====== Water use and productivity of Cannabis sativa L., KwaZulu-Natal Midlands, South Africa ====== **Authors:** Denton GM, Clulow A, Hill TR, Gokool S, Kunz R **Year:** 2025 **DOI:** [[https://doi.org/10.1186/s42238-025-00325-4|10.1186/s42238-025-00325-4]] **Source:** [[https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC12398160/|PMC12398160]] **Tags:** cannabis, non-medical, environmental ===== Stand: 2026-05-28 ===== ===== Hintergrund ===== Südafrika steht vor einer akuten Wasserkrise. Die Landwirtschaft verbraucht 66 % der verfügbaren Wasserressourcen (DWS, 2021). Der National Water Act (No. 36 von 1998) schreibt vor, dass flächenbasierte Aktivitäten mit signifikantem Wasserverbrauch als **Streamflow Reduction Activities (SFRA)** reguliert werden müssen – doch bislang fehlten belastbare Felddaten für ''Cannabis sativa'' L. als mögliche SFRA. Obwohl Hanf international als wasserintensive Pflanze gilt, gab es vor dieser Studie **keine einzige peer-reviewte Publikation mit direkten Evapotranspirations(ET)-Messungen von Hanf in Südafrika**, und international nur wenige Studien mit indirekten Methoden. **Ziele der Studie:** * Erste direkte ET-Messungen von Hanf in Südafrika mittels Eddy-Covariance-System * Bestimmung des Crop Coefficient (Kc) nach FAO-56 * Berechnung der Wasserproduktivität (kg Blüte pro m³ Wasser) * Bewertung, ob bewässerter Hanf als SFRA eingestuft werden muss ===== Methodik ===== ==== Standort & Versuchsaufbau ==== * Standort: 29°31'37" S, 30°28'03" E – kommerzieller Farmbetrieb nahe Pietermaritzburg, KwaZulu-Natal, Südafrika * Fläche: 7 Hektar, aufgeteilt in drei Felder (Nord, Ost, Süd) * Pflanzdichte: **2.000 Pflanzen/ha** – sehr geringe Dichte (2 m × 2,5 m Reihenabstand), gewählt zur Vermeidung von Krankheitsausbreitung aus früheren Saisons * Sorten: * Nord/Ost: ''Cherry Blossom'' (Klone) * Süd: ''Charlotte's Angel'' (Sämlinge, feminisiert) * Pflanzung: Ende November 2022 (Vorkultivierung im Gewächshaus) * Ernte: April 2023 * Bewässerung: Drip-Irrigation (Tropfschlauch, 5 cm vom Stamm), Fertigation über Bewässerungsleitungen * Management: Topping (Kappung des Apex) ab 1 m Höhe zur Förderung der Verzweigung und Blütenbildung im Südfeld * Jede 5. Reihe als unbepflanzter Fahrweg gelassen ==== Messsysteme ==== Das Kernstück war ein **Eddy-Covariance (EC)-System** (EC150 EasyFlux, Campbell Scientific), installiert auf einem Gittermast im Südfeld: ^ Instrument ^ Messgröße ^ Hersteller ^ | EC150 CO₂/H₂O Open-Path Gas Analyser | CO₂-/H₂O-Fluss | Campbell Scientific | | CSAT3A 3D-Sonic Anemometer | Turbulenz, Windvektor | Campbell Scientific | | CNR4 Net Radiometer | Netto-Strahlung (kurz-/langwellig) | Kipp & Zonen | | HC2S3 Temp./Feuchte-Sensor | Temperatur, rel. Feuchte | Campbell Scientific | | TE525 Tipping Bucket Regenmesser | Niederschlag | Texas Instruments | | CS616 Water Content Reflectometer | Bodenfeuchte (VWC) | Campbell Scientific | | HFP01 Soil Heat Flux Plate | Bodenwärmestrom | Hukseflux | | FW1 Fine Wire Thermocouple | Hochfrequente Lufttemperatur | Campbell Scientific | | TCAV Thermoelemente | Mittlere Bodentemperatur | Campbell Scientific | | LAI-2200C Plant Canopy Analyzer | Blattflächenindex (LAI) | Licor | **Messkonfiguration:** * EC-System auf 2 m über Kronendach, Fetch ≥ 100 m in Hauptwindrichtung * Abtastrate: 10 Hz, gemittelt auf 30-Minuten-Intervalle * Standard-Koordinatenrotation und Korrekturen (Campbell Scientific, 2018) * Bodenfeuchte in 5, 12, 25 und 45 cm Tiefe * Mikrometeorologische Daten aller 5 s (langsame Sequenz) * Niederschlagsdaten: 3-wöchige Lücke durch eine 16 km entfernte Station ergänzt (R² = 0,82) * Referenz-ET₀ nach FAO-56 Penman-Monteith berechnet * Messzeitraum: **7. Dezember 2022 – 15. April 2023** ===== Ergebnisse ===== ==== Evapotranspiration (ET) ==== ^ Parameter ^ Wert ^ | Saisonale ET gesamt | **377 mm** | | Durchschnittlicher Tages-ET | **2,94 mm/Tag** (bzw. 28,4 L/Pflanze) | | Kumulierte Niederschläge (Saison) | 139 mm | | Bewässerungsmenge | kumuliert 450 mm (berechnet aus ET+Abfluss) | | Mittlere Lufttemperatur | 20,6 °C (max 36,7 °C, min 5,3 °C) | **Tagesgang:** Typisch war ein Anstieg der ET ab Sonnenaufgang mit einem Maximum zwischen 11:00 und 14:00 Uhr (Spitzenwerte bis 4,5–5 mm/Tag). Die geringe Pflanzdichte (2000 Pfl./ha) führte zu einem hohen Anteil an Bodenverdunstung (E) im Verhältnis zur Transpiration (T), was die relativ hohe ET pro Fläche mit erklärt. ==== Crop Coefficient (Kc) ==== * Mittlerer Kc über die Saison: **0,74** (Spanne 0,73–0,77) * Kc-Verlauf: Anstieg von ~0,6 (Jungpflanzenstadium) auf ~0,9 (maximale vegetative Entwicklung), Abfall auf ~0,6 in der späten Blütephase * Im Vergleich: Literatur-Kc für Hanf (FAO-56 standard): Keine Angabe – Pereira et al. (2021) fanden in ihrem Review **keine einzige Kc-Publikation für Hanf** ==== Wasserproduktivität ==== ^ Parameter ^ Wert ^ | Blütenertrag | k. A. (geschätzt auf Basis Pflanzenzahl) | | Wasserproduktivität | **0,96 kg Frischblüte / m³ Wasser** | | Wasserproduktivität (Trockenmasse) | Im Vergleich internationaler Studien: niedriger | **Einordnung der Wasserproduktivität:** * Internationale Hanf-Studien berichten 1,0–3,8 kg/m³ (Schnitt-/Faserhanf) * Die niedrige Produktivität in dieser Studie wird auf die **sehr geringe Pflanzdichte** (2000 vs. üblich 20.000–60.000 Pfl./ha bei Faserhanf) zurückgeführt * Ein hoher Anteil der ET geht auf Bodenverdunstung zurück, da der Boden zwischen den Reihen lange unbeschattet blieb ==== Bodenfeuchte & Pflanzenparameter ==== * Der volumentrische Wassergehalt (VWC) in 5 cm Tiefe schwankte zwischen 0,1 und 0,38 m³/m³ * In 45 cm Tiefe: relativ konstant ~0,25–0,30 m³/m³ – kein Wasserstress feststellbar * LAI (Blattflächenindex): 0,5 (Jan.) → 3,5 (Feb.) → Rückgang auf ~1,5 (April) * Pflanzenhöhe: bis ca. 1,8 m (Südfeld, durch Topping begrenzt) ===== Bedeutung & Implikationen ===== ==== Für die Wasserwirtschaft (SFRA) ==== Die südafrikanische Regierung benötigt ET-Daten, um zu entscheiden, ob Hanf als **Streamflow Reduction Activity** eingestuft wird. Mit einer saisonalen ET von 377 mm liegt Hanf in einer Größenordnung, die eine Prüfung als SFRA rechtfertigt – vergleichbar mit Eukalyptus-Plantagen, aber niedriger als Zuckerrohr. **Wichtig:** Die gemessene ET von 377 mm ist niedriger als viele vorherige Annahmen (bis zu 700 mm), allerdings bei sehr geringer Pflanzdichte. Bei höheren Pflanzdichten (20.000+ Pfl./ha) wäre mit deutlich höherer ET zu rechnen. Die Einstufung als SFRA hängt daher stark von der Anbaumethode ab. ==== Für Anbauer & Bewässerungsmanagement ==== * Tropfbewässerung ist essentiell für wassereffizienten Hanfanbau in Südafrika * Höhere Pflanzdichten verbessern die Wasserproduktivität durch reduzierte Bodenverdunstung * Die Kc-Werte (0,73–0,77) können als Grundlage für präzise Bewässerungsplanung nach FAO-56 dienen * Für kleine »Emerging Farmers« im ländlichen KwaZulu-Natal ist die Wirtschaftlichkeit bei diesem Wasserverbrauch kritisch zu prüfen ==== Wissenschaftliche Einordnung ==== Dies ist die **erste Studie weltweit**, die Hanf-ET mittels Eddy-Covariance gemessen hat – dem Goldstandard der ET-Messung. Bisherige Studien nutzten indirekte Methoden (Class-A-Pan, Sap-Flow, Fernerkundung), deren Validierung oft fehlte. **Methodische Stärken:** * Direkte, nicht-invasive Messung bei hoher zeitlicher Auflösung * Berücksichtigung aller ET-Komponenten (E + T) * Validierte Korrekturverfahren **Limitationen:** * Nur eine Saison an einem Standort * Geringe Pflanzdichte (2000 Pfl./ha) – nicht repräsentativ für kommerzielle Hanfproduktion * Nur ein Feld mit EC-Messung (keine Replikation) * Drei Wochen Niederschlagsdaten extern ergänzt ===== Zitierte Referenzen ===== * Allen RG et al. (1998) – FAO-56: Crop Evapotranspiration. FAO Irrigation and Drainage Paper No. 56 * Bajić et al. (2022) – Hemp ET measurements in Serbia (Class-A Pan) * Cosentino et al. (2013) – Hemp ET in semi-arid Mediterranean climate: 320 mm * Pereira et al. (2021) – Updated FAO-56 crop coefficients review – keine Kc für Hanf * Thevs & Aliev (2022) – Hemp transpiration in Kazakhstan: 353 mm (Sap-Flow) * Thevs & Nowotny (2023) – Hemp ET in Germany: 343 mm (S-SEBI remote sensing, 4 Jahre) ===== Quellen ===== * [[https://doi.org/10.1186/s42238-025-00325-4|Denton GM et al. (2025) – Water use and productivity of Cannabis sativa L. – Journal of Cannabis Research]] * [[https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC12398160/|PMC: Volltext (Open Access)]] * [[https://www.gov.za/documents/national-water-act|South African National Water Act (No. 36 of 1998)]] * [[https://doi.org/10.1016/j.agwat.2020.106466|Pereira et al. (2021) – Standard single and basal crop coefficients for field crops. Updates and advances to the FAO56 crop water requirements method – Agricultural Water Management]] ===== Verwandte Artikel ===== * [[cannabis:anbau:bewaesserung|Bewässerungsstrategien im Cannabisanbau]] * [[cannabis:anbau:outdoor|Outdoor-Anbau – Klima & Standortwahl]] * [[cannabis:anbau:naehrstoffe|Nährstoffmanagement & Düngung]] * [[cannabis:grundlagen|Cannabis-Grundlagen: Taxonomie & Biologie]] ---- **Lizenz:** CC BY-NC-SA 4.0 | **Quelle:** Open-Access-Publikation (Journal of Cannabis Research)