Der Sommer war zu heiss und zu trocken. Da solche Wetterextreme in Zukunft wahrscheinlich zunehmen werden, ist die Anpassung der Landwirtschaft an den Klimawandel von entscheidender Bedeutung. Die Züchtung von resistenterer Anbaukulturen spielt dabei eine wichtige Rolle. Für Pflanzenzüchter ist es also wichtig zu wissen, ob Pflanzen anfälliger für Hitze oder für Dürren sind.
«Zu verstehen, ob das grösste Risiko für die Pflanzenproduktion unter dem Klimawandel durch Dürre oder Hitzestress entsteht, kann Landwirten und Züchtern bei der Auswahl der richtigen Sorten und der Betriebsführung helfen», sagt Dr. Heidi Webber. Die Agrarwissenschaftlerin hat zusammen mit einem internationalen Forschungsteam am Leibniz-Zentrum für Agrarlandschaftsforschung (ZALF) Mais und Weizen auf ihre Hitzeresistent getestet.
Ertragsrückgang beim Mais, Ertragszunahme beim Winterweizen
Für die Studie untersuchte das Forschungsteam die Erträge von Körnermais und Winterweizen in der europäischen Landwirtschaft. Anhand von zehn Modellen wurde unter anderem untersucht, zu welchem Anteil sich Ertragsausfälle durch Hitze bzw. Dürre erklären lassen. Anhand der nationalen und regionalen Statistiken (NUTSII) zwischen 1984 und 2009 überprüfte das Team, ob die Modelle vergangene Ertragsschwankungen reproduzieren können. Danach prognostizierten sie anhand der Modelle die Erträge von Körnermais und Winterweizen unter dem Einfluss des Klimawandels bis 2055. Bei gleichbleibenden Pflanzensorten und Aussaatterminen deuten die Ergebnisse darauf hin, dass die Erträge von Körnermais zurückgehen, während die von Winterweizen steigen.
Erhöhtes CO2 bringt bei extremer Trockenheit keinen Nutzen
Diese Prognose war nicht verwunderlich, da zusätzliches CO2 in der Atmosphäre Winterweizen mehr begünstigt als Mais. Es wurde aber angenommen, dass ein Anstieg von CO2 in der Atmosphäre Mais dürreresistenter werden lässt. Die Studie deutet jedoch darauf hin, dass in extrem trockenen Jahren erhöhtes CO2 keinen Nutzen bei Dürreausfällen bringen wird. Eine Anpassung an den Klimawandel, sei es durch Züchtung, zunehmende Bewässerung, Umstellung auf neue Kulturen oder Versicherung gegen Verluste, ist daher von entscheidender Bedeutung. Die Erkenntnis, dass Dürre das grösste Risiko für Ackerkulturen darstellt, kann Landwirten und politischen Entscheidungsträgern bei der Auswahl der Optionen helfen. Hier sieht Webber den besonderen Mehrwert der neuen Erkenntnisse.
Hitze beeinflussen Pflanzenwachstum
In einem neuen Forschungsansatz berücksichtigten Webber und ihr Team aktuelle Erkenntnisse aus der pflanzenphysiologischen Forschung. So kann erstmals für den grossflächigen Pflanzenbau gezeigt werden, wie genau Hitze zu Ertragseinbussen führt. Wärmere Temperaturen beeinflussen das Pflanzenwachstum auf drei verschiedene Arten. Das schnelle Wachstum in heissen Jahren lässt die Pflanzen reifen, ohne soviel Strahlung empfangen zu haben wie in kühleren Jahren. Somit bleibt weniger Zeit für den Aufbau von Biomasse. Hohe Temperaturen können auch wichtige Fortpflanzungsfunktionen von Blüten und Samen stören, was zu einer starken Verringerung der Getreideernte führt. Die dritte und in diesem Fall entscheidende Möglichkeit ist die hohe Verdunstungsrate, die an heissen Tagen auftritt und bei unzureichenden Niederschlägen und fehlender Bewässerung zu Trockenstress führen kann.
«Wasserstress» bei Züchtung beachten
«Frühere Studien für Europa, die zeigten, dass hohe Temperaturen den Grossteil der Ertragsausfälle erklären, haben nicht berücksichtigt, dass Wasserstress ein wichtiges Ergebnis heisser Tage ist», sagte Webber. Prof. Frank Ewert, ergänzt: «Eine weitere grosse Leistung dieser Studie ist es, Unsicherheiten bei der Abschätzung von Dürre und Hitzestressereignissen mehrerer Modelle zu berücksichtigen, die durch führende Modellierungsgruppen in Europa und international berechnet wurden.»
Pflanzen reagieren unterschiedlich auf Hitze und Trockenheit
Wenn Dr. Webber das Vorgehen erklärt, ist ihr bewusst, wie widersprüchlich es zunächst wirken kann: «Wenn es eine Hitzewelle auf den Feldern gibt, ist es fast immer auch zu trocken. Es erscheint also unlogisch, hier zwei separate Probleme zu betrachten.» Das Problem ist, dass sich die Schutzmechanismen von Pflanzen gegen Trockenstress stark von denen gegen Überhitzung unterscheiden. Sie können sich sogar gegenseitig ausschliessen und sind im Feldversuch schwer zu kontrollieren. Wenn Pflanzen sich vor Trockenheit schützen, indem sie weniger Wasser verdunsten lassen, leiten sie kein kühlendes Wasser mehr aus dem Boden in ihre Blüten und Blätter. Sie werden heisser, was wiederum zu Hitzeschäden führen kann. Deshalb ist es so wichtig, die richtige Entscheidung zu treffen, woran die Pflanzen angepasst werden müssen. Neue Modellierungs- und experimentelle Ansätze können kombiniert werden, um zu erklären, welche Optionen wahrscheinlich am resistentesten sind.
Die ganze Studie zu Dürre und Hitzeanfälligkeit bei Mais und Weizen finden Sie hier.
