In einem einzigartigen Vergleich von 27 Pflanzenwachstumsmodellen stellte jetzt ein internationales Wissenschaftlerteam unter Beteiligung der Universität Bonn fest, dass die derzeit verwendeten Wachstumsmodelle große Unsicherheiten aufweisen.
Nur über die Durchführung von Simulationen mit mehreren verschiedenen Modellen lässt sich diese Unsicherheit derzeit reduzieren, bis Weiterentwicklungen dieser mathematischen Modelle zu genaueren Abschätzungen künftiger Weizenerträge führen. Die Ergebnisse werden nun im Fachjournal „Nature Climate Change“ vorgestellt.
Die Globale Erwärmung hat absehbar auch Auswirkungen auf die Pflanzenproduktion und damit die Ernährung der Weltbevölkerung. Die Folgen des Klimawandels für die Ernten sind jedoch regional sehr unterschiedlich.
„Im kühl-feuchten Finnland können steigende Temperaturen zu zunehmenden Erträgen führen, während im bereits heute schon warmen und trockenen Spanien überwiegend mit einem Rückgang der Pflanzenproduktivität zu rechnen ist“, berichtet Prof. Dr. Frank A. Ewert vom Institut für Nutzpflanzenwissenschaften und Ressourcenschutz der Universität Bonn.
Neben wärmeren Temperaturen kommen noch der „Düngeeffekt“ des Treibhausgases Kohlendioxid und veränderte Niederschlagsmengen hinzu. „Durch dieses komplexe Wirkungsgefüge, das zudem von den Anbaumaßnahmen der Landwirte - wie die Düngung - beeinflusst wird, lassen sich die Folgen des Klimawandels für die Pflanzenproduktion nur schwer abschätzen“, sagt Prof. Ewert.
Bislang umfangreichster Vergleich verschiedener KlimamodelleDie Wissenschaftler nutzen deshalb mathematische Simulationen. Damit analysieren sie unter Einbeziehung von Experimenten die komplexen Vorgänge von Pflanzenwachstum und Ertragsbildung und blicken damit in die wärmere Klimazukunft.
Ein internationales Team von Wissenschaftlern hat nun unter Federführung von Prof. Dr. Senthold Asseng von der University of Florida (USA) und unter Beteiligung des Co-Koordinators Prof. Ewert von der Universität Bonn die Zuverlässigkeit von 27 verschiedenen Wachstumsmodellen für Weizen untersucht. „Diese Studie ist einzigartig. Es handelt sich um den bislang umfangreichsten Vergleich verschiedener Wachstumsmodelle“, berichtet Prof. Ewert.
Jedes dieser Wachstumsmodelle ist mit Unsicherheiten behaftet, weil die Simulationen immer ein vereinfachtes Abbild der hochkomplexen Realität sind.
Ein wichtiges Ergebnis der Wissenschaftler ist, dass sich die Trefferquoten der Modelle hinsichtlich der Weizenerträge verbessern, wenn mehrere Wachstumsmodelle zur Berechnung herangezogen werden. Die notwendige Anzahl der Modelle hängt dabei von verschiedenen Faktoren ab und nimmt zu, je weiter man in die Zukunft blickt.
Beim Vergleich der Simulationen zeigte sich zudem, dass Faktoren wie der Boden, Aussaattermin und Düngeintensität einen großen Einfluss auf das berechnete Ergebnis haben. „Hier lohnt es sich, bei der Weiterentwicklung der Modelle genauer hinzusehen“, sagt Prof. Ewert.
Je größer die Temperatursteigerung, desto unsicherer die ModelleDer
Weltklimarat (IPCC) geht von einer möglichen Erwärmung der durchschnittlichen globalen Lufttemperatur von 1,1 bis 6,4 Grad Celsius bis zum Jahr 2100 aus. Das internationale Forscherteam prüfte mit den verschiedenen Wachstumsmodellen, wie sich diese prognostizierte Erwärmung auf die Weizenerträge auswirkt.
„Die Temperaturerhöhung führt überwiegend zu Ertragsminderungen“, berichtet der Bonner Wissenschaftler. Und: Je mehr die Temperaturen steigen, desto größer werden Unsicherheiten der Modellergebnisse zu Weizenerträgen. „Auch hier gibt es noch Forschungsbedarf, um die Zuverlässigkeit der Ergebnisse zu erhöhen“, sagt Prof. Ewert.
Ein überraschendes Resultat war, dass die Pflanzenwachstumsmodelle im Vergleich zu Klimamodellen deutlich höhere Unsicherheiten aufwiesen. Als Grund vermuten die Wissenschaftler, dass die Klimamodellierer schon länger vergleichende Simulationsstudien durchführen, so mehr Erfahrungen mit ihren Simulationen gesammelt und dadurch ihre Modelle ständig verbessert haben.
Die Wissenschaftler wollen die Gründe für die Unsicherheiten in den Wachstumsmodellen für Weizen besser verstehen und daraus lernen, um zu noch besseren Simulationen zu kommen. „Schließlich sind die Wachstumsmodelle für Feldfrüchte von entscheidender Bedeutung, um die Folgen der globalen Erwärmung besser abschätzen und darauf reagieren zu können“, sagt der Forscher der Universität Bonn. (PD)
