Freilanduntersuchungen zur interaktiven Wirkung von Hitzeperioden und erhöhter atmosphärischer CO2-Konzentration auf Wachstum und Kornbildung von Weizen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Hintergrund für dieses Projekt waren die Warnmeldungen in verschiedenen Fachartikeln. Darin wurde auf die starke Gefährdung der Weizenerträge durch die Zunahme von Hitzeperioden (T>31°C) infolge des Klimawandels hingewiesen. Stellenweise wurde in der Hitze eine größere Gefahr gesehen als in der Zunahme von Trockenheit. Die experimentellen Daten für diese Prognosen stammten überwiegend aus Kammerversuchen. Im Rahmen des Projekts sollten erstmals Hitzeexperimente im Feld durchgeführt und Interaktionen mit dem Anstieg der CO2-Konzentration berücksichtigt werden. Es wurde vermutet, dass mehr CO2 über seine antitranspiratorische Wirkung die Pflanzentemperatur erhöht und so noch eher kritische Temperaturschwellen überschritten werden, oberhalb dessen irreversible Prozesse initiiert und so der Ertrag reduziert werden. Bei den Feldversuchen mit Hitze im ersten Versuchsjahr wurden trotz deutlicher Überschreitung des in der Literatur angegebenen Schwellenwerts von 31°C kaum negative Effekte auf den Kornertrag festgestellt. Beim Kombinationsversuch mit Hitze und CO2-Anreichung über zwei Vegetationsperioden (2014 und 2015) wurde nur ein signifikanter Effekt der CO2-Anreicherung (+200 ppm) auf das Pflanzenwachstum nachgewiesen. Die Hitze bewirkte wie beim ersten Feldversuch trotz relativ hoher Temperaturen keinen Ertragsabfall. Eine Reihe von Kammerversuchen ergab, dass der Ertrag erst bei sehr hoher Hitzebelastung beeinträchtigt wird. Aufgrund dieser Ergebnisse und einer nachträglichen Analyse früherer Hitzestressversuche wurde gezeigt, dass die hohe Hitzesensitivität, die in einigen Studien festgestellt wurde, durch das gleichzeitige Auftreten von Trockenstress verursacht worden ist. Die für eine Ertragsminderung von 20% erforderliche Hitzesumme zur Anthese betrug in Studien mit Verdacht auf zusätzliche Trockenheit ca. 1100 °C x min und bei guter Wasserversorgung annährend das 10 fache (ca. 10.000 °C x min), wie sich in unseren Kammerversuchen oder in einem aktuellen Experiment mit chinesischen Weizensorten gezeigt hat. Nach diesen Daten ist die zukünftige Gefährdung der Weizenerträge in Mitteleuropa in früheren Modellprognosen deutlich überschätzt worden. In einem Zusatzversuch mit chronischer Erwärmung während der Kornfüllung gab es zwar eine signifikante Reduktion des Einzelkorngewichts, aber die Auswirkungen auf den Kornertrag waren geringer als erwartet. Dies deutet daraufhin, dass auch der Ertragseffekt höherer Temperaturen während der Kornfüllungsphase überschätzt wird.
