Auswirkungen des Klimawandels auf die pflanzliche Erzeugung in Baden-Württemberg

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1 Auswirkungen des Klimawandels auf die pflanzliche Erzeugung in Baden-Württemberg Dr. Holger Flaig Photo: Kerstin Stolzenburg

2 Projekte des Landes Baden-Württemberg KLIWA (1999): Klimaveränderungen und Konsequenzen für die Wasserwirtschaft KLARA ( ): Klimawandel Auswirkungen, Risiken und Anpassung Klimaveränderungen: - Klimaveränderungen in der Vergangenheit ( ) - Klimaveränderungen in der Zukunft ( ) - 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: ; Bearbeitung: Potsdam Institut für Klimafolgenforschung e. V. (PIK), Projektleiter: Dr. Manfred Stock

3 Klimaentwicklung Baden-Württemberg weist zwischen 1951 und 2000 eine deutliche Klimaänderung auf, mit folgenden Merkmalen: Anstieg der Jahresmitteltemperatur je nach Region um 0,6 1,5 K Rückgang der Frosttage im Mittel um bis zu 30 Tage/Jahr Zunahme der Sommertage im Mittel um bis zu 20 Tage/Jahr Niederschlagszunahme in der Jahressumme um bis zu 250 mm (Schw.) Zunahme der Starkniederschlagstage um bis zu 11 Tage/Jahr (Schw.) Deutliche Änderungen auch in anderen meteorologischen Parametern Wie geht die zukünftige Entwicklung weiter? Quelle: KLARA, 2005

4 Jahresmittel der Lufttemperatur Basisszenario: Differenz 2046/2055 zur Basis Diff.: + 1,2 bis + 1,8 K Quelle: KLARA 2005

5 Sommertage: mittlere Anzahl und Zunahme Basisszenario: Basisszenario: Differenz 2046/2055 zur Basis Diff.: + 12 bis + 30 Tage Mittelwert des Zeitraums Quelle: KLARA, 2005

6 Sommersumme des Niederschlags (mm) Basisszenario: Differenz 2046/2055 zur Basis Diff.: + 60 bis mm Quelle: KLARA, 2005

7 Relative Niederschlagsänderung [%] im Sommer für das A1B Szenario: 2071/2100 zu1961/1990 Modell REMO MPI Meteorologie, Hamburg (Jacob)

8 Niederschlag im Sommer - Deutschland Prozentuale Änderung zwischen dem Zeitraum und dem Zeitraum für das Emissionsszenario A1B Flächenmittel 22% Regionalisierungsmodell WETTREG im Auftrag des Umweltbundesamts (Climate & Environment Consulting Potsdam, Spekat et al. 2007)

9 Vergleich der mittleren Verhältnisse zwischen Basisszenario und Szenario 2046/55 Meteorol. Größe Basisszenario Differenz 2046/2055 zur Basis von bis von bis Temp. im Jahresmittel ( C) ,2 + 1,8 Anzahl Sommertage (Tmax >25 C) Ø Niederschlagsumme/Jahr (mm) < Ø Sommerniederschläge (mm) < Quelle: KLARA, 2005

10 Projekte des Landes Baden-Württemberg KLIWA (1999): Klimaveränderungen und Konsequenzen für die Wasserwirtschaft KLARA ( ): Klimawandel Auswirkungen, Risiken und Anpassung Klimaveränderungen: - Klimaveränderungen in der Vergangenheit ( ) - Klimaveränderungen in der Zukunft ( ) - 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 ( 2005; Bearbeitung: Potsdam Institut für Klimafolgenforschung e. V. (PIK), Projektleiter: Dr. Manfred Stock

11 Heft 9, 2006

12 Anzahl der bisherigen und künftigen heißen Tage (Tmax 30 C) in Baden-Württemberg Quelle: KLIWA-Heft 9, 2006

13 Gewitterhäufigkeit Jährliche Anzahl der Gewittertage 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

14 Anzahl der Hageltage in Baden-Württemberg Quelle: KLARA 2005, Daten nach SV-Versicherung

15 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 CO 2 -, Ozongehalte und der UV-B-Strahlung

16 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 CO 2, Temperatur, Niederschläge, Extremereignisse

17 CO 2 -Konzentration [ppmv] CO 2 -Konzentrationen aus Eisbohrkernen und aus Projektionen für das 21. Jahrhundert CO 2 Concentration in Ice Core Samples and Projections for Next 100 Years Erwartet Projected (2100) Vostok Record IPCC IS92a Scenario Law Dome Record Mauna Loa Record heute Current (2001) , , ,000 Years Before Present 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) ,000 Jahre vor der Gegenwart 0 150

18 Photosynthese und Transpiration eines Sommerweizenblattes bei zunehmender Lichtintensität und erhöhter CO 2 -Konzentration Netto-Photosyntheserate [µmol m -2 s -1 ] Transpiration [mmol m -2 s -1 ] Photonenflussdichte [µmol m -2 s -1 ] Photonenflussdichte [µmol m -2 s -1 ] Quelle: S. Burkart (FAL) 2007 unveröffentlicht

19 Auswirkungen erhöhter CO 2 -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.

20 Auswirkungen des Temperaturanstiegs (1) Temperaturabhängigkeit der Photosynthese Quelle: H.-J. Weigel (FAL) 2004 nach einer Graphik von Rosenzweig & Hillel 1998 Positive Wachstumseffekte eher bei wärmeliebenden Arten (C 4 ); Verschiebung der Konkurrenzverhältnisse zwischen C 4 - und C 3 -Pflanzen?

21 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.

22 Phänologie: Das Frühjahr kommt früher Quelle: Dr. Maier, DWD-Niederlassung Weihenstephan, 2007

23 Kornzahl pro Ähre (Winterweizen) und max. Temperatur Erhöhte CO 2 -Konz. Normale CO 2 -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

24 Graphiken nach Franzaring et al (Univ. Hohenheim), verändert

25

26 Quelle: J. Fuhrer, ART Zürich; Agric. Ecosys. Environ. 2003, veränd.

27 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!

28 Niederschläge und Verdunstung in Karlsruhe (Ø )

29 Quelle: Deutscher Wetterdienst, Offenbach, 2005: Einfluss der Klimaänderung auf die Landwirtschaft

30 Projektion der Verteilung der Niederschlagsänderungen (global) gegenüber 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!

31 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 Nitrat- Auswaschung ins Grundwasser. Einfluss auf Nährstoffumsetzungen im Boden, auch auf die Humusbilanz. Auch die natürliche/naturnahe Vegetation ändert sich: Trockenrasen? Feuchtgebiete? Moore?

32 Herausforderungen für die Pflanzenzüchtung: Trockenheitstoleranz, Wassereffizienz Hitzetoleranz CO 2 -Ausnutzung (Umsetzung in Biomasse) Abreifeverhalten und zeitpunkt Resistenz gegen Insekten und Krankheitserreger Standfestigkeit (Unwetter) Auswinterungsstabilität (Spätfröste) für den Pflanzenbau für den Pflanzenschutz