Weizen - Anpassung an den Klimawandel durch pflanzenzüchterische Maßnahmen in der Weizenproduktion in Deutschland

Hintergrund und Ziele

Im Zuge des globalen Klimawandels zeichnen sich auch auf regionaler Ebene bedeutsame Veränderungen ab. Welche Bedeutung diese Entwicklung für bestimmte Regionen in Deutschland hat, kann allerdings nur im Rahmen von umfangreichen Szenarien- und Sensitivitätsanalysen abgeschätzt werden. Die landwirtschaftliche Produktion ist naturgemäß stark von Klimaschwankungen betroffen und die züchterische Anpassung der Kulturpflanzen an längerfristige Klimatrends verlangt nach Investitionen in Forschung und Entwicklung, um das genetische Potential der Pflanzen zielgerichtet nutzen zu können.

Das Projekt konzentriert sich auf den Saatweizen, da Weizen hinsichtlich der Flächennutzung und der Produktion in Deutschland und Europa die wichtigste Feldfrucht ist und eine zentrale Bedeutung für die Nahrungsmittelproduktion und die Futtermittelerzeugung hat. Zudem spielt der Handel mit Weizen aufgrund einer prognostizierten steigenden Nachfrage auf den internationalen Agrarmärkten eine wichtige Rolle. Wie der Sommer 2003 mit seiner lang anhaltenden Hitzeperiode gezeigt hat, kann der zu erwartende Klimawandel langfristig erhebliche Ertragseinbußen mit sich bringen. Die Stabilisierung der Erträge sowie Produktivitätszuwächse werden zukünftig in erster Linie durch die Entwicklung neuer Sorten getragen. In den letzten Jahren lag die jährliche Produktionssteigerung insbesondere im kontinentaleren Klima Bayerns allerdings bei nahezu Null. Ein Hauptgrund hierfür dürfte die zunehmende Frühsommertrockenheit sein, die zu einem vorzeitigen Ende der Kornfüllungsphase führt. Sollte durch veränderte klimatische Bedingungen die Weizenproduktion in Deutschland weiter beeinträchtigt werden, hätte dies auch erhebliche volkswirtschaftliche Auswirkungen. Durch die frühzeitige züchterische Anpassung an die zu erwartenden klimatischen Veränderungen sollen die Voraussetzungen für die Entwicklung von Sorten mit guter Resistenz gegen abiotischen Stress gelegt werden.

Das Ziel des Projekts besteht darin, kosteneffiziente Anpassungsmöglichkeiten an den Klimawandel im Rahmen der Pflanzenzüchtungsforschung zu finden. Ein besonderer Fokus soll hierbei auf der Blühzeitverfrühung bei Winterweizen liegen, um der zunehmenden Frühsommertrockenheit zu begegnen. Es soll untersucht werden, ob neue Sorten mit einem frühzeitigen Blühzeitpunkt unter veränderten klimatischen Rahmenbedingungen Wettbewerbsvorteile in der Weizenproduktion erzielen und positive Rückwirkungen auf ein nachhaltiges Produktionssystem erwarten lassen. Im Rahmen der Anpassung an den Klimawandel sollen auch Substitutionsmöglichkeiten innerhalb der EU sowie die Auswirkungen auf den Handel mit Drittländern einbezogen werden.

Zwei Schwerpunkte werden im Projekt bearbeitet:

  1. Welcher Anpassungsdruck ist für die Weizenproduktion in Deutschland aufgrund des Klimawandels für den Zeitraum 2030 bis 2050 zu erwarten?
  2. Welche Anpassungsmöglichkeiten und -strategien können durch pflanzenzüchterische Maßnahmen entwickelt bzw. verbessert werden?

Laufzeit

bis

Untersuchungsregion/-raum

Land
  • Deutschland

Schritt 1: Klimawandel verstehen und beschreiben

Ansatz und Ergebnisse 

Es werden regionale Klimamodelle und -projektionen benutzt, die die globalen Modellergebnisse auf die regionale Ebene herunterskalieren (Zusammenarbeit mit Projekt GLOWA-Elbe). Dabei gibt es erhebliche Unsicherheiten, nicht nur bezüglich der aggregierten Ergebnisse verschiedener Modelle, sondern vor allem auch bezüglich der regionalen und saisonalen Verteilung von Niederschlag, Temperatur und Strahlung. Diese Unsicherheiten werden im Rahmen verschiedener Szenarien und der entsprechenden Wahrscheinlichkeiten abgebildet. Zur Stärkung der Belastbarkeit simulierter Klimaänderungen ist eine quantitative Abschätzung möglicher Abweichungen von modellierten und beobachteten Klimamustern erforderlich. Hierzu werden Vergleiche zwischen mehreren regionalen Klimasimulationen und verschiedenen Beobachtungsdatensätzen für eine Reihe von Klimaparametern ausgewertet.

Angetrieben von den verschiedenen regionalen Klimaszenarien, werden dann mit einem dynamischen Vegetationsmodell verschiedene Stressindikatoren abgeleitet, die die Auswirkungen der Klimaänderungen auf die natürliche Vegetation sowie die wichtigsten Feldfrüchte widerspiegeln. Die ermittelten Stressindikatoren werden mit einer räumlichen Auflösung von ca. 15x15 km berechnet und in einer Karte für Deutschland dargestellt.

Parameter (Klimasignale)
  • Hitzewellen
  • Veränderte Niederschlagsmuster
  • Höhere mittlere Temperaturen
  • Starkniederschlag (inkl. Hagel, Schnee)
  • Trockenheit
Weitere Parameter 

Extremereignisse, Frühsommertrockenheit, Strahlung

Zeithorizont
  • mittelfristig = bis 2050
  • langfristig = bis 2100 und darüber hinaus

Schritt 2a: Risiken erkennen und bewerten (Klimafolgen/-wirkungen)

Analyseansatz 

Mit globalen Klimamodellen wird prognostiziert, dass die globale Mitteltemperatur bis zum Ende des 21. Jahrhunderts um ca. 2 bis 5°C ansteigen wird. Einige Regionen werden tendenziell trockener werden, während für andere Regionen erhöhte Niederschlagsmengen zu erwarten sind. Insgesamt ist mit einer Zunahme witterungsbedingter Extremereignisse zu rechnen. Dieses hat Folgen für die natürliche Vegetation und die wichtigste Feldfrüchte und somit auf die landwirtschaftliche Produktion.

Steigende Temperaturen führen zu einem Anstieg der potentiellen Verdunstung. In Kombination mit möglichen Niederschlagsrückgängen kann dadurch die Ertragsfähigkeit sowohl der Sommer- als auch der Winterkulturen auf den Ackerstandorten negativ beeinflusst werden. Kompensierend wirkt der Anstieg der atmosphärischen CO2-Konzentration, welcher neben seiner mittelbaren Wirkung auf das Klima auch unmittelbar das Pflanzenwachstum beeinflusst. Ein Anstieg der atmosphärischen CO2-Konzentration führt über eine höhere Photosyntheseleistung und einen Anstieg der Wassernutzungseffizienz zu einer Ertragssteigerung (sog. CO2-Düngungseffekt).

Schritt 2b: Vulnerabilität, Risiken und Chancen

Dringlichkeit und Priorisierung von Anpassungsbedarf 

Züchtung einer neuen Sorte dauert, einschließlich der Vorarbeiten an den Universitäten oder Forschungseinrichtungen, insgesamt 15 bis 20 Jahre. Züchtung muss daher rechtzeitig beginnen.

Schritt 3: Maßnahmen entwickeln und vergleichen

Maßnahmen und/oder Strategien 

Für die Ermittlung des Anpassungsdrucks auf die Weizenproduktion in Deutschland werden regionale Klimaszenarien herangezogen. Die räumlich explizit ermittelten Produktionseffekte werden für ganz Deutschland zusammengefasst und somit werden die Angebotseffekte auf den inländischen Märkten ermittelt. Um zusätzliche Handelseffekte abzuschätzen, wird hinsichtlich der langfristigen Entwicklungen auf den internationalen Agrarmärkten mit Szenarien gerechnet. Als Ergebnis lassen sich die ökonomischen Auswirkungen der Klimaänderungen für Deutschland berechnen. Qualitätseffekte und Beschäftigungseffekte werden in konsistenten Nebenrechnungen ermittelt.

Hinichtlich der Anpassungsmöglichkeiten und -strategien wird der Fokus auf der züchterischen Anpassung des Kulturweizens gegenüber dem abiotischem Stresskomplex Dürre/Hitze liegen. Zu den wichtigsten Mechanismen zur Vermeidung von Wasser- und Hitzestress gehört das Abreifen der Pflanzen vor Einsetzen der Hitze-/Trockenperiode. Daher wird das genetische Potenzial zur Blühzeitverfrühung von Winterweizen untersucht. Anschließend werden die Kosten für langfristige Züchtungsprogramme abgeschätzt und den dadurch vermiedenen Produktions- und Angebotsausfällen gegenübergestellt.

Ziele sind:

  • Schaffung der Voraussetzungen für die Entwicklung von Sorten mit guter Resistenz gegen abiotischen Stress durch frühzeitige züchterische Anpassung an die zu erwartenden klimatischen Veränderungen;
  • Entwicklung von Sorten mit einem frühzeitigen Blühzeitpunkt, die Wettbewerbsvorteile in der Weizenproduktion erzielen und positive Rückwirkungen auf ein nachhaltiges Produktionssystem haben;
  • Berücksichtigung von Substitutionsmöglichkeiten innerhalb der EU sowie die Auswirkungen auf den Handel mit Drittländern;
  • Findung von kosteneffizienten Anpassungsmöglichkeiten an den Klimawandel im Rahmen der Pflanzenzüchtungsforschung;
  • Investitionen in Forschung und Entwicklung, um das genetische Potential der Pflanzen zielgerichtet nutzen zu können (insbesondere durch die Analyse des genetischen Potentials zur Blühzeitverfrühung von Winterweizen).
Zeithorizont
  • 2071–2100 (ferne Zukunft)

Wer war oder ist beteiligt?

Förderung / Finanzierung 

BMBF-Fördermaßnahme "klimazwei - Forschung für den Klimaschutz und Schutz vor Klimawirkungen" des Rahmenprogramms "Forschung für Nachhaltigkeit" (FONA)

Projektleitung 

Wissenschaftszentrum Weihenstephan für Ernährung, Landnutzung und Umwelt der Technischen Universität München

Beteiligte/Partner 

agripol network for policy advice GbR;

Brandenburgische Technische Universität Cottbus;

Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung (PIK);

Humboldt Universität zu Berlin;

Saaten-Union Resistenzlabor GmbH (SURL);

Gemeinschaft zur Förderung der privaten deutschen Pflanzenzüchtung e.V. (GFP)

Teilen:
Artikel:
Drucken Senden
Handlungsfelder:
 Landwirtschaft