PGAEI - Projection Global Arable Equipped for Irrigation under Shared Socioeconomic Pathways

Wasser ist das Lebenselixier der Landwirtschaft, und nirgendwo ist dies deutlicher als auf den Feldern, die die Welt ernähren. Während der Regenfeldbau einen großen Teil des kultivierten Landes des Planeten abdeckt, ist es das Land, das mit Bewässerungssystemen ausgestattet ist, das fast die Hälfte der weltweiten Getreideproduktion liefert, obwohl es nur etwa ein Viertel der gesamten Ackerfläche einnimmt. Diese gesteuerte Wassernutzung dient nicht nur dem Anbau von Nahrungsmitteln; sie ist eine gewaltige Kraft, die den Wasserkreislauf der Erde formt, das lokale Klima beeinflusst und die ökologischen Prozesse steuert, die das Leben erhalten. Um zu verstehen, wie unser Planet in den kommenden Jahrzehnten funktionieren wird, müssen Wissenschaftler genau wissen, wo sich dieses bewässerte Land heute befindet und, was noch wichtiger ist, wo es in Zukunft existieren wird. Die Vorhersage der Zukunft dieser Felder ist jedoch notorisch schwierig, da sie von einem komplexen Mix aus menschlichen Bedürfnissen, wirtschaftlichen Realitäten und der hartnäckigen Geschichte unserer Art der Landbewirtschaftung über Generationen hinweg abhängt.

Lange Zeit stützten sich Forscher, die versuchten, die Zukunft der Bewässerung abzubilden, auf zwei Hauptansätze. Eine Methode betrachtet historische Daten und geht davon aus, dass die Zukunft einfach eine Fortsetzung der Vergangenheit sein wird, wobei sie ignoriert, wie neue Technologien oder sich ändernde Bevölkerungen die Landschaft verändern könnten. Die andere Methode nutzt komplexe Computermodelle, um zu berechnen, wie viel Wasser Landwirte würden benötigen, um eine wachsende Weltbevölkerung zu ernähren, wobei oft davon ausgegangen wird, dass die Bewässerungsinfrastruktur automatisch entstehen wird, wenn die Nahrung benötigt wird. Dieser zweite Ansatz, obwohl nützlich für das Verständnis des theoretischen Bedarfs, übersieht oft eine entscheidende Realität: Der Bau und die Instandhaltung von Bewässerungssystemen kosten Geld. Nur weil eine Region mehr Nahrung benötigt, bedeutet das nicht, dass sie die wirtschaftliche Kapazität besitzt, die notwendigen Kanäle, Pumpen und Rohre zu bauen. Die Lücke zwischen dem, was theoretisch benötigt wird, und dem, was tatsächlich erschwinglich ist, hat ein blindes Fleck in unserem Verständnis der zukünftigen Ernährungssicherheit hinterlassen.

Um diese Lücke zu schließen, hat ein Team von Forschern der Beijing Normal University einen neuen Weg entwickelt, um die Zukunft der globalen bewässerten Flächen zu projizieren. Anstatt basierend auf theoretischen Bedürfnissen zu raten oder einfach alte Karten zu verlängern, entwickelten sie ein hochentwickeltes Computersystem, das aus der Geschichte lernt. Sie trainierten dieses System mit Jahrzehnten an Daten und lehrten es, die komplizierte, nicht-lineare Beziehung zwischen der Anzahl der Menschen in einem Gebiet, dem Wohlstand eines Gebiets und der tatsächlich vorhandenen bewässerten Fläche zu erkennen. Durch den Einsatz einer Technik namens Ensemble-Maschinelles Lernen, die die Stärken von sechs verschiedenen mathematischen Modellen kombiniert, schufen die Forscher ein Werkzeug, das Muster erkennen kann, die einfachere Modelle übersehen. Dieser Ansatz ermöglicht es ihnen zu berücksichtigen, dass die Expansion der Bewässerung nicht nur eine Frage des Hungers ist, sondern eine strategische Investition, die durch das verfügbare Kapital und die bestehende Infrastruktur begrenzt wird.

Mit diesem neuen Werkzeug erstellten die Forscher eine hochdetaillierte, hochauflösende Karte der weltweiten bewässerten Flächen für jedes Jahrzehnt von 2020 bis 2100. Sie führten diese Projektionen unter fünf verschiedenen Szenarien der zukünftigen menschlichen Entwicklung durch, den sogenannten Shared Socioeconomic Pathways, die verschiedene mögliche Zukünfte für das globale Bevölkerungswachstum, das Wirtschaftswachstum und die Technologie darstellen. Die Ergebnisse zeigen eine Welt, in der die Zukunft der Bewässerung nicht einheitlich ist. In vier der fünf Szenarien – die Zukünfte mit unterschiedlichem Grad an globaler Kooperation und Wirtschaftswachstum darstellen – wird die Gesamtfläche der bewässerten Landwirtschaft voraussichtlich schrumpfen. Der Rückgang reicht von etwa 4 % bis zu fast 10 % und wird durch Faktoren wie gesteigerte Effizienz, Urbanisierung und eine Abkehr von wasserintensiven Nutzpflanzen angetrieben. Ein spezifisches Szenario jedoch, das eine Zukunft regionaler Fragmentierung und begrenzten globalen Handels skizziert, erzählt eine andere Geschichte. In diesem Pfad wird die gesamte bewässerte Fläche voraussichtlich um etwa 5 % wachsen, da sich Länder nach innen wenden und stärker auf ihre eigene heimische Nahrungsmittelproduktion setzen, was eine Expansion ihrer Bewässerungssysteme erforderlich macht.

Trotz dieser schwankenden Gesamtmengen bleibt die Karte dessen, wohin das Wasser fließt, überraschend stabil. Die Forscher fanden heraus, dass die Zukunft der Bewässerung stark durch „Trägheit“ begrenzt ist, was bedeutet, dass neue Bewässerung am wahrscheinlichsten in Gebieten stattfindet, in denen bereits Bewässerung existiert, anstatt in völlig neuen Regionen aufzutauchen. Drei Nationen – Indien, China und die Vereinigten Staaten – werden die globale Landschaft weiterhin dominieren und kollektiv mehr als die Hälfte der weltweiten verfügbaren bewässerten Landfläche im Laufe des Jahrhunderts halten. Während die spezifische Menge des von ihnen bewässerten Landes je nach Wirtschaftsszenario steigen oder fallen mag, bleibt ihr geografischer Fußabdruck weitgehend unverändert. In Indien beispielsweise konzentriert sich die bewässerte Fläche im Norden, und während sie in den meisten Zukünften aufgrund von Wasserknappheit und Urbanisierung schrumpfen könnte, könnte sie erheblich expandieren, falls Handelsbarrieren das Land dazu zwingen, sich ausschließlich auf seine eigene Landwirtschaft zu verlassen. In China ist das bewässerte Land stark in der Nordchinesischen Tiefebene konzentriert, und die Projektionen deuten auf einen stetigen Rückgang in allen Szenarien hin, während das Land wassersparende Technologien einführt und seine Bevölkerung stabilisiert. Die Vereinigten Staaten zeigen ein moderateres Muster, wobei ihre riesigen, mechanisierten Landwirtschaftssysteme relativ stabil bleiben, wenngleich auch sie sensibel auf die wirtschaftlichen Bedingungen des globalen Handels reagieren.

Die Studie unterstreicht, dass die Zukunft unserer Ernährungssysteme nicht allein durch die Betrachtung von Bevölkerungszahlen verstanden werden kann. Es ist eine Geschichte von Wirtschaft und Infrastruktur ebenso sehr wie von Biologie. Die Arbeit der Forscher liefert ein klareres, realistischeres Bild davon, wie das Ackerland der Welt im 22. Jahrhundert aussehen könnte, indem sie über einfache Vermutungen über den Bedarf hinausgeht und zu einem fundierten Verständnis dessen gelangt, was tatsächlich machbar ist. Indem sie diese potenziellen Zukünfte mit solcher Präzision kartieren, bietet die Studie ein wichtiges Werkzeug für Wissenschaftler und politische Entscheidungsträger, die versuchen, sich auf ein sich änderndes Klima und eine wachsende Bevölkerung vorzubereiten. Sie legt nahe, dass sich zwar die Gesamtmenge des bewässerten Landes ändern kann, die Kernregionen, die die Welt ernähren, jedoch bemerkenswert beständig bleiben werden, verankert durch die historischen Muster menschlicher Investitionen in das Land. Dieser neue Datensatz, der der weltweiten wissenschaftlichen Gemeinschaft zur Verfügung steht, wird dazu beitragen, Modelle des Erdklimas, der Wasserkreisläufe und der Ernährungssicherheit zu verbessern und sicherzustellen, dass unsere Vorhersagen für die Zukunft auf einer Grundlage der Realität und nicht nur der Theorie beruhen.