Josef Eitzinger ADAGIO Workshop

ADAGIO Workshop
Landwirtschaft und Klimawandel
BOKU Wien, 3.Juli 2007
Josef Eitzinger
Institut für Meteorologie, Universität für Bodenkultur, Wien
E-mail: [email protected]
http://www.boku.ac.at/
Projekt ADAGIO
www.adagio-eu.org
Ziele der ADAGIO Veranstaltungen
• Evaluierung / Sammlung von Expertenwissen und
Erfahrungen über mögliche regionale Auswirkungen des
Klimawandels in der Landwirtschaft in seiner ganzen
Komplexität
• Diskussion und Bewertung von möglichen
Anpassungsmassnahmen unter Berücksichtigung aller
relevanten Rahmenbedingungen
• Aufbereitung und Weitergabe des Wissens über regionale
Probleme / Trends / Anpassungen für Entscheidungsträger
Der Klimawandel
in Österreich
CO2-Szenarien
A1
B1
A2
B2
regional
global
economydirected
ecologydirected
IPCC 2001
Temperaturszenarien
A1
A2
B1
B2
ecologydirected
IPCC 2001
regional
global
economydirected
Temperaturszenarien global
CGCM1
ECHAM
2020
2050
2080
Fischer, G., S. Prieler; IIASA 2001
http://www.iiasa.ac.at/Research/LUC/gaez.html
(C. Simota, 2005)
Änderung der Temperatursummen (> 10оС)
Temperaturen der letzten 1000 Jahre
Österreich
1.8°C
0.6°C
Die alpine Region erwärmt sich stärker
IPCC 2001
Temperaturänderung
2020/50 vs. 1961/90
Zunahme der potentiellen Verdunstung
Anstieg der jährlichen Verdunstung des Neusiedlersees gegenüber der
gegenüber
der Periode
Klimanormalperiode
1961-19901961-1990
in Prozent
25
23.3
Änderung [%]
20
18.3
15
10
9.6
5
0
1991-2004
2010-2030
Periode
2030-2050
Das Trocken- und Hitzejahr 2003
Zunahme der Variabilität ?
Änderung der Sommertemperaturen im Alpenraum
1961/1990 und 2071/2100 (Schär, 2004)
Hitzeperioden in Österreich
1954 - 2004
StartClim 2004 / ZAMG
Änderung der Klimavariabilität
=
Kritisch für die Landwirtschaft !
Zunahme der Wetterextreme
Tage über 30°C um 2100
(Projekt ACACIA)
Dauer der Trockenperioden
um 2100 (Projekt ACACIA)
Prozessverständnis
Es wird erwartet
dass der Wassergehalt der
Atmosphäre mit erhöhter
Meeres- und Lufttemperatur
zunimmt
⇒ intensiverer Wasserkreislauf
⇒ intensivere Niederschläge und
Stürme
Extremereignisse werden
wahrscheinlich zunehmen
=>
nach Ritz 2003
Änderung der Niederschlagssumme in
Österreich (ZAMG)
8
Anzahl der Ereignisse
7
6
5
4
3
2
1
0
1860
1880
1900
1920
1940
1960
1980
Extremniederschläge > 70 mm/d in der
Schweiz (Schär, 2004)
2000
Häufigkeit von
Niederschlägen
> 20 mm/d &
Jahressummen in
Feldkirch, Vbg., und Wien
Starkniederschläge und Jahressum m en für Wien und Feldkirch
1400
1300
S tarkn ied ersc h lä g e > 20 m m [n /a]
14
1200
12
1100
Feldkirch >20
Wien >20
Feldkirch sum
Wien sum
10
8
1000
900
6
800
4
700
2
600
0
500
1948
1954
1960
Formayer 2004
1966
1972
1978
Jahr
1984
1990
1996
2002
N ied ers ch la g sjah ress u m m e [m m ]
16
Jahressumme ~ +20%
Starkniederschlag ~ +50 %
Zunahme der Trockenheiten
(Index für Ostösterreich)
Gewittertätigkeit nimmt zu
Globale Klimaszenarien
(räumliche Auflösung mehrere 100km)
Downscaling
(regionale Modelle, statistische Verfahren)
Regionale Klimaszenarien
(räumliche Auflösung bis 1km)
Folgen für die Landwirtschaft
in Österreich
Landnutzung in Österreich
Grünland: ~ 1.9 Mio ha (22%)
Ackerland: ~ 1.4 Mio ha (17%)
Wald: ~ 3.8 Mio ha (46%)
Anderes: ~ 1.2 Mio ha (15%)
Begrenzungen :
Topographie
Temperatur
Bodenbedingungen
Niederschlag
Ackerbau in Österreich
Pflanzenspezifisch !
Extremwerte, Zeitpunkt!
Temperaturabhängigkeit der Bruttobiomassebildung (Lundegardh, 1924)
Einfluss von Temperatur und CO2 auf die Photosynthese
Wasserverbrauch der Pflanzen
Änderung der Phänologie der Pflanzen
Blüte der Forsythia (Hamburg) 1945 - 2001
Beginn
Blüte der
Forsythia
DWD/Bruns 2002
Traubenreife in der Slowakei 1970-2000
17. Oktober
30. Sept.
18. Sept.
5. September
Ertragsminderungen durch Hitze und
Trockenheit im Jahr 2003
StartClim 2004 / Soja et al., ARCS
Ertragsgefährdete Regionen im Grünland
durch Hitze und Trockenheit (Beispiel 2003)
Pflanzen : Saisonale Änderungen sind entscheidend !
ECHAM4
HadCM2
b)
30
ΔP (%)
15
0
-15
CGCM1
CSIRO-Mk2b
-30
Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec
Month
a) 6
ΔT (oC)
5
4
3
2
1
0
Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec
Month
Auswirkung auf Winterweizenertrag (%)
20
Ohne Zunahme von Extremereignissen !
mit CO2 ef fekt
ohne CO2 effekt
10
2020er
2080er
2050er
0
2020er
HadCM2
CGCM1
-10
CSIRO-Mk2b
GFDL-R15
Modellierte Klimaszenarien
2020s
2050s
2080s
1
2
3
0
HadCM2
Simulierte Auswirkungen
des Klimawandels
auf den Winterweizen
CGCM1
(Alexandrov and Eitzinger, 2001)
-10
ΔN (days)
2080er
ECHAM4
-20
a)
2050er
-20
ECHAM4
-30
CSIRO-Mk2b
-40
GFDL-R15
Investigation area: Marchfeld
● one of the major field agricultural production areas of Austria
● geologically part of the Vienna Basin, soils contain of bedrock Loess
based on diluvial gravel, no access to groundwater
● semi-arid climate (Fuchsenbigl):
annual mean temperature=9.8°C
annual precipitation sum=550mm
A2 SRES scenario 2050: CSIRO, HadCM,
ECHAM - Minimum temperature
[°C change in respect to the present conditions ]
5.0
Temp: °C change to present
4.5
4.0
CSIROhigh
CSIROlow
HADCMhigh
HADCMlow
ECHAMhigh
ECHAMlow
3.5
3.0
2.5
2.0
1.5
1.0
0.5
JAN FEB MAR APR MAY JUN JUL AUG SEP OCT NOV DEC
A2 SRES scenario 2050: CSIRO, HadCM,
ECHAM – Precipitation
[% change in respect to the present conditions ]
CSIROhigh
CSIROlow
precipitation: % change to present
40
30
20
10
0
-10
-20
HADCMhigh
HADCMlow
30
20
10
0
-10
-20
-30
JAN FEB MAR APR MAY JUN JUL AUG SEP OCT NOV DEC
JAN FEB MAR APR MAY JUN JUL AUG SEP OCT NOV DEC
60
precipitation: % change to present
precipitation: % change to present
40
ECHAMhigh
ECHAMlow
40
20
0
-20
JAN FEB MAR APR MAY JUN JUL AUG SEP OCT NOV DEC
Available water capacity of soils
the range of available
water that can be stored
in soil (1 m depth) and
be available for growing
crops
A2 SRES scenario 2025
Winter wheat cultivar Capo Yield [kg ha-1]
present
CSIRO A2 HIGH
CSIRO A2 LOW
HADCM A2 HIGH
HADCM A2 LOW
ECHAM A2 HIGH
ECHAM A2 LOW
A2 SRES scenario 2050
Winter wheat cultivar Capo Yield
[kg ha-1]
present
CSIRO A2 HIGH
HADCM A2 HIGH
ECHAM A2 HIGH
ECHAM A2 LOW
CSIRO A2 LOW
HADCM A2 LOW
A2 SRES scenario 2025 (CO2 = 438
ppm) Winter wheat cultivar Capo Yield
[kg ha-1]
% change in respect to the present conditions
CSIRO
HIGH
CSIRO
LOW
HADCM HADCM
HIGH
LOW
ECHAM ECHAM
HIGH
LOW
Fuchsenbigl
+ 3.0
+ 2.4
+ 2.6
+ 2.1
+ 2.8
+ 2.3
soil 1
- 5.0
+ 0.7
+ 0.7
- 3.9
- 2.5
+ 1.5
soil 2
+ 2.5
+ 2.5
+ 3.2
+ 2.4
+ 3.9
+ 2.9
soil 3
+ 8.6
+ 5.2
+ 7.7
+ 4.6
+ 8.9
+ 5.2
soil 4
+ 9.8
+ 5.8
+ 8.5
+ 4.6
+ 9.4
+ 5.4
soil 5
+ 4.1
+ 3.0
+ 4.5
+ 3.0
+ 3.2
+ 3.1
A2 SRES scenario 2050 (CO2 = 535ppm)
Winter wheat cultivar Capo Yield [kg ha-1]
% change in respect to the present conditions
CSIRO
HIGH
CSIRO
LOW
HADCM HADCM
HIGH
LOW
ECHAM ECHAM
HIGH
LOW
Fuchsenbigl
+ 8.7
+ 5.3
+ 8.7
+ 6.1
+ 8.5
+ 6.4
soil 1
- 2.1
+ 5.1
- 0.5
+ 6.8
+ 0.6
+ 8.3
soil 2
+ 11.3
+ 6.8
+ 11.9
+ 8.5
+ 11.8
+ 9.0
soil 3
+ 17.7
+ 11.7
+ 15.4
+ 12.2
+ 16.2
+ 12.6
soil 4
+ 16.6
+ 12.7
+ 13.8
+ 13.0
+ 14.2
+ 13.4
soil 5
+ 5.7
+ 7.4
+ 6.3
+ 8.4
+ 3.5
+ 7.7
Auswirkungen zunehmender Temperaturvariabilität
auf den Getreideertrag
(Trnka, 2005)
Ausweitung der potentiellen Befallsgebiete für klimasensitive
Schädlinge und Krankheiten
Befallsgebiete des Maiszünslers in Tschechien (Trnka, 2006)
Komplexe Auswirkungen einer Klimaänderung
für die Pflanzenproduktion (positive und negative Effekte)
Verlängerung der Vegetationsperiode (höheres Ertragspotential möglich)
(7-10 Tage pro Dekade)
Beschleunigte Entwicklung der Pflanzen durch Temperaturerhöhung
(je nach Klimagebiet positive oder negative Auswirkungen möglich)
Grössere Wasserverluste durch mehr Verdunstung bei höherer Temperatur
Sommerkulturen leiden zunehmend an Trockenheit / erhöhter
Bewässerungsbedarf
Zunahme des Ertragsrisikos durch mehr Witterungs – Extremereignisse
(z.B. Trockenheiten, Überflutungen, Erosion, Bodenstrukturschäden, Hagel)
Neue Pflanzenkrankheiten und Schädlinge (insbes. Insekten)
können grosse Verluste verursachen
Ein höherer CO2 Gehalt der Atmosphäre wirkt ertragssteigernd (Variationen!)
Zusätzliche Schadensursachen könnten vermehrt auftreten
(UV-Strahlung, Ozon u.a. Schadgase)
Mehrkosten in der landwirtschaftlichen Produktionstechnik durch Anpassungsmassnahmen (z.B. zusätzliche Bewässerung, Produktionsumstellungen)
Längere Vegetationsperiode bewirkt potentiell mehr Feldarbeitstage
Frostgefahr bleibt bzw. steigt insbes. bei Dauerkulturen
Vergrösserung der regionalen Unterschiede im Produktionspotential
(limitierende Faktoren wie Bodenqualität treten stärker hervor)
Übergangsregionen (klimatisch) als erstes von Änderungen betroffen
Höheres Ertragsrisiko : Höhere Ansprüche an Lagerhaltung
Zunahme an Hitzeschäden (Pflanze und Tier)
Langfristige Verschlechterung der Bodenstruktur durch Hitze,
Starkniederschläge usw.
Weniger lang andauernde Winterfeuchte, Verlängerung der
Sommer-Trockenheiten
Klimaschutz und Anpassung
durch effektive Ressourcennutzung
Erträge,
Nahrungsmittel
Produktionstechnologien
Infrastruktur, Poiltik, Versicherung, ...
Landwirtschaft optimiert :
Nahrungsmittelqualität
Einkommen
..... durch effiziente Nutzung
der Produktionsmittel
(Energie, Dünger,
Maschinen, ...)
UND
der natürlichen lokalen
Ressourcen
(Boden, Wasser, Pflanze,
Klima)
Landschaftspflege
Frage der
Nachhaltigkeit !
Produktionsrisiko ...
Einsatz neuer
Produktionsarten/technologien?
• Das zentrale Bewertungskriterium für jede
Technologie muss lauten:
Fördert oder behindert eine Technik die
Entwicklung zur Nachhaltigkeit oder ist sie
neutral dazu?
Schutz und effiziente Nutzung der lokalen
Ressourcen in der Landwirtschaft
BODEN
WASSER
PFLANZEN
KLIMA
Wasserhaushalt der Pflanzen:
Die Faktoren
Boden – Pflanzen – Klima
beeinflussen sich gegenseitig
Strahlung, Energie
Niederschlag
Verdunstung
(bis zu 8 l/m2/Tag)
Wind
Luftfeuchte
Temperatur
Pflanzenbestand
Mulchschicht (Isolierend, speichernd)
Fester Boden
(Wasserspeicher)
50 - 400 l/m2 im Wurzelraum
Wasserbewegung
~ 40 l/m²
Pflanzenverfügbares Bodenwasser und Art der Bodenbearbeitung
Beispiel : Förderung der Wasserspeicherung in
Böden senkt das Ertragsrisiko
2 x CO2 (CGCM1 Scenario)
initial soil moisture [%]
1 x CO2
field capacity (28% )
23
20
17
14
wilting point (11% )
0
2000
4000
6000
8000
grain yields [ kg/ ha]
10000
12000
14000
Simulated barley yield (kg/ha)
8000
a)
7510
7500
Ertragseffekte durch
frühere Anbauzeitpunkte
7000
6500
6344
6000
28.III
(current)
5500
0
-10
-20
-30
-40
-50
7500
b)
7100
7000
Ertragseffekte durch
angepasste Sortenwahl
6598
6500
6476
no change
Simulated barley yield (kg/ha)
Sowing date changes (days)
6000
5500
*
decreasing
increasing
Potentiell notwendige Anpassungsmassnahmen
(Überblick)
Sicherstellung der Wasserversorgung für Bewässerung
(zunehmender Wasserbedarf der Kulturen)
Alternativen : Begrenztes Potential für Biomasseproduktion in den niederschlagsarmen
Regionen - hohes Potential in den niederschlagsreicheren Regionen (>ca. 700mm)
Verdunstungsschutzmassnahmen fördern (Mulchdecken, Hecken,
Bodenverbesserungen)
Zunahme des Ertragsrisikos durch Extreme - Versicherung, Notfallstöpfe
Ackerbau : Umstellung von Fruchtfolgen (Winterungen statt Sommerungen
in Trockenregionen), Umstieg auf wärmeliebende Sorten/Arten,
Verschiebung Anbauregion von Körnermais, mehr Potential für Soja, etc.
Vorverlegung von Anbauterminen, Stressresistentere Sorten
Weinbau : Sorten- und Qualitätsverschiebungen - Umstellung Marketing
Grünland : Grenzregionen bzgl. Wasserversorgung :
Flächenausdehnung, Bewässerung, mehr intensiver Futterbau, Alternativen
Vielen Dank
für Ihre Aufmerksamkeit !