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14.03.2016

CO2-Gehalt der Zukunft mindert Weizenqualität

Der Getreideanbau galt bisher als möglicher Profiteur des Klimawandels. Ein Trugschluss - haben Hohenheimer Forscher herausgefunden: Ein höherer Kohlendioxidgehalt hat negative Auswirkungen auf die Weizenqualität.

Mit dem FACE-System können die Hohenheimer Forscher den CO2-Gehalt der Pflanzen auch im Feld nachstellen.
Mit dem FACE-System können die Hohenheimer Forscher den CO2-Gehalt der Pflanzen auch im Feld nachstellen.

Weizen ist hierzulande Grundnahrungsmittel und wird als Mehl oder Gries vor allem zum Backen von Brot, Toast oder Kuchen genutzt. Doch die Back- und Verarbeitungsqualität von Weizen wird in ferner Zukunft deutlich nachlassen. Grund dafür ist der Klimawandel. Denn der ansteigende CO2-Gehalt in der Atmosphäre könnte wie ein Dünger zwar zu einer Ertragsteigerung führen, doch zu einem hohen Preis: Der Protein- und Nährstoffgehalt der Weizenkörner wird deutlich beeinträchtigt. Diese Ergebnisse zeichnen sich bereits in Simulationsexperimenten von Forschern der Universität Hohenheim ab. In Klimakammern und im Feldversuch simulieren sie die CO2-Konzentration in 30 Jahren und vermessen die Auswirkungen auf Ertrag und Qualität des Weizens. Das Projekt wird von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) im Rahmen der Forschergruppe "Regionaler Klimawandel" mit 300.000 Euro unterstützt.

Knapp 12 Millionen Hektar werden bundesweit als Ackerfläche genutzt, wobei Getreide auf mehr als der Hälfte aller Felder angebaut wird. Nach Angaben des Statistischen Bundesamtes ist der Weizen unter den Getreidearten mit 3,2 Millionen Hektar die dominierende Kulturpflanze auf bundesdeutschen Äckern. Zu Mehl oder Gries verarbeitet ist die Kulturpflanze eines der Grundnahrungsmittel hierzulande und eine reichhaltige Nährstoffquelle obendrauf. Doch das könnte sich in naher Zukunft ändern. Unsache dafür ist der Klimawandel, wie Forscher der Universität Hohenheim ermittelt haben.

CO2-Gehalt-Simulation auf dem Acker

In einer ersten Phase zwischen 2012 und 2015 wurden in sogenannten Klimakammern die voraussichtliche Temperatur und die CO2-Konzentration der Zukunft von 550 ppm simuliert und dann Ertrag und Qualität des Weizens mit den heutigen Eigenschaften der Kulturpflanze bei einem CO2-Gehalt von 400 ppm verglichen. Nun gibt es erste Ergebnisse eines Feldversuchs, der im vorigen Jahr gestartet ist. Im Projekt „Prozessverständnis von CO2-induzierten Mechanismen für Ertrag und Ertragsqualität ausgewählter Weizengenotypen im Feld" werden die CO2-Bedingungen der Zukunft auf dem Acker mit Hilfe von „FACE- Free-Air Carbon dioxide Enrichment“ nachgestellt. „Das ist eine technische Versuchsanordnung, mit der wir bereits heute im Freiland den Einfluss einer zukünftigen, erhöhten CO2-Konzentration auf die landwirtschaftliche Produktion untersuchen können“, erklärt Projektleiter Andreas Fangmeier. Über dünne Leitungen wird dabei Kohledioxid – je nach Windrichtung und –stärke – direkt auf den Weizen gegeben, so dass künftige CO2-Konzentrationen in der Kulturpflanze entstehen und das unabhängig von Wind, Sonnenstrahlung und Verdunstung.

Ertragssteigerung auf Kosten der Qualität

Für das Feldexperiment nutzen die Forscher zwei unterschiedliche Weizenarten: Zum einen die qualitativ hochwertige Sorte Triso und die auf Ertrag gezüchtete Sorte Tybalt. Im Zentrum der Untersuchung steht die Frage: Wie können die Nährstoffe in den Pflanzen bei heutigen und künftigen CO2-Konzentrationen aufgenommen und verteilt werden? Dafür werden Wasserhaushalt, Saftfluss und Photosynthese-Leistung der Pflanzen gemessen, die Verteilung von Kohlenstoff und Stickstoff in der Pflanze bestimmt  und deren Inhaltsstoffe analysiert. Das Ergebnis: Das Treibhausgas CO2 könnte zwar als Dünger wirken und die Erträge erhöhen – aber die Qualität negativ beeinflussen. „Wir haben festgestellt, dass eine CO2-Erhöhung in der Atmosphäre den Proteingehalt im Weizen reduziert. Auch der Gehalt an Gluten, das als Kleberprotein für gute Backfähigkeit sorgt, sinkt durch mehr CO2“, erklärt Fangmeier. 

Back-und Verarbeitungsqualität sinken

Außerdem stellten die Forscher eine Veränderung in der Zusammensetzung der Proteine fest, was die Verarbeitungsqualität des Weizenmehls wie das Teigvolumen beeinträchtigt. „Es könnte daher notwendig werden, in Zukunft die Verarbeitungskette an diese Verhältnisse anzupassen“, empfiehlt daher Projektmitarbeiterin Petra Högy. Neben der schlechteren Back- und Verarbeitungsqualität nahm auch der Nährstoffgehalt der Kulturpflanze ab. So sank bei höheren CO2-Konzentrationen der Anteil von Calcium, Eisen, Magnesium und Zink im Weizen deutlich. Auch der Anteil an Aminosäure reduzierte sich.  „Das Problem der Fehlernährung könnte sich also in Zukunft noch erheblich verstärken“, warnt  daher Andreas Fangmeier. Der Forscher gibt zu bedenken, dass sich diese Ergebnisse nochmals deutlich verschärfen können, wenn klimatische Extrembedingungen dazukommen. Bisher gibt es dazu noch keine Erkenntnisse.

Verbundprojekt bündelt Klimamessdaten

Diese und frühere Forschungsdaten werden im Verbundprojekt der Forschergruppe „Regionaler Klimawandel“ gebündelt. „Die Modelle, die sie entwickeln und validieren, sollen dann noch genauere Prognosen zulassen, wie sich der Klimawandel auf Kulturpflanzen auswirkt“, stellt Petra Högy klar. Im Rahmen des Vorhabens werden seit 2012 die Folgen des globalen Klimawandels für die hiesige Landwirtschaft untersucht und daraus Prognosen für die Entwicklung bis 2030 abgeleitet. Die Feldversuche der Hohenheimer Forscher laufen noch bis 2018.

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