Interaktion von CO2-Anstieg und Sommertrockenheit auf das Maiswachstum

Projekt

Maisfeld im Frühjahr 2008. Zu sehen sind Teile des FACE-Rings (graue Röhren), mit denen das Kohlendioxid in den Bestand geblasen wird. (c) Thünen-Institut/BD
Maisfeld im Frühjahr 2008. Zu sehen sind Teile des FACE-Rings (graue Röhren), mit denen das Kohlendioxid in den Bestand geblasen wird. (© Thünen-Institut/BD)

Experimentelle Beiträge zur Verbesserung modellbasierter Anpassungsempfehlungen an regionale Klimaänderungen in der Landwirtschaft. Rückkoppelungseffekte zwischen zukünftigen atmosphärischen CO2-Konzentrationen und Wasserhaushaltsgrößen in Agrarökosystemen

Nach den Klimaprognosen des IPCC ist bis Mitte dieses Jahrhunderts mit einem Anstieg der atmosphärischen CO2-Konzentration auf ca. 500-600 ppm und einer Abnahme der Sommerniederschläge zu rechnen. Im Rahmen des BMBF-Forschungsvorhabens LANDCARE 2020 wird vom Institut für Biodiversität des vTI ein zweijähriges Feldexperiment durchgeführt, in dem der Einfluss dieser beiden Faktoren auf den Maisanbau untersucht werden soll. Dabei soll insbesondere der Wasserhaushalt des Agrarökosystems genauer untersucht werden.

Hintergrund und Zielsetzung

Zur Ableitung von Anpassungsstrategien in der Landwirtschaft an veränderte Klimabedingun-gen ist eine möglichst exakte Kenntnis der regionalen Folgen des Klimawandels erforderlich. Ein weiterer wesentlicher Faktor ist die atmosphärische CO2-Konzentration. Sie soll bis zur Mitte des Jahrhunderts um bis zu 200 ppm ansteigen. Eine Vielzahl von Untersuchungen hat gezeigt, dass der Anstieg der CO2-Konzentration bei C4-Pflanzen wie Mais vor allem die Transpiration und damit den Wasserverbrauch verringert. Der Wasserfluss eines Maisbestandes ist jedoch noch von weiteren Faktoren abhängig wie der Witterung (Temperatur, Strahlung, Windgeschwindigkeit u.a.) und den Bodenbedingungen (Wasser- und Nährstoffverfügbarkeit), die mit der CO2-Konzentration interagieren und so die Wirkung auf den Wasserverbrauch des Bestandes modifizieren können. Eine zuverlässige Abschätzung des CO2-Effekts auf die Stoffproduktion und den Wasser¬haus¬halt von Agrarökosystemen ist daher nur mit Hilfe von CO2-Anreicherungsexperimenten unter realen Feldbedingungen möglich. Im Rahmen des Projektes sollte daher erstmals ein zweijähriges FACE-Experiment mit Mais durch¬ge¬führt werden, wobei als zusätzlicher Faktor die Wasser¬ver¬sorgung variiert werden sollte, um eine Zunahme der Sommertrockenheit zu simulieren. Die Hauptziele des Projektes waren (1) die Größen¬ordnung des CO2-Effekts auf den Wasserverbrauch und die Biomasseproduktion von Mais abzuschätzen und (2) experimentelle Datensätze für die Überprüfung und Verbesserung von Maismodellen zu liefern. In zweiten Jahr wurde zusätzlich eine Strohmulchvariante geschaffen, um zu testen ob dadurch der CO2-Effekt auf die Wassernutzungseffizienz noch gesteigert werden kann. 

Vorgehensweise

Mais wurde in einem zwei  Feldexperiment bei unterschiedlicher CO2-Konzentration (380/550 ppm) kombiniert mit ausreichender Wasserversorgung oder Sommertrockenheit angebaut. Während der Vegetationsperiode wurde die Umweltbedingungen (CO2-Konz., Bodenfeuchte, Witterungsdaten) Daten zum Pflanzenwachstum sowie zum Wasserverbrauch erhoben. 

Daten und Methoden

Für die Simulation von Bodentrockenheit in Kombination mit der FACE-Technik wurde zwei verschiedene Methoden entwickelt und angewandt.

Der Wasserverbrauch der Pflanzen wurden Saftflussmanschetten erfaßt.

Unsere Forschungsfragen

Welchen Einfluß haben erhöhte CO2-Konzentrationen auf Wachstum und Ertrag von Mais bei ausreichender und begrenzter Wasserversorgung?

Wie groß ist die Transpirationsminderung bei Mais unter erhöhter CO2-Konzentration.

Wie groß ist der CO2 Effekt auf die Wassernutzungseffizienz.

Ergebnisse

Mehr CO2 verringert die Transpirationsrate der ganzen Pflanzen um ca. 20%.  Die CO2-Anreicherung erhöhte das Maiswachstum nur bei Bodentrockenheit und nicht bei ausreichender Wasserversorgung.  Der CO2-Effekt auf die Wassernutzungseffizienz war viel größer bei Sommertrockenheit als bei guter Wasserversorgung.

Nach diesen Ergebnissen profitiert Mais vom Anstieg der CO2-Konzentration nur dann wenn die Wasserverfügbarkeit das Wachstum limitiert.

Thünen-Ansprechpartner


Beteiligte Thünen-Partner


Beteiligte externe Thünen-Partner


Geldgeber

  • Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)
    (national, öffentlich)
  • Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)
    (national, öffentlich)

Zeitraum

11.2006 - 12.2009

Weitere Projektdaten

Projekttyp:
Projektfördernummer: 01LS05108
Förderprogramm: BMBF - BioEnergie 2021 - Forschung für die Nutzung von Biomasse
Projektstatus: abgeschlossen