Klimaänderungen und Landwirtschaft Deutschland

Deutsche Agrarlandschaft auf der Halbinsel Eiderstedt in Schleswig-Holstein

Agrarfläche

2012 wurden in Deutschland 16,7 Mio. ha landwirtschaftlich genutzt, was knapp der Hälfte der Gesamtfläche entspricht. Davon waren 71 % Ackerland, 28 % Wiesen und Weiden und 1 % Dauerkulturen. Auf 21 % der Ackerflächen wuchsen dabei Energiepflanzen und nachwachsende Rohstoffe, insbesondere Raps und Silomais. Diese Fläche wurde von etwa 374500 landwirtschaftlichen Betrieben bewirtschaftet, in denen (einschließlich Forst- und Fischereibetriebe) knapp 1,3 Mio. Menschen arbeiteten. Der Selbstversorgungsgrad in Deutschland liegt theoretisch bei ca. 80 %, wobei große Teile der Produkte allerdings exportiert und andere importiert werden.

Die deutsche Kulturlandschaft zeigt einerseits großräumig ausgeräumte, andererseits kleinräumige strukturreiche Agrarlandschaften. Letztere sind von besonders hoher Biodiversität. Die hohe Biodiversität stellt für die deutsche Landwirtschaft einen Puffer gegenüber den Folgen des Klimawandels dar.

Klimaänderungen

• Hauptartikel: Klimaänderungen in Deutschland
• Hauptartikel: Klimaprojektionen Deutschland

Die mittlere Temperatur hat in Deutschland im letzten Jahrhundert um rund 1,2 °C zugenommen und liegt damit etwas über der globalen Temperaturzunahme. Auch die für die Landwirtschaft wichtigen Kenntage haben sich hin zu einem wärmeren Klima verändert. So nahmen die Frosttage (Tage mit einer Minimumtemperatur < 0 °C) im Mittel der Jahre 1961-1990 bis 1981-2010 um rund zwei Tage ab. Ebenso verringerte sich die Anzahl extremer Frosttage mit Minimumtemperaturen unter -10 °C. Für die Vegetation wichtig sind besonders die Wechselfrosttage vom 1. Januar bis 30. April. Das sind Tage, bei denen nachts Frost herrscht und die Temperaturen am Tage deutlich über 0 °C liegen. Sie haben in dem genannten Zeitraum geringfügig um einen Tag zugenommen. Von ähnlicher Bedeutung sind Spätfröste nach Beginn der Vegetationsperiode, die besonders für Reben und Obst kritisch sein können. Sie haben sich in letzter Zeit kaum geändert. Die Anzahl heißer Tage (Tage mit einer Maximumtemperatur über 30 °C) hat dagegen in den letzten Jahrzehnten deutlich zugenommen.

Für die Zukunft wird mit einer Temperaturzunahme von 1,2-3,2 °C für das Szenario RCP4.5 und von 3,2-4,6 °C für RCP8.5 angenommen. Für die Periode 2011-2040 wird nach Klimamodellrechnungen mit einer Abnahme der Frosttage um vier Tage gerechnet. Nach Modellsimulationen werden bis zum Ende des Jahrhunderts auch die Wechselfrosttage um drei Tage abnehmen; ebenso sollen die Spätfröste zurückgehen. Im Vergleich zu 1961-1990 wird sich die Anzahl heißer Tage bis zum Ende des 21. Jahrhunderts dagegen nach Modellberechnungen im Sommer sogar verdrei- bis vervierfachen.

Für die letzten 20 Jahre wurde eine Zunahme von Tagen ohne Niederschlag im März und April, aber auch eine Zunahme extrem trockener Tage im Sommer festgestellt. Starkregen, die häufig zu Pflanzenschäden führen, kommen vor allem im Sommer vor. In den letzten Jahrzehnten hat es dabei kaum Veränderungen gegeben, während für die Zukunft vor allem im Winter mit einem Anstieg der Starkregenereignisse gerechnet wird. Auch in Zukunft wird es wärmere und trockenere Sommer und wärmere und feuchtere sowie schneeärmere Winter geben. Außerdem wird es mehr und stärkere Schwankungen bei den Wetterverhältnissen geben, mit extremerer Hitze und Trockenheit und stärkeren Niederschlägen.

Folgen für das Pflanzenwachstum

Das Wachstum der Pflanzen hängt stark von der Temperatur ab, wobei jede Pflanzenart jedoch anders reagiert. Besonders extreme Temperaturen schädigen viele Pflanzen empfindlich. Bei Weizen werden die Pollen bei Werten von 30 °C und mehr steril, bei Mais bei über 35 °C. Auch die Blüten von Tomaten können bei Hitzestress absterben. Hinzu kommt, dass auch die Qualität durch Hitzeeinwirkung verändert wird, mit allerdings unterschiedlichen und manchmal auch positiven Effekten. So erhöhen sich bei sehr hohen Temperaturen der Ertrag von Zuckerrüben sowie der Proteingehalt von Raps. Auch die Weinqualität hat sich in Deutschland durch die höheren Temperaturen verbessert.

Positiv wirkt sich eine moderate Temperaturerhöhung bei Anbausorten aus, bei denen die gegenwärtigen Temperaturen zu niedrig sind und das Wachstum begrenzen, z.B. bei bestimmten Maissorten. Mit zunehmender Erwärmung wird außerdem der Anbau von Sorten aus dem mediterranen Bereich möglich, so von Apfelsorten wie Braeburn oder Weinsorten. Der Hitzesommer 2003 zeigte allerdings, dass besonders in den dürregefährdeten östlichen Bundesländern auch mit Ertragsausfällen gerechnet werden muss.

Eine wichtige Folge der Temperatursteigerung ist die Verlängerung der Wachstumsperiode mit einem früheren Beginn z.B. des Blattaustriebs oder der Blüte. Gegenwärtig beginnt die Vegetationsperiode in Deutschland je nach Region zwischen dem 26. März und dem 15. April. Am frühesten liegt der Beginn im Oberrheingraben und der westdeutschen Tieflandbucht. Ein relativ später Vegetationsbeginn findet sich in den Alpen, den Mittelgebirgen und im Norden Deutschlands. Bis 2030 könnte sich der Vegetationsbeginn um bis zu 15 Tagen vorverlegen. Mit der Vorverlegung der Vegetationsperiode und den höheren Temperaturen beginnen auch die einzelnen Entwicklungsphasen des Pflanzenwachstums früher und laufen z.T. schneller ab. Das hat vor allem Vorteile für den Ertrag, es kann aber auch zu Nachteilen kommen. So könnten sich im Obstbau durch den frühen Wachstumsbeginn die Schäden durch Spätfröste erhöhen. Bei Getreide verkürzt sich die Kornfüllungsphase, wodurch der Ertrag möglicherweise verringert wird. Außerdem kommt es teilweise auch zur Entkopplung von Wachstumsphasen und z.B. bestäubenden Insekten, die sich bei ihren Aktivitäten zumeist nach Tageslänge und Lichtverhältnissen richten. Allerdings könnten deutsche Insekten auch durch von Süden eingewanderte Insekten ersetzt werden bzw. sich über Generationen hinweg an die neuen Verhältnisse anpassen.

Auch die Niederschläge beeinflussen das Pflanzenwachstum. Je nach Pflanzenart und Entwicklungsstadium ist die Reaktion auf Wasserstress jedoch unterschiedlich. Obst und Gemüse sind besonders empfindlich gegenüber Trockenheit. Getreidearten können bei Blüte, Bestäubung und Kornfüllung durch zu geringe Wasserversorgung geschädigt werden. Blätter werden bei allen Pflanzen in ihrem Wachstum eingeschränkt, wodurch dann auch die Photosynthese behindert wird. Auch der geringere Nähstofftransport bei abnehmender Bodenfeuchtigkeit ist negativ für das Pflanzenwachstum. Trockenheit wird dabei nicht nur durch geringere Niederschläge verursacht, sondern auch durch die um 5 % höhere Verdunstung bei einer Temperaturzunahme von 1 °C. Neben der Veränderung der mittleren Niederschläge spielen auch die zunehmenden Starkniederschläge eine wesentliche Rolle für die Landwirtschaft. Sie können an Hängen den Boden wegspülen, Halme umknicken, Blüten zerstören oder Früchte abschlagen.

Übersicht über die Folgen einer höheren CO₂-Konzentration der Atmosphäre auf Pflanzen

CO₂-Konzentration

Nicht nur der Klimawandel verändert die Anbaubedingungen in der Landwirtschaft Deutschlands, sondern auch der Anstieg der atmosphärischen CO₂-Konzentration, durch den der menschengemachte Klimawandel hauptsächlich verursacht wird. Das Kohlendioxid der Atmosphäre ist die Grundlage des Pflanzenwachstums. Für die meisten Pflanzen ist die heutige CO₂-Konzentration nicht optimal; d.h. sie könnten bei einer höheren Konzentration ihre Photosynthese-Leistung noch steigern, was als CO₂-Düngeeffekt bezeichnet wird. Bei bisherigen Experimenten in Treibhäusern und Feldkammern wurden bei einer CO₂-Anreicherung von bis zu 80 % Ernteerhöhungen von 25-30 % festgestellt. Feldversuche unter realeren Bedingungen ergaben jedoch nur Steigerungen von 10-14 %. Ein gewichtiger Vorteil bei einer höheren CO₂-Konzentration ist jedoch die effizientere Wassernutzung: Die Blätter der Pflanzen müssen ihre Stomata, über die sie das CO₂ aufnehmen, weniger lange offen halten und verlieren dadurch weniger Wasser durch Verdunstung. Auf diese Weise können die negativen Auswirkungen von künftigen trockeneren und heißen Sommern in Deutschland bis zu einem gewissen Grad kompensiert werden.

Allerdings verringert sich durch die höhere Wassernutzungseffizienz auch die Verdunstungskühle, was bei Hitzestress zu Problemen führen kann. Und es ist zu bedenken, dass auch Unkräuter durch mehr CO₂ in der Atmosphäre in ihrem Wachstum gefördert werden, wie sich überhaupt der Klimawandel auch auf Schädlinge und Nützlinge auswirkt.

Schädlinge und Krankheiten

Durch höhere Temperaturen werden auch zahlreiche Schädlinge begünstigt. Bei milden Wintern können Schädlinge, die bei Frost absterben, überleben, neue Arten einwandern und die Pflanzen könnten früher befallen werden. Die meisten Insekten werden wahrscheinlich von höheren Temperaturen profitieren, bis hin zu höheren Fortpflanzungsraten. So könnte der Apfelwickler, dessen Raupen Schäden an Früchten verursachen, in Zukunft eine weitere Generation ausbilden. Außerdem besteht die Gefahr, dass sich in deutschen Weinanbaugebieten, aber auch in anderen Kulturen verstärkt Schadorganismen aus dem Mittelmeerraum ansiedeln.

Außerdem könnten Pflanzenkrankheiten sich stärker ausweiten bzw. aus wärmeren Regionen neu einwandern. So treten Pilzerreger aus dem Mittelmeerraum wie Falscher Mehltau, Grau- und Grünfäule bereits verstärkt in deutschen Weinbaugebieten auf. Und die Schwarzfäule, die bereits im 19. Jahrhundert nach Europa eingewandert ist, findet zunehmend günstigere Klimabedingungen. Manche Pilzkrankheiten, die eher durch feuchte Bedingungen begünstigt werden, könnten sich durch trockenere Sommer allerdings auch zurückentwickeln. Jedoch wird der Klimawandel nicht nur die Lebensbedingungen vieler Schädlinge verbessern, sondern auch die von etlichen Nützlingen. Welches neue Gleichgewicht sich bei diesen Prozessen einstellen wird, ist unbekannt.

Erträge

Ertragsabweichungen vom Mittel 1999-2013 bei wichtigen Anbaufrüchten in Deutschland im Jahr 2003 (trocken im Frühjahr und Sommer, Hitzewelle im August), 2008 („normales“ Jahr) und 2011 (trocken im Frühjahr, sonnenreich)

Durch den Einsatz von Mineraldünger und Pflanzenschutzmitteln und strukturelle Änderungen wurden die landwirtschaftlichen Erträge in Deutschland seit Mitte des 20. Jahrhunderts erheblich gesteigert. Zwar nahm die landwirtschaftliche Fläche von 57 % 1960 (Westdeutschland) auf 47 % (gesamt Deutschland) ab, der Anteil der Ackerfläche erhöhte sich jedoch auf Kosten von Grünland deutlich von 58 auf 71 %. Vor allem wurde der Weizenanbau wegen seiner hohen ha-Erträge erheblich ausgebaut. Wegen der vielen Einflussfaktoren ist es schwierig, klimatisch bedingte Trendänderungen der Erträge zu bestimmen. Als Beispiel werden daher zumeist Jahre ausgewählt, deren Wetterbedingungen als Vorboten der Zukunft angesehen werden. Das gilt besonders für das Jahr 2003, in dem Westeuropa und auch Deutschland eine außerordentlich starke Hitzewelle sowie vorangegangene sehr trockene Monate erlebte. Auch die Frühjahrs-Trockenheit 2011 kann als Vorbote für prognostizierte trockene Phasen der Zukunft betrachtet werden.

Die Witterungsbedingungen 2003 mit ihrer Kombination aus langanhaltender Trockenheit von März bis August und der abschließenden Hitzewelle haben bei nahezu allen wichtigen deutschen Anbaufrüchten zu erheblichen Ertragseinbußen von mehr als 10 % geführt. So lag der ha-Ertrag von Winterweizen um 12,3 %, der von Wintergerste um 18,1 % und der von Silomais um 13,2 % unter dem Mittel von 1999-2013. Durch die Trockenheit im Frühjahr 2011 war vor allem Wintergetreide betroffen, während Zuckerrüben und Mais wegen ihrer späteren Wachstumszeit von den warmen und sonnenreichen Bedingungen profitierten. Je nach Wetterlage und Wachstumszeit werden auch künftig die Anbausorten in Deutschland unterschiedlich betroffen sein.

Einige Studien mit Ertragsmodellen haben versucht, die Auswirkungen des Klimawandels auf die Erträge in Deutschland für die Zukunft zu berechnen. Wegen der komplizierten Wechselwirkungen und vielen Unsicherheiten reichen solche Modellsimulationen meist nur bis zur Mitte des 21. Jahrhunderts. Die Ergebnisse sind nicht einheitlich und variieren je nach Anbausorte und Region. Bei Winterweizen können die Erträge unter Berücksichtigung des CO2-Düngungseffektes regional um über 20 % zunehmen, ohne den CO₂-Faktor aber auch um bis zu 24 % sinken. Tendenziell sind die Verluste ohne CO₂-Düngung im Osten Deutschlands am höchsten. Auch in Norddeutschland könnten die Erträge von Winterweizen bis 2030 leicht zurückgehen. Der Grund liegt primär in einer Zunahme der Verdunstung und in sommerlicher Trockenheit. Hier berücksichtigen die Modellberechnungen allerdings weder den CO₂-Dungungseffekt noch die Anpassung der Landwirtschaft durch neue Sorten. Ähnlich sehen die Ergebnisse für Silomais aus, wobei in diesem Fall besonders damit zu rechnen ist, dass neue, ertragreichere Sorten angewendet werden, da das Temperaturoptimum in Deutschland oft nicht erreicht ist.

Trockenheit und Hitze können sich in Zukunft auch auf andere Sorten stärker auswirken. Das gilt vor allem für Sommerkulturen, die an niedrige Temperaturen angepasst sind, wie Sommergetreide und Zuckerrüben. Wärmeliebende Sommerkulturen wie Mais, Sojabohnen oder Sonnenblumen werden dagegen durch höhere Temperaturen begünstigt, falls die Wasserversorgung gewährleistet ist. Betroffen sind vor allem das Rhein-Main-Gebiet, der Süden Sachsens und Niederbayern.

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Kontakt: Dieter Kasang