Klimaänderungen und Landwirtschaft: Unterschied zwischen den Versionen

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== Temperaturen ==
== Einleitung ==
[[Bild:Photosyntheserate.jpg|thumb|520px|Abhängigkeit der Blattphysiologie von der Temperatur]]
Die Landwirtschaft ist nicht nur ein wesentlicher Antrieb des globalen Klimawandels, sie ist davon wie kaum ein anderer Wirtschaftssektor auch selbst stark betroffen. Der Klimawandel ändert die Verteilung der Niederschläge und erhöht die Temperatur mit Folgen einer Zunahme von Intensität und Häufigkeit von Extremereignissen wie Hitzewellen, Dürren, Starkniederschlägen und Stürmen. Höhere Temperaturen können die Population von Schädlingen und ihre Verbreitungsgebiete vergrößern, was wiederum den verstärkten Einsatz von Pestiziden zur Folge haben kann. Allerdings hat die Hauptursache des Klimawandels, die höhere CO<sub>2</sub>-Konzentration in der Atmosphäre, ein stärkeres Pflanzenwachstum zur Folge und kann manche negativen Folgen ausgleichen. Insgesamt wirkt sich der anthropogene Klimawandel aber negativ auf die Landwirtschaft aus. So wird sich durch den Klimawandel das Hungerrisiko bis 2050 für 80 Mio. Menschen bzw. 10% mehr als gegenwärtig erhöhen.<ref name="IPCC 2022a">IPCC AR6 WGII (2022a): Food, Fibre, and Other Ecosystem Products, 5.2</ref>  Das muss auf dem Hintergrund gesehen werden, dass der Bedarf an Nahrungsmitteln durch das Bevölkerungswachstum und Änderungen der Ernährungsgewohnheiten bis 2050 global um 30-62% steigen wird.<ref name="van Dijk 2021">van Dijk, M., T. Morley, M.L. Rau & Y. Saghai (2021): [https://www.nature.com/articles/s43016-021-00322-9 A meta-analysis of projected global food demand and population at risk of hunger for the period 2010–2050]. Nat. Food 2, 494–501</ref>  
Das Wachstum von Anbaupflanzen wird über die [[Photosynthese]] geregelt, die aus der Atmosphäre [[Kohlendioxid]] aufnimmt und daraus Biomasse aufbaut. Die Photosyntheseraten sind u.a. von den Temperaturverhältnisse der [[Atmosphäre im Klimasystem|Atmosphäre]] abhängig. Erst bei Temperaturen über 0 °C beginnt das Wachstum und die Entwicklung der Pflanzen. Mit höherer Temperatur beschleunigt sich die Photosyntheserate bis zu einem Temperaturoptimum. Danach nimmt das Wachstum wieder ab, bis das Temperaturmaximum erreicht ist. Bei höheren Temperaturen wird das Enzymsystem zerstört und der Zelltod tritt ein. Der Photosynthese entgegen wirkt die Veratmung von Kohlendioxid, die ebenfalls von der Temperatur abhängig ist. Anders als die Photosynthese steigt die Veratmung mit der Temperatur stetig an. Die maximale Produktion bei Anbaupflanzen wird bei solchen Temperaturen erreicht, bei denen die Photosynthese möglichst hoch und die Veratmung möglichst gering ist. Dieser Bereich liegt bei den meisten Anbaupflanzen der mittleren Breiten wie Weizen, Kartoffeln, Mais u.a. zwischen 18 °C und 25 °C.<ref>Frank-Michael Chmielewski (2007): [http://edoc.hu-berlin.de/docviews/abstract.php?lang=ger&id=28162 Folgen des Klimawandels für Land- und Forstwirtschaft], in: Wilfried Endlicher, Friedrich-Wilhelm Gerstengarbe: Der Klimawandel - Einblicke, Rückblicke und Ausblicke, S. 75-85</ref>  


Die Verlängerung der Wachstumszeit hat nicht für alle Pflanzen positive Effekte. Davon profitieren Pflanzen mit einer langen Wachstumszeit wie Mais, Hirse und Zuckerrüben. Bei vielen Getreidearten jedoch führt das beschleunigte Durchlaufen der Wachstumszeit zu einer Verminderung der Erträge, da die Kornfüllungsphase verkürzt wird. Für Wintergetreide kann eine Temperaturerhöhung in den Wintermonaten negative Folgen haben, da diese Anbaufrucht für eine optimale Entwicklung gewisse Minimumtemperaturen in der kalten Jahreszeit benötigt.<ref>Marc Zebisch; Torsten Grothmann; Dagmar Schröter; Clemens Hasse; Uta Fritsch; Wolfgang Cramer (2005): [https://www.umweltbundesamt.de/publikationen/klimawandel-in-deutschland-vulnerabilitaet Klimawandel in Deutschland - Vulnerabilität und Anpassungsstrategien klimasensitiver Systeme] (Umweltbundesamt)</ref>
== Der CO<sub>2</sub>-Düngungseffekt ==
Eine höhere CO<sub>2</sub>-Konzentration verstärkt die Photosynthese und hemmt gleichzeitig die Respiration von Pflanzen. Das ist besonders bei C<sub>3</sub>-Pflanzen wie Weizen und Reis der Fall, weniger bei C<sub>4</sub>-Pflanzen wie Mais, Hirse und Sorghum. Bei einem höheren CO<sub>2</sub>-Angebot sind die Stomata (Spaltöffnungen) der Pflanzen weniger stark geöffnet und verdunsten damit weniger Wasser. Das minimiert den Wasserverlust sowohl bei C<sub>4</sub>- als auch bei C<sub>3</sub>-Pflanzen. Freiluftexperimente haben gezeigt, dass bei einer Erhöhung der CO<sub>2</sub>-Konzentration um ca. 200-240 ppm Weizen- und Reisernten um 17% zunehmen könnten.<ref name="Rezaei 2023">Rezaei, E.E., H. Webber, S. Asseng et al. (2023): [https://doi.org/10.1038/s43017-023-00491-0 Climate change impacts on crop yields]. Nat Rev Earth Environ 4, 831–846</ref>  


== Niederschläge ==
Freilandversuche mit höherer CO<sub>2</sub>-Anreicherung belegen, dass C<sub>4</sub>-Anbaufrüchte von dem höheren CO<sub>2</sub>-Angebot nur bei Dürren profitieren, der Nutzen bei C<sub>3</sub>-Anbaufrüchten (z.B. Reis, Weizen, Sojabohnen und die meisten Obst- und Gemüsesorten) aber durchgehend ist. Etwa 75 % der heutigen Getreidearten beruhen auf der C3-Photosynthese. Allerdings könnten zunehmende Dürren dem CO<sub>2</sub>-Düngungseffekt mindestens teilweise entgegenwirken.<ref name="Yang 2024">Yang, Y., D. Tilman, Z. Jin et al. (2024): [https://www.science.org/doi/10.1126/science.adn3747 Climate change exacerbates the environmental impacts of agriculture]. Science 385, eadn3747</ref>
[[Bild:Niederschlag europa.jpg|thumb|520px|Veränderung des Niederschlags in Europa nach dem Szenario A1B für die Jahre 2080-2099 im Verhältnis zu 1980 zu 1999 im Winter und Sommer]]
Für das Wachstum von Pflanzen sind nicht nur bestimmte Temperaturbereiche grundlegend, sondern ebenso eine ausreichende Menge an Wasser. Diese kann direkt aus dem [[Niederschlag]] oder aus künstlicher Bewässerung bezogen werden, die aber über mittlere Zeiträume, außer bei Bezug aus fossilem Grundwasser, ebenfalls von den Niederschlägen abhängig ist. Während Pflanzen in einer relativ breiten Temperaturspanne wachsen, reagieren Pflanzen auf zu geringe Niederschlagsmengen sehr empfindlich. Dabei ist nicht nur der Niederschlag selbst von Bedeutung, sondern im Zusammenhang damit auch die Temperatur, der [[Boden im Klimasystem|Boden]] und die Pflanzensorte. Bei höheren Temperaturen [[Verdunstung|verdunstet]] der gefallene Niederschlag, sowohl vom Boden wie von der Pflanze, zu einem großen Teil und steht für die Stoffwechselprozesse nicht zur Verfügung. So erhöht eine Temperatursteigerung um 1 °C die Verdunstungsrate um 5%.


Ein kritischer Faktor ist auch die [[Boden_im_Klimasystem#Wasserkreislauf|Wasserspeicherkapazität der Böden]]. Je nach Bodenbeschaffenheit kann der Niederschlag oberflächlich abfließen, schnell versickern oder weitgehend gespeichert und von den Wurzeln der Pflanze aufgenommen werden. Bei Sandböden z.B. versickert das Wasser schnell in die Tiefe und steht den Wurzeln der Pflanze nicht mehr zur Verfügung. Das wirkt sich unmittelbar auf die Photosynthese- und Ertragsleistung aus. Auch die Produktqualität kann davon betroffen sein. Und bei geringer Bodenfeuchte sind auch die Nährstoffe schlechter verfügbar. Von veränderten Niederschlagsbedingungen ist auch die Erneuerung des Grundwassers betroffen. Hinzu kommen geringere Abflussmengen der Flüsse, die durch den Klimawandel in [[Gemäßigte Zone|mittleren Breiten]] im Sommer und Frühjahr (auch durch die Vorverlegung der Schneeschmelze) drohen.<ref>Michaela Schaller und Hans-Joachim 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>
Berechnungen mit Erdsystemmodellen nach dem Szenario SSP5-8.5 kommen zu dem Ergebnis, dass gegen Ende des 21. Jahrhunderts im Vergleich zum Ende des 20. Jahrhunderts auf über 46% der bewachsenen Landflächen auf der Nordhalbkugel der CO<sub>2</sub>-Düngungseffekt abnehmen wird. Dieser Trend wird teilweise verringert durch eine Zunahme der Photosynthese infolge des höheren CO<sub>2</sub>-Gehalts in der Atmosphäre in tropischen Gebieten, die jedoch nur auf 33% der bewachsenen Fläche erfolgen wird. Eine globale Vergleichsrechnung nach dem hohen Szenario SSP5-8.5 zwischen dem direkten CO<sub>2</sub>-Effekt (= CO<sub>2</sub>-Düngungseffekt) und dem indirekten CO<sub>2</sub>-Effekt (= klimatische Auswirkungen) kommt zu dem Ergebnissen, dass gegen Ende des 21. Jahrhunderts auf knapp der Hälfte der bewachsenen Fläche der Erde das abnehmende Pflanzenwachstum durch den indirekte Effekt überwiegen wird. Der wichtigste Faktor dabei ist die Abnahme der Bodenfeuchtigkeit durch eine erhöhte Verdunstung als Folge der höheren Temperaturen und häufigerer Dürren.<ref name="Chen 2024">Chen, Z., W. Wang, G. Forzieri et al. (2024): [https://doi.org/10.1038/s41467-024-45957-x Transition from positive to negative indirect CO2 effects on the vegetation carbon uptake]. Nat Commun 15, 1500</ref>  


Einzelne Nutzpflanzen verbrauchen unterschiedlich viel Wasser, z.T. in Abhängigkeit von der Wachstumszeit. So verbraucht Wintergetreide weniger Wasser als Sommergetreide, Blattfrüchte aufgrund ihrer langen Wachstumszeit wiederum mehr als Getreide. Für das Pflanzenwachstum von großer Wichtigkeit ist es daher auch, wann der Niederschlag fällt, ob im Winter, wenn es für viele Pflanzen der mittleren und höheren Breiten zum Wachsen zu kalt ist, oder eher im Sommer, der Hauptwachstumszeit der gemäßigten und kalten Klimazonen.  
== Temperaturanstieg ==
Ursache der negativen Auswirkung des Klimawandels auf die landwirtschaftliche Produktion sind höhere Temperaturen, die den Wachstumszyklus erhöhen und den Wassermangel verstärken. 1 °C Erwärmung würde nach Zhao et al. (2017)<ref name="Zhao 2017">Zhao, C., B. Liu, S. Piao et al. (2017): [[ https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.1701762114|Temperature increase reduces global yields of major crops in four independent estimates]]. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 114, 9326–9331</ref>  zu einer Abnahme der globalen Ernte wichtiger Grundnahrungsmittel um 3-7% führen. Auch die Viehzucht leidet unter hohen Temperaturen, die Schädlinge und Krankheiten begünstigen können.<ref name="Yang 2024"/>  Laut Weltklimarat IPCC haben die Ernten der drei wichtigsten Grundnahrungsmitteln Mais, Weizen und Reis um rund 5% abgenommen. Regional ist der Ertrag der für Afrika wichtigen Hirse um 10-20% zurückgegangen.<ref name="IPCC 2022a"/>


Allgemein wird damit gerechnet, dass durch die globale Erwärmung der [[Wasserkreislauf]] verstärkt wird. Das bedeutet einerseits höhere Niederschläge, andererseits aber auch höhere Verdunstungsraten. Die Zunahme von Niederschlag und [[Verdunstung]] wird dabei räumlich wie zeitlich nicht gleichmäßig verteilt sein. Ganzjährig werden die Niederschläge nur in den höheren Breiten und in einigen [[Tropen|tropischen Gebieten]] zunehmen. In den mittleren Breiten ist eher davon auszugehen, dass die Niederschläge im Winter zu-, im Sommer aber abnehmen werden. Und in den [[Subtropen]], etwa im mediterranen Raum, ist mit einer ganzjährigen Abnahme der Niederschläge zu rechnen, die allerdings im Sommer besonders ausgeprägt sein wird. Für die Landwirtschaft sind damit ernste Probleme vor allem in den Subtropen, aber auch in den mittleren Breiten verbunden. Die Wachstumszeit wird z.B. im Mittelmeerraum und den trockeneren Gebieten Südosteuropas trotz steigender Temperaturen aufgrund größerer Trockenheit zurückgehen. Auch Nordostbrasilien, die Karibik, Südafrika und Mittelasien sind stark gefährdete Gebiete.
Höhere Temperaturen können grundsätzlich zu- oder abnehmende Ernten zur Folge haben. In höheren Breiten verlängern sie die Wachstumszeiten und ermöglichen das Gedeihen neuer Anbaufrüchte. In Trockengebieten der niederen Breiten können sie Dürrestress und Wasserbedarf erhöhen. Besonders bei C<sub>3</sub>-Pflanzen können hohe Temperaturen die Respiration (Veratmung) verstärken.<ref name="Rezaei 2023"/>  Nach einigen Berechnungen haben hohe Nachttemperaturen die Wirkung, dass sich die Ernten infolge der nächtlichen Respiration um 4-7% pro °C verringern. Besonders während der Kornfüllungsphase waren nach Untersuchungen die Ernten von C<sub>3</sub>-Pflanzen um bis zu 30% geringer, bei C<sub>4</sub>-Pflanzen um 10%.<ref name="Cohen 2021">Cohen, I., S.I. Zandalinas, C. Huck (2021): [https://doi.org/10.1111%2Fppl.13203 Meta-analysis of drought and heat stress combination impact on crop yield and yield components]. Physiol. Plant. 171, 66–76</ref>  Auch der Nährstoff- und Vitamingehalt nimmt bei Reisernten in China und Japan nach einigen Untersuchungen ab. Der zukünftige Klimawandel wird global wohl eher zu einer Abnahme der Ernten führen, besonders in den wärmeren Regionen.<ref name="Yuan 2024">Yuan, X., S. Li, J. Chen et al. (2024): [https://doi.org/10.3390/agronomy14071360 Impacts of Global Climate Change on Agricultural Production: A Comprehensive Review]. Agronomy, 14(7), 1360</ref> Nach Modellberechnungen liegen die Verluste bei 7-23%.<ref name="Rezaei 2023"/>
 
Höhere Temperaturen bedeuten auch eine verstärkte Belastung für Arbeiten im Freien, wovon besonders Arbeiten in der Landwirtschaft betroffen sind. Bei einer Erwärmung von 3 °C über dem Mittel der jüngsten Vergangenheit (1986-2005) würde sich in Sub-Sahara-Afrika und Südostasien die Arbeitsfähigkeit der in der Landwirtschaft Beschäftigten um 30-50% reduzieren. Als Folge werden um 2050 bei einem niedrigen Szenario 8 Mio. Menschen und bei einem hohen Szenario 80 Mio. Menschen mehr vom Hunger bedroht sein.<ref name="IPCC 2022a"/>


Aufgrund der steigenden Bevölkerung wird der [[Wassernutzung|Bedarf an Wasser]] für die landwirtschaftliche Produktion in den kommenden Jahrzehnten noch einmal kräftig zunehmen. Das wird erst recht dann der Fall sein, wenn die von der Welternährungsorganisation FAO gesteckten Ziele, eine Halbierung der Unterernährten weltweit bis 2015 und eine Beseitigung der Armut bis 2030 bzw. 2050, erreicht werden sollen. Schon im 20. Jahrhundert ist der landwirtschaftliche Wasserbedarf zwischen 1960 und 2002 von 1000 km<sup>3</sup> pro Jahr auf über 4000 km<sup>3</sup> pro Jahr gestiegen. Bis 2030 wäre noch einmal eine Verdoppelung nötig. Gerade in den Regionen, in denen der Bedarf aufgrund der prekären Lage der Bevölkerung die größten Zunahmen erfordert, in [[Klimaänderungen und Landwirtschaft Afrika|Afrika]] südlich der Sahara und in [[Klimaänderungen in Südasien|Südasien]], werden die Voraussetzungen zur Erreichung der gesteckten Ziele durch den Klimawandel eher verschlechtert.
== Niederschlag und Wasserversorgung ==
Die Wasserversorgung ist ein wesentlicher Faktor in der Landwirtschaft. Wasser- oder Dürrestress können die Reifung von Saaten verzögern oder die Photosynthese durch Schließung der Stomata  reduzieren. Andererseits kann zu viel Wasser, z.B. durch Starkniederschläge, die Sauerstoffversorgung behindern und das Wachstum der Wurzeln und die Nährstoffaufnahme verringern. Bei Dürrestress reagieren einzelne Anbaufrüchte sehr unterschiedlich. Bei Weizen sind die Ernteverluste verhältnismäßig gering, bei Mais deutlich höher. Gegenüber Staunässe sind vor allem Sorghum und Mais empfindlich, Weizen etwas weniger.<ref name="Rezaei 2023"/> 
 
23 % der globalen Anbaugebiete werden gegenwärtig bewässert,<ref name="IPCC 2022b">IPCC AR6 WGII (2022b): Water, 4.3.1</ref>  ein Wert, der sich bis zum Ende des 20. Jahrhunderts um bis zu 20% steigern könnte.<ref name="Subedi 2023">Subedi, B., A. Poudel & S. Aryal (2023): [https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0048969723078695 The impact of climate change on insect pest biology and ecology: Implications for pest management strategies, crop production, and food security], Journal of Agriculture and Food Research 14</ref>  Sie produzieren 40% der globalen Ernten.<ref name="Yang 2024"/> Die Änderung der Niederschläge, die Erwärmung und das höhere CO<sub>2</sub>-Angebot können heutige Regenfeldbaugebiete z.B. in den USA, Brasilien, Kanada, China und Russland zu einem erheblichen Teil in Bewässerungsland verwandeln. Wichtige Wasserressourcen sind für viele Trockengebiete die Schneelagen und Gletscher in benachbarten Gebirgen. Das Abschmelzen von Schnee und Eis durch den Temperaturanstieg bedeutet für talabwärts liegende Anbaugebiete aber ein erhebliches Risiko,<ref name="Qin 2020">Qin, Y., J.T. Abatzoglou, S. Siebertet al. (2020): [https://doi.org/10.1038/s41558-020-0746-8 Agricultural risks from changing snowmelt]. Nat. Clim. Chang. 10, 459–465</ref> so in den Anden, in Mittelasien und im Himalaya.<ref name="Yang 2024"/>  
 
Steht nicht genügend Oberflächenwasser zur Verfügung, nutzen die Bauern notgedrungen vorhandene Grundwasserreserven. Schon heute werden auf 40% der bewässerten Felder Grundwasserressourcen genutzt. Große Mengen an Grundwasser haben die Intensivierung der Landwirtschaft durch die Grüne Revolution in verschiedenen Regionen der Welt seit den 1970er Jahren ermöglicht. Grundwasser ist die Basis für die Produktion von ca. 40 Prozent der weltweiten Ernte, z.B. von Grundnahrungsmitteln wie Reis und Weizen. In Indien sichert die Bewässerung mit Grundwasser 28 Prozent der gesamten jährlichen bewässerten Pflanzenproduktion und mehr als die Hälfte der bewässerten Pflanzenproduktion in der Trockenzeit. In den ariden und semiariden Gebieten des Nahen Ostens ist Grundwasser traditionell die Grundlage der Ernährungssicherheit.<ref name="Rodella 2023">Rodella, A.-S., E. Zaveri & F. Bertone (2023): The Hidden Wealth of Nations: The Economics of Groundwater in Times of Climate change, https://openknowledge.worldbank.org/entities/publication/33f10171-511d-4ee4-bfde-49b728ed6f04</ref> In Subsahara-Afrika sind die Grundwasserreserven größtenteils noch wenig erschlossen. Während in Südasien auf 57 % der bewirtschafteten Fläche Grundwasser genutzt wird, sind es in Subsahara-Afrika nur 5%.<ref name="UN 2022">United Nations, The United Nations World Water Development Report 2022 (2022): Groundwater: Making the invisible visible. UNESCO, Paris, https://www.unwater.org/publications/un-world-water-development-report-2022 </ref> 
 
Die afrikanischen Grundwasservorräte bergen jedoch ein großes Potential, die Versorgung mit Grundnahrungsmitteln zu verbessern und Folgen des Klimawandels wie Dürren abzumildern. Durch häufigere und intensivere Dürren und Änderungen der Niederschlagsverhältnisse kann die Grundwassernutzung verstärkt werden.<ref name="Yang 2023">Yang, Y., Z. Jin, N.D. Mueller (2023): [https://doi.org/10.1038/s43016-023-00821-x Sustainable irrigation and climate feedbacks]. Nat. Food 4, 654–663</ref>  Durch eine intensivere Nutzung sind die Vorräte an Grundwasser jedoch weltweit in Gefahr, mit Folgen für die Versorgung der Bevölkerung mit Grundnahrungsmitteln. Nach Modellberechnungen belaufen sich die Abnahmen der Vorräte auf 100-300 km<sup>3</sup> jährlich. Hinzu kommt eine zunehmende Verschmutzung des Grundwassers durch Pestizide und das Eindringen von Salzwasser.<ref name="UN 2022"/> Letzteres ist ein weit verbreitetes Problem im Mittelmeerraum, dem man versucht mit Entsalzungsanlagen zu begegnen (Abb.).


== Extremereignisse ==
== Extremereignisse ==
Der Klimawandel hat die Häufigkeit und Intensität von Extremereignissen verstärkt. In etlichen Fällen wurden dadurch Anbaufrüchte geschädigt und ganze Ernten zerstört. Schon in früheren Zeiten haben Dürren zu hohen Schäden in der Landwirtschaft geführt. Zwischen 1983 und 2009 hat es auf Dreiviertel der globalen Anbaufläche starke Ernteverluste durch Dürren gegeben. 2021 und 2022 war das besonders in Afrika und Mittelamerika der Fall.  Auch extreme Niederschläge und Überschwemmungen haben lokal Ernten zerstört und Hungerkrisen ausgelöst.<ref name="Yang 2024"/> Berechnungen mit dem Szenario SSP5-8.5 kommen zu dem Ergebnissen, dass gegen Ende des 21. Jahrhunderts auf knapp der Hälfte der bewachsenen Fläche der Erde das Pflanzenwachstum abnehmen könnte. Ursache sind höhere Temperaturen und häufigere Dürren und vor allem die Abnahme der Bodenfeuchtigkeit infolge einer erhöhten Verdunstung.<ref name="Chen 2024"/>
Ein besonderes Risiko geht von zusammengesetzten Extremereignissen aus, vor allem von dem kombinierten Auftreten von Hitze- und Dürreereignissen. Zusammengesetzte Dürre- und Hitzeextreme haben in den letzten Jahrzehnten stark zugenommen. Sie besitzen massive Auswirkungen auf landwirtschaftliche Ernten, vor allem auf die Weizenernten, die gegenüber derartigen Extremereignissen besonders anfällig sind. Die Empfindlichkeit von Weizenpflanzen bei hohen Temperaturen wird unter Dürrebedingungen noch deutlich verstärkt, da dadurch die Kühlung der Pflanzen durch Verdunstung stark eingeschränkt wird. Der treibende Faktor ist dabei der Temperaturanstieg, der die Verdunstung verstärkt und damit den Pflanzen die Feuchtigkeit entzieht. Demgegenüber fallen Änderungen der Niederschläge weniger ins Gewicht.<ref name="He 2024">He, Y., Y. Zhao, S. Sun et al. (2024): [https://doi.org/10.1007/s10584-024-03718-1 Global warming determines future increase in compound dry and hot days within wheat growing seasons worldwide]. Climatic Change 177, 70</ref>


Gravierender und unmittelbarer als allmählich sich ändernde Klimabedingungen, an die sich sowohl die Anbaupflanzen wie die Produktionsmethoden bis zu einem gewissen Grad anpassen können, wirken sich Extremereignisse wie [[Hitzewellen]], [[Dürren]] oder [[Starkniederschläge und Hochwasser|Starkniederschläge]] auf die Landwirtschaft aus. Global haben vor allem lang anhaltende Dürren katastrophale Folgen für die Landwirtschaft gehabt wie etwa die Dust Bowl in den 1930er Jahren in den Great Plains von Nordamerika oder die [[Sahel-Dürre]] in den 1970er und 1980er Jahren in Westafrika. Die Dust Bowl hat mit ihren Staubstürmen zahlreiche Ernten vernichtet und die Farmer in den Ruin getrieben. Die Sahel-Dürre hat zu einer verheerenden Hungerkatastrophe geführt und zahlreiche Menschen zu Umweltflüchtlingen gemacht.  
Fallen Dürre- und Hitzeextreme zusammen, sind die Folgen in der Regel deutlich stärker als bei der Summe derselben Ereignisse, wenn sie getrennt auftreten. Die Ernten von Weizen, Reis, Mais und Gerste könnten sich durch gleichzeitigen Hitze- und Dürrestress um 60% verringern, bei Dürre alleine nur um 40% und bei Hitzeextremen um 30%. C<sub>3</sub>- und C<sub>4</sub>-Pflanzen sind davon etwa gleich betroffen. Eine höhere CO<sub>2</sub>-Konzentration kann die Ernteverluste abmildern, vor allem durch die bessere Wassernutzung der Pflanzen bei der Photosynthese. Sie kann jedoch die negativen Folgen von Dürren auf die Ernte nicht vollständig ausgleichen.<ref name="Rezaei 2023"/> Indien und Nordamerika werden nach Projektionen bis 2100 die Hotspots der Ernteschäden durch Hitze und Dürreextreme sein, aber auch die Türkei und das nördliche Kasachstan sind erheblich betroffen (Abb.).<ref name="He 2024"/> 


In Europa hat die [[Hitzewellen Europa|Hitzewelle 2003]], die vielfach als Vorbote künftiger Klimaverhältnisse gewertet wird, nicht nur zu Tausenden von Toten und heftigen Waldbränden geführt, sondern auch die Landwirtschaft stark beeinträchtigt. Neben den hohen Temperaturen im Juli und August wirkte sich auch aus, dass in vielen Regionen seit Februar des Jahres 2003 eine ausgeprägt Trockenheit herrschte. Trockenheit führt dazu, dass die Stomata schließen, um Wasserverlust zu vermeiden. Dadurch wird die Transpiration verhindert und damit die Abkühlung auf der Blattoberfläche, was die Atmungsrate ansteigen lässt. Auch die Pflanzenwurzeln reagieren empfindlich auf hohe Bodentemperaturen und Bodentrockenheit. Allerdings reagieren die landwirtschaftlichen Kulturen unterschiedlich auf Hitzestress.
== Schädlinge und Krankheiten ==
Eine weitere Auswirkung hat der Klimawandel auf die Verbreitung von Schädlingen, Krankheiten und Unkräutern in der Landwirtschaft. Der Klimawandel beeinflusst die Reproduktion, die Entwicklung, das Überleben und die Verbreitung von Schädlingen. Höhere Temperaturen begünstigen die Ernährung, die Verbreitung und die Populationsdynamik von Insekten, wodurch es zu höheren Ernteschäden kommen kann. Folgen können vor allem in den mittleren Breiten das Überleben im Winter und die Bildung von mehreren Generationen in der Wachstumszeit sein. Hinzu kommt dass der höhere CO<sub>2</sub>-Gehalt die Verteidigungshormone der Anbaupflanzen beeinträchtigt und da Fressverhalten mancher Schädlinge erhöht.<ref name="Subedi 2023">Subedi, B., A. Poudel & S. Aryal (2023): The impact of climate change on insect pest biology and ecology: Implications for pest management strategies, crop production, and food security, Journal of Agriculture and Food Research 14, https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0048969723078695</ref>  Nach Modellberechnungen wird die räumliche Verbreitung und Migration von Schädlingspopulationen zunehmen, z.B. von subtropischen in gemäßigte Klimazonen.<ref name="Yang 2024"/>  Auch die Viehzucht leidet unter hohen Temperaturen, die Schädlinge und Krankheiten begünstigen können.<ref name="Yang 2024"/>


Insgesamt beliefen sich die Schäden durch Dürren und [[Waldbrände]] in West- und Mitteleuropa auf ca. 13 Milliarden Euro.<ref>COPA-COGECA (2003): [http://www.meteo.uni-koeln.de/content/forschung/klimadiagnose/summerheat2003/pocc_03_78i4_1d.pdf Bewertung der Auswirkungen der Hitzewelle und Dürre des Sommers 2003 für Land- und Forstwirtschaft]</ref> Besonders betroffen waren Frankreich und Italien mit je etwa 4 Milliarden Euro, aber auch die deutsche Landwirtschaft hatte einen Verlust von 1,5 Milliarden Euro zu verzeichnen. Besonders stark waren die Auswirkungen beim Viehfutterangebot mit Defiziten von z.B. 30% in Deutschland und 60% in Frankreich. Aber auch Weizen und Mais hatten erheblich unter der Dürre zu leiden.
In jüngster Zeit wurde bereits Südeuropa mehrfach von Heuschrecken, die z.T. das Mittelmeer von Afrika aus überquert hatten, heimgesucht. So fielen Schwärme von Wüstenheuschrecken 2005 in Spanien und Portugal ein. 2019 und 2020 war Sardinien von einer Invasion der Marokkanischen Heuschrecke betroffen, die zu schweren Schäden an der Vegetation führte. In Deutschland kam es zu ähnlichen Vorfällen bisher noch nicht. In Süd- und Ostdeutschland haben Untersuchungen jedoch eine gewisse Verbreitung der Italienischen Schönschrecke nachgewiesen. Modellsimulationen haben die Möglichkeit einer weiteren Ausbreitung der Schönschrecke in Deutschland berechnet. Danach ist eine relevante Bedrohung allerdings unwahrscheinlich, da die intensive Nutzung von Grünlandflächen in Deutschland für die Verbreitung der Italienischen Schönschrecke ungünstig ist.<ref name=Bauer 2022">Bauer, C., A. Fekete, S. Kühne & P. Baufeld (2022): [https://epb.bibl.th-koeln.de/files/1870/BachelorarbeitBauerExpanonymisiert.pdf Abschätzung des klimawandelinduzierten Gefahrenpotentials von Feldheuschrecken (Acrididae) als Schädlinge für die zukünftige deutsche Landwirtschaft], Journal für Kulturpflanzen 74 (07-08). 153–165</ref>  


In Deutschland betrugen die Ertragsverluste bis zu 20 % bei einzelnen Produkten.<ref>Michaela Schaller und Hans-Joachim 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> Besonders betroffen war die Grünlandwirtschaft, deren Erträge um 1/5 zurückgingen. Aber auch die Kartoffelernte verringerte sich um 16 %. Die Winterweizenerträge verringerten sich um 12 %, die Apfelernte um 5 %. Die Weinernte ging zwar mengenmäßig um 11 % zurück, jedoch erhöhte sich der Anteil an Qualitätsweinen um 13 %.
== Regionale Änderungen ==
In den niederen Breiten werden die Ernten von Grundnahrungsmitteln durch zunehmende Temperaturen und veränderte Niederschlagsmuster zurückgehen. In gemäßigten Breiten könnte die Landwirtschaft zukünftig von wärmeren Bedingungen profitieren. Bei bis zu 30 % der weltweiten Nahrungsmittelproduktion, vor allem in den tropischen Gebieten, könnten sich die klimatischen Bedingungen so ändern, dass keine bedeutende Produktion von Nutzpflanzen mehr möglich ist. Die optimalen klimatischen Verhältnisse werden sich für viele Nahrungsmittel von den niederen Breiten in die mittleren und höheren Breiten verschieben. Zahlreiche Anbaufrüchte werden durch Änderungen der Temperatur, der Niederschläge und das häufigere Auftreten von Dürren ihre sicheren Klimaräume bzw. ihre Klimanische verlieren.<ref name="Heikonen 2025">Heikonen, S., M. Heino, M. Jalava et al. (2025): [https://doi.org/10.1038/s43016-025-01135-w Climate change threatens crop diversity at low latitudes]. Nat Food</ref>  


Neben Hitze und Dürre können sich auch [[Starkniederschläge und Hochwasser|Starkniederschläg]]e schädlich auf die Landwirtschaft auswirken. Durch Hochwässer kann es zu Überflutungen von landwirtschaftlichen Flächen und zu Staunässe kommen. Außerdem können Nährstoffe aus dem Boden ausgewaschen werden und die Erosion zunehmen.
Abb. X zeigt das beträchtliche Risiko für Anbauflächen von Grundnahrungsmitteln in Großregionen der Erde bei  künftigen Erwärmungsgraden, dass mindestens 25% der gegenwärtigen Produktion sich nicht mehr unter geeigneten klimatischen Anbaubedingungen befinden. Im Mittleren Osten und Nordafrika ist das bereits für fast 50% des Anbaugebietes schon bei einer Erwärmung von 1,5°C der Fall. In Südasien sind über 80% der aktuellen Produktion bei einer Erwärmung von 4°C betroffen. Dagegen bestehen in Nordamerika, Europa und Mittelasien für mindestens 75% der Produktion auf etwa 80% der Anbaufläche auch bei einer Erwärmung bis 4 °C weiterhin geeignete Anbaubedingungen. Besonders betroffen von der Änderung geeigneter klimatischer Anbaubedingungen sind vor allem jene Regionen, die bereits gegenwärtig unter Nahrungsmittelknappheit leiden. Für die betroffenen Länder wird zugleich ein hohes Bevölkerungswachstum erwartet. Und ihre Ressourcen werden wahrscheinlich nicht ausreichen, um geeignete Investitionen zur Anpassung an die künftigen Klimaänderungen zu implementieren.<ref name="Heikonen 2025"/>


== Regionale Unterschiede ==
Eine weitere Wirkung des Klimawandels ist die Reduzierung der Vielfalt der Anbaufrüchte an einem Ort bzw. der Diversität der Anbaufrüchte. Schon bei einer globalen Erwärmung um 2 °C würde auf mehr als der Hälfte der der Anbaufläche die Diversität der Anbaufrüchte abnehmen. Die stärkste Abnahme findet sich auch hier in Sub-Sahara-Afrika und Südasien, wo der Rückgang sogar auf mehr als 70% des Anbaugebiets bei einer Temperaturzunahme von 2 °C stattfinden würde. Dagegen würde die Diversität in Nordamerika, Lateinamerika, Europa und Mittelasien selbst bei einer Erwärmung um bis 3 °C nicht abnehmen. In Nordamerika würde sie sogar auf ein Drittel der Anbaufläche sogar zunehmen, in Europa und Mittelasien etwa gleichbleiben.<ref name="Heikonen 2025"/>
* Hauptartikel: [[Regionale Produktion]]
Die globale Erwärmung wird in den mittleren und höheren Breiten die Temperaturbereiche, in denen Anbau möglich ist, deutlich polwärts und in die Höhe verschieben. So werden sich auf der Nordhalbkugel die Klimazone der gemäßigten Breiten signifikant nach Norden, d.h. nach Sibirien und Nordkanada hinein, ausweiten. Hinzu kommt, dass in mittleren und höheren Breiten bei genügend Niederschlag auch die Länge der Wachstumszeit deutlich zunehmen wird. Die Pflanzen beginnen im Frühjahr früher mit dem Blattaustrieb und stellen im Herbst später die [[Photosynthese]] ein. So werden sich die Gebiete der hohen Breiten mit einer Wachstumszeit von unter 120 Tagen im Jahr bis zum Ende des 21. Jahrhunderts um ca. 20 % verringern. Auf der anderen Seite nimmt die Wachstumszeit in den Subtropen wahrscheinlich ab, weil hier mit längeren Trockenperioden gerechnet werden muss.<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>


Eine Studie über die Veränderung der Ackerflächen durch den Klimawandel kommt zu dem Schluss, dass sich diese Flächen in den niederen und mittleren Breiten verringern, in den höheren Breiten der Nordhalbkugel dagegen ausdehnen werden.<ref>Xiao Zhang and Ximing Cai (2011): Climate change impacts on global agricultural land availability, Environmental Research Letters 6 , doi:10.1088/1748-9326/6/1/014014</ref> In der Summe nimmt die Ackerfläche von gegenwärtig ca. 50 Millionen km<sup>2</sup> nach dem A1B-Szenario geringfügig ab und nach dem B1-Szenario geringfügig zu. Mit Zunahmen hätten nach diesen Berechnungen je nach Szenario und Berechnungsmethode vor allem Russland (um 37-67 %), das nördliche China (22-36 %) und die USA (4-17 %) zu rechnen. In Afrika und Südamerika ist mit Abnahmen um 0,5-18 bzw. 1-21 % zu rechnen. Auch für Europa werden Verluste der Ackerfläche um 11-17 % und für Indien um 1,7-3,6 % prognostiziert.


== Einzelnachweise ==
== Einzelnachweise ==

Version vom 15. April 2025, 12:25 Uhr

Einleitung

Die Landwirtschaft ist nicht nur ein wesentlicher Antrieb des globalen Klimawandels, sie ist davon wie kaum ein anderer Wirtschaftssektor auch selbst stark betroffen. Der Klimawandel ändert die Verteilung der Niederschläge und erhöht die Temperatur mit Folgen einer Zunahme von Intensität und Häufigkeit von Extremereignissen wie Hitzewellen, Dürren, Starkniederschlägen und Stürmen. Höhere Temperaturen können die Population von Schädlingen und ihre Verbreitungsgebiete vergrößern, was wiederum den verstärkten Einsatz von Pestiziden zur Folge haben kann. Allerdings hat die Hauptursache des Klimawandels, die höhere CO2-Konzentration in der Atmosphäre, ein stärkeres Pflanzenwachstum zur Folge und kann manche negativen Folgen ausgleichen. Insgesamt wirkt sich der anthropogene Klimawandel aber negativ auf die Landwirtschaft aus. So wird sich durch den Klimawandel das Hungerrisiko bis 2050 für 80 Mio. Menschen bzw. 10% mehr als gegenwärtig erhöhen.[1] Das muss auf dem Hintergrund gesehen werden, dass der Bedarf an Nahrungsmitteln durch das Bevölkerungswachstum und Änderungen der Ernährungsgewohnheiten bis 2050 global um 30-62% steigen wird.[2]

Der CO2-Düngungseffekt

Eine höhere CO2-Konzentration verstärkt die Photosynthese und hemmt gleichzeitig die Respiration von Pflanzen. Das ist besonders bei C3-Pflanzen wie Weizen und Reis der Fall, weniger bei C4-Pflanzen wie Mais, Hirse und Sorghum. Bei einem höheren CO2-Angebot sind die Stomata (Spaltöffnungen) der Pflanzen weniger stark geöffnet und verdunsten damit weniger Wasser. Das minimiert den Wasserverlust sowohl bei C4- als auch bei C3-Pflanzen. Freiluftexperimente haben gezeigt, dass bei einer Erhöhung der CO2-Konzentration um ca. 200-240 ppm Weizen- und Reisernten um 17% zunehmen könnten.[3]

Freilandversuche mit höherer CO2-Anreicherung belegen, dass C4-Anbaufrüchte von dem höheren CO2-Angebot nur bei Dürren profitieren, der Nutzen bei C3-Anbaufrüchten (z.B. Reis, Weizen, Sojabohnen und die meisten Obst- und Gemüsesorten) aber durchgehend ist. Etwa 75 % der heutigen Getreidearten beruhen auf der C3-Photosynthese. Allerdings könnten zunehmende Dürren dem CO2-Düngungseffekt mindestens teilweise entgegenwirken.[4]

Berechnungen mit Erdsystemmodellen nach dem Szenario SSP5-8.5 kommen zu dem Ergebnis, dass gegen Ende des 21. Jahrhunderts im Vergleich zum Ende des 20. Jahrhunderts auf über 46% der bewachsenen Landflächen auf der Nordhalbkugel der CO2-Düngungseffekt abnehmen wird. Dieser Trend wird teilweise verringert durch eine Zunahme der Photosynthese infolge des höheren CO2-Gehalts in der Atmosphäre in tropischen Gebieten, die jedoch nur auf 33% der bewachsenen Fläche erfolgen wird. Eine globale Vergleichsrechnung nach dem hohen Szenario SSP5-8.5 zwischen dem direkten CO2-Effekt (= CO2-Düngungseffekt) und dem indirekten CO2-Effekt (= klimatische Auswirkungen) kommt zu dem Ergebnissen, dass gegen Ende des 21. Jahrhunderts auf knapp der Hälfte der bewachsenen Fläche der Erde das abnehmende Pflanzenwachstum durch den indirekte Effekt überwiegen wird. Der wichtigste Faktor dabei ist die Abnahme der Bodenfeuchtigkeit durch eine erhöhte Verdunstung als Folge der höheren Temperaturen und häufigerer Dürren.[5]

Temperaturanstieg

Ursache der negativen Auswirkung des Klimawandels auf die landwirtschaftliche Produktion sind höhere Temperaturen, die den Wachstumszyklus erhöhen und den Wassermangel verstärken. 1 °C Erwärmung würde nach Zhao et al. (2017)[6] zu einer Abnahme der globalen Ernte wichtiger Grundnahrungsmittel um 3-7% führen. Auch die Viehzucht leidet unter hohen Temperaturen, die Schädlinge und Krankheiten begünstigen können.[4] Laut Weltklimarat IPCC haben die Ernten der drei wichtigsten Grundnahrungsmitteln Mais, Weizen und Reis um rund 5% abgenommen. Regional ist der Ertrag der für Afrika wichtigen Hirse um 10-20% zurückgegangen.[1]

Höhere Temperaturen können grundsätzlich zu- oder abnehmende Ernten zur Folge haben. In höheren Breiten verlängern sie die Wachstumszeiten und ermöglichen das Gedeihen neuer Anbaufrüchte. In Trockengebieten der niederen Breiten können sie Dürrestress und Wasserbedarf erhöhen. Besonders bei C3-Pflanzen können hohe Temperaturen die Respiration (Veratmung) verstärken.[3] Nach einigen Berechnungen haben hohe Nachttemperaturen die Wirkung, dass sich die Ernten infolge der nächtlichen Respiration um 4-7% pro °C verringern. Besonders während der Kornfüllungsphase waren nach Untersuchungen die Ernten von C3-Pflanzen um bis zu 30% geringer, bei C4-Pflanzen um 10%.[7] Auch der Nährstoff- und Vitamingehalt nimmt bei Reisernten in China und Japan nach einigen Untersuchungen ab. Der zukünftige Klimawandel wird global wohl eher zu einer Abnahme der Ernten führen, besonders in den wärmeren Regionen.[8] Nach Modellberechnungen liegen die Verluste bei 7-23%.[3]

Höhere Temperaturen bedeuten auch eine verstärkte Belastung für Arbeiten im Freien, wovon besonders Arbeiten in der Landwirtschaft betroffen sind. Bei einer Erwärmung von 3 °C über dem Mittel der jüngsten Vergangenheit (1986-2005) würde sich in Sub-Sahara-Afrika und Südostasien die Arbeitsfähigkeit der in der Landwirtschaft Beschäftigten um 30-50% reduzieren. Als Folge werden um 2050 bei einem niedrigen Szenario 8 Mio. Menschen und bei einem hohen Szenario 80 Mio. Menschen mehr vom Hunger bedroht sein.[1]

Niederschlag und Wasserversorgung

Die Wasserversorgung ist ein wesentlicher Faktor in der Landwirtschaft. Wasser- oder Dürrestress können die Reifung von Saaten verzögern oder die Photosynthese durch Schließung der Stomata reduzieren. Andererseits kann zu viel Wasser, z.B. durch Starkniederschläge, die Sauerstoffversorgung behindern und das Wachstum der Wurzeln und die Nährstoffaufnahme verringern. Bei Dürrestress reagieren einzelne Anbaufrüchte sehr unterschiedlich. Bei Weizen sind die Ernteverluste verhältnismäßig gering, bei Mais deutlich höher. Gegenüber Staunässe sind vor allem Sorghum und Mais empfindlich, Weizen etwas weniger.[3]

23 % der globalen Anbaugebiete werden gegenwärtig bewässert,[9] ein Wert, der sich bis zum Ende des 20. Jahrhunderts um bis zu 20% steigern könnte.[10] Sie produzieren 40% der globalen Ernten.[4] Die Änderung der Niederschläge, die Erwärmung und das höhere CO2-Angebot können heutige Regenfeldbaugebiete z.B. in den USA, Brasilien, Kanada, China und Russland zu einem erheblichen Teil in Bewässerungsland verwandeln. Wichtige Wasserressourcen sind für viele Trockengebiete die Schneelagen und Gletscher in benachbarten Gebirgen. Das Abschmelzen von Schnee und Eis durch den Temperaturanstieg bedeutet für talabwärts liegende Anbaugebiete aber ein erhebliches Risiko,[11] so in den Anden, in Mittelasien und im Himalaya.[4]

Steht nicht genügend Oberflächenwasser zur Verfügung, nutzen die Bauern notgedrungen vorhandene Grundwasserreserven. Schon heute werden auf 40% der bewässerten Felder Grundwasserressourcen genutzt. Große Mengen an Grundwasser haben die Intensivierung der Landwirtschaft durch die Grüne Revolution in verschiedenen Regionen der Welt seit den 1970er Jahren ermöglicht. Grundwasser ist die Basis für die Produktion von ca. 40 Prozent der weltweiten Ernte, z.B. von Grundnahrungsmitteln wie Reis und Weizen. In Indien sichert die Bewässerung mit Grundwasser 28 Prozent der gesamten jährlichen bewässerten Pflanzenproduktion und mehr als die Hälfte der bewässerten Pflanzenproduktion in der Trockenzeit. In den ariden und semiariden Gebieten des Nahen Ostens ist Grundwasser traditionell die Grundlage der Ernährungssicherheit.[12] In Subsahara-Afrika sind die Grundwasserreserven größtenteils noch wenig erschlossen. Während in Südasien auf 57 % der bewirtschafteten Fläche Grundwasser genutzt wird, sind es in Subsahara-Afrika nur 5%.[13]

Die afrikanischen Grundwasservorräte bergen jedoch ein großes Potential, die Versorgung mit Grundnahrungsmitteln zu verbessern und Folgen des Klimawandels wie Dürren abzumildern. Durch häufigere und intensivere Dürren und Änderungen der Niederschlagsverhältnisse kann die Grundwassernutzung verstärkt werden.[14] Durch eine intensivere Nutzung sind die Vorräte an Grundwasser jedoch weltweit in Gefahr, mit Folgen für die Versorgung der Bevölkerung mit Grundnahrungsmitteln. Nach Modellberechnungen belaufen sich die Abnahmen der Vorräte auf 100-300 km3 jährlich. Hinzu kommt eine zunehmende Verschmutzung des Grundwassers durch Pestizide und das Eindringen von Salzwasser.[13] Letzteres ist ein weit verbreitetes Problem im Mittelmeerraum, dem man versucht mit Entsalzungsanlagen zu begegnen (Abb.).

Extremereignisse

Der Klimawandel hat die Häufigkeit und Intensität von Extremereignissen verstärkt. In etlichen Fällen wurden dadurch Anbaufrüchte geschädigt und ganze Ernten zerstört. Schon in früheren Zeiten haben Dürren zu hohen Schäden in der Landwirtschaft geführt. Zwischen 1983 und 2009 hat es auf Dreiviertel der globalen Anbaufläche starke Ernteverluste durch Dürren gegeben. 2021 und 2022 war das besonders in Afrika und Mittelamerika der Fall. Auch extreme Niederschläge und Überschwemmungen haben lokal Ernten zerstört und Hungerkrisen ausgelöst.[4] Berechnungen mit dem Szenario SSP5-8.5 kommen zu dem Ergebnissen, dass gegen Ende des 21. Jahrhunderts auf knapp der Hälfte der bewachsenen Fläche der Erde das Pflanzenwachstum abnehmen könnte. Ursache sind höhere Temperaturen und häufigere Dürren und vor allem die Abnahme der Bodenfeuchtigkeit infolge einer erhöhten Verdunstung.[5]

Ein besonderes Risiko geht von zusammengesetzten Extremereignissen aus, vor allem von dem kombinierten Auftreten von Hitze- und Dürreereignissen. Zusammengesetzte Dürre- und Hitzeextreme haben in den letzten Jahrzehnten stark zugenommen. Sie besitzen massive Auswirkungen auf landwirtschaftliche Ernten, vor allem auf die Weizenernten, die gegenüber derartigen Extremereignissen besonders anfällig sind. Die Empfindlichkeit von Weizenpflanzen bei hohen Temperaturen wird unter Dürrebedingungen noch deutlich verstärkt, da dadurch die Kühlung der Pflanzen durch Verdunstung stark eingeschränkt wird. Der treibende Faktor ist dabei der Temperaturanstieg, der die Verdunstung verstärkt und damit den Pflanzen die Feuchtigkeit entzieht. Demgegenüber fallen Änderungen der Niederschläge weniger ins Gewicht.[15]

Fallen Dürre- und Hitzeextreme zusammen, sind die Folgen in der Regel deutlich stärker als bei der Summe derselben Ereignisse, wenn sie getrennt auftreten. Die Ernten von Weizen, Reis, Mais und Gerste könnten sich durch gleichzeitigen Hitze- und Dürrestress um 60% verringern, bei Dürre alleine nur um 40% und bei Hitzeextremen um 30%. C3- und C4-Pflanzen sind davon etwa gleich betroffen. Eine höhere CO2-Konzentration kann die Ernteverluste abmildern, vor allem durch die bessere Wassernutzung der Pflanzen bei der Photosynthese. Sie kann jedoch die negativen Folgen von Dürren auf die Ernte nicht vollständig ausgleichen.[3] Indien und Nordamerika werden nach Projektionen bis 2100 die Hotspots der Ernteschäden durch Hitze und Dürreextreme sein, aber auch die Türkei und das nördliche Kasachstan sind erheblich betroffen (Abb.).[15]

Schädlinge und Krankheiten

Eine weitere Auswirkung hat der Klimawandel auf die Verbreitung von Schädlingen, Krankheiten und Unkräutern in der Landwirtschaft. Der Klimawandel beeinflusst die Reproduktion, die Entwicklung, das Überleben und die Verbreitung von Schädlingen. Höhere Temperaturen begünstigen die Ernährung, die Verbreitung und die Populationsdynamik von Insekten, wodurch es zu höheren Ernteschäden kommen kann. Folgen können vor allem in den mittleren Breiten das Überleben im Winter und die Bildung von mehreren Generationen in der Wachstumszeit sein. Hinzu kommt dass der höhere CO2-Gehalt die Verteidigungshormone der Anbaupflanzen beeinträchtigt und da Fressverhalten mancher Schädlinge erhöht.[10] Nach Modellberechnungen wird die räumliche Verbreitung und Migration von Schädlingspopulationen zunehmen, z.B. von subtropischen in gemäßigte Klimazonen.[4] Auch die Viehzucht leidet unter hohen Temperaturen, die Schädlinge und Krankheiten begünstigen können.[4]

In jüngster Zeit wurde bereits Südeuropa mehrfach von Heuschrecken, die z.T. das Mittelmeer von Afrika aus überquert hatten, heimgesucht. So fielen Schwärme von Wüstenheuschrecken 2005 in Spanien und Portugal ein. 2019 und 2020 war Sardinien von einer Invasion der Marokkanischen Heuschrecke betroffen, die zu schweren Schäden an der Vegetation führte. In Deutschland kam es zu ähnlichen Vorfällen bisher noch nicht. In Süd- und Ostdeutschland haben Untersuchungen jedoch eine gewisse Verbreitung der Italienischen Schönschrecke nachgewiesen. Modellsimulationen haben die Möglichkeit einer weiteren Ausbreitung der Schönschrecke in Deutschland berechnet. Danach ist eine relevante Bedrohung allerdings unwahrscheinlich, da die intensive Nutzung von Grünlandflächen in Deutschland für die Verbreitung der Italienischen Schönschrecke ungünstig ist.[16]

Regionale Änderungen

In den niederen Breiten werden die Ernten von Grundnahrungsmitteln durch zunehmende Temperaturen und veränderte Niederschlagsmuster zurückgehen. In gemäßigten Breiten könnte die Landwirtschaft zukünftig von wärmeren Bedingungen profitieren. Bei bis zu 30 % der weltweiten Nahrungsmittelproduktion, vor allem in den tropischen Gebieten, könnten sich die klimatischen Bedingungen so ändern, dass keine bedeutende Produktion von Nutzpflanzen mehr möglich ist. Die optimalen klimatischen Verhältnisse werden sich für viele Nahrungsmittel von den niederen Breiten in die mittleren und höheren Breiten verschieben. Zahlreiche Anbaufrüchte werden durch Änderungen der Temperatur, der Niederschläge und das häufigere Auftreten von Dürren ihre sicheren Klimaräume bzw. ihre Klimanische verlieren.[17]

Abb. X zeigt das beträchtliche Risiko für Anbauflächen von Grundnahrungsmitteln in Großregionen der Erde bei künftigen Erwärmungsgraden, dass mindestens 25% der gegenwärtigen Produktion sich nicht mehr unter geeigneten klimatischen Anbaubedingungen befinden. Im Mittleren Osten und Nordafrika ist das bereits für fast 50% des Anbaugebietes schon bei einer Erwärmung von 1,5°C der Fall. In Südasien sind über 80% der aktuellen Produktion bei einer Erwärmung von 4°C betroffen. Dagegen bestehen in Nordamerika, Europa und Mittelasien für mindestens 75% der Produktion auf etwa 80% der Anbaufläche auch bei einer Erwärmung bis 4 °C weiterhin geeignete Anbaubedingungen. Besonders betroffen von der Änderung geeigneter klimatischer Anbaubedingungen sind vor allem jene Regionen, die bereits gegenwärtig unter Nahrungsmittelknappheit leiden. Für die betroffenen Länder wird zugleich ein hohes Bevölkerungswachstum erwartet. Und ihre Ressourcen werden wahrscheinlich nicht ausreichen, um geeignete Investitionen zur Anpassung an die künftigen Klimaänderungen zu implementieren.[17]

Eine weitere Wirkung des Klimawandels ist die Reduzierung der Vielfalt der Anbaufrüchte an einem Ort bzw. der Diversität der Anbaufrüchte. Schon bei einer globalen Erwärmung um 2 °C würde auf mehr als der Hälfte der der Anbaufläche die Diversität der Anbaufrüchte abnehmen. Die stärkste Abnahme findet sich auch hier in Sub-Sahara-Afrika und Südasien, wo der Rückgang sogar auf mehr als 70% des Anbaugebiets bei einer Temperaturzunahme von 2 °C stattfinden würde. Dagegen würde die Diversität in Nordamerika, Lateinamerika, Europa und Mittelasien selbst bei einer Erwärmung um bis 3 °C nicht abnehmen. In Nordamerika würde sie sogar auf ein Drittel der Anbaufläche sogar zunehmen, in Europa und Mittelasien etwa gleichbleiben.[17]


Einzelnachweise

  1. ↑ Hochspringen nach: 1,0 1,1 1,2 IPCC AR6 WGII (2022a): Food, Fibre, and Other Ecosystem Products, 5.2
  2. ↑ van Dijk, M., T. Morley, M.L. Rau & Y. Saghai (2021): A meta-analysis of projected global food demand and population at risk of hunger for the period 2010–2050. Nat. Food 2, 494–501
  3. ↑ Hochspringen nach: 3,0 3,1 3,2 3,3 3,4 Rezaei, E.E., H. Webber, S. Asseng et al. (2023): Climate change impacts on crop yields. Nat Rev Earth Environ 4, 831–846
  4. ↑ Hochspringen nach: 4,0 4,1 4,2 4,3 4,4 4,5 4,6 Yang, Y., D. Tilman, Z. Jin et al. (2024): Climate change exacerbates the environmental impacts of agriculture. Science 385, eadn3747
  5. ↑ Hochspringen nach: 5,0 5,1 Chen, Z., W. Wang, G. Forzieri et al. (2024): Transition from positive to negative indirect CO2 effects on the vegetation carbon uptake. Nat Commun 15, 1500
  6. ↑ Zhao, C., B. Liu, S. Piao et al. (2017): [[ https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.1701762114%7CTemperature increase reduces global yields of major crops in four independent estimates]]. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 114, 9326–9331
  7. ↑ Cohen, I., S.I. Zandalinas, C. Huck (2021): Meta-analysis of drought and heat stress combination impact on crop yield and yield components. Physiol. Plant. 171, 66–76
  8. ↑ Yuan, X., S. Li, J. Chen et al. (2024): Impacts of Global Climate Change on Agricultural Production: A Comprehensive Review. Agronomy, 14(7), 1360
  9. ↑ IPCC AR6 WGII (2022b): Water, 4.3.1
  10. ↑ Hochspringen nach: 10,0 10,1 Subedi, B., A. Poudel & S. Aryal (2023): The impact of climate change on insect pest biology and ecology: Implications for pest management strategies, crop production, and food security, Journal of Agriculture and Food Research 14 Referenzfehler: Ungültiges <ref>-Tag. Der Name „Subedi 2023“ wurde mehrere Male mit einem unterschiedlichen Inhalt definiert.
  11. ↑ Qin, Y., J.T. Abatzoglou, S. Siebertet al. (2020): Agricultural risks from changing snowmelt. Nat. Clim. Chang. 10, 459–465
  12. ↑ Rodella, A.-S., E. Zaveri & F. Bertone (2023): The Hidden Wealth of Nations: The Economics of Groundwater in Times of Climate change, https://openknowledge.worldbank.org/entities/publication/33f10171-511d-4ee4-bfde-49b728ed6f04
  13. ↑ Hochspringen nach: 13,0 13,1 United Nations, The United Nations World Water Development Report 2022 (2022): Groundwater: Making the invisible visible. UNESCO, Paris, https://www.unwater.org/publications/un-world-water-development-report-2022
  14. ↑ Yang, Y., Z. Jin, N.D. Mueller (2023): Sustainable irrigation and climate feedbacks. Nat. Food 4, 654–663
  15. ↑ Hochspringen nach: 15,0 15,1 He, Y., Y. Zhao, S. Sun et al. (2024): Global warming determines future increase in compound dry and hot days within wheat growing seasons worldwide. Climatic Change 177, 70
  16. ↑ Bauer, C., A. Fekete, S. Kühne & P. Baufeld (2022): Abschätzung des klimawandelinduzierten Gefahrenpotentials von Feldheuschrecken (Acrididae) als Schädlinge für die zukünftige deutsche Landwirtschaft, Journal für Kulturpflanzen 74 (07-08). 153–165
  17. ↑ Hochspringen nach: 17,0 17,1 17,2 Heikonen, S., M. Heino, M. Jalava et al. (2025): Climate change threatens crop diversity at low latitudes. Nat Food

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Kontakt: Dieter Kasang


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