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25.09.2019

Weizenverluste durch klimabedingte Dürren

Anlass

Durch den Klimawandel verstärkt auftretende Dürrephasen werden sich negativ auf die weltweiten Ernteerträge von Weizen auswirken, ermittelt ein internationales Forschungsteam und hat seine Erkenntnisse im Fachblatt „Science Advances“ veröffentlicht (siehe Primärquelle).

Die Wissenschaftler rund um Mirek Trnka von der Mendel-Universität Brünn haben in einem ersten Schritt anhand bestehender Klimadaten berechnet, welchen Einfluss Wasserknappheit auf die Ernteerträge von Weizen hat, und ob eine Korrelation zwischen Ernteverlusten und dem Weizenpreis auf dem Weltmarkt besteht. In Jahren mit Dürrephasen fielen die Weizenerträge signifikant geringer aus als in Jahren ohne Wasserknappheit. Ernteeinbußen in einem der zehn größten Weizenanbauregionen weltweit konnten die Wissenschaftler auch mit einem Anstieg des Weizenpreises korrelieren.

In Hinblick auf die Zukunft berechneten sie in drei Szenarien, welche Anbaugebiete besonders von Trockenperioden während der Anbauzeit betroffen sein werden. Die Szenarien unterschieden sich im Hinblick auf die globale Erderwärmung.

Die Prognosen zeigen, dass selbst bei einer Stabilisierung des Klimawandels im Einklang mit dem Pariser Abkommen sich die Dürrephasen zwischen 2041 und 2070 verdoppeln und vor allem auch Regionen im Mittelmeerraum betreffen werden.

 

Übersicht

Statements aus der Klimatologie:

     

  • Prof. Dr. Josef Eitzinger, Stellvertretender Leiter des Instituts für Meteorologie und Klimatologie, Universität für Bodenkultur Wien (BOKU), Österreich
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  • Dr. Sebastian Gayler, Wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Bodenkunde und Standortslehre, Universität Hohenhein
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Statements aus der Pflanzenzüchtung:

     

  • Prof. Dr. Maria von Korff-Schmising, Leiterin des Instituts für Pflanzengenetik, Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf
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  • PD Dr. Friedrich Longin, Leiter der Arbeitsgruppe Weizen, Landessaatzuchtanstalt (LSA), Universität Hohenheim
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Statements

Statements aus der Klimatologie:

Prof. Dr. Josef Eitzinger

Stellvertretender Leiter des Instituts für Meteorologie und Klimatologie, Universität für Bodenkultur Wien (BOKU), Österreich

„Die Studie betrachtet erstmals die potenziellen Auswirkungen von extremen Trockenheiten auf die globale Weizenproduktion in den Weizenanbauregionen der Erde (Produktion, Anbaufläche und Marktpreise) unter aktuellen Klimaszenarien des 21. Jahrhunderts (RCP2.6-Stabilisierungsszenario, entspricht dem Paris Abkommen; RCP4.5 – einem mittleren Erwärmungsszenario und RCP8.5, dem wärmsten Szenario). Die Studie berücksichtigt keine Bewässerung, da Weizen bisher wenig bewässert wird und in vielen Anbauregionen dafür auch nicht die notwendigen Wasserreserven vorhanden sind.“

„Mit neu entwickelten Indikatoren zur Abschätzung der Intensität von Trockenheit für die Weizenwachstumsperiode werden Veränderungen im Auftreten extremer (auch mehrjähriger) Trockenheiten unter verschiedenen Klimaszenarien berechnet. Auswirkungen auf die Produktion werden aufgrund statistischer Zusammenhänge zwischen Produktion und extremer Trockenheit aus der Vergangenheit abgeschätzt. Berücksichtigt werden in der Studie auch eine Verschiebung des Anbautermins, der Anbauareale als auch des CO2-Düngungseffektes auf die Pflanzen.“

„Die Studie deutet erstmals auf eine relativ starke Zunahme extremer Trockenheiten für die Weizenanbauregionen der Welt und entsprechend stärkere Störungen in der globalen Produktion hin. Dieser Trend, der schon in den vergangenen Jahren zugenommen hat, zeigt eine im Vergleich der Perioden 1961-1990 und 2011-2040 – bei allen drei Klimaszenarien gleichartig – schon eine ernstzunehmende Verdoppelung der von extremen Trockenheiten betroffenen Fläche in den Weizenanbauregionen im globalen Mittel. Erst in den späteren Dekaden ab Mitte dieses Jahrhunderts stabilisiert sich das RCP2.6 Klimaszenario mit diesen Auswirkungen, wobei die wärmeren Klimaszenarien zunehmend stärkere Zunahmen betroffener Gebieten zeigen. Die globalen Weizenanbaugebiete sind hierbei aber unterschiedlich stark betroffen, so zum Beispiel kaum Änderungen in Südamerika, stärkere Zunahmen betroffener Gebiete (Hotspots) in den Anbauregionen Europas (vor allem im Mittelmeerraum), naher/mittlerer Osten, USA, Südrussland, Australien. Die Studie zeigt auch, dass vor allem die zehn Hauptexportländer für Weizen für die globalen Preisschwankungen verantwortlich sind, wobei durch Trockenheit verursachte Produktionsrückgänge einen deutlichen Einfluss haben. Die Autoren kommen auch zum Schluss, dass Europa als eine der hauptbetroffenen Regionen somit diesbezüglich überdurchschnittlich von Klimaschutzmaßnahmen (Pariser Abkommen) profitieren würde.“

„Obwohl die Berechnungen aufgrund von begrenzten Detailinformationen globaler Datensätze und der Anwendung vereinfachter statistischer Indikatoren und ökonomischer Modelle Unsicherheiten aufweisen, zeigt die Studie, dass der erwartete Klimawandel extreme Trockenheiten in bestimmten Weizenanbauregionen der Welt stark fördert und zunehmende globale Produktions- und Preisschwankungen bei Weizen verursachen kann.“

„Stärkere regionale Produktionsschwankungen aufgrund eines häufigeren und großflächigen Auftretens von extremer Trockenheit können in Zukunft mit hoher Wahrscheinlichkeit häufiger auftreten, und zwar laut Studie umso mehr, je stärker sich das globale Klima erwärmt. Die negative Auswirkungen auf Preise und Nahrungsmittelversorgung wird auch stark von Begleitmaßnahmen abhängen, wobei laut Studie unter anderem Hemmnisse im internationalen Handel (mit Weizen) möglichst reduziert oder eine ausreichende (national bis global wirksame) Einlagerungs- und Logistikinfrastruktur zum Ausgleich von regionalen Produktionsschwankungen sichergestellt werden sollten.“

„Für den Bereich der Landwirtschaft werden eine Reihe zu empfehlender Anpassungsmaßnahmen aufgezählt, welche zum Teil aber kostenintensiv und bei Weizen nur begrenzt möglich sind, wie zum Beispiel Bewässerung, dort, wo ökonomisch vertretbar und genügend Wasserreserven ohne deren Überbeanspruchung vorhanden sind. Weiter werden Maßnahmen, die zu einer verbesserten Wassernutzungseffizienz der Pflanzen führen (Minimale Bodenbearbeitung, Defizitbewässerung, Bodenbedeckung und weitere), die Züchtung neuer gegen Trockenheit und Hitze resistenterer Sorten, Anpassungen im Pflanzenmanagement (Anbauzeitpunkt, Düngung und weitere) empfohlen, wobei es aber kein einheitliches Rezept gibt. Ein optimierter Mix aus verschiedenen, kombinierten Anpassungsmaßnahmen muss immer auf den jeweiligen Produktionsstandort und seine Randbedingungen abgestimmt werden. Die Studie kommt schließlich zum Schluss, dass auch schon unter Einhaltung des Pariser Abkommens deutliche negative Effekte in Bezug auf die globale Winterweizenproduktion durch zunehmende Trockenheit und Hitze zu erwarten sind, diese aber durch diverse Anpassungsmaßnahmen im Bereich der landwirtschaftlichen Produktion als auch im globalen Nahrungsmittelmanagement gedämpft werden können. Die Einhaltung des Pariser Abkommens bekommt eine zunehmend wichtigere Bedeutung für die späteren Dekaden des Jahrhunderts, in denen eine stärkere Erwärmung zu ernsthaften Auswirkungen auf die globale Nahrungsmittelsicherheit am Beispiel des Weizens – eine der global wichtigsten Nutzpflanze als Nahrungsmittelgrundlage des Menschen – führen kann.“

Dr. Sebastian Gayler

Wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Bodenkunde und Standortslehre, Universität Hohenheim

„Die hier gezeigten Ergebnisse sind ein wichtiger Beitrag zur aktuellen Diskussion über die Folgen der wahrscheinlichen Klimaveränderung für die Nahrungsmittelproduktion am Beispiel der globalen Weizen-Anbauflächen. Ein großer Verdienst der Studie ist es über die schon länger formulierte allgemeine Aussage ‚Globale Erwärmung führt zu häufigeren und stärkeren Dürren‘ hinaus die Wahrscheinlichkeiten des Auftretens von Dürren für verschiedene Regionen zu quantifizieren. Zudem werden die verschiedenen Klimaprojektionen über das simultane Auftreten von Dürren in den Haupt-Weizenanbauregionen mit Preisentwicklungen auf dem Agrarmarkt verknüpft. Beides ist sicherlich neu und sollte Eingang in die Risikoabschätzungen zur Nahrungsmittelversorgung finden. Die gezeigten Ergebnisse sind meines Erachtens eher ‚obere Grenzen‘, da mögliche Rückkopplungen zwischen Klimaänderung und Landnutzung nicht explizit in die Berechnungen eingehen (Anpassungsstrategien, ökonomische Entscheidungen, Effekte einer veränderten Landwirtschaft auf die Wasserverfügbarkeit und so weiter). Anpassungsstrategien werden im Paper zwar diskutiert, da die Studie aber auf Klimadaten in einer Auflösung von 0,5 x 0,5 Grad Bogenmaß basiert, können meiner Einschätzung nach die kleinräumige Variabilität in den Anbaubedingungen und somit die Möglichkeiten zur Anpassung der Landwirtschaft gar nicht genau genug abgebildet werden, um die oben genannten Feedbacks explizit zu berücksichtigen.“

„Wie in allen Klima-Studien, die sich auf einen Zeitraum über 2030 hinaus beziehen, handelt es sich bei den Berechnungen um ‚Projektionen‘, die mögliche Szenarien unter den in den Modellen getroffenen Annahmen aufzeigen. In der vorliegenden Studie wurden 27 verschiedene Klimamodelle verwendet, die alle auf unterschiedlichen Annahmen basieren. Dementsprechend ‚unscharf‘ sind die projizierten Effekte, wie zum Beispiel an den breiten schattierten Unsicherheitsbändern in Abbildung 3 und Abbildung S6 zu sehen ist. Nun hat sich aber immer wieder gezeigt, dass trotz aller Unsicherheiten in den einzelnen Modellen der Mittelwert eines Modellensembles (so wie hier verwendet) recht gut mit Beobachtungen übereinstimmt, so sie denn vorliegen (hier für den Zeitraum bis 2016). Die Studie wurde methodisch einwandfrei durchgeführt, so dass die Ergebnisse der Berechnungen nach unserem heutigen Kenntnisstand durchaus realistische Entwicklungen aufzeigen, wobei man immer den Charakter einer Projektion im Kopf behalten sollte.“

„Auswirkungen der erwarteten Häufung von Dürren auf Erntemengen, Preisentwicklungen und die Welternährung sind schwer abzuschätzen. Denn auch die Modelle zur Berechnung von Weizenerträgen unter künftigen Klimabedingungen sind selbst mit großer Unsicherheit behaftet, da sie auf Daten basieren, die unter unseren heutigen Klimabedingungen erhoben wurden. Und Ergebnisse aus Klimakammer-Experimenten lassen sich nur sehr eingeschränkt ins Freiland übertragen. Bei einer Zunahme von Dürren, wie sie hier für RCP4.5 und RCP8.5 berechnet wurde, kann man aber davon ausgehen, dass die von der FAO bis 2050 als notwendig erachtete Steigerung der globalen Erntemengen nicht zu erreichen sein wird.“

„Auf nationaler Ebene könnten sicherlich mehr Anreize geschaffen werden, um Landnutzungsstrategien zu entwickeln, die weniger anfällig gegenüber einer Häufung von Trockenjahren sind. Ausgleichszahlung im Fall von Dürre-bedingten Ernteausfällen (zum Beispiel wie in Deutschland, 2018) verschleppen meiner Einschätzung nach wohl eher notwendige strukturelle Veränderungen und Investitionen in ein sinnvolles Risikomanagement durch zum Beispiel Fruchtfolgenwechsel, Bewässerungsanlagen, Bodenschutz und der Abschied von der anfälligen Hochertragslandwirtschaft. Trockenheitsbedingte Ernteeinbußen führen zum Beispiel bei uns zu Ertragniveaus, die immer noch über den Erträgen in Ländern wie USA, Russland oder Australien liegen. Wichtig ist es deshalb, potenzielle Anbauflächen zu erhalten. Versiegelte und degradierte Böden sind für die zukünftige Nahrungsmittelproduktion verloren (Bodenschutz). Die Studie macht aber auch deutlich, dass zwar bestimmte Regionen mehr als andere von Dürren betroffen sein werden, die Auswirkungen nicht zuletzt durch die Preisentwicklung aber globaler Natur sind. Die erforderlichen Maßnahmen müssen also länderübergreifend durchgeführt werden. Am effektivsten wäre es sicherlich, die Häufung von Dürren so gering wie möglich zu halten (Klimaschutz).“

Statements aus der Pflanzenzüchtung:

Prof. Dr. Maria von Korff-Schmising

Leiterin des Instituts für Pflanzengenetik, Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf

„Es wird seit Jahrzehnten an trockenresistenten Weizensorten geforscht. Die Grundlagenforschung hat zum zum Ziel, die genetischen Grundlagen der Anpassung an Trockenstress zu untersuchen. Die Entschlüsselung des Weizengenoms hat zu großen Fortschritten in der Identifizierung von Genen für die Trockentoleranz geführt. Diese Informationen werden für die Züchtung von trockentoleranten Weizensorten genutzt, von den privaten Züchtungsfirmen und den internationalen und nationalen Forschungszentren. Hier ist besonders das International Maize and Wheat Improvement Center (CIMMYT) zu nennen, das bereits viele Stress-tolerante Weizensorten hervorgebracht hat.“

„Trockenresistentere Weizensorten werden in Europa, vor allem Südeuropa angebaut. Hier handelt es sich nicht um GMO-Sorten. Obwohl seit vielen Jahren an GMO-Sorten geforscht und auch solche entwickelt wurden, wurde deren Kommerzialisierung durch die Vorbehalte der Verbraucher verhindert. Neue erbgutverändernde Verfahren wie die Genschere ‚Crispr/Cas9‘ sind vielversprechende Werkzeuge zur Züchtung klima-angepasster Weizensorten. Für die breite Forschung und Nutzung dieser Technologie sollte dieses Verfahren aber nicht mehr unter die strenge Gesetzgebung zur Regulierung von ‚Gentechnisch Veränderten Organismen‘ (GVO) fallen.“

PD Dr. Friedrich Longin

Leiter der Arbeitsgruppe Weizen, Landessaatzuchtanstalt (LSA), Universität Hohenheim

„Es ist kein Geheimnis, dass es mehr Hitze und Trockenheit in der Welt geben wird – aber auch hier in Deutschland, und so werden die Weizenerträge pro Fläche sinken.“

„Hitzestress beim Weizen kann dramatische Auswirkungen haben. Während der Blütezeit dürfen die Temperaturen nicht weit über 30 Grad steigen, da sonst der Weizen völlig steril werden kann, also gar keinen Ertrag mehr liefert.“

„Sorten, die heute in Spanien wachsen, kann man in Deutschland anbauen. Diese werden vier Wochen früher reif. Die Pflanzen haben eine kürzere Wachstumsperiode, die aber auch zu deutlich geringeren Erträgen führt.“

„Wenn man die Sorten aus Deutschland in Spanien anbauen würde, dann hätten sie große Probleme, mit der Hitze und Trockenheit zurechtzukommen und würden nur geringe Erträge erbringen.“

„Für die Pflanzenzucht ist die Genschere CRISPR natürlich eine interessante Technologie von vielen anderen Technologien, die wir einsetzen. CRISPR ist in Europa aber aktuell verboten. Aber auch ohne CRISPR gibt es Möglichkeiten in der Weizenzucht. Es gibt viele verschiedene Sorten, die wir als Pflanzenzüchter jedes Jahr im Feld anbauen und testen. Diejenigen, die unter den aktuellen Klimabedingungen am besten abschneiden, kommen in die Landwirtschaft. Also findet hier permanent eine Anpassung an sich verändernde Klimabedingungen statt.“

„Aber wir können in der Züchtung nicht hexen. Wir können nur abpuffern. Trotzdem wird es deutliche Reduktionen der Erträge unter mehr Trocken- und Hitzestress geben.“

„Der Klimawandel kann dazu führen, dass es Regionen geben wird, wo man keinen Weizen mehr anbauen kann. Vielleicht verlagert sich das in andere Gebiete, aber prinzipiell ist die agronomisch nutzbare und gute Fläche sehr begrenzt.“

„Die Ernährungssicherheit im Klimawandel kann nicht garantiert werden: Im Gegenteil, es gibt immer mehr Menschen, die Anbauflächen sind begrenzt, der Einsatz neuer Technologien und Agrochemikalien wird begrenzt und der Klimawandel verschärft das Ganze noch.“

„Noch sind die Erträge und Flächen des Weizenanbaus in Deutschland so hoch, dass wir Weizen exportieren. Allerdings kann die Hitze- und Trockenheit und zunehmende Extensivierung auch Deutschland mittelfristig zu einem Weizenimportland machen, was den weltweiten Weizenhandel verschärfen würde.“

„Eine fachlich korrekte technologische Produktion mit Agrochemikalien kann ökologischer sein als eine starke Extensivierung der Landwirtschaft. Diese geht nämlich nur einher mit einer Ertragsreduktion je Fläche. Weniger Ertrag je Fläche ist gekoppelt an ein Mehr an Produktion, was erforderlich ist wegen der wachsenden Bevölkerung. Das geht dann nur über das Roden von Wäldern, den Umbruch von Grasland, was ökologisch eine Katastrophe ist. Eine moderne Lebensmittelproduktion agiert bei allen Lebensmitteln global, das muss bei allen Veränderungen lokal berücksichtigt werden.“

Angaben zu möglichen Interessenkonflikten

Prof. Dr. Josef Eitzinger: „Ich kenne die meisten Autoren der Studie persönlich. Mit dem Erstautor habe ich in der Vergangenheit gemeinsam publiziert, und wir sind auch in zwei laufenden Forschungs-Projekten gemeinsam beteiligt. An der vorliegenden Studie war ich nicht involviert.“

Dr. Sebastian Gayler: „Einen Interessenskonflikt sehe ich nicht, auch wenn ich gemeinsame Publikationen mit mehreren der Co-Autoren des Papers habe.“

Prof. Dr. Maria von Korff-Schmising: „Ich habe keine Interessenskonflikte.“

Alle anderen: Keine Angaben erhalten.

Primärquelle

Trnka M et al. (2019): Mitigation efforts will not fully alleviate the increase in water scarcity occurrence probability in wheat-producing areas. Science Advances; 5: eaau2406. DOI: 10.1126/sciadv.aau2406.