Rainfall structure and modelled surface drying in relation to crop response in degradation prone rainfed lands of eastern Sudan

In den trockenen, sonnenverbrannten Ebenen des östlichen Sudan hängt das Leben von einem einzigen, launischen Versprechen ab: dem Regen. Für Bauern, die Sorghum und Sesam ohne Bewässerung anbauen, ist die gesamte Regenmenge, die in einer Saison fällt, nur die halbe Wahrheit. Die andere Hälfte ist der Rhythmus. Eine Saison kann zwar genug Wasser liefern, um eine Ernte wachsen zu lassen, aber wenn dieses Wasser spät eintrifft, wochenlang ausbleibt oder alles in wenigen heftigen Stürmen ausschüttet, kann der Boden austrocknen, bevor die Pflanzen Fuß fassen können. Dies ist die verborgene Gefahr der Regenstruktur: Das Timing und die Kontinuität des Wassers sind ebenso wichtig wie das Volumen. Wenn der Rhythmus bricht, trocknet die oberste Bodenschicht aus, die Pflanzen haben Mühe, sich zu etablieren, und das Land wird anfälliger für Degradation. Das Verständnis dieses Musters ist entscheidend für Regionen, in denen der Boden bereits fragil ist und die Zukunft der Landwirtschaft vom Wetter abhängt.

Forscher in Sudan machten sich daran zu prüfen, ob sie diesen unsichtbaren Rhythmus kartieren könnten, um die Risiken für die Landwirte im Bundesstaat Gedaref besser zu verstehen. Sie untersuchten vier Jahrzehnte täglicher Regendaten von 1982 bis 2020, um zu sehen, wie sich das Wetter tatsächlich Tag für Tag verhielt, anstatt nur die saisonalen Gesamtsummen zu betrachten. Sie kombinierten dies mit Computermodellen darüber, wie feucht die obersten Zentimeter des Bodens blieben, sowie mit offiziellen Aufzeichnungen darüber, wie viel Land erfolgreich geerntet wurde. Ihr Ziel war es herauszufinden, ob die Art und Weise, wie der Regen über die Saison verteilt ist, erklären kann, warum einige Jahre für die Landwirte schwieriger waren als andere, selbst wenn die Gesamtniederschlagsmenge angemessen schien.

Das Team stellte fest, dass die Art und Weise, wie der Regen fällt, genauso wichtig ist wie die Menge, die fällt. Sie fanden heraus, dass sich Jahreszeiten mit der gleichen Gesamtniederschlagsmenge völlig unterschiedlich anfühlen können, je nachdem, wann der Regen begann, wie lange die Trockenperioden dauerten und ob das Wasser in Form eines stetigen Nieselregens oder in einigen schweren Schüben kam. Um dies zu erfassen, entwickelten sie ein neues Werkzeug, einen einzelnen Score, der vier verschiedene Aspekte des Regens kombiniert: wie viel im Vergleich zum Durchschnitt fehlte, wie viele aufeinanderfolgende Regentage während der Hauptwachstumsmonate auftraten, wie spät die Saison begann und wie viel des Regens an nur den fünf nassesten Tagen fiel. Sie nannten dies den Daily Rainfall-Structure Risk Index (Täglichen Niederschlagsstruktur-Risikoindex).

Als sie diesen neuen Score gegen Computermodelle des Bodens testeten, zeichnete sich ein klares Muster ab. In Jahren mit einer schlechten Regenstruktur – das heißt, wenn der Regen spät einsetzte, durch lange Trockenperioden unterbrochen wurde oder sich auf zu wenige Ereignisse konzentrierte – war die oberste Bodenschicht signifikant trockener. Das Modell zeigte, dass diese Jahre mit schlechtem Regenrhythmus zu einem wesentlich höheren Risiko führten, dass die Oberfläche austrocknet, was der erste Schritt in der Bodendegradation ist. Die Forscher merkten an, dass die Gesamtniederschlagsmenge zwar ein starker Prädiktor für die Bodenfeuchtigkeit ist, das Hinzufügen der Details des täglichen Rhythmus jedoch ein etwas schärferes Bild dessen lieferte, was mit dem Boden geschah, und half, Jahre zu identifizieren, in denen der Boden unter mehr Stress stand, als es die Gesamtniederschlagsmenge allein vermuten ließe.

Die Studie untersuchte auch, wie diese Wettermuster die tatsächlichen Ernten beeinflussten. Sie fanden eine starke Verbindung zwischen dem Regenrhythmus und dem Erfolg der Sorghum-Ernte. In Jahren mit einer schlechten Regenstruktur war der Anteil des gepflanzten Landes, das tatsächlich geerntet wurde, merklich niedriger. Dies deutet darauf hin, dass Landwirte bei unzuverlässigem Regen möglicherweise mehr von ihrer Anbaufläche verlieren, noch bevor die Pflanzen überhaupt eingebracht werden können. Der Zusammenhang mit dem endgültigen Ertrag – der Menge an Getreide pro Acre – war jedoch weniger eindeutig. Dies liegt wahrscheinlich daran, dass die endgültige Ernte von vielen anderen Faktoren abhängt, wie etwa Schädlingen, Arbeitskraft und Bewirtschaftung, welche den direkten Effekt des Regens verdecken können. Die Ergebnisse für Sesam waren noch unklarer, da diese Nutzpflanze von einer komplexen Mischung aus wirtschaftlichen und logistischen Faktoren beeinflusst wird, die durch die Regendaten allein nicht erklärt werden konnten.

Eine der aufschlussreichsten Erkenntnisse war, dass acht spezifische Jahre als „Komplexitätsrisiko-Jahre“ hervorstechen taten. In diesen Saisons war der Regen spät, die Trockenperioden waren lang, die Gesamtniederschlagsmenge war niedrig und der Regen konzentrierte sich auf nur wenige Ereignisse. In diesen schwierigen Jahren zeigte das Modell, dass der Boden signifikant trockener war, und die Aufzeichnungen zeigten, dass die Landwirte einen viel kleineren Teil ihres Sorghums ernteten. Dies bestätigt, dass es oft die Kombination mehrerer schlechter Wetterbedingungen, die gleichzeitig auftreten, ist, die die schwerste Belastung für das Land und die Kulturen schafft.

Die Forscher waren sorgfältig bei der Erwähnung der Grenzen ihrer Arbeit. Sie verwendeten Daten, die über den gesamten Bundesstaat gemittelt wurden, was die lokalen Extreme glättet, die ein einzelner Bauernhof erleben könnte. Ein Sturm könnte ein Feld durchnässen, während das nächste trocken bleibt – ein Detail, das landesweite Durchschnittswerte nicht erfassen können. Darüber hinaus stammen die Bodenfeuchtigkeitsdaten aus einem Computermodell, das auf denselben Niederschlagsdaten basiert, sodass der Zusammenhang zwischen Regen und Boden eher eine Konsistenzprüfung als eine direkte Messung des Bodens ist. Trotz dieser Einschränkungen bietet die Studie eine praktische Möglichkeit, das Wetter zu betrachten. Sie zeigt, dass für Landwirte in diesen Trockengebieten das Wissen über die Gesamtniederschlagsmenge nicht ausreicht; sie müssen den Rhythmus des Regens verstehen, um vorhersehen zu können, wann der Boden austrocknen könnte und wann die Kulturen unter Stress geraten könnten.

Diese Arbeit bietet eine neue Methode, um Risiken in der Trockenlandwirtschaft zu prüfen. Durch die Betrachtung der täglichen Struktur des Regens können Beamte und Landwirte Jahreszeiten identifizieren, die wahrscheinlich zu Oberflächenaustrocknung und Erntestress führen werden, selbst wenn die Gesamtniederschlagsmenge normal aussieht. Der neue Index dient als Warnsystem, das Jahre markiert, in denen das Regenmuster ungünstig ist. Er kann einem Landwirt zwar nicht genau sagen, wann er pflanzen oder wie er ein bestimmtes Feld bewirtschaften soll, aber er kann aufzeigen, welche Jahre eine genauere Beobachtung verdienen. In einer Region, in der das Land bereits anfällig für Degradation ist, stellt das Verständnis des Rhythmus des Regens einen wichtigen Schritt zum Schutz des Bodens und zur Sicherung der Ernte dar.