Wie sehen die Nutzpflanzen der Zukunft aus? Anpassungsmöglichkeiten an den Klimawandel durch die Pflanzenzüchtung

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Kai Schenck
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1 Internationale Bodenseekonferenz, 13. November 2013, Lindau (D) Wie sehen die Nutzpflanzen der Zukunft aus? Anpassungsmöglichkeiten an den Klimawandel durch die Pflanzenzüchtung Johann Vollmann und Heinrich Grausgruber BOKU Universität für Bodenkultur Wien Dept. Nutzpflanzenwissenschaften, Abt. Pflanzenzüchtung Konrad Lorenz Str Tulln an der Donau / Österreich johann.vollmann@boku.ac.at

2 Wie sehen die Nutzpflanzen der Zukunft aus? So???

3 Gliederung Einleitung: Pflanzenzüchtung u. Globaler Wandel Klimawandel: Extremereignisse Klimawandel: Temperaturanstieg / CO 2 -Anstieg Resümee

4 Pflanzenzüchtung: Bindeglied zwischen Wissenschaft und Landwirtschaft Technologien u. Wissenschaften - Genet. Ressourcen - Selektion / Kreuzung - Mutation / genet. Var. - Pflanzenwissenschaften - Genetik / Genomik - zelluläre Techniken - Gentechnik Pflanzenzüchtung Besser angepaßte Sorten Anforderungen des Marktes Landwirte / Pflanzenbau Lebens- u. Futtermittel, non-food-bereich Konsumenten, Gesundheit, Lebensmittelsicherheit Globale Veränderungen

5 Ertrag in dt/ha Körnermais- Ertrag Entwicklung des Körnermaisanbaus in Österreich Fl. in 1000 ha Körnermais- Anbaufläche Anbaujahr Quellen: FAOSTAT (2010) Hinterholzer (2000)

6 1980 Entwicklung der regionalen Anbau- Verteilung von Körnermais 1967 Verdreifachung der Anbaufläche von 1967 bis 1980 Quelle: Hinterholzer (1981)

7 Entwicklung des Körnermaisanbaus in Österreich Flächenausweitung durch Züchtung auf Frühreife und Kältetoleranz (und damit bessere Erträge) Heute: Anpassung an Hitze, Trockenheit

8 Gliederung Einleitung: Pflanzenzüchtung u. Globaler Wandel Klimawandel: Extremereignisse Klimawandel: Temperaturanstieg / CO 2 -Anstieg Resümee

10 Klimawandel: Extremereignisse Hagelschaden an Ölkürbis

11 Klimawandel: Extremereignisse

12 Sojabohne

13 Beispiel Sojabohne: Fiederblatt-Formen Lanzeolate Blättchen (links) weniger als ovate Blättchen (rechts) von Hagelschlag geschädigt

14 Klimawandel: Extremereignisse Pflanzenzüchtung geringe Anpassungsmöglichkeiten andere Möglichkeiten ggf. pflanzenbauliche Maßnahmen Risk Management - Versicherungen

15 Aus: Klak & Jacobson (Wien, 2013)

16 Klimawandel: Extremereignisse Beispiel Kanada: Entwicklung des Bereiches der Agrarversicherungen (Crop Insurances) Aus: Klak & Jacobson (Wien, 2013)

17 Gliederung Einleitung: Pflanzenzüchtung u. Globaler Wandel Klimawandel: Extremereignisse Klimawandel: Temperaturanstieg / CO 2 -Anstieg Resümee

18 Klimawandel: Temperaturanstieg / CO 2 -Anstieg Graduelle Veränderungen

19 Pasterzengletscher, Österreich, Juli 2013

20 A B C D (Aus: Strauss et al., 2013, Int. J. Climatol. 33: ) Hoch aufgelöste, aus Temperatur- und Niederschlagsklassen gebildete Klima- Cluster von Österreich A aufgrund tatsächlicher Meßwerte B Simulation C Simulation mit 20% verringerten Niederschlägen D Simulation mit 20% erhöhten Niederschlägen

21 (Aus: Strauss et al., 2012, Climatic Change 111: ) Simulierte Ertragsentwicklung bei Mais, Winterweizen, Sonnenblume und Sommergerste für das österr. Marchfeld in Abhängigkeit von EPIC-Modell- Annahmen

22 Klimawandel: Temperaturanstieg / CO 2 -Anstieg Europäischer Pflanzenbau Nordeuropa: Ertragszuwächse; Südeuropa: Ertragsverluste Mitteleuropa:??? Körnermais, Zuckerrübe: Höhere Erträge in Nordeuropa Körnermais, Sojabohne, Sonnenblume, Wein etc. wandern nach Norden Temperaturproblem: ab C zur Blüte: Befruchtungsproblem bei Weizen, Mais u.a. Arten (Pollenviabilität, Bestäuberinsekten), Rückgang der Kornausbildung und der Kornerträge CO 2 -Düngungseffekt: Höhere Erträge, geringerer Proteingehalt Verkürzte Vegetationsperiode: 11 (+2 C) bis 25 (+4 C) Tage kürzere Wachstumsdauer bei Getreide Pflanzenschutz: Maiswurzelbohrer, Marienkäfer, Gelbrost, Ambrosie, wärmeliebende Spätkeimer nehmen zu

23 Sojabohne

24 Soja-Ertragsfortschritt in Österreich Sojabohnen-Ertrag (kg/ha) Österreich gesamt, (FAOSTAT 2011) Anbaujahr Regressionskoeff. über 22 Jahre (jährlicher Ertragsfortschritt) in kg/ha je Jahr: b= (Ö.) b= -0.8 (Europa) b= (USA)

25 Sojabohne, Vegetationsdauer (Ö.) Veränderung der Vegetationsdauer der Sojabohne am Standort Gross- Enzersdorf (Wien) in Abhängigkeit vom Klima-Szenario (aus: Cajic 2003)

26 Sojabohne, Korn-Ertrag (Ö.) Veränderung des Kornertrages der Sojabohne am Standort Gross- Enzersdorf (Wien) in Abhängigkeit vom Klima-Szenario (aus: Cajic 2003)

27 Sojabohne in Europa GMO-freie Sojabohne: Züchtungsforschung in Europa, Anbau auf 3.4 mio ha (2012), Anpassung der Reifezeit (frühe Reifegruppen), Verbesserung von Ertrag und Qualität Donau-Soja-Projekt Siehe:

28 Weizen, Temperaturstress Auswirkungen von Temperaturstress (36/30 C statt 25/19 C) bei Aegilops- Arten (aus: Pradhan et al. 2012)

29 Weizen, Temperaturstress Aus: Pradhan et al. (2012) OT: Optimaltemperatur, HT: Hohe Temperatur, HSI: Hitzestressindex

30 Weizen, Trockenstress Aus: Nakhforoosh et al. (2013) Gescannte Wurzeln aus cm Bodentiefe von Floradur (T. durum), Kamut (T. turanicum), W9 (T. timopheevii) und PI (T. monococcum)

31 Weizenzüchtung Temperaturstress zur Blüte: Einkreuzung von Ae. speltoides-formen (Weizen- Wildart, B- Genom) Trockenstress: Einkreuzung von z.b. T. monococcum (Einkorn-Weizen, A-Genom) Selektion unter Trockenstress-Bedingungen: Mehr Wurzelmasse-Bildung in größeren Bodentiefen (30-60 cm) Forschungsbedarf: Genetische Ressourcen, Screening-Methoden in der Züchtung

32 Klimawandel: Temperaturanstieg / CO 2 -Anstieg Graduelle Veränderungen Langanhaltende Hitzewellen, Dürreperioden Off-season-cropping

33 Off-season-cropping Sep Okt Nov Dez Jan Feb Mar Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez Hitzestress-Periode z.b. Sojabohne early sowing second crop Getreide, Ölpflanzen, Leguminosen Sommerung Winterung Prinzip: Stress-Vermeidung durch veränderte Saisonalität Neue Winterungen: Winterhafer, Winterdurumweizen, Winterbraugerste, Wintermohn, Wintererbse, Winterackerbohne, Winterzuckerrübe

34 Wintermohn-Saatgutvermehrung (Niederösterreich)

35 Wintermohn Anbau im September statt im April frühere Ernte höhere Erträge Wintermohn: 1580 kg/ha, Sommermohn: 1200 kg/ha (n. Dobos, 2006) Ölgehalt: 5% höher bei Wintermohn Probleme: Auswinterungsgefahr, da geringe Winterhärte, höhere Alkaloidgehalte als Sommermohn

36 Winterdurumweizen Quelle: AGES, 2013 (

37 Winterackerbohnen Aus: Neugschwandtner et al., 2013

38 Leindotter

39 Leindotter (Camelina sativa) als Beispiel für eine new crop Familie: Brassicaceae Sommer- und Winterformen, kurze Vegetationsperiode Nutzung als Ölpflanze (Linolensäure als Speiseöl und für industrielle Verwertung als Nachwachsender Rohstoff), im Bio-Landbau (in Mischkultur) und als Gründüngungspflanze Als low-input - Pflanze besonders interessant, trockenheitstolerant Verstärkte züchterische Bearbeitung nötig

40 Resümee Züchterische Anpassung an Extremereignisse kaum möglich Anpassungen an höhere Temperaturen und Dürre bei Getreide möglich Wärmeliebende Kulturarten wie Sojabohne in Mitteleuropa künftig begünstigt Off-season cropping: Züchterische Einführung von Winterungen sehr erfolgreich Großer Forschungsbedarf in Pflanzenzüchtung, Pflanzenbau, Pflanzenschutz

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