Bei erhöhtem Kohlendioxidangebot bilden Pflanzen mehr Biomasse

Wie reagieren Pflanzen, wenn sie unter realen landwirtschaftlichen Anbaubedingungen mit einem erhöhten Kohlendioxid(CO2)-Angebot in der Atmosphäre konfrontiert sind?

Professor Hans-Joachim Weigel vom von Thünen-Institut (vTI) in Braunschweig ging mit seinem Team der Frage nach, wie Pflanzen unter realen landwirtschaftlichen Anbaubedingungen auf ein erhöhtes Kohlendioxid(CO2)-Angebot in der Atmosphäre reagieren. Sie kamen zu dem Ergebnis, dass die Pflanzen mehr Biomasse bilden, weniger Wasser verdunsten und das zur Verfügung stehende Wasser effektiver nutzen. Trockenheit durch verminderte Niederschläge wird bei einem erhöhten Kohlendioxid-Angebot deutlich besser kompensiert als unter heutigen CO2-Bedingungen.

Als Hauptursache für den globalen Klimawandel gilt die ständig steigende Konzentration des Treibhausgases Kohlendioxid in der Atmosphäre. Als Baustein für die Photosynthese der Pflanzen ist Kohlendioxid allerdings unverzichtbar. Ungeklärt war bisher die Frage, wie Kulturpflanzen auf ein erhöhtes Kohlendioxidangebot in der Luft reagieren. In Laborversuchen konnte zwar für die meisten Kulturpflanzen eine erhöhte Photosyntheserate sowie ein verstärktes Wachstum festgestellt werden. Einige Arten konnten unter diesen Bedingungen auch das Wasserangebot besser ausnutzen. Doch Versuche unter realen landwirtschaftlichen Anbaubedingungen mit erhöhter CO2-Konzentration und verminderten Niederschlägen fehlten.

Auf einem Versuchsfeld des vTI in Braunschweig errichtete die Gruppe um Weigel eine in Europa einmalige CO2-Anreicherungsanlage. Mithilfe dieser sogenannten FACE-Anlage (Free Air Carbondioxide Enrichment) ist es möglich, auf einem abgegrenzten Bereich eine CO2-Konzentration von etwa 550 ppm einzustellen, wie sie im Jahr 2050 erwartet wird. Auf dem Rest des Feldes herrscht die heute in der Atmosphäre normale Konzentration von 385 ppm CO2.

Zunächst untersuchten die Forscher in mehrjährigen Versuchen mit der Fruchtfolge Gerste, Weizen und Zuckerrüben den Einfluss kohlendioxidangereicherter Luft auf die Pflanzen. Sie stellten fest, dass diese Pflanzen 10-15 Prozent mehr Biomasse bilden und je nach Versuchsjahr 5-10 Prozent weniger Wasser über die Spaltöffnungen in die Umgebungsluft abgaben. Da der Boden unter diesen Beständen feuchter war, folgerten die Forscher außerdem, dass Pflanzen unter erhöhter Kohlendioxidkonzentration das ihnen zur Verfügung stehende Wasser besser ausnutzen.

Anschließend sollte in einem zweijährigen Versuch erstmals die Wechselwirkung zwischen Trockenheit (erzeugt durch eine Regenausschlussvorrichtung) und gleichzeitig erhöhter CO2-Konzentration erforscht werden. Zu diesem Zweck wurde Energiemais angebaut, der sich durch schnelles Wachstum bei hohen Temperaturen auszeichnet. Simulierte Trockenheit kombiniert mit heutigen CO2-Konzentrationen führte zu einem Wachstumsverlust (oberirdische Biomasse) von rund 28 Prozent. Unter CO2-angereicherten Bedingungen wurde der Trockenstress dagegen erheblich besser kompensiert. Der Wachstumsverlust war mit etwa 11 Prozent deutlich niedriger.

Weigel betont, die Ergebnisse seien Beispiele für Rückkoppelungseffekte, die bei der Klimafolgenabschätzung beachtet werden müssten. In den kommenden zwei Jahren steht Sorghum-Hirse im Mittelpunkt von Weigels Forschungen. Die Ergebnisse sollen im Rahmen eines Verbundprojektes in die züchterische Optimierung dieser Energiepflanze einfließen.