Zukunft: kein Bier, kein Brot, keine Pommes?

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1 Zukunft: kein Bier, kein Brt, keine Pmmes? - Klimawandel verändert unser Essen - Atmsphärische CO 2 -Knzentratinen wrst-case 7 Zukunft? 65 Vstk Recrd (Eisbhrkerne) Law Dme Recrd (Eisbhrkerne) Mauna La Recrd (Direkte Messungen) IPCC A1FI (Scenari) CO 2 -Knzentratin (ppmv) best-case Aktuelle CO 2 -Knzentratin +35% seit Industrialisierung höchste der letzten 42 Jahre, möglicherweise der letzten 2 Mi. Jahre Jahre vr heute 1 15 Quelle: Keeling and Whrf; Etheridge et al.; Barnla et al.; (PAGES/IGBP); IPCC; Graphik verändert nach Bernhfer et al. 27 1

2 Hintergrundinfrmatinen Atmsphärischer CO 2 Anstieg seit der Industrialisierung um 35% auf gegenwärtig 38 ppm; bis 21 weiterer drastischer Anstieg vrhergesagt CO 2 Erhöhung: Gewinn für landwirtschaftlich genutzte C 3 Kulturpflanzen in einigen Reginen Anstieg der Phtsyntheserate Erhöhte Khlenstff- (Khlenhydrat) Prduktin Verbesserte Wasser- und Stickstff-Nutzungseffizienz Höhere Bimasseprduktin und Reprduktin (Ertrag) CO 2 -Effekte auf Erträge Relativer Ertragszuwachs [% TG] Smmerweizen (P CO2 :.7) Smmergerste (P CO2 :.317) Kartffel (P CO2 :.32) CO 2 -Knzentratin [µml ml -1 ] Högy (22) 2

3 Hintergrundinfrmatinen Psitiver CO 2 -Effekt hat seinen Preis; Knflikt zwischen Quantität und Qualität Veränderung der pflanzlichen Nährstffaufnahme und Allkatin Flgen für Nahrungsmittelqualität: ernährungsphysilgische und industrielle Aspekte Umstellung der Ernährungsmuster (Tier, Mensch) um den gleichen Nutzen zu erhalten Anpassung der landwirtschaftlichen Prduktin und der industriellen Verarbeitung Adaptatin der Ziele in der Pflanzenzucht CO 2 -Effekte auf [Prtein] in Erträgen Gerste Reis Weizen Sjabhne Kartffel Relative Veränderung durch erhöhtes CO 2 (%) Verändert nach Taub et al. (28) 3

4 Fragestellung Beeinflusst erhöhtes CO2 die Prduktivität vn C3 Kulturpflanzen wie z.b. Weizen? Welche Knsequenzen sind durch die CO2-Erhöhung für die Nahrungs- und Futterqualität, die Ernährung und Gesundheit swie die industrielle Verwertung vn Getreide zu erwarten? Wie müssen Prduzenten das Management anpassen um die Flgen erhöhter CO2-Knzentratinen auf Ertragsmenge und Qualität auszugleichen? Einleitung Material & Methden Ergebnisse & Diskussin Zusammenfassung Hhenheimer Mini-FACE Einleitung Material & Methden Ergebnisse & Diskussin Zusammenfassung 4

5 CO 2 -Versuche Kammerlses MINI-FACE (free-air CO 2 enrichment) System mit 15 Plts Direkte CO 2 Freisetzung in den Pflanzenbestand (Ø 2m) durch Injektinssystem Expsitin abhängig vn Windrichtung und - geschwindigkeit; keine Veränderungen des Mikrklimas Kntrlle: Umgebungs-CO 2 hne technische Ausstattung Nrmal: Umgebungs-CO 2 mit FACE- System Erhöht: erhöhtes CO 2 mit FACE-System Pflanzenanzucht Vegetatins-Peride: 24. März August 25 Expsitins-Peride: identisch Nrmal: 42 ± 9 ppm CO 2 [24 h MW] Erhöht: 572 ± 13 ppm CO 2 [24 h MW] Smmerweizen (Triticum aestivum cv. TRISO) Bden auf der Versuchsfläche: Sandiger Lehm Nährstffversrgung 14 kg N ha -1 (Ca(NO 3 ) 2 /KNO 3 ), 3 kg P 2 O 5 ha -1, 6 kg K 2 O ha -1, 3 kg Mikrtp ha -1 (15% MgO, 12% S, 1% B, 1% Mn) Wasserversrgung nach Bedarf Ernte bei Bestandesreife 5

6 Bimasse-Fraktinen Relativer CO 2 -Effekt [%] Blatt Halm Ähre.2.15 Werte: P CO Haupthalm Seitenhalm Gesamt Bimasse-Fraktinen Ertrags-Parameter Werte: P CO2 2 Relativer CO 2 -Effekt [%] Ährenzahl Krnzahl Krnzahl pr Ähre Tausend- Krn- Gewicht Krn-Ertrag -5-1 Ertrags-Parameter 6

7 Verteilung der Krngrößen Anteil Krngröße [% Gesamtkrn] Backweizen Krngröße Nrmal Erhöht P CO2 : n.s. Futterweizen > 2.8 mm mm mm < 2.2 mm Chemische Eigenschaften der Mehl-Qualität Mineralstffe Mehl-Type Stärke (Agglutinatin) Fallzahl Pentsane Lipide Prtein (Quantität and Qualität) Knzentratin Zusammensetzung Gluten-Index Sedimentatins-Wert 7

8 Mineralstffe - Makrelemente 2 P CO2 : n.s. 1 Relativer CO 2 -Effekt [%] Na K Ca Mg P S -4-5 Makrelemente Mineralstffe - Mikrelemente 2 P CO2 : n.s. 1 Relativer CO 2 -Effekt [%] Fe Zn Cu Mn M Al -5 Mikrelemente -6 8

9 Institut für Landschafts- und Pflanzenöklgie Petra Högy & Andreas Fangeier Prtein 18 Prtein-Knzentratin [% TG] CO 2 -Behandlung E-Qualität A-Qualität B-Qualität Nrmal Erhöht P CO2 : Aminsäuren Trckengewicht-Basis Relativer CO 2 -Effekt [%] Val Gly Pr Glu Leu Met.82 Ile Asp Lys Arg Trp His Ala Cys Phe Ser Tyr Thr Werte: P CO2 essentiell semi-essentiell essentiell für Kinder 9

10 Aminsäuren Prtein-Basis Relativer CO 2 -Effekt [%] Val Gly Met Ile Pr Glu Leu Asp Lys Arg Trp Thr Ala His Phe Ser Cys Tyr Werte: P CO2 essentiell semi-essentiell essentiell für Kinder Prtein-Zusammensetzung vn Weizenkörnern Löslichkeit Wasser Salz Alkhl Säure Albumin Glbulin Gliadin Glutenin Gluten Visksität Festigkeit Elastizität 1

11 Prtein-Fraktinen Relative Menge [AU mg -1 TG] Nrmal Erhöht Werte: P CO Albumine/ Glbuline Gliadine Glutenine Kleber Prtein-Fraktinen Verarbeitungseigenschaften Knet-Eigenschaften (Faringraph) Wasser-Aufnahme Knsistenz Teig-Entwicklungs-Zeit (DDT) Teig-Erweichung (DDS) Rhelgische (visc-elastische) Eigenschaften vn Teig (Extensgraph) Dehn-Widerstand (Festigkeit) Dehnbarkeit 11

12 Knet-Eigenschaften - Therie Teig-Stabilität 6 Knsistenz [FE] Maximale Knsistenz Teig-Erweichungs-Zeit Grad der Teig- Erweichung 2 1 Teig- Entwicklungs- Zeit Definitin Bestimmung der Wasser-Aufnahme vn Mehl und der Knet-Eigenschaften des Teiges Indikatr für Back-Eigenschaften. Zeit [min] Knet-Eigenschaften CO 2 -Experiment 1 Relativer CO 2 -Effekt [%] -1-2 WA WA: Wasser-Aufnahme DDT: Teig-Entwicklungs-Zeit DDS: Teig-Erweichung DDT DDS -3 Werte: P CO2-4 Knet-Eigenschaften 12

13 Rhelgische Eigenschaften - Therie Dehn-Widerstand [mn] Definitin Dehn-Widerstand und Dehnbarkeit des Teiges, bis zu dem Mment w er zu zerreißen beginnt. 2 Dehnbarkeit [mm] Rhelgische Eigenschaften CO 2 -Experiment 3 2 Relativer CO 2 -Effekt [%] RES EXT AREA RES: Dehn-Widerstand EXT: Dehnbarkeit AREA: Fläche Extensgramm -3 Werte: P CO2-4 Extensgraph-Parameter 13

14 Gebäck-Vlumen 5 Nrmal Erhöht 4 P CO2 : n.s. Gebäck-Vlumen [ml] CO 2 -Behandlung Zusammenfassung O CO 2 -induzierter Anstieg der Weizenbimasse hauptsächlich durch vermehrte Ausbildung vn Seitenhalmen und erhöhte Halmbimasse O Signifikanter CO 2 -Effekt auf Anzahl der Ähren; während Anzahl der Körner (nichtsignifikant) ansteigt, nimmt das Tausend-Krn-Gewicht durch Veränderungen der Krngrößenverteilung ab möglicher negativer Effekt auf Vermarktungswert O Mineralstffe wenig beeinflusst; signifikante Abnahme der Prteinknzentratin swie die Tendenz der reduzierten Aminsäure-Knzentratinen können weitreichende Flgen für die Nahrungsmittelsicherheit haben, besnders in Bezug auf Nährstffqualität und industrielle Verarbeitung O Veränderungen der Aminsäureknzentratin auf Prteinbasis lassen Knsequenzen für die Prteinzusammensetzung der Körner erwarten; wichtig in Bezug auf die Backqualität 14

15 Zusammenfassung O Signifikante Abnahme der Gliadin-Fraktin swie Trend vn reduziertem Kleber bestätigt mögliche negative Flgen vn CO 2 auf die Backfähigkeit vn Getreide O Wenige signifikante CO 2 -Effekte auf die Kneteigenschaften, die rhelgischen Eigenschaften vn Teig und Kleber swie das Gebäckvlumen O Interaktinen zwischen Klima (Temperatur, Wasserverfügbarkeit) und atmsphärischem CO 2 O Gegenwärtig unzureichender Wissensstand, b Veränderungen der Zuchtziele, Adaptatin der Anbaupraxis, Mdifikatin vn industriellen Przessen der Änderungen des Ernährungsmusters ntwendig sind in Bezug auf Futter- und Nahrungsmittelqualität wichtiger landwirtschaftlicher Kulturarten in einer künftigen CO 2 -Welt Vielen Dank! Deutsche Frschungsanstalt für Lebensmittelchemie und Hans-Dieter-Belitz-Institut für Mehl- und Eiweißfrschung Garching Dr. Herbert Wieser, PD Dr. Peter Köhler Universität Hhenheim, Landesanstalt für Landwirtschaftliche Chemie Prf. Dr. Hans Schenkel, Dr. Jörn Breuer, Dr. Klaus Schwadrf Universität Hhenheim, Institut für Landschafts- und Pflanzenöklgie Prf. Dr. Andreas Fangmeier, Dipl.-Bil. Martin Erbs, Dr. Simne Weber, Gina Gensheimer, Studentische Hilfskräfte 15

16 Zukunft: kein Bier, kein Brt, keine Pmmes? - Klimawandel verändert unser Essen - pethegy@uni-hhenheim.de 16