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04.09.2018 | Anpassungsstrategien | Im Fokus | Onlineartikel

Zwanzig Jahre Klimafolgenforschung in Gießen

Autor:
Matthias Schwincke

Wie soll sich die deutsche Landwirtschaft an den Klimawandel anpassen? Eine auf ihre Art weltweit einmalige Forschungsstation in Hessen liefert dazu seit nunmehr 20 Jahren wichtige Anhaltspunkte.

Eines ist sicher: die Folgen der gestiegenen Treibhausgas-Konzentration in der Erdatmosphäre und die damit verbundene Erwärmung schaffen auch Risiken für die Landwirtschaft. Doch wie lassen sich die Auswirkungen eines so langfristigen Phänomens wie Klimawandel erfassen und näher beschreiben? Zumal es sich bei landwirtschaftlichen Kulturen um teils recht unterschiedliche und ökologisch komplexe Systeme handelt.

 

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2017 | OriginalPaper | Buchkapitel

Einleitung

Zwischen Landwirtschaft und sich verändernden Jahreswitterungsverläufen im Zuge des Klimawandels bestehen komplexe Zusammenhänge. Dies betrifft auch den Zuckerrübenanbau. Die Landwirtschaft ist einer der klimasensitivsten Wirtschaftsbereiche und dementsprechend von etwaigen klimatischen Veränderungen unmittelbar betroffen. 

Zur Erforschung des Agrar-Ökosystems Grünland läuft ein solcher Versuch nunmehr seit 20 Jahren sehr erfolgreich in der Nähe von Gießen. Als ein Teil der Umweltbeobachtungs- und Klimafolgenforschungsstation Linden-Leihgestern existiert dort seit 1998 eine einzigartige Freiluft-Versuchseinrichtung: das "Free Air Carbon Dioxide Enrichment"-System – kurz: FACE. Die Luft über drei ringförmigen Versuchsflächen wird dabei so mit Kohlendioxid angereichert, dass die Pflanzen einer Konzentration ausgesetzt sind wie sie etwa Mitte des Jahrhunderts erwartet wird.

Grünland nur bedingt eine CO2-Senke

Die Schwerpunkte der vom Institut für Pflanzenökologie der Universität Gießen geleiteten Untersuchungen liegen auf der Zusammensetzung der Pflanzenarten, der Biomasseproduktion von Gräsern, Kräutern und Leguminosen sowie auf der chemischen Zusammensetzung der Biomasse und der daraus resultierenden Futterqualität. Außerdem werden die Treibhausgasflüsse zwischen dem Ökosystem und der Atmosphäre quantifiziert und bilanziert. Weltweit gibt es keinen anderen Datensatz, der die Auswirkungen von erhöhten CO2-Konzentrationen auf Treibhausgasflüsse und Biomassezusammensetzung im Grünland so lange und kontinuierlich gemessen hat. Einige der wichtigsten Erkenntnisse der Langzeitbeobachtung:

  • Die erhöhte CO2-Konzentration und der damit verbundene Düngungseffekt durch Kohlenstoff führt nur in Jahren mit mittleren Temperatur- und Niederschlagsverhältnissen zu einem höheren Pflanzenwachstum. Bei Extremwetterverhältnissen wie Hitze und Dürre war kein Düngungseffekt festzustellen.
  • Eher negativ wirken sich die höheren CO2-Konzentration auf andere Nährstoffe aus. So sinkt im Pflanzengewebe beispielsweise die Konzentration des wichtigen Pflanzennährstoffs Stickstoff. Das Ergebnis ist eine schlechtere Futtermittelqualität.
  • Durch mehr CO2 in der Luft gelangt über die Pflanzen zwar mehr Kohlenstoff in den Boden. Dieser verbleibt dort allerdings nicht auf Dauer. Ein Grund: Mikroorganismen im Boden, die Kohlenstoffverbindungen als Nahrungsquelle nutzen, werden bei erhöhten Konzentrationen aktiver. Sie setzen die Kohlenstoffverbindungen in CO2 um, das wiederum in die Atmosphäre entweicht.
  • Bodenorganismen wie Bakterien und Pilze produzieren neben CO2 allerdings auch Methangas (CH4) und Lachgas (N2O). Beide Gase führen im Vergleich zu CO2 zu einer noch viel stärkeren Aufheizung der Erdatmosphäre.
  • Insgesamt tragen die gesteigerten Lachgas- und Methanemissionen sowie die Abschwächung des CO2-Düngeeffekts unter klimatischen Extrembedingungen eher zu sich selbst verstärkenden Rückkopplungsmechanismen bei. Im Endeffekt könnte Grünland den Klimawandel also eher noch beschleunigen, anstatt ihn als CO2-Senke zu bremsen.

Kombinationsexperiment für Temperatur und Kohlendioxid

Als neuer Bestandteil der wissenschaftlichen Langzeitforschung von Grünland wurde 2018 auf dem gleichen Gelände ein weiterentwickeltes FACE-System in Betrieb genommen. In dieser Anlage wird die Lufttemperatur um 2 Grad Celsius erwärmt und gleichzeitig die atmosphärische CO2-Konzentration um 20 Prozent angereichert. Eine wichtige Forschungsfrage ist dabei, wie groß der CO2-Düngungseffekt bei erhöhter Lufttemperatur sein wird und wie sich das Wurzelwerk verändert.

Einen breiten Überblick über agrarrelevante klimatische Veränderungen und deren Auswirkungen auf wichtige Kulturpflanzen, Schadorganismen und landwirtschaftliche Nutztiere bieten die Springer-Autorinnen und -autoren Horst Gömann, Cathleen Frühauf, Andrea Lüttger und Hans-Joachim Weigel im Buchkapitel Landwirtschaft.


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