Bridging the Climate Adaptation Gap in Agriculture: Stakeholders’ Perceptions, Hydrological Impact Models and Effective Solutions

Abstract

Human-induced climate change has increased the Earth’s temperature by approximately 1°C. This shift in global temperatures has caused extensive damage to nature and society and it will continue to do so in the upcoming decades as temperatures are projected to further increase. In Europe, drought events have increased in frequency, intensity, and duration, leading to increased pressure on water resources and agriculture. This is particularly alarming, as agriculture is fundamental to global food security. Agriculture and water are closely related and climate change has turned water management into an even more complicated issue. Therefore, future water management has to be addressed with climate change adaptation. Climate change adaptation, however, is a highly challenging process. Stakeholders and decision makers might lack adequate climate risk perceptions, thus underestimating the need to implement adaptation measures. Additionally, adaptation plans might be missing, deficient, or could propose the implementation of measures with low impact or negative impact; the last is known as maladaptation. Therefore, climate change adaptation requires a careful planning. The objective of this research is to explore ways to improve and support the climate change adaptation process for the agricultural sector. To achieve that, this dissertation seeks to present evidence of the effectiveness of four different adaptation measures in the agricultural sector to adapt to on-going and future climate change and particularly to improve water management practices. This study started by engaging relevant stakeholders in a qualitative modelling process with the purpose of understanding their climate risk perceptions and document their actions and adaptation plans. Following which, a quantitative system dynamics model was developed and calibrated to test the effectiveness of the adaptation plans on two study regions in Europe. The research took place in two highly similar agricultural regions, North East Lower Saxony in Germany and Seewinkel in Austria. The results of this study are intended to support stakeholders to implement climate change adaptation through science-based decision-making. The results of the qualitative section of this study show that stakeholders are aware of adaptation measures they could implement, however, there are two main factors delaying adaptation. First, their climate risk perceptions are low and second, the implementation of adaptation requires substantial initial investments, which farmers are not ready to pay for. The results of the quantitative section of this study show that the adaptation measure with the most benefits is to change crops, followed by increasing irrigation efficiency, humification and lastly artificial aquifer recharge. The results also showed that adapting agriculture to climate change has numerous additional benefits such as preservation of the local water resources, reduction of costs, reduction of energy demand and reduction of indirect GHG emissions.

Der vom Menschen verursachte Klimawandel hat die Temperatur der Erde um etwa 1°C erhöht. Diese geringe Verschiebung der globalen Temperaturen hat der Natur und der Gesellschaft großen Schaden zugefügt und wird dies auch in den kommenden Jahrzehnten tun. In Europa haben Dürreereignisse an Häufigkeit, Intensität und Dauer zugenommen, was zu einem erhöhten Druck auf die Wasserressourcen und die Landwirtschaft führt. Dies ist besonders besorgniserregend, da die Landwirtschaft für die weltweite Ernährungssicherheit von grundlegender Bedeutung ist. Aufgrund der engen Beziehung zwischen Landwirtschaft und Wasser und da der Klimawandel die Wasserbewirtschaftung zu einem noch komplizierteren Thema gemacht hat, muss die künftige Wasserbewirtschaftung mit einer Anpassung an den Klimawandel einhergehen. Die Anpassung an den Klimawandel ist jedoch ein äußerst schwieriger Prozess. Interessenvertreter und Entscheidungsträger nehmen das Klimarisiko möglicherweise nicht ausreichend wahr und unterschätzen daher die Notwendigkeit von Anpassungsmaßnahmen. Darüber hinaus können Anpassungspläne fehlen, unzureichend sein oder die Umsetzung von Maßnahmen mit geringer oder negativer Wirkung empfehlen; letzteres wird als Fehlanpassung bezeichnet. Daher sollte die Anpassung an den Klimawandel nicht ohne eine sorgfältige Planung durchgeführt werden. Ziel dieser Forschungsarbeit ist es, Möglichkeiten zur Verbesserung und Unterstützung des Anpassungsprozesses an den Klimawandel in der Landwirtschaft zu erforschen. Um dies zu erreichen, soll in dieser Dissertation die Wirksamkeit von vier verschiedenen Anpassungsmaßnahmen im Agrarsektor nachgewiesen und der Wasserbedarf gesenkt werden. Die Studie begann mit der Befragung von Interessengruppen in einem qualitativen Modellierungsprozess, um deren Wahrnehmung von Klimarisiken zu verstehen und ihre Anpassungspläne zu dokumentieren. Anschließend wurde ein quantitatives Modell entwickelt und kalibriert, um die Wirksamkeit der Anpassungspläne in zwei Studienregionen in Europa zu testen. Die Studie besteht aus drei Kapiteln, die den Prozess der Einbeziehung der Interessengruppen, die Modellentwicklung und die Umsetzung des Modells abdecken. Die Studie wurde in zwei sehr ähnlichen landwirtschaftlichen Regionen durchgeführt: Nordostniedersachsen in Deutschland und Seewinkel in Österreich. Die Ergebnisse dieser Studie sollen den Interessengruppen zur Verfügung gestellt werden, um die Anpassung an den Klimawandel durch wissenschaftlich fundierte Entscheidungen zu unterstützen. Die Ergebnisse des qualitativen Teils dieser Studie zeigen, dass sich die Akteure der Anpassungsmaßnahmen bewusst sind, die sie umsetzen könnten, es jedoch zwei Hauptfaktoren gibt, die die Anpassung verzögern. Erstens ist ihre Wahrnehmung des Klimarisikos gering und zweitens erfordert die Umsetzung von Anpassungsmaßnahmen erhebliche Anfangsinvestitionen, die die Landwirte nicht bereit sind zu zahlen. Die Ergebnisse des quantitativen Teils dieser Studie zeigen, dass die Anpassungsmaßnahme mit dem größten Nutzen die Umstellung von Kulturen ist, gefolgt von der Steigerung der Bewässerungseffizienz, der Humifizierung und schließlich der künstlichen Anreicherung von Grundwasser. Die Ergebnisse zeigen auch, dass die Anpassung der Landwirtschaft an den Klimawandel zahlreiche zusätzliche Vorteile hat, wie z. B. den Erhalt der lokalen Wasserressourcen, die Senkung der Kosten, die Verringerung des Energiebedarfs und die Reduzierung der indirekten Treibhausgasemissionen.