Klimafolgen: Handlungsfeld Landwirtschaft

Hitze

Die Temperatur entscheidet weitgehend über die Anbauwürdigkeit einer Pflanzenart und beeinflusst maßgeblich Wachstums- und Entwicklungsprozesse. Alle Kulturpflanzen haben einen Temperaturbereich, innerhalb dessen sie optimal gedeihen. Er unterscheidet sich von Art zu Art und hängt auch vom jeweiligen Entwicklungsstadium einer Pflanze ab. So liegt beispielsweise das Optimum für das Pflanzenwachstum bei Weizen zwischen 10 und 25°C. Weicht die Temperatur vom optimalen Temperaturbereich nach oben hin ab, leidet die Pflanze unter Hitzestress, der sich durch bestimmte Symptome an den Pflanzen äußert (z. B. Welkeerscheinungen, schlechte Blütenauslösung, mangelnde Befruchtung, Fruchtdeformation, schlechte Ausfärbung von Früchten). In Verbindung mit einer hohen Sonneneinstrahlung können an der Pflanzenoberfläche Temperaturen erreicht werden, die zu Verbrennungen an Blättern (z. B. von Weizen, Gemüse) und Früchten (Obst) führen. Es kommt zu einer Schädigung der Proteine und damit der Stoffwechselvorgänge. Bei sehr hohen Temperaturen führt dies meist zu Wachstumsstockungen und zu Qualitäts- und Ertragsverlusten. Das Hitzejahr 2003 zeigt für verschiedene Regionen in Deutschland (z. B. Rheingraben), dass ein deutlicher Ertragsrückgang von Kulturpflanzen mit der Zahl der Hitzetage korreliert.

Die einzelnen Kulturpflanzen vertragen Hitze unterschiedlich gut: Raps, Zuckerrüben und Kartoffeln sind relativ hitzeempfindlich. Die Getreidearten, vor allem Gerste, sind etwas toleranter, zeigen aber mit zunehmender Hitze auch Ertragsdepressionen. Pflanzen subtropischer Herkunft wie Mais, Hirse und Soja sind dagegen ziemlich hitzetolerant. Auch im Bereich Grünland gibt es Grasarten die besonders hitzeempfindlich sind (z. B. Gemeine Rispe), während andere Grasarten hitzetoleranter sind (z. B. Wiesenrispe, Rohrschwingel). Die meisten Kulturpflanzen sind in bestimmten sensiblen Entwicklungsphasen für Hitzestress besonders empfindlich. Beim Weizen sind die Blütenentfaltung und Ausdifferenzierung von Pollen im Mai/Juni solche Phasen, in denen Temperaturanstiege auf über 30 °C zu sterilen Pollen und somit einem Rückgang der Kornzahl führen können. Bei Raps nimmt durch sehr hohe Temperaturen während der Wachstumsphase der Gehalt an ernährungsphysiologisch erwünschten ungesättigten Fettsäuren ab, während der Anteil gesättigter Fettsäuren erhöht wird. Getreide reagiert auf Hitzestress in der Reifephase mit einer so genannten Notreife. Die Körner bleiben kleiner, der Ertrag ist geringer. Entscheidend ist hier also, wann in naher und ferner Zukunft die Hitzephasen auftreten und ob sie während der empfindlichen Entwicklungsphasen der Kulturpflanzen häufiger auftreten. Die Hitzeempfindlichkeit bzw. -toleranz der Kulturpflanzen ist kein isoliertes Phänomen, sondern ist immer im Zusammenhang mit der Wasserversorgung zu sehen, sei es über Niederschläge oder über Bodenwasservorräte. Hitze wirkt umso schlimmer, je weniger eine Verdunstungskühlung (Transpiration) Abhilfe schaffen kann, d. h. je trockener es ist.

Vom möglichen Schadensausmaß her sind die Gebiete besonders vulnerabel, die einen hohen Anteil an Obst-, Wein- und Gartenbau aufweisen, da Ertrags- und Qualitätsminderungen in diesen Sonderkulturen mit hoher Wertschöpfung besonders zu Buche schlagen. Dagegen sind Regionen mit hohen Grünlandanteilen anpassungsfähiger, da Grünlandbestände ihre Artenzusammensetzung ändern können.

Kälte

Kältestress bedeutet eine Belastung von Pflanzen bei niedrigen Temperaturen. Bei tieferen Temperaturen verlaufen chemische Prozesse langsamer, was für Pflanzen generell weniger Energie aus dem Betriebsstoffwechsel, eine geringere Nährstoff- und Wasseraufnahme aus dem Boden und ein verlangsamtes Wachstum bedeutet. In Folge von Kältestress kann es zu Vergilbungen und Welkeerscheinungen von Blättern kommen. Unterhalb von 0°C treten an vielen Kulturpflanzen Frostschäden auf, die auf eine Eisbildung in den Zellen zurückzuführen sind und wodurch die Zellstrukturen zerstört werden. Für einige Kulturpflanzen, wie Winterweizen, ist ein klimawandelbedingter Rückgang der Frosttage problematisch, da in einer bestimmten Wachstumsphase, dem Übergang der Pflanze von der vegetativen in die generative Phase („Schossen“) ein Kältereiz erforderlich ist. Fehlt dieser, leiden die Ernten. Spätfröste im Frühjahr gehören insbesondere im Obst-, Wein- und Gartenbau zu den gefürchtetsten Extremwetterereignissen. Sie führen zu Schäden an Blättern, Triebspitzen und Blütenanlagen und hemmen die Fruchtentwicklung. Frostrisse und Frostnarben an den Früchten führen zu qualitativen Beeinträchtigungen, die dadurch teilweise nicht mehr vermarktungsfähig sind. In der Regel ist die Gefahr von Spätfrostschädigungen bei früh austreibenden Sorten, sehr früh gesäten oder gepflanzten Beständen sowie in tieferen Lagen höher. Bei den Kulturen Apfel und Wein gilt, je weiter die Pflanzenentwicklung im Frühjahr bereits vorangeschritten ist, umso verheerender können die Schäden ausfallen. Besondere Beachtung verdient dabei der immer frühere klimawandelbedingte Vegetationsbeginn, durch den sich die Wahrscheinlichkeit erhöht, dass Pflanzen sich bereits in sehr spätfrostempfindlichen Entwicklungsstufen befinden.

Trockenheit

Sinkt der Bodenwassergehalt unter einen kritischen Wert, ist eine Versorgung der Pflanzenwurzeln mit Wasser und Nährstoffen und deren Weiterleitung in andere Pflanzenteile nicht mehr ausreichend gewährleistet. Die Pflanze gerät in Trockenstress. Bei Trockenstress schließen viele Pflanzen ihre Blattöffnungen (Stomata), um weniger Wasser zu verdunsten. Dadurch entsteht aber auch weniger Verdunstungskälte und die Gewebetemperatur der Pflanzen nimmt zu. Für die Landwirtschaft und den Obst-, Wein- und Gartenbau spielt neben der Niederschlagsjahressumme vor allem die zeitliche Verteilung der Niederschläge eine wichtige Rolle. Lange Phasen ohne Niederschläge führen zu Veränderungen und Schäden in allen Stadien des Pflanzenwachstums. Besonders stark sind die Auswirkungen, wenn Wasserstress während empfindlicher Wachstumsphasen von Pflanzen auftreten, etwa während der Blattbildung. Der fehlende Bodenwassergehalt behindert die Verfügbarkeit und Aufnahme von Nährstoffen und führt zu einer Herabsetzung der Photosynthese. Dies kann eine Wachstums- und Reifehemmung, Vergilbungen, vorzeitige Herbstfärbung und Blattfall verursachen.

Die landwirtschaftlichen Kulturpflanzen haben eine unterschiedliche Toleranz gegenüber Trockenstress. Während flachwurzelnde Pflanzen wie Kartoffeln sehr sensitiv auf eine geringe Bodenfeuchte reagieren, verfügen Apfel, Wein und Spargel über sehr tief reichende Wurzeln und können sich damit ein größeres Bodenwasservolumen erschließen. Sie sind gegenüber dem Austrocknen der oberen Bodenhorizonte vergleichsweise weniger anfällig. Aber auch bei diesen tiefwurzelnden Kulturen kommt es in Folge lang andauernder Trockenheit zu einer ungenügenden Deckung des Wasserbedarfs und dadurch hervorgerufenen Schädigungen. Laut Daten des Deutschen Wetterdienstes hat die Zahl von Tagen mit niedriger Bodenfeuchte in Deutschland seit 1961 bereits deutlich zugenommen und führte je nach Region zu deutlichen Ernteeinbußen mit entsprechenden wirtschaftlichen Schäden. Vor allem in Südwestdeutschland und Teilen der östlichen Bundesländer sind als Folge des Klimawandels abnehmende Niederschlagsmengen im Sommerhalbjahr und mehr aufeinanderfolgende Trockentage zu beobachten. In diesen bereits heute vergleichsweise warmen oder trockenen Regionen wird der Klimawandel für die Landwirtschaft zunehmend problematisch.

Dauer- und Starkniederschlag

Auch ein Übermaß an Niederschlägen kann das Pflanzenwachstum beeinflussen und negative Folgen für die Landwirtschaft und den Garten-, Obst- und Weinbau haben. Dabei stellen ausgedehnte Nässeperioden (Dauerregen) mit einem wassergesättigten Boden in zweierlei Hinsicht eine extreme Wetterlage dar. Zum einen leiden die Pflanzenwurzeln unter Sauerstoffmangel, wodurch das Wurzelsystem geschädigt wird. In der Folge kommt es zu Wachstumsstockungen, Reifeverzögerungen, Vergilbungen und einer erhöhten Anfälligkeit gegenüber Schadorganismen. Im schlechtesten Falle sterben die Pflanzen und Bäume ab. Zum anderen ist der Boden so nass, dass ein Befahren mit Landmaschinen zur Aussaat, Pflege und Ernte der Pflanzen ohne Schäden nicht möglich ist. Mit dem Fortschreiten des Klimawandels muss davon ausgegangen werden, dass Starkniederschläge in Deutschland in den nächsten Jahrzehnten mit hoher bis sehr hoher Wahrscheinlichkeit zunehmen werden. Neben Ertragsausfällen durch übermäßige Nässe geht Starkregen oftmals auch mit einem verstärkten Oberflächenabfluss (Wassererosion) einher und verursacht dadurch Schäden an landwirtschaftlichen Flächen und Infrastrukturen.

Hagel

Hagel kann im Ackerbau und in den Sonderkulturen des Garten-, Obst- und Weinbaus im Extremfall die gesamte Ernte eines Anbaugebietes zerstören und dadurch hohe wirtschaftliche Schäden verursachen. Hagel verursacht insbesondere mechanische Schäden an oberirdischen Pflanzenteilen, Blättern und dem Erntegut. Durch das Durchlöchern oder sogar Abschlagen der Blätter werden die Assimilationsfläche und damit die Fotosyntheseleistung reduziert. Durch die Beschädigung des Erntegutes kann es neben der optischen Qualitätsbeeinflussung auch zu Sekundärinfektionen und einer Reifeverzögerung kommen. Nach Angaben von Versicherungsunternehmen hagelt es bereits heute häufiger als in vorherigen Jahrzehnten. Generell wird im Zuge des Klimawandels von einer Zunahme der Hagelschlaggefahr von Nord- nach Süddeutschland ausgegangen.

Sturm

Auch durch Sturm kann es bei landwirtschaftlichen Kulturpflanzen und bei Sonderkulturen zu mechanischen Beschädigungen kommen, entweder direkt durch den Wind oder durch windtransportierte Partikel (Winderosion). Starke Sturmböen sind in der Lage, ganze Bäume umzukippen, Schäden an den Unterstützungsvorrichtungen im Weinbau hervorzurufen oder bei Gemüsekulturen ganze Triebe zu brechen. Oft treten in Folge dieser Schäden erhebliche Entwicklungs- und Reifeverzögerungen auf. Es können Druckstellen, Scheuerspuren (z. B. durch Unterstützungsvorrichtungen) oder Abschmirgelungen an Trieben oder dem Erntegut entstehen. Dies bringt qualitative Verluste mit sich und schafft Eintrittspforten für Krankheitserreger. In der Regel nimmt das Risiko für größere Sturmschäden bei Dauerkulturen mit fortschreitender Entwicklung und Blattfläche zu. So ist die Anfälligkeit für Sturm besonders hoch, wenn Apfel und Wein einen hohen Fruchtbehang aufweisen. Zu hohe Windgeschwindigkeiten behindern des Weiteren die Ausbringung von Pflanzenschutzmitteln. Durch Winderosion kann es hier zu einem Abdriften kommen und damit zu einer Verlagerung von Pflanzenschutzmittelwirkstoffen auf andere Flächen.

Indikatoren aus dem Monitoring zur DAS: Ertragsschwankungen | Hagelschäden in der Landwirtschaft

Der Getreideanbau ist stark witterungsabhängig.

Temperaturerhöhungen, Hitzewellen, Spätfröste, Trockenheit, Starkregen, Hagel und Stürme wirken sich direkt auf die landwirtschaftliche Produktion aus. Das Optimum für das Pflanzenwachstum bei Weizen zwischen 10 und 25°C. Wenn die Temperaturen im Mai/Juni auf über 30°C steigen, kann dies zu sterilen Pollen und somit einem Rückgang der Kornzahl führen. Trockenheit kann eine Wachstums- und Reifehemmung, Vergilbungen, vorzeitige Herbstfärbung und Blattfall verursachen. Aber auch übermäßige Nässe kann Ernteausfälle zur Folge haben.

Quelle: PixelAnarchy / Pixabay

Hagelschäden auf einem Maisfeld

Hagel und Sturm können im Ackerbau und in den Sonderkulturen des Garten-, Obst- und Weinbaus im Extremfall die gesamte Ernte eines Anbaugebietes zerstören und dadurch hohe wirtschaftliche Schäden verursachen. Nach Angaben von Versicherungsunternehmen hagelt es bereits heute häufiger als in vorherigen Jahrzehnten. Generell wird im Zuge des Klimawandels von einer Zunahme der Hagelschlaggefahr von Nord- nach Süddeutschland ausgegangen.

Quelle: Zumthie | Wikimedia Commons/Public Domain

Hitzestress bei Nutztieren

Schweine reagieren besonders empfindlich auf Hitzestress, weil sie keine funktionierenden Schweißdrüsen haben und Hitze nur durch Hecheln wegführen können. Kritische Temperaturen werden in der Schweinehaltung bei Außentemperaturen schon ab 25 Grad Celsius erreicht. Auch Milchkühe und Geflügel reagieren sensibel auf Hitze.

Quelle: tomwieden / pixabay

Weiter Vorherige

In Zeiten des Klimawandels sind zunehmender Hitzestress, Wassermangel und Futterknappheit die wohl größten Herausforderungen für viehhaltende Betriebe. Hitzestress verringert das Wohlbefinden von Nutztieren und kann ihre Gesundheit und Leistungsfähigkeit beeinträchtigen.

Milchkühe, die sehr empfindlich gegenüber Temperaturerhöhungen sind, reagieren auf Hitzestress mit einer Reduktion der Futteraufnahme, einer Erhöhung der Wasseraufnahme und vermehrtem Stehen. Folgen können eine Reduzierung der Milchmenge und Milchqualität (Fett- und Eiweißgehalt), eine Beeinträchtigung des Immunsystems, Stoffwechselstörungen, eine geringere Fruchtbarkeit und eine erhöhte embryonale Letalität sein. Tritt Hitzestress in den letzten drei Trächtigkeitsmonaten auf, können die Kälber ein geringeres Geburtsgewicht und Stoffwechselprobleme nach der Abkalbung aufweisen. Außerdem kann die Milchleistung dieser Tiere eingeschränkt sein, wenn sie alt genug sind, um Milch zu geben. Insbesondere Hochleistungsrassen unter den Milchkühen gelten als zunehmend sensitiv gegenüber Hitze. Sie können Hitzeeinwirkung nur schwer kompensieren, da mit der Milchproduktion eine hohe eigene Wärmeproduktion einhergeht. Weitere Faktoren, die den Hitzestress einzelner Tiere beeinflussen, sind die Fellfarbe und der Gesundheitsstatus. Tiere der gleichen Rasse aus kühleren Regionen leiden schneller unter Hitzestress als Tiere aus wärmeren Regionen.

Schweine reagieren besonders empfindlich auf Hitzestress, weil sie keine funktionierenden Schweißdrüsen haben und Hitze nur durch Hecheln wegführen können. Deshalb kann Hitze für die Tiere schnell kritisch werden. Kritische Temperaturen werden in der Schweinehaltung bei Außentemperaturen schon ab 25 Grad Celsius erreicht. Um einen Anstieg der Körpertemperatur durch Verdauungswärme zu verhindern, kühlen sich Schweine durch verstärkte Atmung, was zu Wasserverlust und verminderter Futteraufnahme führt. Eine weitere Strategie der Tiere besteht darin, den Körperkontakt mit den Artgenossen zu vermeiden, wenn die Platzverhältnisse dies zulassen. Infolge des Hitzestresses kommt es zu einem verminderten Wohlbefinden bis zu Kreislaufversagen und erhöhter Mortalität. In Hitzephasen sinken auch die Fruchtbarkeitsleistung der Eber und die Abferkelrate bei den Sauen, die Wurfgrößen gehen zurück. Die Sauen reagieren auf hohe Temperaturen mit sinkender Milchleistung und werden krankheitsanfälliger. Diese und auch andere Parameter wirken sich unmittelbar auf die Wirtschaftlichkeit aus.

Geflügel reagiert ebenfalls sehr sensitiv gegenüber Hitze. So beginnt beispielsweise bei Jungmastgeflügel der Hitzestress bei etwa 30 Grad. Legehennen bevorzugen eher 18 bis 24 Grad. Wenn es Hühnern zu heiß wird, spreizen sie ihre Flügel vom Körper seitlich ab. Dadurch gelangt kühlere Luft unter das Federkleid an die Haut und warme Luft kann entweichen. Außerdem geben Hühner ihre Wärme über die Zunge und ihre Schleimhäute ab. Bei der Atmung mit geöffnetem Schnabel wird Feuchtigkeit abgegeben und die entstehende Verdunstungskälte zur Abkühlung genutzt. Auf beginnende Überhitzung reagieren Hennen mit nachlassender Legeleistung, einhergehend mit kleineren Eiern, dünnere Schale sowie geringere Eiqualität.

Neben Hitzestress kann der Klimawandel auch über indirektere Wirkpfade Einfluss auf die Leistungsfähigkeit von Nutztieren haben. So können beispielsweise durch Klimawirkungen auf den Pflanzenbau die Futterqualität und die Verfügbarkeit von Futter abnehmen.

Verlängerung der Vegetationsperiode: Durch die kontinuierlich ansteigende durchschnittliche Lufttemperatur verlängert sich die ?Vegetationsperiode. Vor allem weniger Frosttage im Frühjahr können zu einem früheren Wachstumsbeginn führen. Die insgesamt höheren Temperatursummen können so die Erträge im Acker-, Obst-, Wein- und Gartenbau steigern. Allerdings steigen bei einem verfrühten Vegetationsbeginn die Gefahr von Spätfrösten und damit das Risiko von Ertragseinbußen. Dies betrifft insbesondere den Obstanbau. Auch eine Entkopplung von Blüte und Bestäubern ist für einige Kulturen möglich. Die veränderte Pflanzenphänologie hat auch Auswirkungen auf die Abläufe der Landwirtschaft und das Pflanzenmanagement. Mais und Zuckerrüben werden in Deutschland schon heute im Mittel zehn Tage früher gesät und geerntet als im Zeitraum 1961 bis 2000.

Verschiebung von Anbaugebieten: Durchschnittlich höhere Temperaturen und mildere Winter führen zu einer Verschiebung von Anbaugebieten in Richtung Norden und in höhere Regionen. Kulturen, die einen bestimmten Kältereiz im Winter benötigen, können aufgrund höherer Temperaturen regional nicht mehr angebaut werden. Es können aber neue wärmeliebende Kulturen hinzukommen, deren Anbau vorher in Deutschland nicht möglich oder nicht wirtschaftlich war. Speziell Anbaugebiete in Deutschland, die heute vergleichsweise kühl und feucht sind (z. B. Norddeutschland, Mittelgebirgslagen), können von diesen Entwicklungen profitieren und bei einem moderaten Temperaturanstieg und einer ausreichenden Wasserversorgung durchaus mit einem erhöhten Ertragspotenzial für viele Fruchtarten rechnen.

Stress durch Schädlinge und Krankheiten: Als Folge der steigenden Temperaturen ist mit einer Verbreitung von Pflanzenkrankheiten sowie Schadorganismen zu rechnen, die bisher nur in wärmeren Gebieten vorkamen. Andere Schaderreger dagegen, die auf längere Feuchteperioden angewiesen sind, könnten zurückgehen. Bedingt durch den Klimawandel ist in den nächsten Jahren daher mit Verschiebungen im Artenspektrum von Pflanzenschädlingen zu rechnen. Schäden durch Pilzerkrankungen können – mit Ausnahme von Krankheiten, die durch wärmeliebende Pilzarten wie etwa Mehltau ausgelöst werden – in vielen Bereichen voraussichtlich abnehmen.

Indikatoren aus dem Monitoring zur DAS: Verschiebung agrarphänologischer Phasen | Befall mit Schadorganismen (Fallstudie)