Gekoppeltes Modell der photosynthetischen Primärproduktion und des Wasserhaushalts auf Blatt- und Bestandesebene - Integration der Wirkungen von erhöhtem CO2, Hitze- und Trockenstress bei Winterweizen (Triticum aestivum L.)
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Leistungsfähige Kulturpflanzenmodelle sind unverzichtbar, um die komplexen Wirkungen von Umwelteinflüssen einschließlich des Klimawandels auf die Biomasse- und Ertragsbildung von Kulturpflanzen besser zu verstehen und voraussagen zu können. In Mitteleuropa werden diese Zusammenhänge durch das Wechselspiel der positiven Effekte einer ansteigenden CO2-Konzentration und der möglichen negativen Folgen verstärkt auftretender Hitze- und Trockenstressperioden dominiert. Die Kenntnisse über das Zusammenspiel dieser Faktoren, die zu erwartenden Auswirkungen und die Zuverlässigkeit diesbezüglicher Modellsimulationen sind jedoch mit großen Unsicherheiten behaftet. In dem Projekt wurden folgende Aufgaben bearbeitet: 1. Analyse der Wirkungen von Hitze- und Trockenstress während und im Fall von Trockenstress auch unmittelbar nach der Blüte auf die Ertragsstruktur bei Winterweizen unter kontrollierten Klimakammerbedingungen. 2. Weiterentwicklung des gekoppelten Prozess basierten Modells der photosynthetischen Primärstoffbildung und des Wasserhaushalts auf Blattebene (LEAFC3-N) sowie dessen Erweiterung zur Beschreibung der über ein sinkendes Blatt-Wasserpotenzial vermittelten Wirkung von Trockenstress auf den CO2-/H2O-Gasaustausch bei Winterweizen. Ein entsprechendes weiterentwickeltes Prozessmodul wurde an die Partnergruppen Kage und Ewert übergeben. 3. Zur Weiterentwicklung eines bereits früher in der Arbeitsgruppe implementierten Modells des Bestandes-Gasaustauschs wurden Messungen des Bestandesgaswechsels von Winterweizen im Freiland mit Parzellenküvetten durchgeführt. Zu Aufgabe 1 wurden umfangreiche Ergebnisse vorgelegt, die belegen, dass: Separater Hitzestress (entsprechend einer Temperatursumme von 3000 °C min) oder separater Trockenstress (Bodenfeuchte über 5-6 Tage bei 30 % der Wasserkapazität) zur Blüte ohne die gleichzeitige Wirkung des jeweiligen anderen Stressfaktors eine Reduktion des Kornertrags der Haupttriebe auf etwa 80 % infolge einer entsprechenden Reduktion der Kornanzahl bewirken kann; der kombinierte Effekt von Hitze- und Trockenstress in der oben angegebenen Größenordnung zu einer drastischen Reduktion des Ertrags der Haupttriebe auf 20 % infolge einer entsprechenden Reduktion der Kornanzahl führen kann. Damit können auch kurzzeitige kombinierte Hitze- und Trockenstressereignisse während der Blüte zu hohen Ertragsausfällen führen. Zu Aufgabe 2 wurde eine hinsichtlich der Einführung eines limitierenden Mesophyll-Transportwiderstandes für CO2 überarbeitete und re-parametrisierte Version des Modells LEAFC3-N für Weizen vorgelegt. Die experimentell erfasste Reduktion der Transpiration und der Netto- Photosyntheserate bei einem durch Trockenheit bedingten Absinken des Blatt-Wasserpotenzials kann mit dieser Modellversion adäquat beschrieben werden. Das Modell kann als Teilmodell von Bestandesmodellen verwendet werden, wobei in diesem Fall das effektive Blatt-Wasserpotenzial im Pflanzenbestand zu simulieren ist. Hierfür liegt eine Pilotlösung vor. Zu Aufgabe 3 wurden die mit dem Parzellenküvettensystem erzielten Messergebnisse abgelegt und dokumentiert.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- (2015): Einfluss von Trockenstress während und nach der Anthese auf die Ertragsstruktur von Winterweizen (Triticum aestivum L.). Mitt. Ges. Pfllanzenbauwiss. 27, 201-202
Ehrenpfordt, B., Müller, J., Christen, O.
- (2015): Trockenstress während und nach der Blüte. Einfluss auf die Ertragsstruktur von Winterweizen. Getreidemagazin 6, 42-45
Ehrenpfordt, B., Müller, J., Christen, O.
