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Elke Graffam
Institut für Biodiversität

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Gefährdung des Weizenertrags durch Hitzeperioden während der Blüte

Projekt

Weizenversuchsfeld mit großem CO2-Begasungsring (schwarze Rohre) und kleinen Versuchsflächen mit ringförmig angeordneten Infrarotstrahlern zur Erwärmung der Pflanzen (c) Thünen-Institut/BD
Weizenversuchsfeld mit großem CO2-Begasungsring (schwarze Rohre) und kleinen Versuchsflächen mit ringförmig angeordneten Infrarotstrahlern zur Erwärmung der Pflanzen (© Thünen-Institut/BD)

Freilanduntersuchungen zur interaktiven Wirkung von Hitzeperioden und erhöhter atmosphärischer CO2-Konzentration auf Wachstum und Kornbildung von Weizen

Nach jüngsten Modellabschätzungen gefährdet insbesondere die mit dem Klimawandel verbundene Zunahme von Hitzeperioden die Getreideerträge und dies nicht nur in Deutschland sondern weltweit. Hitzeeffekte auf Getreide wurden in der Regel in Topfversuchen im Gewächshaus untersucht und Feldversuche mit gleichzeitiger Manipulation der CO2-Konzentration, die bekanntermaßen auch die Bestandestemperatur beeinflusst, gibt es bisher nicht.

Hintergrund und Zielsetzung

Ziel ist die Verbesserung der Quantifizierung von Temperatur- bzw. Hitzeeffekten auf einzelne Komponenten des Kornertrags von Weizen mit Hilfe von experimentellen Daten aus Feldversuchen. Außerdem soll ermittelt werden, ob und welchen Einfluss eine Erhöhung der CO2-Konzentration auf diese Beziehung hat. Die Untersuchungen zur Hitzewirkung konzentrieren sich auf die kritische Phase während der Weizenblüte, da die Pflanze zu diesem Zeitpunkt vorausichtlich am empfindlichsten auf Hitzeereignisse reagiert.

Zielgruppe

Unsere Daten sind für die breite wissenschaftliche Öffentlichkeit. Darüberhinaus werden sie gezielt verschiedenen Arbeitsgruppen zur Verfügung gestellt, die sich mit der Modellierung der Auswirkungen von Hitzestress auf Weizen befassen.  

Vorgehensweise

Es werden erstmals Feldexperimente mit Weizen durchgeführt, in denen erhöhte Temperaturen bzw. Hitzeperioden bei gleichzeitiger Änderung der CO2-Konzentration simuliert werden.

Daten und Methoden

Zusätzlich zu regelmäßigen Wachstumsanalysen während der Vegetationsperiode werden spezifische Messungen zur Bestandestemperatur sowie zur Temperatur einzelner Organe durchgeführt.

Unsere Forschungsfragen

  • Gibt es einen Temperaturschwellenwert, oberhalb dessen die Kornzahl beeinträchtigt wird?
  • Läßt sich die Hitzewirkung auf die Kornzahl mit einem Hitzessummenansatz beschreiben?
  • Ist das Einzelkorngewicht unter Hitzestress auch beeinträchtigt oder wird es eher erhöht, sodass es Ertragsverlust durch den Abfall der Kornzahl mehr oder weniger kompensiert?
  • Bewirkt der Anstieg der CO2-Konzentration eine Verschärfung oder Abschwächung des Hitzeeffekts auf den Weizenertrag?

Ergebnisse

  • In den 3 Feldversuchsjahren gab es Witterungsbedin-gungen mit Tagesmaximaltemperaturen von 30 bis 33°C um die Blüte
  • Mit der FATE-Technik konnte die Temperatur je nach Windbedingungen um 3-6°C erhöht werden.
  • Unter FACE hatten der Weizenbestand eine höhere Temperatur (bis ca. 1°C) auch bei Hitzebehandlung.
  • Es wurden keine signifikanten Hitzeeffekte auf den Kornertrag festgestellt.
  • In einer weiteren Versuchsreihe wurde Weizen im Gewächshaus in Töpfen angezogen und während der Blüte über wenige Tage in Klimakammern einer unterschiedlichen Hitzebelastung (32°C - 40°C) ausgesetzt. Es zeigte sich, dass eine hitzebedingte Halbierung des Kornertrags erst bei sehr hohen Hitzesummen (T>30°C) von ca. 30°C x d auftreten. Dies entspricht einer 10 tägigen Hitzeperiode mit 36°C über 12h pro Tag. Derart intensive Hitzewellen sind nach den Klimaprognosen nicht für Deutschland zu erwarten.
  • Zusätzliche Feldversuche mit einer Erhöhung der Durchschnittstemperatur um bis zu 3°C während der Kornfüllung ergaben keine Verkürzung sondern eine Verlängerung der Tagesanzahl für die Kornfüllung. Daher gab es entgegen der Erwartung keine signifikante Ertragsminderung durch die Erwärmung. Diese Resultate sollen verwendet werden, um den Einfluss der Temperatur auf das Kornwachstum zu Verbessern.

Thünen-Ansprechpartner


Beteiligte Thünen-Partner


Beteiligte externe Thünen-Partner


Geldgeber

  • Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)
    (national, öffentlich)

Zeitraum

4.2012 - 9.2018

Weitere Projektdaten

Projekttyp:
Projektfördernummer: MA 1736/3-1
Projektstatus: abgeschlossen

Publikationen

Anzahl der Datensätze: 7

  1. Neukam D, Ahrends HE, Luig A, Manderscheid R, Kage H (2016) Integrating wheat canopy temperatures in crop system models. Agronomy 6(7):19 S., DOI:10.3390/agronomy6010007
    PDF Dokument (nicht barrierefrei) 3443 KB
  2. Luig A, Manderscheid R, Erbs M, Ratjen A, Weigel H-J, Kage H (2016) Towards a simple model for winter wheat's grain filling dynamics considering heat effects. In: Ewert F, Boote KJ, Rötter RP, Thorburn PJ, Nendel C (eds) International Crop Modelling Symposium 15-17 march 2016, Berlin, book of abstracts. pp 308-309
  3. Luig A, Manderscheid R, Erbs M, Ratjen A, Weigel H-J, Kage H (2016) Yield reaction of winter wheat to high atmospheric CO2 concentration and heat stress. In: FACEing the future : food production and ecosystems under a changing climate, 26. – 29. September 2016, Justus Liebig University Giessen, Germany, Book of Abstracts. p 51
  4. Erbs M, Manderscheid R, Luig A, Kage H, Weigel H-J (2015) A field experiment to test interactive effects of elevated CO2 concentration (FACE) and elevated canopy temperature (FATE) on wheat. Proced Environ Sci 29:60-61, DOI:10.1016/j.proenv.2015.07.157
    PDF Dokument (nicht barrierefrei) 263 KB
  5. Luig A, Manderscheid R, Erbs M, Ratjen A, Weigel H-J, Kage H (2015) Wie beeinflussen erhöhte CO2-Konzentrationen (FACE) und temporär erhöhte Bestandestemperaturen (T-FACE) sowie deren Interaktion die Ertragsphysiologie von Winterweizen? - Ergebnisse eines Feldversuches. Mitt Gesellsch Pflanzenbauwiss 27:51-52
  6. Manderscheid R, Erbs M, Weigel H-J (2013) Field studies on the interaction of drought or heat stress and elevated atmospheric CO2 concentrations on growth and yield of C4 and C3 crops. In: Abstracts / Climate extremes and biogeochemical cycles 2013 : 2 - 5 April 2013, Congress Center Seefeld / Austria. Seefeld, p 243
  7. Manderscheid R, Ewert F, Kage H, Müller J, Siebert S, Weigel H-J (2012) Integrierte Multiskalenmodelle: ein neuer systemübergreifender Ansatz bei Kulturpflanzen zur Anwendung in der Biomasse- und Klimafolgenforschung auf der Grundlage innovativer Experimente. Mitt Gesellsch Pflanzenbauwiss 24:277-278