Pflanzenproduktion mit Wasserwiederverwendung

Lang anhal­tende Trock­en­heit und Hitzereko­rde set­zen der Land­wirtschaft immer stärk­er zu. Auch in Deutsch­land gefährden Dür­ren inzwis­chen eine ertra­gre­iche Ernte. Ins­beson­dere für wasser­arme Regio­nen und aus­gewählte Pflanzen bietet sich ein Anbausys­tem mit ein­er neuar­ti­gen Bewässerung­stech­nolo­gie mit auf­bere­it­etem Abwass­er an. Ergeb­nisse und konkrete Empfehlun­gen für die Prax­is zu dieser alter­na­tiv­en land­wirtschaftlichen Anbau­form mit Wasser­recy­cling liegen nun vor.

Ist es möglich, den hohen Wasserver­brauch in der land­wirtschaftichen Pflanzen­pro­duk­tion durch den Ein­satz von recycel­tem Abwass­er zu min­imieren? Und lassen sich gle­ichzeit­ig wertvolle Nährstoffe aus dem Abwass­er im Anbauprozess recyceln und für die Pro­duk­tion ver­schieden­er Gemüs­esorten und Zierpflanzen nutzen? In dem vom Bun­desmin­is­teri­um für Bil­dung und Forschung (BMBF) geförderten Forschung­spro­jekt HypoWave haben Wissenschaftler*innen einen Weg gefun­den, diese bei­den Ziele miteinan­der zu vere­inen. In einem Gewächshaus hat das inter­diszi­plinäre Team Salatpflanzen in Pflanzge­fäßen ohne Ver­wen­dung von Erde ange­baut. In diesem soge­nan­nten hydro­ponis­chen Ver­fahren wer­den die Pflanzen über eine Nährlö­sung ver­sorgt. Im Ver­gle­ich zum herkömm­lichen Anbau ver­sick­ert kein Wass­er im Boden und es ver­dun­stet deut­lich weniger. Die Beson­der­heit: Erst­mals wird für diesen hydro­ponis­chen Pflanzen­bau auf­bere­it­etes Abwass­er ver­wen­det. Es stammt aus der benach­barten Kläran­lage und wird über ein mehrstu­figes Ver­fahren behan­delt und hygien­isiert. Gle­ichzeit­ig wer­den aus dem Abwass­er Nährstoffe gewon­nen, die für ein gesun­des Pflanzenwach­s­tum notwendig sind. Diese kön­nen – wie das Bewässerungswass­er selb­st – im Kreis­lauf geführt werden.

Win-win-Situation für Landwirtschaft und Abwasserbetriebe

„Das Beson­dere am boden­losen hydro­ponis­chen Pflanzen­bau in unser­er Pilotan­lage ist, dass wir das ohne­hin wassers­parende Ver­fahren durch den Ein­satz von speziell auf­bere­it­etem Abwass­er erfol­gre­ich opti­mieren kon­nten“, sagt Pro­jek­tleit­er Thomas Dock­horn von der Tech­nis­chen Uni­ver­sität Braun­schweig. Mit der Ver­wen­dung des gere­inigten Abwassers könne nicht nur eine bis­lang ungenutzte Wasserquelle erschlossen wer­den. Die Pflanzen eigneten sich im HypoWave-Konzept auch für die weit­erge­hende Abwasser­reini­gung, weil sie Stick­stoff und Phos­phor aufnehmen. Dadurch werde ein opti­males Pflanzenwach­s­tum bei guter Nährstof­fver­sorgung erzielt und gle­ichzeit­ig das Wass­er durch diesen Nährstof­fentzug gere­inigt. „Das Pilot­pro­jekt auf dem Gelände der Kläran­lage Hat­torf bei Wolfs­burg hat uns gezeigt, dass das HypoWave-Ver­fahren auf­grund sein­er Nach­haltigkeit und Ressourcenef­fizienz eine Win-win-Sit­u­a­tion für Land­wirtschaft und Abwasser­entsorg­er bedeuten kann“, sagt Dockhorn.

Regionale Lebensmittelerzeugung trotz Wasserknappheit

Das HypoWave-Ver­fahren bietet sich vor allem für den Anbau von Gemüs­esorten wie Gurken, Tomat­en, Papri­ka oder Salat an. Ein möglich­er Ein­sat­zort in Deutsch­land sind ländliche Gegen­den mit regionaler Wasserk­nap­pheit und Kläran­la­gen ohne nen­nenswerte indus­trielle Ein­leitung. Hier kann das Ver­fahren zu ein­er ganzjähri­gen regionalen Gemüse­pro­duk­tion beitra­gen. Es ist aber auch für den Anbau in Regio­nen, die wie Spanien oder Por­tu­gal chro­nisch von Wasser­man­gel betrof­fen sind, inter­es­sant. „Für die Umset­zung des HypoWave-Ver­fahrens sind jet­zt land­wirtschaftliche Betriebe mit Inno­va­tion­sin­ter­esse gefragt“, sagt Pro­jek­tko­or­di­na­torin Mar­ti­na Winker vom ISOE – Insti­tut für sozial-ökol­o­gis­che Forschung. Möglichkeit­en für den Ein­stieg in diese nach­haltige Pflanzen­pro­duk­tion böten sich in Deutsch­land immer wieder, da Kläran­la­gen ohne­hin umstruk­turi­erten – etwa, weil sie die vierte Reini­gungsstufe ein­führen oder aus anderen Grün­den einen Umbau ihrer Wasser­in­fra­struk­tur vornehmen müssen. „Hier öff­nen sich Gele­gen­heits­fen­ster für Koop­er­a­tio­nen zwis­chen Land­wirten und Abwasserbetrieben.“

Risikomanagement für erfolgreichen Anbau

Die wichtig­ste Voraus­set­zung für einen erfol­gre­ichen Anbau und eine ertra­gre­iche Ernte sei ein umfassendes Risiko­man­age­ment. „Land­wirten stellt sich die Frage, ob ein Risiko mit dem Anbau ver­bun­den ist“, beobachtet Thomas Dock­horn. „Deshalb empfehlen wir schon bei der Wahl der Kläran­lage, darauf zu acht­en, dass es sich um kom­mu­nales Abwass­er ohne größere indus­trielle Ein­leitung han­delt, damit keine prob­lema­tis­chen Schw­er­met­al­lkonzen­tra­tio­nen entste­hen.“ Zudem wurde die mikro­bi­ol­o­gis­che Qual­ität von Bewässerungswass­er und Pro­duk­ten im Pro­jekt unter­sucht. Dabei wurde deut­lich, dass keine erhöhte Belas­tung auf­grund der Herkun­ft des Wassers nachgewiesen wer­den kon­nte. Ins­ge­samt emp­fiehlt das Pro­jekt jedoch ein mehrstu­figes Risiko­man­age­ment, begin­nend bei Arbeit­shy­giene und Arbeitss­chutz über zusät­zliche Ele­mente wie eine UV-Bestrahlung des Bewässerungswassers bis hin zur strik­ten Tren­nung von Wass­er- und Pflanzensphäre.

Landschaftskonzept für nachhaltige Umsetzung des HypoWave-Verfahrens

Zwei weit­ere Nach­haltigkeit­saspek­te, die ganz grund­sät­zlich beim Anbau in Gewächshäusern beachtet wer­den soll­ten, wur­den im Pro­jekt unter­sucht: „Wir haben uns damit beschäftigt, dass die Pro­duk­tion im Gewächshaus das Land­schafts­bild stören kann, und dass die ‚Abschot­tung‘ von der Natur durch den Anbau unter Glas oder Folie Kon­se­quen­zen für Ökosys­teme haben kann“, sagt Mar­ti­na Winker. „Es ist deshalb wichtig, dass solche Sys­teme in land­schaftliche Gestal­tungskonzepte und entsprechende Aus­gle­ichs­maß­nah­men einge­bun­den wer­den.“ Im Pro­jekt wur­den deshalb auch Empfehlun­gen entwick­elt, wie das HypoWave-Konzept sowohl ästhetisch als auch mit Blick auf den Erhalt nach­haltiger Ökosys­tem­leis­tun­gen in die Land­schaft einge­bet­tet wer­den kann.