Quelltext der Seite Wirkung von Kohlendioxid und Ozon

== Wirkung von Kohlendioxid ==

=== CO<sub>2</sub>-Düngungseffekt ===
[[Bild:Photosynthese_C3_C4.jpg|thumb|420px|Die Reaktion von C<sub>3</sub>- und C<sub>4</sub>-Pflanzen auf eine Erhöhung des CO<sub>2</sub>-Gehalts der Atmosphäre]]
Die Zunahme der [[Kohlendioxid-Konzentration]] der [[Atmosphäre]] führt nicht nur zu höheren Temperaturen, sondern begünstigt in der Regel auch direkt das Pflanzenwachstum. Man bezeichnet diese Wirkung als "CO<sub>2</sub>-Düngungseffekt". Die Wirkung ist allerdings vom Pflanzentyp abhängig. Die meisten Kulturpflanzen gehören entweder zu den C<sub>3</sub>-Pflanzen wie Weizen, Reis, Kartoffeln und Sojabohnen oder zu den C<sub>4</sub>-Pflanzen wie Mais, Hirse und Zuckerrohr. Bei C<sub>3</sub>-Pflanzen, zu denen 90 % der Landpflanzen der Erde gehören, wirkt sich z.B. eine Verdoppelung des CO<sub>2</sub>-Gehalts der Atmosphäre in einer Steigerung der Erträge um ca. 20 % aus. Bei C<sub>4</sub>-Pflanzen, die über einen besonderen Mechanismus zur Speicherung von [[Kohlendioxid]] verfügen und damit das Angebot ohnehin besser nutzen, kommt es dagegen nur zu einer Steigerung von wenigen Prozent.<ref>IPCC (2013): Climate Change 2013, Working Group II: Impacts, Adaptation, and Vulnerability, 7.3.2.1.2</ref><ref>Fischer, G., M. Shah, and H. van Velthuizen (2002): [http://www.accc.gv.at/pdf/JB-Report.pdf Climate Change and Agricultural Vulnerability], Johannesburg</ref>

=== Wassernutzung und Blatttemperatur ===

Eine verstärkte Aufnahme von CO<sub>2</sub> hat außerdem auch Auswirkungen auf andere Prozesse des Pflanzenwachstums. Um Kohlendioxid aufnehmen zu können, muss die Pflanze die Spaltöffnungen in den Pflanzenblättern, die so genannten Stomata, öffnen. Dabei geht ihr aber durch Transpiration Wasser aus dem Inneren der Blätter verloren. Bei einer höheren CO<sub>2</sub>-Konzentration ist die Aufnahme von CO<sub>2</sub> effektiver, die Stomata müssen nicht so lange geöffnete bleiben, und dadurch wird dann auch nicht so viel Wasser verdunstet. Ein höheres CO<sub>2</sub>-Angebot führt also zu einer besseren Wassernutzung der Pflanze, die damit unempfindlicher gegenüber Trockenheit wird. Andererseits verringert sich die Verdunstungskühle auf der Blattoberfläche, was bei höheren Temperaturen ein Problem darstellen kann. Durch eine höhere Blatttemperatur steigen der Dampfdruck in den Zellen und damit dann auch wieder die Transpiration, und zwar um 5-6 % pro °C Erwärmung auf der Blattoberfläche. Die ursprüngliche Wasserersparnis durch ein höheres CO<sub>2</sub>-Angebot würde damit teilweise wieder zunichte gemacht.<ref name="Schaller 2007">Schaller, M. und H.-J. Weigel (2007): [http://literatur.vti.bund.de/digbib_extern/bitv/dk039488.pdf Analyse des Sachstands zu Auswirkungen von Klimaveränderungen auf die deutsche Landwirtschaft und Maßnahmen zur Anpassung], Landbauforschung, Sonderheft 316</ref>
[[Bild:CO2-einfluss.jpg‎|thumb|420px|Übersicht über die Folgen einer höheren CO2-Konzentration der Atmosphäre auf Pflanzen]]
Die verbesserte Wassernutzung bei einem höheren CO<sub>2</sub>-Angebot kann auch bei C<sub>4</sub>-Pflanzen einen positiven Wachstumseffekt bedeuten. Eine höhere CO<sub>2</sub>-Konzentration kommt jedoch primär den C<sub>3</sub>-Pflanzen zugute, die hauptsächlich in den mittleren Breiten angesiedelt sind, während C<sub>4</sub>-Pflanzen von Natur aus vor allem an trockenen und heißen Standorten vorkommen. Obwohl C<sub>4</sub>-Pflanzen nur 3 % aller Pflanzenarten ausmachen, ist ihre Bedeutung nicht zu unterschätzen, da sie durch die bessere CO<sub>2</sub>-Verwertung eine höhere Biomassenproduktion besitzen und für 20-25 % der globalen Primärproduktivität stehen.<ref name="Schaller 2007" />

=== Qualitative Wirkung ===

Neben der quantitativen hat die CO<sub>2</sub>-Anreicherung auch eine qualitative Wirkung.<ref>Weigel, H.-J., R. Manderscheid, A. Fangmeier und P. Högy (2008): Mehr Kohlendioxid in der Atmosphäre: Fluch oder Segen für die Landwirtschaft?, in: Lozán, J.L./ Graßl, H./ Jendritzky, G./ Karbe, L./ Reise, K./ Maier, W.A. (Hrsg.): Warnsignal Klima. Gesundheitsrisiken. Gefahren für Pflanzen, Tiere und Menschen. Hamburg, S. 273-277</ref> Die höhere Aufnahme von Kohlendioxid führt zu Veränderungen der chemischen Zusammensetzung des pflanzlichen Gewebes. Besonders problematisch ist dabei die Reduktion des Stickstoffgehaltes in Blättern, Früchten, Samen und Körnern, z.B. um 10-15 % bei einer CO<sub>2</sub>-Erhöhung auf 550-650 ppm. Das hat negative Auswirkungen etwa auf die Backqualität bei Weizen und die Futterqualität von Klee. Bei Weizen, Reis und anderen Getreidesorten wurden bei zunehmender CO<sub>2</sub>-Konzentration niedrigere Proteingehalte und damit ein geringerer Nährwert festgestellt.<ref name="Schaller 2007" />

=== Prognosen ===

Die Wirkung einer höheren CO<sub>2</sub>-Konzentration ist also komplex, und das macht es sehr schwierig, sie quantitativ abzuschätzen. Das ist in Experimenten versucht worden, bei denen Pflanzenbestände künstlich einer höheren CO<sub>2</sub>-Konzentration ausgesetzt wurden. Ältere Experimente wurden in Gewächshäusern durchgeführt, wobei relativ hohe Produktionszuwächse von ca. 33 % bei C<sub>3</sub>- und etwa 10 % bei C<sub>4</sub>-Pflanzen ermittelt wurden. In den letzten 20 Jahren sind solche Versuche zunehmend im Freien und während längerer Zeiträume durchgeführt worden. Dabei wurde festgestellt, dass Pflanzen sich an die höhere CO<sub>2</sub>-Konzentration anpassen, vor allem durch verringerte Spaltöffnungen der Stomata, um Wasserverlust zu vermeiden. Dadurch kam es zu wesentlich geringeren Photosyntheseleistungen als bei den Gewächshausversuchen. So lag die Zunahme der Erträge bei einer Steigerung der CO<sub>2</sub>-Konzentration auf 550 ppm bei C<sub>3</sub>-Kulturen bei nur 11 % und bei nur 7 % bei den fünf wichtigsten Grundnahrungsmitteln.<ref name="Schaller 2007" /> Noch wesentlich geringer (sofern überhaupt feststellbar) waren die Erträge bei C<sub>4</sub>-Pflanzen wie Mais und Hirse. Als Mittelwerte gibt der IPCC-Bericht von 2007 bei einer Erhöhung der CO<sub>2</sub>-Konzentration auf 550 ppm bei C<sub>3</sub>-Pflanzen eine Zunahme der Ernteerträge um 10-20 %, bei C<sub>4</sub>-Pflanzen um 0-10 % an.<ref>IPCC (2007): Climate Change 2007, Working Group II: Impacts, Adaptation and Vulnerability, 5.4.1.1</ref>

== Wirkung von troposphärischem Ozon ==
Das [[Troposphärisches Ozon|troposphärische Ozon]] (O<sub>3</sub>) ist wie [[Kohlendioxid]], [[Methan]], [[Lachgas]] oder [[FCKW]] ein [[Treibhausgase|Treibhausgas]], dessen Konzentration durch den Einfluss des Menschen seit [[Industrielle Revolution|Beginn der Industrialisierung]] ebenfalls deutlich angestiegen ist. Es wird nicht direkt emittiert, sondern entsteht aus Vorläufergasen wie Stickoxiden u.a. durch chemische Prozesse in der Atmosphäre. Und es besitzt anders als die genannten Treibhausgase nur eine kurze Lebensdauer in der Atmosphäre, weshalb es auch regional sehr unterschiedlich verteilt ist. 

Ähnlich wie Kohlendioxid wird auch [[Ozon]] von den Pflanzen durch die Stomata aufgenommen. Es wirkt jedoch nicht wachstumsfördernd, sondern -hemmend. Ozon reduziert die Photosyntheserate, erhöhte die Veratmung und beschleunigt die Alterung von Blättern. Außerdem erhöht Ozon die Sensitivität von Pflanzen gegenüber anderen Stressfaktoren wie z.B. Pflanzenkrankheiten. Eine erhöhte Ozon-Konzentration verändert auch den Gehalt an Stickstoff, Kohlenhydraten und Phenolen im Blatt und im Korn. Insgesamt sind diese Bereiche aber noch wenig untersucht, so dass nur ungefähre Aussagen gemacht werden können.<ref name="Schaller 2007" />

Allgemeine Überlegungen lassen darauf schließen, dass die höchste Ozonschädigung  von Anbaupflanzen nicht unbedingt in den Gebieten bzw. Wetterlagen mit der höchsten Ozonbelastung vorkommen muss. Die höchsten Ozonwerte werden bei strahlungsreichem Wetter und starken Emissionen der Vorläufergase z.B. durch Autoabgase erreicht. Das ist im Sommer vor allem in subtropischen Gebieten der Fall oder weiter nördlich bei trockenem Sommerwetter. In der sehr trockenen Luft etwa des Mittelmeerraumes öffnen sich die Stomata jedoch nur wenig, um Wasserverlust zu vermeiden, weshalb auch wenig O<sub>3</sub> aufgenommen wird. Eine stärkere Ozonschädigung ist daher eher in humiden Breiten, etwa in Mittel- und Nordeuropa, anzunehmen. Wenn die Pflanzen im mediterranen Raum allerdings mit genügend Wasser durch künstliche Bewässerung versorgt sind, ist hier mit den schwersten O<sub>3</sub>-Schäden zu rechnen.

Über die Folgen der Ozonaufnahme bei einzelnen Pflanzen gibt es nur verhältnismäßig wenige Untersuchungen. Die zeigen, dass schon heutige Ozonwerte, die zwischen 40 und 75 ppb liegen, zu Ertragseinbußen führen können. Nach europäischen Freilandversuchen lagen diese für Getreide (Weizen, Gerste, Hafer) bei 5-15 %, bei einer Erhöhung der Konzentration auf mehr als 60 ppb sogar bei bis zu 60 %. Möglicherweise belaufen sich die Ertragseinbußen in der EU jährlich auf 4-5 Milliarden Euro. Dabei wird die Ozonkonzentration auch weiterhin zunehmen und bis 2050 im globalen Mittel möglicherweise auf 70 ppb zunehmen. Der Anteil an den weltweiten Getreideflächen, die einer signifikanten Ozonbelastung ausgesetzt sind, könnte dann auf 30.75 % gestiegen sein. Allerdings könne die in mittleren Breiten erwartete größere Sommertrockenheit zu einer verminderten Aufnahme von Ozon durch die Anbaupflanzen führen.<ref name="Schaller 2007" />

== Einzelnachweise ==
<references/>

== Literatur ==
* Schaller, M., und H.-J. Weigel (2007): [http://www.fal.de/cln_045/nn_787784/SharedDocs/00__FAL/DE/Publikationen/Landbauforschung__Sonderheft/lbf__sh__316,templateId=raw,property=publicationFile.pdf/lbf_sh_316.pdf Analyse des Sachstands zu Auswirkungen von Klimaveränderungen auf die deutsche Landwirtschaft und Maßnahmen zur Anpassung], Landbauforschung, Sonderheft 316



<div class="db-db-wb_ro">
	<div class="db-db-wb_lo">
		<div class="db-db-wb_ru">
			<div class="db-db-wb_lu">
				<div class="inhalt">

==Schülerarbeiten zum Thema==
'''Schülerarbeiten zum Thema des Artikels''' aus dem [https://bildungsserver.hamburg.de/themenschwerpunkte/klimawandel-und-klimafolgen/schulprojekt-klimawandel/ergebnisse-des-schulprojekts Schulprojekt Klimawandel]: 
*[https://bildungsserver.hamburg.de/resource/blob/756216/81de302a3007b5af67ae57c179380def/2007-oekosystem-wald-data.pdf Auswirkungen des Klimawandels auf den deutschen Wald] (Anne-Frank-Schule, Bargteheide)
*[https://bildungsserver.hamburg.de/resource/blob/756388/ff511dda391b2e9db53697225bd51e5d/2007-oekosystem-wald-data.pdf Das Ökosystem Wald als Klimafaktor] (Athenaeum, Stade)
*[https://bildungsserver.hamburg.de/resource/blob/756494/016b24832862f1059f5b5cae97876d8d/2015-boreale-nadelwaelder-data.pdf Die borealen Nadelwälder im Klimawandel] Welche Wechselwirkungen bestehen, welche Entwicklungen sind zu erwarten? (Gymnasium Grootmoor, Hamburg)
*[https://bildungsserver.hamburg.de/resource/blob/265480/01e4f121413e4a2949efa062dd85ca65/2007-vegetation-data.pdf Einfluss einer Klimaänderung auf die Vegetation und deren wechselseitige Abhängigkeiten] (Johanneum, Lübeck)
*[https://bildungsserver.hamburg.de/resource/blob/756228/2218301cf335e2fd7545475bc7ab05b0/2012-buche-fichte-klimawandel-data.pdf Wie verändert der Klimawandel die Verbreitung von Buche und Fichte in Deutschland?] (Gymnasium Grootmoor, Hamburg)
<div class=visualClear></div>
				</div>  
			</div>
		</div>
	</div>
</div>

== Lizenzhinweis ==
{{CC-Lizenz}}
{{Kontakt}}
{{#set:
einfach=Wirkung von Kohlendioxid und Ozon auf Pflanzen (einfach)
|beeinflusst von=Kohlendioxid-Konzentration
|Folge von=Kohlendioxid
|Folge von=Troposphärisches Ozon
|Folge von=Ozon
}}
<metakeywords>DBS-Wiki-KW, Kohlendioxid-Konzentration, Kohlendioxid, Troposphärisches Ozon, Ökosysteme, Landwirtschaft</metakeywords>

[[Kategorie:Ökosysteme]]
[[Kategorie:Landwirtschaft]]
[[Kategorie:Kohlendioxid]]
[[Kategorie:Ozon]]