Klimawandel und Auswirkungen auf die pflanzliche Erzeugung

Auswirkungen des Klimawandels auf die
pflanzliche Erzeugung in Baden-Württemberg
Photo:
Kerstin Stolzenburg
Dr. Holger Flaig
Landwirtschaftliches Technologiezentrum Augustenberg
Projekte des Landes Baden-Württemberg
KLIWA (1999): Klimaveränderungen und
Konsequenzen für die Wasserwirtschaft
KLARA (2003 – 05): Klimawandel – Auswirkungen,
Risiken und Anpassung
Klimaveränderungen:
- Klimaveränderungen in der Vergangenheit (1950-2000)
- Klimaveränderungen in der Zukunft (2001-2050)
- Entwicklungen bei Hitzewellen, Stürmen,
Gewittern und Hagel?
- Auswirkungen auf menschliche Gesundheit, Forst- und
Landwirtschaft, Vogelwelt und Naturschutz, Tourismus
Schifffahrt und Wasserkraftnutzung
Quelle: „Klimawandel – Auswirkungen, Risiken, Anpassung (KLARA)“; Hrsg.: Landesanstalt für
Umweltschutz Baden-Württemberg (aktuell: www.lubw.baden-wuerttemberg.de); 2005; Bearbeitung:
Potsdam Institut für Klimafolgenforschung e. V. (PIK), Projektleiter: Dr. Manfred Stock
Landwirtschaftliches Technologiezentrum Augustenberg
Klimaentwicklung 1951 - 2000
Baden-Württemberg weist zwischen 1951 und 2000 eine deutliche
Klimaänderung auf, mit folgenden Merkmalen:
ƒ Anstieg der Jahresmitteltemperatur je nach Region um 0,6 – 1,5 K
ƒ Rückgang der Frosttage im Mittel um bis zu 30 Tage/Jahr
ƒ Zunahme der Sommertage im Mittel um bis zu 20 Tage/Jahr
ƒ Niederschlagszunahme in der Jahressumme um bis zu 250 mm (Schw.)
ƒ Zunahme der Starkniederschlagstage um bis zu 11 Tage/Jahr (Schw.)
ƒ Deutliche Änderungen auch in anderen meteorologischen Parametern
Wie geht die zukünftige Entwicklung weiter?
Quelle: KLARA, 2005
Landwirtschaftliches Technologiezentrum Augustenberg
Jahresmittel der Lufttemperatur
Basisszenario: 1951-2000
Differenz 2046/2055 zur Basis
Diff.: + 1,2 bis + 1,8 K
Quelle: KLARA 2005
Landwirtschaftliches Technologiezentrum Augustenberg
Sommertage: mittlere Anzahl und Zunahme
Basisszenario: 1951-2000
Basisszenario: 1951-2000
Differenz 2046/2055 zur Basis
Diff.: + 12 bis + 30 Tage
Mittelwert des
Zeitraums
1951-2000
Quelle: KLARA, 2005
Landwirtschaftliches Technologiezentrum Augustenberg
Sommersumme des Niederschlags (mm)
Basisszenario: 1951-2000
Differenz 2046/2055 zur Basis
Diff.: + 60 bis - 120 mm
Quelle: KLARA, 2005
Landwirtschaftliches Technologiezentrum Augustenberg
Relative Niederschlagsänderung [%] im Sommer
für das A1B Szenario: 2071/2100 zu1961/1990
Modell REMO
MPI Meteorologie,
Hamburg (Jacob)
Landwirtschaftliches Technologiezentrum Augustenberg
Niederschlag im Sommer - Deutschland
Prozentuale Änderung zwischen
dem Zeitraum 2071 – 2100 und
dem Zeitraum 1961 – 1990 für das
Emissionsszenario A1B
Flächenmittel –22%
Regionalisierungsmodell WETTREG
im Auftrag des Umweltbundesamts
(Climate & Environment Consulting
Potsdam, Spekat et al. 2007)
Landwirtschaftliches Technologiezentrum Augustenberg
Vergleich der mittleren Verhältnisse zwischen Basisszenario
1951-2000 und Szenario 2046/55
Meteorol. Größe
Basisszenario
1951-2000
Differenz 2046/2055
zur Basis
von
von
bis
bis
Temp. im Jahresmittel (°C)
5
12
+ 1,2
Anzahl Sommertage
(Tmax >25 °C)
10
60
+0
+ 30
Ø Niederschlagsumme/Jahr
(mm)
< 600
2200
- 200
+200
Ø Sommerniederschläge (mm) < 200
600
+ 60
-120
Quelle: KLARA, 2005
Landwirtschaftliches Technologiezentrum Augustenberg
+ 1,8
Projekte des Landes Baden-Württemberg
KLIWA (1999): Klimaveränderungen und
Konsequenzen für die Wasserwirtschaft
KLARA (2003 – 05): Klimawandel – Auswirkungen,
Risiken und Anpassung
Klimaveränderungen:
- Klimaveränderungen in der Vergangenheit (1950-2000)
- Klimaveränderungen in der Zukunft (2001-2050)
- Entwicklungen bei Hitzewellen, Stürmen,
Gewittern und Hagel?
- Auswirkungen auf menschliche Gesundheit, Forst- und
Landwirtschaft, Vogelwelt und Naturschutz, Tourismus
Schifffahrt und Wasserkraftnutzung
Quelle: „Klimawandel – Auswirkungen, Risiken, Anpassung (KLARA)“; Hrsg.: Landesanstalt für
Umweltschutz Baden-Württemberg (www.lubw.baden-wuerttemberg.de); 2005; Bearbeitung:
Potsdam Institut für Klimafolgenforschung e. V. (PIK), Projektleiter: Dr. Manfred Stock
Landwirtschaftliches Technologiezentrum Augustenberg
Heft 9, 2006
Landwirtschaftliches Technologiezentrum Augustenberg
Anzahl der bisherigen und künftigen heißen Tage
(Tmax ≥ 30 °C) in Baden-Württemberg
Quelle: KLIWA-Heft 9, 2006
Landwirtschaftliches Technologiezentrum Augustenberg
Gewitterhäufigkeit
Jährliche Anzahl der Gewittertage 1949-2000 als Mittelwert
von 13 SYNOP-Stationen des DWD in Baden-Württemberg
Quelle: C Kottmeier, M Kunz, T Hofherr, N Lichtenberger, J Sander (Karlsruhe); KLARA 2005
Landwirtschaftliches Technologiezentrum Augustenberg
Anzahl der Hageltage 1986-2004
in Baden-Württemberg
Quelle: KLARA 2005, Daten nach SV-Versicherung
Landwirtschaftliches Technologiezentrum Augustenberg
Klimawandel findet statt
• Temperaturanstieg,
• Niederschläge:
Zunahme der Niederschlagsmengen in Herbst, Winter und Frühjahr, Rückgang
der Niederschläge im Sommer,
• Häufigere extreme Witterungsereignisse (Starkregen, Hitze, Trockenperioden, Hagel,
Winterstürme, noch erhebliche Unsicherheiten bei
der Prognose).
• Zunahme der CO2-, Ozongehalte und
der UV-B-Strahlung
Landwirtschaftliches Technologiezentrum Augustenberg
Die möglichen Folgen des Klimawandels
für die pflanzliche Erzeugung
• Auswirkungen auf die Wachstumsbedingungen der Kulturpflanzen
• Auswirkungen auf Ertrag und Qualität
• Auswirkungen auf Boden und Umwelt
• Herausforderungen für Pflanzenzüchtung,
Pflanzenbau, Pflanzenschutz
CO2, Temperatur, Niederschläge, Extremereignisse
Landwirtschaftliches Technologiezentrum Augustenberg
CO2-Konzentrationen aus Eisbohrkernen und
aus Projektionen für das 21. Jahrhundert
CO2 Concentration in Ice Core Samples and
Projections for Next 100 Years
700
Erwartet
2100
Projected
(2100)
650
Vostok Record
IPCC IS92a Scenario
Law Dome Record
Mauna Loa Record
550
500
450
400
Current
(2001)
heute
350
300
250
200
150
400,000
300,000
200,000
Years Before Present
100,000
Jahre vor der Gegenwart
Quelle: C. D. Keeling and T. P. Whorf; Etheridge et.al.; Barnola et.al.;
(PAGES / IGBP); IPCC; nach einer Graphik von Bernhofer et al. (TU Dresden) 2007
Landwirtschaftliches Technologiezentrum Augustenberg
0
CO2-Konzentration [ppmv]
600
Photosynthese und Transpiration eines Sommerweizenblattes bei
zunehmender Lichtintensität und erhöhter CO2-Konzentration
Netto-Photosyntheserate [µmol m-2 s-1]
Photonenflussdichte [µmol m-2 s-1]
Transpiration [mmol m-2 s-1]
Photonenflussdichte [µmol m-2 s-1]
Quelle: S. Burkart (FAL) 2007
unveröffentlicht
Landwirtschaftliches Technologiezentrum Augustenberg
Auswirkungen erhöhter CO2-Konzentration
• erhöhte Nettophotosyntheserate,
• Die Biomassebildung und die Erträge nehmen
zu,
• Die Effizienz der Nutzung von Wasser, Licht
und Stickstoff nimmt zu,
• Mehr C im Vergleich zu N, daher geringere Stickstoff- und Proteingehalte in der Biomasse, auch
im Getreidekorn,
• verstärkte C-Verlagerung in die Wurzel.
Landwirtschaftliches Technologiezentrum Augustenberg
Auswirkungen des Temperaturanstiegs (1)
Quelle: H.-J. Weigel (FAL) 2004
nach einer Graphik von Rosenzweig & Hillel 1998
Temperaturabhängigkeit der Photosynthese
Î Positive Wachstumseffekte eher bei wärmeliebenden Arten (C4);
Verschiebung der Konkurrenzverhältnisse zwischen C4- und C3-Pflanzen?
Landwirtschaftliches Technologiezentrum Augustenberg
Auswirkungen des Temperaturanstiegs (2)
• Konkurrenzverschiebung zu wärmeliebenden Kulturen:
Größerer Anbauumfang von Mais oder Soja, geringerer
bei Getreide, Grünland oder Zuckerrüben?
Chance für neue Arten und Sorten bei Obst, Gemüse, Wein.
• Verlängerung der Vegetationsperiode
mehr Ertrag.
• Bei Getreide: Verkürzung der Wachstumsdauer bei hohen
Temperaturen (z. B. Oberrheingraben), dadurch
Verkürzung der Kornfüllungsphase
weniger Ertrag,
insb. bei zusätzlichem Trockenstress.
• Sehr hohe Temperaturen:
Störungen der Blütenentfaltung, der Befruchtung und der
Ausfärbung (Getreide, Tomaten, Zierpflanzen).
Qualitätsprobleme bei Getreide, Obst, Gemüse und Wein.
Landwirtschaftliches Technologiezentrum Augustenberg
Phänologie: Das Frühjahr kommt früher
Quelle: Dr. Maier, DWD-Niederlassung Weihenstephan, 2007
Landwirtschaftliches Technologiezentrum Augustenberg
Kornzahl pro Ähre (Winterweizen) und max. Temperatur
Erhöhte CO2-Konz.
Normale CO2-Konz.
Maximaltemperatur [°C]
maximale halbstündige Temperatur in den letzten 5 Tagen vor der Anthese
Quelle: Wheeler et al., J. Agric. Sci. 127, 37-48, 1996
Landwirtschaftliches Technologiezentrum Augustenberg
Graphiken nach Franzaring et al. 2007 (Univ. Hohenheim), verändert
Landwirtschaftliches Technologiezentrum Augustenberg
Landwirtschaftliches Technologiezentrum Augustenberg
Quelle: J. Fuhrer, ART Zürich;
Agric. Ecosys. Environ. 2003, veränd.
Landwirtschaftliches Technologiezentrum Augustenberg
Auswirkungen des Temperaturanstiegs (3)
• Zu schnelle Vorwinterentwicklung der Wintersaaten,
Beeinträchtigung der Winterhärte möglich,
Anfälligkeit für Schädlinge und Krankheiten erhöht.
• Unzureichende Vernalisation (Induktion des Schossens
und Blühens durch einen Kältereiz) in milden Wintern.
• Herbst-Winter-Frühjahr: höhere Überlebensraten und
schnellere Entwicklung bei Schädlingen; Unkrautdruck.
• Förderung der mikrobiellen Aktivität und damit des
Humusabbaus im Boden bei ausreichender Feuchtigkeit.
• Evapotranspiration steigt exponentiell mit der
Temperatur (beschleunigte Abnahme der Bodenfeuchte).
wird in Zukunft die
entscheidende Rolle spielen!
Landwirtschaftliches Technologiezentrum Augustenberg
Niederschläge und Verdunstung in Karlsruhe
(Ø 1951 – 1980)
Landwirtschaftliches Technologiezentrum Augustenberg
Quelle: © Deutscher Wetterdienst, Offenbach, 2005: Einfluss der Klimaänderung auf die Landwirtschaft
Landwirtschaftliches Technologiezentrum Augustenberg
Projektion der Verteilung der Niederschlagsänderungen (global)
2090 – 99 gegenüber 1980 – 99
Niederschlag
nimmt sehr wahrscheinlich in höheren Breiten zu
nimmt wahrscheinlich in den meisten subtropischen Ländern ab
Wir werden weiterhin ein Anbauraum mit vergleichsweise viel Wasser sein!
Landwirtschaftliches Technologiezentrum Augustenberg
Weitere Auswirkungen
•
Die Variabilität des Wettergeschehens steigt, das Wetter wird
unberechenbarer, Extremereignisse häufiger und evtl. intensiver.
Damit werden auch die Erträge unsicherer und variabler.
• Das Risiko der Erosion durch Wind und Wasser nimmt zu.
• Grundwasserneubildung im Winter, aber auch höhere NitratAuswaschung ins Grundwasser.
• Einfluss auf Nährstoffumsetzungen im Boden, auch auf die
Humusbilanz.
• Auch die natürliche/naturnahe Vegetation ändert sich:
Trockenrasen? Feuchtgebiete? Moore?
Landwirtschaftliches Technologiezentrum Augustenberg
Herausforderungen
h
•
•
•
•
•
•
•
h
h
für die Pflanzenzüchtung:
Trockenheitstoleranz, Wassereffizienz
Hitzetoleranz
CO2-Ausnutzung (Umsetzung in Biomasse)
Abreifeverhalten und –zeitpunkt
Resistenz gegen Insekten und Krankheitserreger
Standfestigkeit (Unwetter)
Auswinterungsstabilität (Spätfröste)
für den Pflanzenbau
für den Pflanzenschutz
Landwirtschaftliches Technologiezentrum Augustenberg