Klimawandel vermindert Weizenqualität

In rund 30 Jahren wird die Atmosphäre erheblich mehr Kohlendioxid (CO2) enthalten als heute – mit erheblichen Konsequenzen auch für die Landwirtschaft. Neben indirekten Folgen wie Klimaerwärmung und häufigeren Extremereignissen kann sich das CO2 auch direkt auf die Kulturpflanzen auswirken. Ein Effekt: Das Treibhausgas könnte als Dünger wirken und die Erträge erhöhen – aber auf Kosten der Qualität.

Das nehmen Wissenschaftler der Universität Hohenheim nun in einem Forschungsprojekt genauer unter die Lupe. Prof. Dr. Andreas Fangmeier, PD Dr. Petra Högy und ihr Team vom Fachgebiet Pflanzenökologie und Ökotoxikologie simulieren dazu in Klimakammern und im Freiland die Klimabedingungen der Zukunft.

Versuchsanordnung simuliert CO2-Konzentration von morgen

„In früheren Experimenten seit 2012 haben wir mit Klimakammern gearbeitet, in denen wir die voraussichtlichen Temperaturen und die CO2-Gehalte im Jahr 2050 simuliert haben“, erläutert PD Dr. Högy. Verglichen wurden also Szenarien mit dem heutigen CO2-Gehalt von 400 ppm und dem in 30 Jahren von 550 ppm.

In einer zweiten Projektphase führen die Wissenschaftler derzeit Feldexperimente durch, bei denen sie ebenfalls die CO2-Bedingungen der Zukunft nachstellen. Möglich wird das durch FACE.

„FACE steht für Free-Air Carbon dioxide Enrichment“, erklärt Projektleiter Prof. Dr. Fangmeier. „Das ist eine technische Versuchsanordnung, mit der wir bereits heute im Freiland den Einfluss einer zukünftigen, erhöhten CO2-Konzentration auf die landwirtschaftliche Produktion untersuchen können.“

Dafür wird CO2 je nach Windrichtung und -stärke über dünne Leitungen direkt in die Pflanzenbestände abgegeben, so dass künftige CO2-Konzentrationen entstehen. Das Mikroklima, also Wind, Sonnenstrahlung und Verdunstung, beeinflusst FACE nicht.

Weizen dient als Modellpflanze

Als Modellpflanze nutzen die Forscher zwei sehr unterschiedliche Weizensorten: die qualitativ hochwertige Sorte Triso und die auf Ertrag gezüchtete Sorte Tybalt. Triso fand auch bereits in den vorhergehenden Versuchen Verwendung. Nun wollen die Wissenschaftler untersuchen, wie die Nährstoffe in den Pflanzen bei heutigen und künftigen CO2-Konzentrationen aufgenommen und verteilt werden.

Dazu führen sie Messungen zum Wasserhaushalt, zum Saftfluss und zur Fotosynthese-Leistung der Pflanzen durch. Sie bestimmen, wie Kohlenstoff und Stickstoff in der Pflanze verteilt werden, analysieren die Inhaltsstoffe und können so ermitteln, wie sich ein erhöhter CO2-Gehalt auf die Qualität des Weizens auswirkt.

Back- und Verarbeitungsqualität des Weizens sinkt

„Die Backfähigkeit von Weizen hängt in erster Linie vom Proteingehalt und von der Zusammensetzung der Proteine im Mehl ab“, erläutert Prof. Dr. Fangmeier. „Wir haben festgestellt, dass eine CO2-Erhöhung in der Atmosphäre den Proteingehalt im Weizen reduziert. Auch der Gehalt an Gluten, das als Kleberprotein für gute Backfähigkeit sorgt, sinkt durch mehr CO2.“

Die Zusammensetzung der Proteine verändert sich ebenfalls, und damit auch die Verarbeitungsqualität. Die veränderten Mengenverhältnisse bestimmter Proteine reduzieren unter anderem das Teigvolumen von Gebäckstücken. „Es könnte daher notwendig werden, in Zukunft die Verarbeitungskette an diese Verhältnisse anzupassen“, empfiehlt PD Dr. Högy.

Sinkende Nährstoffgehalte verschärfen Problem der Fehlernährung

Aus ernährungsphysiologischer Sicht schlagen vor allem sinkende Nährstoffgehalte zu Buche. „Nach unseren Erkenntnissen sinken bei höheren CO2-Konzentrationen die Gehalte an Calcium, Eisen, Magnesium und Zink im Weizen“, berichten die Experten.

Darüber hinaus seien auch die Konzentrationen der Aminosäuren um bis zu elf Prozent verringert. „Doch Weizen stellt in vielen Regionen dieser Erde ein wichtiges Grundnahrungsmittel dar. Das Problem der Fehlernährung könnte sich also in Zukunft noch erheblich verstärken“, warnt Prof. Dr. Fangmeier.

Ergebnisse fließen in Modelle ein

Modifiziert werden diese CO2-Effekte, wenn auch noch klimatische Extreme dazu kommen, also beispielsweise eine Hitzewelle vor der Blüte oder während der Kornfüllung. „Darüber fehlen uns bislang noch grundlegende Erkenntnisse“, meint Prof. Dr. Fangmeier.

Das Projekt gewinnt daher zunächst einmal Daten zu Ertrag und Qualität der Modellpflanze. Hinzu kommen weitere Messungen aus vorherigen Experimenten, auch zu den Folgen von Extremereignissen sowie Praxisdaten von Landwirten auf der Schwäbischen Alb und im Kraichgau.

All diese Werte gehen dann an die Verbundpartner der Forschergruppe „Regionaler Klimawandel“, in die das Projekt eingebunden ist. Die Partner werden die Daten umfassend analysieren. „Die Modelle, die sie entwickeln und validieren, sollen dann noch genauere Prognosen zulassen, wie sich der Klimawandel auf Kulturpflanzen auswirkt“, stellt PD Dr. Högy in Aussicht.