Eine Fülle von Untersuchungen in den letzten Jahrzehnten hat gezeigt, dass bei einer CO2-Erhöhung um 200-300 ppm gegenüber dem heutigen Wert hohe Biomasse- bzw. Ertragszuwächse erzielt werden können (im Durchschnitt über alle C3-Pflanzen rund 35 Prozent Biomassezuwachs; bei Weizen circa 20 bis 30 Prozent Ertragszuwachs). Diese stark positiven Wachstumseffekte wurden allerdings meist unter „unnatürlichen“ Versuchsbedingungen erzielt, das heißt in Kammern mit Einzelpflanzen unter optimaler Verfügbarkeit anderer Ressourcen wie Temperatur, Wasser, Nährstoffangebot. Es stellt sich die Frage, ob ein CO2-Düngeeffekt unter realen Bedingungen im Agrarökosystem überhaupt – und wenn ja, in welcher Höhe – wirksam wird.

CO2-Anreicherungsver- suche im Feld © FAL

Eine Antwort auf diese Frage ist deshalb so bedeutsam, weil dies eine entscheidende Grundlage für Modelle ist, die die möglichen Effekte der sonstigen Klimaänderungen, zum Beispiel Temperatur oder Niederschlag, auf die landwirtschaftliche Produktion vorhersagen. Will man zudem die Folgen von Klimaänderungen regional differenzieren, sind auch Informationen über Reaktionen in ortsüblichen Fruchtfolgen notwendig.

Man hat daher experimentelle Methoden entwickelt, mit denen sich zukünftige atmosphärische CO2-Szenarien direkt im Feld simulieren lassen, ohne dass Pflanzenbestände in Kammern oder kammerähnlichen Einschlüssen wachsen müssen. Eine solche Freiland-CO2-Anreicherungstechnik ist das so genannte FACE-System (FACE = Free Air Carbon Dioxide Enrichment), das seit dem Jahr 2000 am Institut für Agrarökologie der Bundesforschungsanstalt für Landwirtschaft (FAL) im Rahmen des „Braunschweiger Kohlenstoffprojekts“ eingesetzt wird.

Auf einem 24 Hektar großen Feld befinden sich mehrere „Begasungsringe“ mit einem Durchmesser von 20 Metern. Innerhalb dieser Ringe lässt sich die CO2-Konzentration gezielt erhöhen. Das geschieht mit einer Regelungstechnik, in die die Windrichtung und Windgeschwindigkeit an den Ringen sowie die CO2-Konzentration der Umgebungsluft eingehen. Die Pflanzen innerhalb der Ringflächen von je circa 315 Quadratmetern wachsen ganz normal unter freiem Himmel – lediglich die sie umgebende Luft weist eine CO2-Konzentration von rund 550 ppm auf.

Untersucht werden in diesem für Ackerland europaweit einzigartigen Experiment die Auswirkungen einer CO2-Erhöhung auf Fruchtfolgeglieder (Wintergerste > Weidelgras > Zuckerrübe > Winterweizen) sowie auf den Kohlenstoffumsatz und auf die biologische Vielfalt im Boden. Mittlerweile haben die Wissenschaftler bereits einige pflanzenbauliche Ergebnisse vorliegen.