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CO2 in der Atmosphäre: Kulturpflanzen brauchen weniger
Wasser
Die stetig steigende Konzentration des Treibhausgases Kohlendioxid
(CO2) in der Atmosphäre ist nicht nur einer der Hauptfaktoren
für den Klimawandel - das Gas dient auch als unverzichtbarer
Baustein für die Photosynthese der Pflanzen und ist
damit Grundlage allen Lebens. Damit berührt der CO2-Anstieg
auch unmittelbar Fragen der Ernährung: Wie reagieren
Kulturpflanzen wie Weizen, Kartoffeln oder Mais, wenn ihnen
mehr CO2 zur Verfügung steht? Fördert das ihr Wachstum,
haben wir bessere Ernten zu erwarten und wie beeinflusst
die CO2-reichere Umgebungsluft den Wasserbedarf der Pflanzen?
Wissenschaftler des Johann Heinrich von Thünen-Instituts
(vTI) in Braunschweig können auf einige dieser Fragen
jetzt Antworten geben.
Die Arbeitsgruppe um Professor Hans-Joachim Weigel vom vTI-Institut
für Biodiversität konnte auf Erkenntnisse aus der
Fachliteratur aufbauen, nach denen in Laborversuchen die
meisten unserer Kulturpflanzen eine höhere Photosyntheserate
und ein verstärktes Wachstum zeigen, wenn sie mehr CO2
zur Verfügung haben. Einige Pflanzenarten konnten unter
diesen Bedingungen auch das vorhandene Wasser besser ausnutzen
- ein wichtiger Gesichtspunkt, da in unseren Breiten künftig
längere Trockenperioden während des Sommers erwartet
werden. Unbekannt war bis jetzt aber, wie die Pflanzen unter
realen landwirtschaftlichen Anbaubedingungen auf das erhöhte
CO2-Angebot in der Atmosphäre und auf verminderte Niederschläge
reagieren.
Das Infrarotbild macht deutlich: Im Inneren des Kreises
ist es wärmer als im übrigen Feld. Grund ist, dass
dort die Weizenpflanzen über ihre Spaltöffnungen
weniger Wasser abgeben und daher weniger verdunstet
(Foto: vTI/BD)
Um hier zu belastbaren Aussagen zu kommen, errichteten Weigel
und sein Team auf einem Versuchsfeld des von Thünen-Instituts
in Braunschweig eine europaweit einmalige CO2-Anreicherungsanlage,
mit der die zukünftigen Konzentrationen dieses Gases
in der Atmosphäre sowie unterschiedliche Trockenheitsbedingungen
direkt im Freiland simuliert werden können. In dieser
sogenannten FACE-Anlage (Free Air Carbon Dioxide Enrichment)
wird mithilfe von ringförmig angeordneten Düsen
eine Kreisfläche mit einem Durchmesser von 20 Metern
computergesteuert so mit CO2 begast, dass sich im Bereich
der Pflanzen eine Atmosphäre mit rund 550 ppm (parts
per million) Kohlendioxid einstellte. Das entspricht den
Verhältnissen, wie sie für das Jahr 2050 erwartet
werden. Auf dem Rest des Feldes beträgt die CO2-Konzentration
in der Luft 385 ppm, das ist der heute überall anzutreffende
Wert.
In mehrjährigen Versuchen mit der Fruchtfolge Gerste,
Weizen und Zuckerrüben konnten die vTI-Forscher zeigen,
dass die Pflanzen in der CO2-angereicherten Fläche 10
- 15 % mehr Biomasse bilden und dass die Pflanzen dabei je
nach Versuchsjahr 5 - 20 % weniger Wasser über ihre
Spaltöffnungen in die Umgebungsluft abgaben, d.h. ihre
Transpiration reduzierten. Während der CO2-Anreicherung
erhöhte sich auch die Bodenfeuchte unter diesen Beständen.
Das bedeutet: Diese Pflanzen können das ihnen zur Verfügung
stehende Wasser effizienter nutzen.
In einem anschließenden zweijährigen Versuch
mit Energiemais, der sich durch schnelles Wachstum bei hohen
Temperaturen auszeichnet, wurden erstmals unter Feldbedingungen
gezielt die Wechselwirkungen zwischen Trockenstress (erzeugt
durch eine Regenausschlussvorrichtung) und einer gleichzeitig
erhöhten CO2-Konzentration untersucht. Die Maispflanzen
reagierten auf den simulierten Trockenstress unter heutigen
CO2-Bedingungen mit einem Wachstumsverlust (oberirdische
Biomasse) von rund 28 %. Unter der CO2-angereicherten Atmosphäre
war das Wachstum allerdings "nur" um ca. 11 % erniedrigt,
der Trockenstresseffekt wurde also erheblich kompensiert.
"Die Ergebnisse sind Beispiele für Rückkoppelungseffekte,
die bei der Klimafolgenabschätzung beachtet werden müssen",
erläutert Weigel. In den kommenden zwei Jahren will
seine Arbeitsgruppe die Versuche zur Kombinationswirkung
von Trockenstress und erhöhter CO2-Konzentration unter
dem Aspekt der Nutzung der genetischen Vielfalt mit verschiedenen
Sorten von Sorghum-Hirse, ebenfalls eine Energiepflanze,
fortsetzen. Die hierbei erzielten Ergebnisse sollen im Rahmen
eines Verbundprojektes in die züchterische Optimierung
von Sorghum-Hirse einfließen.
Dr. Michael Welling,
Johann Heinrich von Thünen-Institut, Bundesforschungsinstitut
für Ländliche Räume, Wald und Fischerei |
