„Die Landwirtschaft ist mit Abstand der wichtigste Verbraucher des verfügbaren Süßwassers. 70 % der Entnahme des „blauen Wassers” aus Wasserläufen und Grundwasser gehen auf ihr Konto, dreimal mehr als noch vor 50 Jahren“, heißt es im Weltagrarbericht (Quelle: www.weltagrarbericht.de). Die Weltbevölkerung wächst stetig weiter, und bis zum Jahr 2050 gehen die Vereinten Nationen von einem Anstieg auf insgesamt rund 9,2 Milliarden Menschen aus. Im weltweiten Maßstab rechnen Experten deshalb damit, dass auch der Wasserverbrauch in der Landwirtschaft bis zum Jahr 2050 nochmals um ein weiteres Fünftel ansteigen wird. Schon heute werden weltweit gut 40 Prozent aller Lebensmittel auf künstlich bewässerten Flächen angebaut – und damit wächst auch die Konkurrenz um den Zugang zu Wasser.

Trotz der im Durchschnitt sehr guten Wasserversorgung durch Niederschläge in Deutschland hat nicht zuletzt der Sommer 2018 gezeigt, dass Wasser auch hier in einigen Regionen während der Vegetationsperiode in Zukunft zu einem knappen Gut werden kann. Gleichzeitig wird es voraussichtlich immer häufiger zu Starkregen kommen. Dieser füllt den Bodenwasservorrat aber kaum auf, da die Wassermassen bei solchen intensiven Niederschlägen schneller oberirdisch ablaufen als sie versickern können.

Die Pflanzen nehmen Wasser und die darin gelösten Nährstoffe über die Wurzeln im Boden auf, transportieren sie an die Orte der Assimilation und von dort die gebildeten Assimilate unter anderem in Speicherorgane wie Wurzelknollen und Samen. Gleichzeitig wird ein Teil des aufgenommenen Wassers bei der sogenannten Transpiration über die Spaltöffnungen in den Blättern, die Stomata, wieder abgegeben. Über die Öffnung der Stomata regulieren Pflanzen, wie viel CO₂ sie für die Photosynthese aufnehmen und wie viel Wasserdampf sie abgeben.

Wenn beispielsweise während der Mittagshitze nicht genügend Wasser zur Verfügung steht, können Pflanzen die Stomata schließen und damit ihren Wasserverlust senken. Dabei nehmen sie gleichzeitig aber auch weniger CO₂ aus der Umgebung auf und geben entsprechend weniger Sauerstoff an die Umgebung ab. In der Folge sinken in dieser Zeit die Photosyntheseleistung und das Wachstum.

Für die Wissenschaft sind deshalb verschiedene Fragen interessant: Wie lässt sich beispielsweise die Effizienz von Wassernutzung und Assimilation auch bei Trockenstress steigern? Lässt sich die höhere Effizienz von C4-Pflanzen wie Mais für C3-Pflanzen wie die anderen Getreidearten nutzbar machen? Kann bei den hier üblichen Ackerkulturen ein dauerhafter Wassersparmodus aktiviert werden, der einerseits immer noch ein ausreichendes Wachstum erlaubt, andererseits aber Feuchtigkeit im Boden bewahrt, die später bei Trockenheit für Wachstum und Überleben der Kulturen nutzbar wäre?

Der Einfluss der Landwirtschaft auf die Wasserqualität steht immer wieder in der gesellschaftlichen Diskussion. Auch wenn dabei viele außerlandwirtschaftliche Quellen und Eintragspfade beispielsweise von Nährstoffen in ober- und unterirdische Wasserkörper über Kläranlagen etc. außer Acht bleiben, werden die Landwirte bei ihrer Bewirtschaftung einen noch stärkeren Fokus auf die Wasserqualität legen müssen.

Eine entscheidende Frage lautet dabei, welche Nährstoffmenge für einen guten Ertrag und die erforderliche Qualität – etwa die Backqualität bei Brotweizen – erforderlich ist und wie diese Nährstoffe möglichst effizient zugeführt und von den Pflanzen verwertet werden können. Auch für die Züchter resultiert daraus eine große Herausforderung: Die Pflanzen sollen nach Möglichkeit mit weniger Input den gleichen Output erzielen. Damit ist neben der Wassereffizienz der Kulturpflanzen auch ihre Nährstoffeffizienz zu einem wichtigen Ansatzpunkt in der Züchtung geworden. Dabei kommt den Wurzeln und ihrer räumlichen Verteilung im Boden eine besondere Rolle zu. Aber auch der gesamte Stoffwechsel der Pflanzen bietet Ansatzpunkte dafür, die Aufnahme von Wasser und Nährstoffen, ihren innerpflanzlichen Transport und die Assimilation effizienter zu machen. Die Züchtung von trockentoleranten oder stickstoffeffizienten neuen Pflanzensorten ist hier ein Beispiel.