Klimawandel: Hitze trübt Weizenernte stärker als Trockenheit

Hitzestress während der Blüte wird im Zuge des Klimawandels der europäischen Weizenernte mehr schaden als extreme Trockenheit. Das folgern Forscher aus den Ergebnissen aktueller Computersimulationen.

Der Klimawandel wird laut Experten auch in Europa seine Wirkung zeigen. Berechnungen zufolge müssen wir grundsätzlich mit weniger Niederschlägen und höheren Temperaturen rechnen. Extreme Wettersituationen, wie Stürme, Extremniederschläge, die zu Überschwemmungen führen oder Hitzeperioden werden sich voraussichtlich ebenfalls häufen bzw. extremere Ausmaße annehmen. Wasser in ausreichender Menge wurde bisher als der limitierende Faktor für gesundes Pflanzenwachstum angesehen. Natürliche Ökosysteme sind für den Erhalt einzelner Arten ebenso darauf angewiesen wie landwirtschaftliche Systeme für eine zufriedenstellende Ernte. Experten befürchten jedoch verstärkt Ernteausfälle, wenn der Regen gehäuft ausbleibt und gleichzeitig die Temperaturen steigen, was eine zusätzliche Wasserverdunstung bewirkt. Im Fokus der Forschung stand daher bisher der Umgang mit zunehmender Trockenheit in der Landwirtschaft. Entsprechend haben sich Pflanzenforscher vor allem auf die Entwicklung trockenheitsresistenter Sorten konzentriert.

Mehrere Studien haben jedoch auch darauf hingewiesen, dass Hitzestress die Ernte ebenfalls empfindlich gefährden kann. Landwirte müssen in Zukunft vermutlich neue, robuste Sorten anbauen, um auch unter den veränderten Bedingungen des Klimawandels eine ausreichende Ernte einfahren und Nahrungsknappheit vermeiden zu können. Zeit und Ressourcen der Wissenschaftler sind jedoch knapp. Eine Fokussierung auf die zukünftig wichtigen Merkmale wäre für die Pflanzenforschung hilfreich. Computersimulationen helfen diese Entscheidungen zu treffen. In einer aktuellen Simulation haben Forscher untersucht, welcher Umweltfaktor unter dem Einfluss des Klimawandels in Europa größere Bedeutung erlangen wird - Trockenheit oder Hitzestress. Da Weizen weltweit ein wichtiges Grundnahrungsmittel ist, entschieden sich die Wissenschaftler für diesen als Studienobjekt.

Weizenanbau im Jahr 2055
Das verwendete Computermodell simulierte  die Entwicklung der Weizenpflanzen und die Ernte. Erstmalig  wurden lokale Klimaszenarien für das Jahr 2055 in insgesamt neun europäischen Gebieten integriert. Die Verwendung eines Multi-Modells reduziert Unsicherheiten in den Prognosen, sodass die Ergebnisse mehr Aussagekraft haben. Für jedes Gebiet wurde eine vor Ort typische Winterweizensorte ausgewählt. Im Gegensatz zu früheren Studien, die auf der Basis durchschnittlicher Klimaveränderungen Berechnungen durchführten, untersuchten die Forscher in der aktuellen Studie vor allem extreme Wetterlagen. Die Quantität der Ernte wurde anhand der berechneten Anzahl der Körner sowie der Korngröße geschätzt.

Den lokalen Klimamodellen folgend wurden Tagestemperaturen von 27 °C und 30 °C während der Blüte bzw. fünf Tage danach angenommen. Damit konnte der  Einfluss hoher Temperaturen auf die Erntequantität untersucht.

Hitze als limitierenden Erntefaktor

Die Analysen zeigten, dass Hitzestress während der Blüte zu einer verminderten Körnerzahl führen wird. Hitzestress nach der Blüte reduzierte dagegen vor allem die Korngröße. Übertragen auf die reale Landwirtschaft, würde der Bauer in beiden Fälle kleinere Ernten einfahren. Treten beide Extreme gemeinsam auf, wären die Ernteverluste beträchtlich.

Ansteigende Temperaturen beschleunigen zudem die Entwicklung der Weizenpflanzen. In der vorliegenden Studie würde die Blüte aufgrund des veränderten Klimas rund 13 Tage früher beginnen, so dass die Kornreife rund 17,5 Tage früher erreicht werden würde. Eine Verschiebung der Vegetationsperiode wäre die Folge. 

Trockene Perioden führen nicht zwangsläufig zu Ernteverlusten

Mithilfe eines Trockenheits-Stress-Indexes berechneten die Wissenschaftler außerdem den Einfluss von Trockenperioden auf die Erntequantität heutzutage und im Jahre 2055. Sie stellten überrascht fest, dass trotz verminderter Niederschläge während der Sommermonate in Nordeuropa und während der gesamten Wachstumsperiode in Südeuropa Ernteverluste aufgrund von Trockenheit voraussichtlich geringer ausfallen würden als aktuell. Die Forscher erklären dieses Phänomen damit, dass der Reifeprozess 2055 zwei bis drei Wochen früher abgeschlossen sein wird. Erst gegen Ende der Wachstumsperiode trocknet der Boden verstärkt aus. Eine vorzeitigere Reife hilft somit den größten Trockenstress zu vermeiden.

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In Europa hitzeresistenten Sorten den Vorzug geben

Trockenheitsperioden galten weltweit als der größte Umweltstress, dem Pflanzen aufgrund des Klimawandels ausgesetzt sein werden. Pflanzenzüchter forderten daher vor allem neue, trockenheitstolerante Sorten, die auch in wasserlimitierten Gebieten zu ausreichenden Ernten führen werden.

Die Ergebnisse der aktuellen Studie zeigen jedoch, dass in Europa Ernteverluste aufgrund von Trockenheitsperioden eher rückläufig sein werden. Häufigere und extremere Hitzeperioden während der Blühperiode werden dagegen zunehmen und möglicherweise zu erheblichen Ernteverlusten führen, speziell für die hitzeempfindlichen Sorten, die üblicherweise in Nordeuropa angebaut werden. Die Wissenschaftler empfehlen daher, sich bei der Züchtung neuer europäischer Weizensorten auf Variationen zu konzentrieren, die Hitzestress während der Blüte widerstehen können. Trockenheitsresistente Sorten werden dagegen in anderen Regionen der Welt die richtige Wahl. Züchtung bleibt somit auch in den Zeiten des Klimawandels ein lokales Geschäft.

Weizenqualität verändert sich aufgrund von Hitzeeinwirkung

Weizenernten werden der Studie zufolge unter Hitzeeinfluss quantitativ schlechter ausfallen. Wie sich Hitzestress auf die Qualität von Weizen und dessen Produkte auswirken wird, bleibt allerdings unbeantwortet. So wurde 2006 nach einem langen Winter und einem ungewöhnlich heißen und trockenen Juli von Getreidebauern eine schlechte Weizenernte erwartet. Quantitativ wurde diese Vermutung bestätigt. Doch bei Qualitätsanalysen des Detmolder Forschungsinstituts wurde ein außergewöhnlich hoher Eiweißgehalt festgestellt, die Backeigenschaften des Weizenmehls waren hervorragend. Erklärt wurde das Phänomen mit einer geringeren Stärkebildung aufgrund verkürzter Reifezeiten und veränderter Eiweißzusammensetzung aufgrund der Hitzeeinwirkung. Ideal wäre für zukünftige Sorten eine Verknüpfung dieser hohen Qualität mit hitzeresistenten Sorten, die auch quantitativ zu einer guten Ernte führen.