Pflanzenzüchtung im Klimawandel

Warum ist der Klimawandel von Bedeutung in der Landwirtschaft?

Die Landwirtschaft hängt grundsätzlich vom Klima ab, da Wärme, Licht und Wasser die wichtigsten Elemente sind, die das Wachstum der Pflanzen bewirken. Welche Krankheiten Pflanzen befallen können, hängt ebenso vom Klima ab, wie die Verfügbarkeit von Wasserressourcen für die Bewässerung.

Was ist in der heutigen Zeit die wichtigste Aufgabe?

Wir müssen herausfinden, welche Regionen in besonderem Maße durch eine Klimaveränderung geschädigt werden können, sodass deren negative Einflüsse vermieden oder zumindest gemildert werden können, indem man das Leben den neuen Bedingungen anpasst.

Welche Auswirkungen hat der Klimawandel auf Pflanzen?

Das Klima der Zukunft wird sich durch Veränderungen in der Temperatur und im Niederschlag auszeichnen. Weiterhin wird die zukünftige Umwelt höhere Werte an Kohlendioxid aufweisen. All diese Veränderungen wirken sich zum Vorteil oder zum Nachteil auf die Produkte der Pflanzen aus, die uns als Nahrung dienen. Schließlich werden die endgültigen Auswirkungen durch die Kombination der Änderungen in Temperatur, Niederschlag und CO₂-Gehalt bestimmt.

Anstieg der Temperatur:

Hohe Temperaturen erzeugen Stress in den Pflanzen. Ihr Wachstum ist reduziert und sie produzieren weniger. In einigen Fällen tragen die Pflanzen gar keine Früchte, da extreme Hitze zu Unfruchtbarkeit der Pollen führt. Die Pollen sind der männliche Part im Vermehrungsmechanismus der Blüten.

Ein Temperaturanstieg kann hingegen in einigen Gebieten von Vorteil sein, in denen es sehr kalt ist und in denen Pflanzen im winterlichen Frost bislang nicht gedeihen konnten. So könnten in Sibirien oder Nordeuropa Getreide über eine längere Wachstumsperiode angebaut werden. Sogar Obst könnte wachsen, das bislang nur in warmen Ländern zu finden ist.

Der Anstieg der Temperatur hat verschiedene Effekte bei Pflanzen:

Positive Effekte (im unteren Temperaturbereich):

- Generelle Wachstumsstimulation

- Früherer Beginn der Wachstumsperioden

- Verlängerung der Dauer der Vegetationsperiode (z.B. pro °C = 1 Woche)

Negative Effekte (im oberen Temperaturbereich):

- Verkürzung von determinierten Entwicklungs- / Wachstumsphasen

- Beeinträchtigung von hitzesensitiven Wachstumsprozessen

- Reduktion der Photosynthese und Zunahme der Atmung

- Mehr Trockenstress wegen Erhöhung des Verdunstungsanspruchs der Atmosphäre

Sonstige Effekte:

- Verschiebung von Anbauzonen / Anbaueignung

Mögliche Folgen des Klimawandels bezogen auf Hitzestress:

- Weizen: Veränderung der Proteinzusammensetzung zur Kornfüllung

→ Backeigenschaften

- Zuckerrübe: Erhöhung des Amino-N-Gehaltes

→ positiv für Rübenertrag, negativ für Zucker-Kristallisation

- Raps: Reduktion des Ölgehaltes, Erhöhung des Proteingehaltes

→ negativ für Verwendung als Biodiesel, positiv für Tierfütterung

Szenarien für Effekte auf Böden:

Klimaveränderung Effekte

Steigende Temperaturen → CO2 – und N20-Freisetzug; Abnahme der organischen

Bodensubstanz (Humus)

geringere → erhöhte Nitrat-Konzentration im Sickerwasser

Sickerwassermengen

mehr → Schädigung der Lebensgemeinschaften im Boden

Trockenperioden (Mikroorganismen/Tiere)

mehr Starkregen → mehr Erosion, schlechtere Befahrbarkeit

steigende Temperaturen → schnellere Pflanzenentwicklung → veränderte Wuchsrhythmen →

Nährstoffauswaschung → neue Düngeregime

Auswirkung des Klimawandels bezogen auf Schädlinge, Krankheiten und Unkräuter:

- Probleme mit Insektenschädlinge könnten durch die Erwärmung zunehmen

→ raschere Entwicklung und Verbreitung

→ mehr Generationen / Saison (z.B. Maiszünsler, Blattläuse, Kartoffelkäfer)

- Trockenheit im Sommer für Pilzpopulationen eher wachstumshemmend

- Wärme liebende Unkräuter nehmen zu

→ viele Unkrautarten stammen aus dem südeuropäischen / vorderasiatischen Raum

d.h. Konkurrenzvorteil bei Temperaturanstieg

Einfluss von Wetterereignissen auf Schädlingsbefall und Beispiele:

1. Fluten und starker Regen

1.1. Erhöhte Feuchte begünstigt Epedemien und die Verbreitung von Krankheitserregern

Beispiel:

(a) Die Blattstreifigkeit bei Reis verursachte die große Hungersnot in Bengalen (1942), 2 Millionen Menschen starben.

(b) Der Ausbruch von Gelbrost an Weizen (Auslöser ist der Pilz Puccinia striiformis) trug in den Hauptproduktionsgebieten in China zur Hungersnot von 1960 bei.

1.2. Der durch Wasser ausgelöste Transport im Boden verstärkt die Ausbreitung von Krankheitserregern in bislang nicht infizierte Gebiete.

Beispiel: Ausbruch der Trockenfäule bei Sojabohnen in der nördlichen Mitte der USA (1993).

1.3. Permanente Anwesenheit von überschüssigem Wasser im Boden verursacht dauerhafte Probleme durch Verrottung und zunehmende Schädigung durch Krankheitserreger.

2. Trockenheit

Wasserstress vermindert die Kräfte der Pflanzen und verändert das Verhältnis der Nährstoffe (Kohlenstoff zu Stickstoff), wodurch die Widerstandsfähigkeit der Pflanze gegen Nematoden (Würmer) und Insekten reduziert wird. Der Befall der geschwächten Pflanze durch pilzartige Krankheitserreger an Wurzeln und Stämmen ist begünstigt. Trockene und warme Bedingungen lassen die Insektenpopulationen anwachsen und fördern Virusepidemien.

Beispiel: Ausbruch einer Epidemie der Sommerheuschrecke im Zusammenhang mit einer Trockenperiode in Mexiko (1999).

3. Luftbewegung / starke Winde

Die Luftbewegung sorgt für weiten Transport von Krankheiten (z.B. Sporen oder Pilzen) oder Insekten aus den Überwinterungsgebieten zu den Befallsgebieten.

Die südliche Blattfäule, die Mais betrifft, breitete sich 1970 infolge eines tropischen Sturmes im Golf von Mexiko vom Mississippi-Gebiet in den mittleren Westen der USA aus.

4. Warme Winter

Anstieg der überwinterten Population aller Arten von Schädlingen und Insekten (geringere Wintersterblichkeit).

Beispiel: Anstieg in Population und Generationsanzahl beim mexikanischen Bohnenkäfer in den USA.

Möglichkeit des Anbaus anderer Kulturpflanzen:

Auch die zunehmenden Temperaturminima im Winter und die nach wie vor bestehende Spätfrostgefahr begrenzen Experimente mit neuen Fruchtarten wie beispielsweise Winterhafer, Wintererbse, Kolbenhirse oder Sojabohnen.

Die erfolgsversprechendste Antwort auf den Klimawandel ist deshalb die züchterische und pflanzenbauliche Anpassung adaptierter Kulturpflanzen. Dazu gehören beispielsweise:

- Wintergerste, die von der verlängerten Jugendentwicklung am meisten, weil sie ihren Ertrag sehr früh fixiert. Sie leidet aufgrund ihrer um zwei bis drei Wochen vorgezogene Entwicklung und ausgeprägten Hitzetoleranz weniger unter den zunehmenden Trockenphasen im Frühsommer:

- Hybridroggen, der hinsichtlich Trockentoleranz, Winterfestigkeit, Ressourcenverbrauch und Energieeffizienz auch zukünftig eine Spitzenstellung unter den Getreidearten einnimmt.

- Wie bei Roggen oder Raps sind auch bei Weizen die Hybridsorten den Liniensorten auf Stressstandorten überlegen. Zurückzuführen ist dies auf den sogenannten Heterosiseffekt der F1-Generation, die dank ihrer höheren physiologischen Aktivität ein tieferreichenderes, gesünderes Wurzelwerk mit größerer Saugkraft ausbildet.

- Sommergetreide nutzt zwar die Winterfeuchte weniger effizient, benötigt jedoch absolut weniger Wasser als Winterungen. Insbesondere auf kontinentaleren Trockenstandorten ist die Sommergerste geeignet, nach sehr trockenen Jahren die Wasservorräte der Böden wieder aufzufüllen. Sommergetreide ist zudem ein integraler Bestandteil extensiverer Bodenbearbeitungssysteme, die aufgrund ihres geringeren Wasserverbrauchs in Trockenlagen eine zunehmende Rolle spielen.