Ungewisse Zukunft für den Weizen

Um zu prüften wie sich der Klimawandel auf die Erträge von Weizen auswirkt, greift man auf Pflanzenwachstumsmodelle zurück. Allerdings weisen die derzeit verwendeten Modelle große Unsicherheiten und Unterschiede auf. Aus diesem Grund führte ein Forscherkonsortium eine Simulation unter Verwendung verschiedener Modelle durch. Ihre Prognosen sind nicht erfreulich: nur wenige Regionen werden vom Klimawandel profitieren. Die globale Erderwärmung wird überwiegend zu einer Verschlechterung der Bedingungen und damit zu einer Verringerung der Ernteerträge führen. Dies erschwert die Ernährungssicherung für unsere wachsende Weltbevölkerung weiter. Aktuelle Prognosen der Vereinten Nationen sagen ein stärkeres Wachstum der Weltbevölkerung voraus, als bisher angenommen: Bis zum Jahr 2050 dürfte die globale Bevölkerung auf voraussichtlich 9,6 Milliarden Menschen anwachsen. Im Vergleich zu den letzten Hochrechnungen aus dem Jahr 2011, sind dies etwa 250 Millionen zusätzliche Einwohner. Die Geburtenraten sinken weniger stark als bisher angenommen. Bis zum Jahr 2100 könnten somit knapp 11 Milliarden Menschen die Erde bevölkern.

Weizen ist aus unserer Ernährung nicht mehr wegzudenken. Er gehört zu den „Großen Drei“: Reis, Mais und Weizen zählen zu den drei wichtigsten Nahrungspflanzen auf der Welt. 2011 wurden weltweit 704 Mio. Tonnen Weizen geerntet, davon fast 23 Mio. Tonnen in Deutschland (vgl. FAO STAT). Ob in Brötchen, Pasta oder Pizza, Weizen findet sich öfter auf unserem Teller als uns dies manchmal bewusst ist.  

Unsicherheitsfaktor Klimawandel

Der Weltklimarat (Intergovernmental Panel on Climate Change; IPCC) schätzt, dass sich die durchschnittliche globale Temperatur bis zum Ende des 21. Jahnhunderts um 1,1 bis 6,4 °C erhöht (vierter Sachstandsbericht, 2007). Steigende Temperaturen und veränderte Niederschlagsmengen sind Folgen des Klimawandels. Diese Veränderungen haben einen großen Einfluss auf die Ernteerträge unserer Nutzpflanzen. So auch auf den Ertrag von Weizen. Um den Einfluss dieser unterschiedlichen Faktoren auf das zukünftige Wachstum von Pflanzen abzuschätzen, greift die Forschung auf Pflanzenwachstumsmodelle zurück.

Ungewisse Zukunftsprognosen

Bei den Modellen müssen jedoch viele Faktoren berücksichtigt werden, darunter auch der Einfluss von höheren Kohlendioxidkonzentrationen in der Atmosphäre auf die Pflanzenentwicklung. Es ist schwierig die zukünftigen Treibhausgas-Emissionen zu simulieren, da diese stark durch politische und sozioökonomische Entwicklungen beeinflusst werden. Daher geht man bei Treibhausgasen und Temperaturen von verschiedenen möglichen Szenarien aus.

„Durch dieses komplexe Wirkungsgefüge, das zudem von den Anbaumaßnahmen der Landwirte - wie die Düngung - beeinflusst wird, lassen sich die Folgen des Klimawandels für die Pflanzenproduktion nur schwer abschätzen“, sagt Prof. Dr. Frank A. Ewert vom Institut für Nutzpflanzenwissenschaften und Ressourcenschutz der Universität Bonn, Co-Koordinator der vorliegenden Studie.

Wachstumsmodelle für Weizen im Vergleich

Ein internationales Forscherkonsortium – darunter auch mehrere deutsche Wissenschaftler – hat nun 27 Wachstumsmodelle in einer großen Vergleichsstudie geprüft. Sie stellten fest, dass die derzeit verwendeten Wachstumsmodelle große Unsicherheiten aufweisen.

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Sie testeten die Genauigkeit der Modelle mit existierenden Zahlen über Weizenerträge. Diese Daten stammten aus Experimenten aus vier ausgewählten Regionen mit unterschiedlichen Anbaubedingungen (Australien, Argentinien, Indien und die Niederlande). Ausgehend von den Vergleichszahlen aus dem Zeitraum von 1981-2010, blickten sie in die nahe und ferne Zukunft - bis zum Ende des 21. Jahrhunderts.

Die Forscher stellten fest, dass die Unsicherheit der Modelle wächst, je höher die Temperaturen steigen. Um diese Unsicherheit zu reduzieren, zogen sie mehrere verschiedene Modelle für die Durchführung ihrer Simulationen heran. Dabei nahm die notwendige Anzahl der Modelle zu, je weiter sie in die Zukunft blickten.

Wie wirkt sich der Klimawandel auf die zukünftigen Weizenerträge aus?

Bei ihren Simulationen für die Zukunft der Weizenerträge entdeckten sie einen generellen Trend: Ein Temperaturanstieg führt überwiegend zu einer Verringerung der Erträge. Im schlimmsten Temperatur-Szenario (d.h. die Temperatur steigt um 6 °C an) könnten die Erträge – bei gleichbleibenden CO₂-Konzentrationen (360 ppm) – über 40 Prozent sinken. 

Generell gefährdet der Klimawandel also die weltweiten Erträge. Dennoch gibt es regionale Unterschiede: „Im kühl-feuchten Finnland können steigende Temperaturen zu zunehmenden Erträgen führen, während im bereits heute schon warmen und trockenen Spanien überwiegend mit einem Rückgang der Pflanzenproduktivität zu rechnen ist“, erläutert Prof. Ewert.

Mathematische Simulationen einer wärmeren Zukunft verbessern

Um genauere Abschätzungen der zukünftigen Entwicklungen zu ermöglichen, müssen die Modelle ständig weiterentwickelt und angepasst werden. „Mit dem Wissen, wo diese Modelle versagen, werden wir besser in der Lage sein, sie zu verbessern“, sagt Prof. Dr. Senthold Asseng, Hauptautor der Studie und außerordentlicher Professor beim Department of Agricultural and Biological Engineering an der University Florida.

Bei den Wachstumsmodellen sollten Faktoren wie Boden, Aussaattermin und Düngemittelintensität mit bedacht werden, plädieren die Forscher. „Hier lohnt es sich, bei der Weiterentwicklung der Modelle genauer hinzusehen“, sagt Prof. Ewert. Diese Faktoren haben nämlich einen großen Einfluss auf die Pflanzenentwicklung und die Ergebnisse der Simulationen.

Sicherung der Welternährung ist eine Herausforderung

Jedes der Wachstumsmodelle ist (wie grundsätzlich alle Modelle) nur eine vereinfachte Abbildungen unserer komplexen Wirklichkeit und daher generell mit einer gewisse Unsicherheit behaftet. Dennoch liefern sie wertvolle Hinweise, wie sich der Klimawandel auf die Nahrungsmittelproduktion und somit auch auf die Welternährung auswirken kann und wo daher akuter Handlungs- und Forschungsbedarf besteht. So hob eine Studie aus Großbritannien aus dem Jahr 2011 bereits hervor, dass weniger die Trockenheit, sondern stärker die steigenden Temperaturen Einfluss auf die Erträge haben werden. Eine Konzentration auf Trockenheitstoleranz greift demnach für unsere Breiten zu kurz, um das Ertragspotential nachhaltig zu sichern, so die Wissenschaft damals.  

Bei einer stetig wachsenden Weltbevölkerung ist es umso notwendiger die zukünftigen Entwicklungen zu bedenken. Der zukünftige Bevölkerungsanstieg wird fast ausschließlich in den Entwicklungsländern stattfinden, die bereits mit Trockenheit und Hitze zu kämpfen haben. Daher ist es wichtig die Pflanzen für ungünstige Bedingungen zu wappnen. Denn mehr Menschen benötigen mehr Nahrung, die bei gleichen Ackerflächen produziert werden muss. Kann man also die Folgen des Klimawandels besser abschätzen, ist man auch in der Lage frühzeitig darauf zu reagieren, um die Erträge bestmöglich zu sichern.