Kulturpflanzen brauchen weniger Wasser bei steigenden CO2-Konzentrationen in der Atmosphäre Mehr CO2 tut Pflanzen gut - scinexx | Das Wissensmagazin
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Mehr CO2 tut Pflanzen gut

Kulturpflanzen brauchen weniger Wasser bei steigenden CO2-Konzentrationen in der Atmosphäre

Das Infrarotbild macht deutlich: Im Inneren des Kreises ist es wärmer als im übrigen Feld. Grund ist, dass dort die Weizenpflanzen über ihre Spaltöffnungen weniger Wasser abgeben und daher weniger verdunstet. © vTI/BD

Pflanzen wie Gerste, Weizen und Zuckerrüben brauchen weniger Wasser und bilden mehr Biomasse, wenn sie unter Bedingungen leben, in denen viel mehr CO2 in der Atmosphäre vorhanden ist als jetzt. Dies haben Braunschweiger Wissenschaftler in mehrjährigen Versuchsreihen gezeigt.

Die immer weiter steigende CO2-Konzentration in der Atmosphäre ist nicht nur einer der Hauptfaktoren für den Klimawandel – das Gas dient auch als unverzichtbarer Baustein für die Photosynthese der Pflanzen und ist damit Grundlage allen Lebens. Doch wie reagieren Kulturpflanzen wie Weizen, Kartoffeln oder Mais, wenn ihnen mehr CO2 zur Verfügung steht? Fördert das ihr Wachstum, haben wir bessere Ernten zu erwarten und wie beeinflusst die CO2-reichere Umgebungsluft den Wasserbedarf der Pflanzen?

Versuche unter realen Anbaubedingungen durchgeführt

Antworten auf diese und viele andere Fragen suchen Wissenschaftler des Johann Heinrich von Thünen-Instituts (vTI) in Braunschweig. Das Team um Professor Hans-Joachim Weigel konnte dabei auf Erkenntnisse aus der Fachliteratur aufbauen, nach denen in Laborversuchen die meisten unserer Kulturpflanzen eine höhere Photosyntheserate und ein verstärktes Wachstum zeigen, wenn sie mehr CO2 zur Verfügung haben.

Einige Pflanzenarten konnten unter diesen Bedingungen auch das vorhandene Wasser besser ausnutzen – ein wichtiger Gesichtspunkt, da in unseren Breiten künftig längere Trockenperioden während des Sommers erwartet werden. Unbekannt war bis jetzt aber, wie die Pflanzen unter realen landwirtschaftlichen Anbaubedingungen auf das erhöhte CO2-Angebot in der Atmosphäre und auf verminderte Niederschläge reagieren.

Luftaufnahme eines FACE-Versuchsrings in einem Weizenfeld des von Thünen-Instituts in Braunschweig. Durch die Düsen in den schwarzen senkrechten Röhren wird CO2 in die Kreisfläche geblasen. © vTI/BD

CO2-Anreicherungsanlage entwickelt

Um hier zu zuverlässigen Ergebnissen zu kommen, errichteten Weigel und seine Mitarbeiter auf einem Versuchsfeld eine europaweit einmalige CO2-Anreicherungsanlage, mit der die zukünftigen Konzentrationen dieses Gases in der Atmosphäre sowie unterschiedliche Trockenheitsbedingungen direkt im Freiland simuliert werden können.

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In dieser so genannten FACE-Anlage – Free Air Carbon Dioxide Enrichment – wird mithilfe von ringförmig angeordneten Düsen eine Kreisfläche mit einem Durchmesser von 20 Metern computergesteuert so mit CO2 begast, dass sich im Bereich der Pflanzen eine Atmosphäre mit rund 550 ppm (parts per million) Kohlendioxid einstellte. Das entspricht den Verhältnissen, wie sie für das Jahr 2050 erwartet werden. Auf dem Rest des Feldes beträgt die CO2-Konzentration in der Luft 385 ppm, das ist der heute überall anzutreffende Wert.

Geringerer Wasserverbrauch, höhere Bodenfeuchte

In mehrjährigen Versuchen mit der Fruchtfolge Gerste, Weizen und Zuckerrüben konnten die vTI-Forscher nun zeigen, dass die Pflanzen in der CO2-angereicherten Fläche zehn bis fünfzehn Prozent mehr Biomasse bilden und dass die Pflanzen dabei je nach Versuchsjahr fünf bis 20 Prozent weniger Wasser über ihre Spaltöffnungen in die Umgebungsluft abgaben, das heißt ihre Transpiration reduzierten.

Während der CO2-Anreicherung erhöhte sich auch die Bodenfeuchte unter diesen Beständen. Das bedeutet nach Ansicht der Forscher: Diese Pflanzen können das ihnen zur Verfügung stehende Wasser effizienter nutzen.

In einem anschließenden zweijährigen Versuch mit Energiemais, der sich durch schnelles Wachstum bei hohen Temperaturen auszeichnet, untersuchten die Wissenschaftler erstmals unter Feldbedingungen gezielt die Wechselwirkungen zwischen Trockenstress – erzeugt durch eine Regenausschlussvorrichtung – und einer gleichzeitig erhöhten CO2-Konzentration. Die Maispflanzen reagierten auf den simulierten Trockenstress unter heutigen CO2-Bedingungen mit einem Wachstumsverlust von rund 28 Prozent. Unter der CO2-angereicherten Atmosphäre war das Wachstum nach den Ergebnissen der Forscher allerdings „nur“ um rund elf Prozent erniedrigt, der Trockenstresseffekt wurde also erheblich kompensiert.

Rückkoppelungseffekte bei der Klimafolgenabschätzung berücksichtigen

„Die Ergebnisse sind Beispiele für Rückkoppelungseffekte, die bei der Klimafolgenabschätzung beachtet werden müssen“, erläutert Weigel. In den kommenden zwei Jahren will seine Arbeitsgruppe die Versuche zur Kombinationswirkung von Trockenstress und erhöhter CO2-Konzentration unter dem Aspekt der Nutzung der genetischen Vielfalt mit verschiedenen Sorten von Sorghum-Hirse, ebenfalls eine Energiepflanze, fortsetzen.

Die hierbei erzielten Ergebnisse sollen anschließend im Rahmen eines Projektes in die züchterische Optimierung von Sorghum-Hirse einfließen, so die Forscher.

(idw – Johann Heinrich von Thünen-Institut, 21.12.2009 – DLO)

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