Klima

Kohlendioxid wird die Äcker verändern

Mitten in Deutschland gibt es einen Acker, der schon im Jahr 2050 angekommen ist. Dort simulieren Forscher, wie Nutzpflanzen auf den Anteil von Kohlendioxid reagieren werden, der dann in Mitteleuropa herrschen wird. Gerste, Zuckerrüben oder Weizen werden dann zwar mehr Ertrag abwerfen – aber in geringerer Qualität.

Foto: Johan Heinrich von Thünen- Institut in Braunschweig / vTI

Die Kohlendioxid-Konzentration in der Atmosphäre lag zu Beginn der industriellen Revolution bei 280 parts per million (ppm), also bei 0,028 Prozent. Heute liegt der CO 2 -Gehalt bei etwa 380 ppm und wird bis zur Mitte des Jahrhunderts auf 500 bis 550 ppm steigen.

Wie sich dies auf die Landwirtschaft auswirken wird, haben Experten des Instituts für Biodiversität am neu gegründeten Johann-Heinrich-von-Thünen-Institut (Bundesforschungsinstitut für Ländliche Räume, Wald und Fischerei, vTI) in Braunschweig in Freilandexperimenten untersucht.


Die Biologen um Professor Hans-Joachim Weigel haben auf einem bepflanzten Acker "Begasungsringe" mit 20 Meter Durchmesser installiert, in denen Kulturpflanzen über Düsen einer CO 2 -Konzentration von 550 ppm ausgesetzt waren. Von 1999 bis 2005 wurden diese Experimente mit einer regionaltypischen, dreigliedrigen Fruchtfolge von Wintergerste, Zuckerrübe und Winterweizen durchgeführt. Seit 2007 werden die Untersuchungen an Mais fortgesetzt. Das CO 2 -Szenario lässt sich also direkt im Feld unter weitestgehend realitätsnahen Bedingungen simulieren. Die Pflanzenbestände müssen nicht in Kammern wachsen, die die Ergebnisse verfremden würden.


"Die Ergebnisse der Experimente in den letzten Jahren waren eindeutig", berichtet Institutsleiter Professor Weigel. So wurden bei allen mit der erhöhten CO 2 -Konzentration begasten Kulturpflanzen Pflanzenwachstum und Ertrag positiv beeinflusst. "Im Schnitt hatten wir bei Winterweizen und -gerste eine Ertragszunahme von acht bis 15 Prozent, während die Ertragszunahme bei Zuckerrüben entgegen unseren Erwartungen nur etwa acht Prozent betrug."

"Ein eher positives Ergebnis"

Das Erstaunliche daran: Trotz der Zunahme im Pflanzenwachstum verdunsteten die Pflanzen weniger Wasser an die Atmosphäre. Wenn man also annimmt, dass die Niederschläge im Zuge der Klimaveränderung abnehmen, würde die erhöhte CO 2 -Konzentration den Folgen des Niederschlagsrückganges eher entgegenwirken. "Das wäre für unsere Breiten sicherlich ein eher positives Ergebnis", sagt Institutsmitarbeiter Martin Erbs. Die nördlichen Anbaugebiete werden von der Entwicklung also eher profitieren. Was aber ist mit den südlicheren Ackerbauern? "Hier könnte sich eine verminderte Verdunstungskühlung negativ auswirken, da die Pflanzen sonst schnell in Trockenstress verfallen", meint Erbs. Mit anderen Worten: Da die Pflanzen weniger "schwitzen", könnten sie unter vermehrter Hitzebelastung leiden. Um der Wechselwirkung zwischen Wasserversorgung und erhöhter CO 2 -Konzentration weiter nachzugehen, werden die Forscher dieses Jahr ein CO 2 -Begasungsexperiment mit Mais machen, bei dem sie mithilfe fahrbarer Zelte an bestimmten Stellen der Versuchsflächen den Regen ausschließen.

Auch Versicherungsunternehmen sind an derartigen Experimenten interessiert, da sie die Landwirtschaftsbetriebe gegen Ernteausfälle versichern. Um die Beitrags- und Schadenssummen für die Zukunft abschätzen zu können, brauchen die Versicherer möglichst genaue Vorhersagen der Folgen des Klimawandels. Wie auch immer die zukünftigen Witterungsereignisse während der Vegetationsperioden aussehen werden, das Wachstum der Pflanzen erfolgt dann unter einem höheren, das heißt grundsätzlich besseren CO 2 -Angebot. Diese neue Randbedingung müssen die Versicherer in ihre Kalkulationen einbeziehen.

Geringerer Proteingehalt

Außer der Ertragszunahme konnten die Braunschweiger allerdings auch eine leichte Verschlechterung der Ertragsqualität beobachten. So ging vor allem bei Getreide der Rohproteingehalt leicht zurück. "Der Trend geht also zu einer Verschiebung der Produktqualität", sagt Weigel. "Wir werden mehr produzieren, aber die Qualität verändert sich." Nun ist Weigel gespannt, wie sich die bei Getreide gemachten Beobachtungen beim Mais bestätigen und vor allem wie der oft in südlichen Gefilden angebaute Mais mit dem künstlich erzeugten Trockenstress bei gleichzeitig hoher CO 2 -Konzentration umgehen wird. Denn gerade für den Pflanzenbau in Trockenregionen wird der Klimawandel ja am stärksten zu merken sein.

Auch britische Forscher berichten von Klimasimulationen an Pflanzen. Sie hatten Grasland in Nordengland untersucht, jedoch nicht den CO 2 -Gehalt der Luft erhöht, sondern in Anlehnung an weitere Faktoren des Klimawandels mit Heizspiralen die bodennahe Luftschicht im Winter um drei Grad erhöht. Außerdem verringerten sie im Sommer die am Boden ankommenden Niederschläge. 13 Jahre lang hatte das Team um J. Philip Grime von der Universität Sheffield so die Folgen der Erderwärmung an Weideland erforscht.

Das Grasland wandelte sich schon kurz nach der simulierten Klimaänderung in der Zahl der einzelnen Pflanzen und der Zusammensetzung der Arten, wie die Forscher heute im Magazin PNAS berichten. Doch die Veränderungen waren eher schwach. Sie waren feststellbar, fielen jedoch geringer aus als die jährlichen Schwankungen über den Beobachtungszeitraum. Dabei hatte die Sommertrockenheit einen stärkeren Effekt als die Temperaturerhöhung. Sträucher hatten so einen Vorteil und setzten sich besser durch, Blütenpflanzen wurden zurückgedrängt.

Die Studien der deutschen und britischen Forscher simulierten unterschiedliche Klimaparameter - zunehmender CO 2 -Gehalt der Atmosphäre zum einen, Temperaturanstieg und sommerlicher Niederschlagsrückgang zum anderen. Experimente, die alle diese sich wandelnden Klimaparameter zugleich untersuchen, stehen noch aus.