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Ein Mitarbeiter sammelt Ameisen auf einer Untersuchungsfläche.
© Thünen-Institut/BD
Ein Mitarbeiter sammelt Ameisen auf einer Untersuchungsfläche.
Institut für

BD Biodiversität

Projekt

Auswirkungen des zukünftigen Klimawandels auf Ertrag und Qualität der Nahrungspflanzen

Federführendes Institut BD Institut für Biodiversität
Beteiligte Institute LR Institut für Ländliche Räume
Betrieb des Freiland-CO2-Anreicherungssystems (FACE) auf dem Thünen-Versuchsfeld mit verschiedenen Kulturpflanzen
© Thünen-Institut/BD
Betrieb des Freiland-CO2-Anreicherungssystems (FACE) auf dem Thünen-Versuchsfeld mit verschiedenen Kulturpflanzen

Wechselwirkung zwischen atmosphärischer CO2-Konzentration und anderen Faktoren auf Wachstum, Ertrag und Ertragsqualität von landwirtschaftlichen Kulturpflanzen

Angesichts des kontinuierlichen Anstiegs der CO2-Konzentration und dem damit verbundenen Klimawandel bleibt zu klären wie sich diese Änderungen zukünftig auf Wachstum, Ertrag und Ertragsqualität der landwirtschaftlichen Kulturpflanzen bzw. auf die Ernährungssicherheit auswirken.

Hintergrund und Zielsetzung

Im Rahmen des Projekts sollen die Auswirkungen zukünftiger atmosphärischer CCO2-Konzentrationen in Kombination mit anderen wesentlichen Wachstumfaktoren auf Wachstum, Ertrag und Ertragsqualität von landwirtschaftlichen Kulturpflanzen analysiert werden. Neben der atmosphärischen CO2-Konzentration wird der Einfluss  weiterer Faktoren des Klimawandels experimentell untersucht (Dürre, Erwärmung, Hitze).

Vorgehensweise

Es werden Feldexperimente mit verschiedenen Nutzpflanzen durchgeführt, in denen die zukünftigen klimatischen Bedingungen simuliert werden. Zur Erhöhung der CO2-Konzentration um ca. 170-200 ppm wird die Freiland-CO2-Anreicherungstechnik angewandt.  Die anderen Faktoren werden auch durch den Einsatz spezifischer Feldversuchstechniken variiert.

Daten und Methoden

Es werden alle für das Pflanzenwachstum verantwortlichen Einflussfaktoren kontrolliert oder kontinuierlich erfasst, um eine Quantifizierung der Stoffproduktion mithilfe von geeigneten Pflanzenwachstumsmodellen zu ermöglichen und zur Verbesserung der Modellprognosen zum Einfluss des Klimawandels auf die Agrarproduktion beizutragen.

Ergebnisse

  • Die Erhöhung der CO2 Konzentration um 170 ppm führte bei Wintergerste und Winterweizen zu einer Ertragszunahme von ca. 10-15%.
  • Gleichzeitig wurde jedoch eine Reduktion der Kornproteinkonzentration gefunden und eine Verschlechterung der Backqualität des Weizens.
  • Bei Zuckerrüben war die Ertragszunahme mit ebenfalls ca. 10% geringer als theoretisch erwartet.
  • CO2 erhöht den Maisertrag nur bei nicht ausreichender Wasserversorgung.
  • Der Anstieg der CO2-Konzentration verringert die Transpiration

Thünen-Ansprechperson

BD Institut für Biodiversität

Thünen-Beteiligte

Beteiligte externe Thünen-Partner

Zeitraum

Daueraufgabe 1.1999 - 12.2018

Weitere Projektdaten

Projektstatus: abgeschlossen

Publikationen

  1. 0

    Manderscheid R, Dier M (2023) Effect of N and CO2 supply on source size per grain at anthesis and its relationship with grain growth in wheat. J Agron Crop Sci 209(2):273-285, DOI:10.1111/jac.12624

    https://literatur.thuenen.de/digbib_extern/dn065578.pdf

  2. 1

    Krause SMB, Szoboszlay M, Dier M, Erbs M, Manderscheid R, Weigel H-J, Tebbe CC (2023) Impact of elevated atmospheric CO2 on the wheat rhizomicrobiome under the additional influence of warming, drought, and nitrogen fertilization. Eur J Soil Biol 117:103515, DOI:10.1016/j.ejsobi.2023.103515

  3. 2

    Weigel H-J, Manderscheid R (2016) Der CO2-Dünge-Effekt: produktivere und effizientere Nutzpflanzen durch den Klimawandel? Geogr Rundsch(3):28-33

  4. 3

    Oldenburg E, Manderscheid R, Erbs M, Weigel H-J (2015) Anstieg des CO2-Gehaltes in der Atmosphäre und Sommertrockenheit: Auswirkungen auf den Deoxynivalenol-Gehalt in Mais und Hirse? J Kulturpfl 66(6):217-218

  5. 4

    Pacholski AS, Manderscheid R, Weigel H-J (2015) Effects of free air CO2 enrichment on root growth of barley, sugar beet and wheat grown in a rotation under different nitrogen supply. Eur J Agron 63:36-46, DOI:10.1016/j.eja.2014.10.005

  6. 5

    Manderscheid R, Sikora J, Dier M, Erbs M, Weigel H-J (2015) Interactive effects of CO2 enrichment and N fertilization on N-acquisition, -remobilization and grain protein concentration in wheat. Proced Environ Sci 29:88, DOI:10.1016/j.proenv.2015.07.173

    https://literatur.thuenen.de/digbib_extern/dn055938.pdf

  7. 6

    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

  8. 7

    Wroblewitz S, Hüther L, Manderscheid R, Weigel H-J, Wätzig H, Dänicke S (2014) Effect of rising atmospheric carbon dioxide concentration on the protein composition of cereal grain. J Agric Food Chem 62(28):6616-6625, doi:10.1021/jf501958a

  9. 8

    Manderscheid R, Erbs M, Weigel H-J (2014) Interactive effects of free-air CO2 enrichment and drought stress on maize growth. Eur J Agron 52:11-21, DOI:10.1016/j.eja.2011.12.007

  10. 9

    Weigel H-J, Manderscheid R, Fangmeier A, Högy P (2014) Mehr Kohlendioxid in der Atmosphäre: Wie reagieren Kulturpflanzen? [online] In: Lozán JL, Graßl H, Karbe L, Jendritzky G (eds) Warnsignal Klima : Gefahren für Pflanzen, Tiere und Menschen . 2. Aufl. , zu finden in <http://www.klima-warnsignale.uni-hamburg.de/wp-content/uploads/2014/04/weigel.etal.pdf> [zitiert am 12.01.2015]

  11. 10

    Manderscheid R, Weigel H-J (2013) Das Braunschweiger FACE-Experiment. Promet 38(1-2):20-31

  12. 11

    Wroblewitz S, Hüther L, Manderscheid R, Weigel H-J, Wätzig H, Dänicke S (2013) The effect of free air carbon dioxide enrichment and nitrogen fertilisation on the chemical composition and nutritional value of wheat and barley grain. Arch Anim Nutr 67(4):263-278, doi:10.1080/1745039X.2013.821781

  13. 12

    Manderscheid R, Erbs M, Weigel H-J (2013) Wirkung unterschiedlicher CO2-Konzentrationen auf den Saftfluss und das Bestandesklima von Mais bei unterschiedlicher Wasserversorgung. Mitt Gesellsch Pflanzenbauwiss 25:164-165

  14. 13

    Erbs M, Manderscheid R, Weigel H-J (2012) A combined rain shelter and free-air CO2 enrichment system to study climate change impacts on plants in the field. Methods Ecol Evol 3(1):81-88, DOI:10.1111/j.2041-210X.2011.00143.x

  15. 14

    Weigel H-J, Manderscheid R (2012) Crop growth responses to free air CO2 enrichment and nitrogen fertilization: rotating barley, ryegrass, sugar beet and wheat. Eur J Agron 43:97-107, DOI:10.1016/j.eja.2012.05.011

  16. 15

    Lohölter M, Meyer U, Manderscheid R, Weigel H-J, Erbs M, Flachowsky G, Dänicke S (2012) Effects of free air carbon dioxide enrichment and drought stress on the feed value of maize silage fed to sheep at different thermal regimes. Arch Anim Nutr 66(4):335-346

  17. 16

    Lohölter M, Meyer U, Lebzien P, Manderscheid R, Weigel H-J, Erbs M, Flachowsky G, Dänicke S (2012) Effects of free air carbon dioxide enrichment and drought stress on the rumen in sacco degradability of corn silage harvested at various times. Landbauforsch 62(1/2):43-50

    https://literatur.thuenen.de/digbib_extern/bitv/dn050372.pdf

  18. 17

    Lohölter M, Meyer U, Döll S, Manderscheid R, Weigel H-J, Erbs M, Höltershinken M, Flachowsky G, Dänicke S (2012) Effects of the thermal environment on metabolism of deoxynivalenol and thermoregulatory. Mycotoxin Res 28(4):219-227

  19. 18

    Meibaum B, Riede S, Schröder B, Manderscheid R, Weigel H-J, Breves G (2012) Elevated CO2 and drought stress effects on the chemical composition of maize plants, their ruminal fermentation and microbial diversity in vitro. Arch Anim Nutr 66(6):473-489, doi:10.1080/1745039X.2012.735080

  20. 19

    Weigel H-J, Manderscheid R (2011) CO2-Anstieg - Kulturpflanzen reagieren unterschiedlich. Biogas J 3:80-83

  21. 20

    Burkart S, Manderscheid R, Wittich K-P, Löpmeier F-J, Weigel H-J (2011) Elevated CO2 effects on canopy and soil water flux parameters measured using a large chamber in crops grown with free-air CO2 enrichment. Plant Biol 13(2):258-269

  22. 21

    Manderscheid R, Pacholski AS, Weigel H-J (2010) Effect of free air carbon dioxide enrichment and nitrogen supply on leaf growth and yield of sugar beet. In: Wery J, Shili-Touzi I, Perrin A (eds) Proceedings of Agro2010 the XIth ESA Congress : August 29th - September 3rd, 2010 Montpellier, France. Montpellier: ESA, pp 471-472

  23. 22

    Manderscheid R, Pacholski AS, Weigel H-J (2010) Effect of free air carbon dioxide enrichment combined with two nitrogen levels on growth, yield and yield quality of sugar beet: Evidence for a sink limitation of beet growth under elevated CO2. Eur J Agron 32(3):228-239, DOI:10.1016/j.eja.2009.12.002

  24. 23

    Erbs M, Manderscheid R, Jansen G, Seddig S, Pacholski AS, Wieser H, Weigel H-J (2010) Free air CO2 enrichment and low N supply affect quality characteristics and elemental composition of wheat and barley grains. In: Wery J, Shili-Touzi I, Perrin A (eds) Proceedings of Agro2010 the XIth ESA Congress : August 29th - September 3rd, 2010 Montpellier, France. Montpellier: ESA, pp 499-500

  25. 24

    Lohölter M, Meyer U, Dänicke S, Hüther L, Manderscheid R, Weigel H-J (2009) Auswirkungen von Klimaänderungen auf den Futterwert ausgewählter Pflanzen sowie Futteraufnahme, Leistung und physiologische Parameter von Milchkühen und Mastrindern. In: Freibauer A, Osterburg B (eds) Aktiver Klimaschutz und Anpassung an den Klimawandel - Beiträge der Agrar- und Forstwirtschaft : 15.-16. Juni 2009 Braunschweig ; Tagungsband. Braunschweig: vTI, p 162

  26. 25

    Burkart S, Manderscheid R, Weigel H-J (2009) Canopy CO2 exchange of sugar beet under different CO2 concentrations and nitrogen supply: results from a free-air CO2 enrichment study. Plant Biol 11(Suppl. 1):109-123, DOI:10.1111/j.1438-8677.2009.00240.x

  27. 26

    Manderscheid R, Pacholski AS, Frühauf C, Weigel H-J (2009) Effects of free air carbon dioxide enrichment and nitrogen supply on growth and yield of winter barley cultivated in a crop rotation. Field Crops Res 110(3):185-196, DOI:10.1016/j.fcr.2008.08.002

  28. 27

    Wieser H, Manderscheid R, Erbs M, Weigel H-J (2008) Effects of elevated atmospheric CO2 concentrations on the quantitative protein composition of wheat grain. J Agric Food Chem 56(15):6531-6535, doi:10.1021/jf8008603

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    Link zum: Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft