer Rahmenbedingungen – durch einen hohen Grad an autonomer datenbasierter Entscheidungsunterstützung geprägt. Die nahtlose Vernetzung, Abstimmung und das Zusammenspiel verschiedenster digitaler, technischer und organisatorischer Komponenten innerhalb eines landwirtschaftlichen Betriebs und zwischen Betrieben kennzeichnen landwirtschaftliche Prozesse.

Die Vernetzung von Maschinen, Menschen und Prozessen in der Landwirtschaft auf der Basis digitaler Daten und künstlicher Intelligenz erreicht einen sehr hohen Effizienzgrad. Prozesse laufen mit hoher Geschwindigkeit ab, da Daten automatisiert erfasst, in Echtzeit übertragen und entlang der gesamten Wertschöpfungskette geteilt werden [6]. KI ist ein integraler Bestandteil der digitalen Landwirtschaft; sie unterstützt nicht nur bei der Analyse großer Datenmengen, sondern auch bei autonomen Entscheidungen und komplexen Arbeitsabläufen, etwa bei der Steuerung von Traktoren, dem Einsatz von Feldrobotern und Drohnen, der präzisen Ausbringung von Pflanzenschutzmitteln oder der Überwachung von Tierbeständen.

Methoden der Präzisionslandwirtschaft, moderne Sensorik und Agrarrobotik sind vollständig in digitale Plattformen und betriebliche Managementsysteme integriert. Diese Systeme basieren auf Cloud-Technologien und modularen Plattformarchitekturen. Eine tragfähige Datengovernance für Agrardatenräume sichert den verantwortungsvollen Umgang mit Agrardaten durch standardisierte Schnittstellen, rechtlich abgesicherte Datenströme und wirksamen Datenschutz [7].

Der Szenarienrahmen basiert auf der Annahme, dass die Digitalisierung wesentlich dazu beigetragen hat, zentrale Herausforderungen der Landwirtschaft, wie internationalen Wettbewerbsdruck, Arbeitskräftemangel, natürliche Effizienzgrenzen oder Umweltprobleme wie Nitratbelastungen, effektiv zu adressieren. Leitkonzepte wie „Precision Farming“, „Smart Farming“ und „Digital Farming“ [8] haben sich als integrativer Rahmen für Forschung und Entwicklung etabliert und prägen auch die Innovationsstrategien führender Hersteller von Agrartechnik. Besonders deutlich zeigen sich Fortschritte im Bereich datengestützter Vorhersagesysteme: Lokale Klimamodellierungen ermöglichen inzwischen präzisere Prognosen von Extremwetterereignissen und Unwettern. Potenzielle Ertragseinbrüche können frühzeitig erkannt und alternative Versorgungswege rechtzeitig aktiviert werden. Datenaustausch und Prozesssteuerung erfolgen zunehmend dezentral und Produktionsketten sowie Agrarsysteme werden weitgehend selbstorganisiert optimiert – gestützt auf Verfahren der künstlichen Intelligenz.

Flächen und Nutzungsarten

Bis 2050 hat sich in Deutschland die verfügbare landwirtschaftliche Nutzfläche (Ackerland und Grünland) verringert. Im Jahr 2023 lag die landwirtschaftliche Nutzfläche in Deutschland bei 16,5 Mio. Hektar [9]. Der erwartete Agrarflächenverlust beläuft sich auf ungefähr eine Million Hektar, die Nutzfläche umfasst dann ca. 15 Millionen Hektar Acker- und Grünland [10]. Bereits bis Mitte der 2030er Jahre kann der Anbau von Getreide zurückgehen [11]. Gründe dafür sind Flächenkonkurrenzen, Konkurrenz durch andere Kulturen, Klimaschutzmaßnahmen und Flächenverluste (bspw. durch Wiedervernässung). Eine Ursache dafür ist die Ausweitung des Siedlungsbaus im Zuge des Wachstums urbaner Zentren und Metropolregionen. Dieser Trend ist seit Jahrzehnten ungebrochen. Die Abnahme der verfügbaren landwirtschaftlichen Nutzfläche erfolgte dementsprechend überwiegend im Umland städtischer Verdichtungsräume.

Unter den Bedingungen weiterhin wachsender urbaner Zentren und Metropolen intensivieren und vervielfältigen sich Wassernutzungskonflikte. Wasserrechtliche Konflikte zwischen Landwirtschaft und öffentlicher Trinkwasserversorgung gibt es seit längerem in verschiedenen Regionen Deutschlands wie im Umland von Berlin, Frankfurt und Hamburg und haben sich auf weitere Metropolregionen ausgeweitet. Immer längere und häufigere Hitze- und Dürreperioden erhöhen die Wasserbedarfe der Trinkwasserversorgung wie auch der anderen Wassernutzer, insbesondere der Landwirtschaft.

Anbaukulturen und Sorten

Bis 2050 haben molekularbiologische Verfahren zu Züchtungsergebnissen und neuen Sorten geführt, die tiefer wurzeln, resistenter gegenüber Trockenheit sind und wesentlich zur Ertragssicherung beitragen. Hitze- und Trockentoleranz sowie die Wassernutzungseffizienz sind deutlich verbessert. Die Geschwindigkeit der Neuzüchtungen hat infolge der technologischen Entwicklung enorm zugenommen. Zudem wurden Maßnahmen zur Unterstützung der regionalen Erzeugung von Nischenkulturen ergriffen [12].

Insgesamt haben sich das Anbau- und das Sortenspektrum in der deutschen Landwirtschaft verändert. Neben dem Rückgang des Getreideanbaus haben Leguminosen (Hülsenfrüchte), Ölsaaten und alternative Kulturen an Bedeutung im Anbau gewonnen. Agrarchemische Innovationen, Fortschritte in der Pflanzenzüchtung sowie die Optimierung von Saatgut waren und sind zentrale Treiber in der Agrarindustrie. In der modernen Pflanzenzüchtung liegt der Fokus auf der Entwicklung optimierter und neuartiger Sorten mit verbesserten Ertragsleistungen, erhöhter Resilienz gegenüber abiotischen und biotischen Stressoren sowie gesteigerter Toleranz gegenüber klimatischen Extremen. Die Optimierung des Saatguts zielt darauf ab, Pflanzen besser gegen Dürrestress zu wappnen, ihre Nährstoffeffizienz – insbesondere bei reduzierter Düngung – zu steigern und damit die Flächenproduktivität zu erhöhen.

Akteurslandschaft

Mit der zunehmenden Verbreitung von Datenplattformen und digitale Ökosysteme, die bis 2050 zum der Dreh- und Angelpunkt der digitalen Wertschöpfung in der Landwirtschaft geworden sind, gehen auch Veränderungen der Akteurskonstellationen einher. Neben Akteuren aus dem Bereich der Informationstechnologien (Bereitstellung und Betrieb der digitalen Infrastrukturen und Plattformsysteme) haben sich Unternehmen der Finanztechnologie (Fintech) im Feld etabliert und treten als Investoren, Finanziers und Technologieanbieter auf. In digital basierten landwirtschaftlichen Ökosystemen finden sich Anbieter von Managementsystemen rund um den landwirtschaftlichen Betrieb, Betriebsmittelhersteller, Händler mit Online-Marktplätzen, Steuersysteme für den eigenen Maschinenparksowie Lohnunternehmer.

Die größte Herausforderung für die Etablierung digitaler Wertschöpfungsmodelle bestand in der rechtlichen Klärung der Datenhoheit. Sowohl auf europäischer als auch auf nationaler Ebene waren regulatorische Rahmenbedingungen erforderlich, um potenzielle Monopolbildungen einzuschränken und gleichzeitig die Bedingungen für eine kollaborative Datennutzung und ein koordiniertes Zusammenwirken verschiedener Akteure zu schaffen. Digital gestützte regionale Produktkreisläufe und Absatzwege kennzeichnen zunehmend die landwirtschaftlichen Wertschöpfungsketten – sowohl im lokalen Kontext als auch in überregionalen, nationalen und globalen Plattformökonomien.

Der Trend zur Vergrößerung und Industrialisierung der landwirtschaftlichen Betriebe dominierte lange Zeit. Nur die großen Betriebe konnten die kostenintensiven Bewässerungssysteme vorhalten. Für kleinere Betriebe waren sie zunächst unwirtschaftlich. Sie reagierten mit der Gründung von regionalen Wasserverbänden auf diese Herausforderung. Infolge der technologischen Entwicklung und der gesunkenen Kosten sind Bewässerungssysteme im Jahr 2050 auch für kleinere Betriebe rentabel. Die Betriebsstrukturen und die Wertschöpfung landwirtschaftlicher Betriebe sind 2050 vielfältiger im Sinne der Betriebsgrößen, Produktionsweisen und Produkte.