Klimaänderungen und Landwirtschaft: Unterschied zwischen den Versionen

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== Einleitung ==
== Einleitung ==
Die Landwirtschaft ist nicht nur ein wesentlicher Antrieb des globalen Klimawandels, sie ist davon wie kaum ein anderer Wirtschaftssektor auch selbst stark davon 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>
Die Landwirtschaft ist nicht nur ein wesentlicher Antrieb des globalen [[Klimawandel]]s, sie ist davon wie kaum ein anderer Wirtschaftssektor auch selbst stark davon betroffen. Der Klimawandel ändert die Verteilung der [[Niederschlag|Niederschläge]] und erhöht die Temperatur mit Folgen einer Zunahme von Intensität und Häufigkeit von [[Wetterextreme und Klimawandel|Extremereignissen]] wie [[Hitzewellen]], [[Dürren]], [[Starkniederschläge und Hochwasser|Starkniederschläge]]n und [[Außertropische Stürme|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 [[Kohlendioxid-Konzentration|CO<sub>2</sub>-Konzentration]] in der [[Aufbau der Atmosphäre|Atmosphäre]], ein stärkeres Pflanzenwachstum zur Folge und kann manche negativen Folgen ausgleichen. Insgesamt wirkt sich der anthropogene, vom Menschen gemachte Klimawandel aber negativ auf die Landwirtschaft aus. So wird sich laut Weltklimarat [[IPCC]] 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 nach manchen Prognosen 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>


== Der CO<sub>2</sub>-Düngungseffekt ==
== Der CO<sub>2</sub>-Düngungseffekt ==
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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>  
Eine höhere CO<sub>2</sub>-Konzentration verstärkt die [[Photosynthese]] und hemmt gleichzeitig die Respiration (Veratmung) 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<ref>ppm = parts per million</ref> 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>  


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>
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 C<sub>3</sub>-Photosynthese. Allerdings könnten zunehmende Dürren dem [[Wirkung_von_Kohlendioxid_und_Ozon#CO2-Düngungseffekt|CO<sub>2</sub>-Düngungseffek]]t 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>


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>     
Berechnungen mit [[Erdsystemmodelle]]n nach dem [[SSP-Szenarien|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 t[[Tropen|ropischen 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, d.h. durch klimatishe Wirkungen wie Hitzewellen und Dürren (s.u.), 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>     


== Temperaturanstieg ==
== 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"/>  
Ursache der negativen Auswirkung des Klimawandels auf die landwirtschaftliche Produktion sind letztlich 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 bereits um rund 5% abgenommen. Regional ist der Ertrag der für Afrika wichtigen Hirse dort sogar um 10-20% zurückgegangen.<ref name="IPCC 2022a"/>  


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 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"/>  

Version vom 15. April 2025, 18:07 Uhr

Abb. 1: Wechselwirkung zwischen Landwirtschaft und Klima und andere Einflussfaktoren

Einleitung

Die Landwirtschaft ist nicht nur ein wesentlicher Antrieb des globalen Klimawandels, sie ist davon wie kaum ein anderer Wirtschaftssektor auch selbst stark davon 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, vom Menschen gemachte Klimawandel aber negativ auf die Landwirtschaft aus. So wird sich laut Weltklimarat IPCC 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 nach manchen Prognosen bis 2050 global um 30-62% steigen wird.[2]

Der CO2-Düngungseffekt

Abb. 2: Änderung der Kohlenstoffaufnahme durch die indirekte bzw. klimatische Wirkung der CO2-Zunahme in der Atmosphäre bis 2086-2100 im Vergleich zu 1982-1996
Abb. 3: Übersicht über die Folgen einer höheren CO2-Konzentration der Atmosphäre auf Pflanzen

Eine höhere CO2-Konzentration verstärkt die Photosynthese und hemmt gleichzeitig die Respiration (Veratmung) 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[3] Weizen- und Reisernten um 17% zunehmen könnten.[4]

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.[5]

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, d.h. durch klimatishe Wirkungen wie Hitzewellen und Dürren (s.u.), überwiegen wird. Der wichtigste Faktor dabei ist die Abnahme der Bodenfeuchtigkeit durch eine erhöhte Verdunstung als Folge der höheren Temperaturen und häufigerer Dürren.[6]

Temperaturanstieg

Ursache der negativen Auswirkung des Klimawandels auf die landwirtschaftliche Produktion sind letztlich höhere Temperaturen, die den Wachstumszyklus erhöhen und den Wassermangel verstärken. 1 °C Erwärmung würde nach Zhao et al. (2017)[7] 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.[5] Laut Weltklimarat IPCC haben die Ernten der drei wichtigsten Grundnahrungsmitteln Mais, Weizen und Reis bereits um rund 5% abgenommen. Regional ist der Ertrag der für Afrika wichtigen Hirse dort sogar 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.[4] 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%.[8] 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.[9] Nach Modellberechnungen liegen die Verluste bei 7-23%.[4]

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.[4]

23 % der globalen Anbaugebiete werden gegenwärtig bewässert,[10] ein Wert, der sich bis zum Ende des 20. Jahrhunderts um bis zu 20% steigern könnte.[11] Sie produzieren 40% der globalen Ernten.[5] 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,[12] so in den Anden, in Mittelasien und im Himalaya.[5]

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.[13] 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%.[14]

Abb. 4: Wasserprobleme im Mittelmeerraum: Wassernutzung und Entsalzung, übersetzt

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.[15] 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.[14] Letzteres ist ein weit verbreitetes Problem im Mittelmeerraum, dem man versucht mit Entsalzungsanlagen zu begegnen (Abb.).

Extremereignisse

Abb. 5: Änderung der Bodenfeuchte durch höhere Temperaturen und Verdunstung bis 2086-2100 im Vergleich zu 1982-1996 in %

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.[5] 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.[6]

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.[16]

Abb. 6: Die Häufigkeit von Hitze- und Dürreextremen in Weizenanbaugebieten während der Wachstumszeit 2081-2100 nach dem Szenario SSP2-4.5 in Tagen pro Jahr.

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.[4] 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.).[16]

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.[11] Nach Modellberechnungen wird die räumliche Verbreitung und Migration von Schädlingspopulationen zunehmen, z.B. von subtropischen in gemäßigte Klimazonen.[5] Auch die Viehzucht leidet unter hohen Temperaturen, die Schädlinge und Krankheiten begünstigen können.[5]

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.[17]

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.[18]

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.[18]

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 zunehmen, in Europa und Mittelasien etwa gleichbleiben.[18]

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. ↑ ppm = parts per million
  4. ↑ Hochspringen nach: 4,0 4,1 4,2 4,3 4,4 Rezaei, E.E., H. Webber, S. Asseng et al. (2023): Climate change impacts on crop yields. Nat Rev Earth Environ 4, 831–846
  5. ↑ Hochspringen nach: 5,0 5,1 5,2 5,3 5,4 5,5 5,6 Yang, Y., D. Tilman, Z. Jin et al. (2024): Climate change exacerbates the environmental impacts of agriculture. Science 385, eadn3747
  6. ↑ Hochspringen nach: 6,0 6,1 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
  7. ↑ 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
  8. ↑ 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
  9. ↑ Yuan, X., S. Li, J. Chen et al. (2024): Impacts of Global Climate Change on Agricultural Production: A Comprehensive Review. Agronomy, 14(7), 1360
  10. ↑ IPCC AR6 WGII (2022b): Water, 4.3.1
  11. ↑ Hochspringen nach: 11,0 11,1 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
  12. ↑ Qin, Y., J.T. Abatzoglou, S. Siebertet al. (2020): Agricultural risks from changing snowmelt. Nat. Clim. Chang. 10, 459–465
  13. ↑ 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
  14. ↑ Hochspringen nach: 14,0 14,1 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
  15. ↑ Yang, Y., Z. Jin, N.D. Mueller (2023): Sustainable irrigation and climate feedbacks. Nat. Food 4, 654–663
  16. ↑ Hochspringen nach: 16,0 16,1 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
  17. ↑ 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
  18. ↑ Hochspringen nach: 18,0 18,1 18,2 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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