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- Anpassung an den Klimawandel
Pflanzen wachsen länger
Der Klimawandel hat nicht nur katastrophale Folgen: In der Landwirtschaft können Ernteerträge durch ihn steigen.
Auch wenn viele Landwirte derzeit massive Schäden durch die anhaltende Hitzeperiode beklagen, sehen manche Wissenschaftler in der globalen Klimaerwärmung positive Effekte für Pflanzenwachstum und Ernteerträge. So schreibt Andreas von Tiedemann von der Uni Göttingen in den »DLG-Mitteilungen« der Deutschen Landwirtschafts-Gesellschaft (ll/2015), dass sich infolge der Erwärmung seit 1881 in Deutschland die Vegetationsdauer um 22 Tage verlängert habe, während der Kohlendioxidgehalt in der Atmosphäre von 300 auf etwa 390 ppm gestiegen sei. Zugleich hätten sich seit 1960 die Erträge von Weizen, Mais oder Zuckerrübe verdoppelt bzw. verdreifacht. Der Agrarwissenschaftler hält es für denkbar, dass neben verbesserten Anbau- und Erntetechniken auch die Klimaerwärmung zu erhöhter Produktivität beigetragen habe.
Wachsen Pflanzen also umso besser, je mehr Kohlendioxid in der Atmosphäre ist? So einfach ist es offenbar nicht. Ein internationales Autorenteam um Kai Zhu von der Rice University (Houston, Texas) und Chris Field von der Stanford University (Kalifornien) kam in einer Studie in den »Proceedings« der US-Wissenschaftsakademie (DOI: 10.1073/ pnas.1606734113) über kalifornische Graslandgebiete zu dem Ergebnis, dass die negativen Folgen des Klimawandels schwerer wiegen als der vermeintliche Düngeeffekt durch Kohlendioxid. Auch andere Studien bestätigen, dass infolge der Klimaerwärmung die Ernteerträge eher zurückgehen, weil die Pflanzen häufiger Wetterextremen wie Dürreperioden und Starkregen ausgesetzt sind. Der Weltklimarat (IPCC) warnte 2014 vor negativen Auswirkungen der globalen Erwärmung auf Weizen, Mais, Hafer, Kartoffeln oder Maniok.
Immerhin: Pflanzen können dem Treibhauseffekt entgegenwirken. Momentan werden 20 bis 25 Prozent des von Menschen in die Atmosphäre abgegebenen Kohlendioxids von Pflanzen wieder aufgenommen, weiß Almut Arneth vom Karlsruher Institut für Technologie (KIT). »Der Anstieg von Kohlendioxid in der Atmosphäre ist derzeit geringer, als aufgrund anthropogener Emissionen zu erwarten wäre.« Ohne diesen Beitrag der Pflanzen wäre die globale Erwärmung viel extremer vorangeschritten als bisher. Die Frage ist nur, ob das so bleibt.
Die Umweltwissenschaftlerin untersucht mit ihrem Team Wechselwirkungen zwischen Atmosphäre, Pflanzen und Böden. Um den Einfluss von Landnutzungsänderungen auf die Speicherung von Kohlendioxid in der Vegetation und deren Auswirkung in der Atmosphäre zu verstehen, wurden die Ergebnisse von fünf gängigen Klimamodellen zusammengefasst und sieben Variablen für 25 Weltregionen betrachtet. Dabei hängt die Fähigkeit der Pflanzen, Kohlendioxid zu speichern, davon ab, wie groß ihre Blattfläche im Verhältnis zur Bodenfläche ist, wie stark und über welchen Zeitraum die Pflanzen wachsen, bevor sie absterben und wieder CO2 in die Atmosphäre abgeben. Die im Fachjournal »Environmental Research Letters« (DOI: 10.1088/1748-9326/aac4c3) veröffentlichten Ergebnisse zeigen, wie wichtig es ist, die Ausdehnung landwirtschaftlicher Flächen in Klimaprojektionen einzubeziehen. So können Wälder mehr Kohlendioxid speichern als beispielsweise Maisfelder, erklärt Arneth. Schreite die Abholzung weltweit voran, würden sich weite Teile der Tropen von einer CO2-Senke in eine CO2-Quelle verwandeln.
Dabei gab es in der Vergangenheit durchaus positive Auswirkungen von Klimaerwärmung auf Landwirtschaft. Der Beginn des Ackerbaus wird heute meist auf die beginnende Jungsteinzeit datiert, die in Europa zwischen 7000 und 4000 v. u. Z. einsetzte. Damals soll es zwei bis drei Grad wärmer gewesen sei als heute. Kürzlich fanden Geowissenschaftler, Archäologen, Fischereibiologen am Leibniz-Institut für Ostseeforschung Warnemünde (IOW) heraus, dass in Mittel- und Nordeuropa erst ein deutlicher Temperaturanstieg in jüngerer Zeit die neue Lebensweise begünstigte. Zuvor hatten die Menschen lediglich in den wärmeren Gebieten im Nahen Osten und in Südchina Ackerbau betrieben, während sich die Menschen im viel kälteren Norden noch lange nur durch Jagd, Fischerei und dem Sammeln von Samen und Früchten ernährten. Als vor etwa 6000 Jahren die Temperatur in Nordeuropa deutlich anstieg, war auch hier Ackerbau möglich.
Um frühere Klimabedingungen zu rekonstruieren, untersuchten die Warnemünder Forscher Ablagerungen vom Grund der Ostsee. Im betreffenden Zeitraum muss es deutliche Umweltveränderungen gegeben haben, so Matthias Moros, Geologe am IOW. Denn plötzlich seien homogene Sedimentschichten von feinlamellierten abgelöst worden. Eine solche Feinlamellierung ist bereits von den sogenannten »toten Zonen« mit Sauerstoffmangel am Ostseeboden bekannt. Der markante Wechsel in der Sedimentation sei in sehr vielen Sedimentkernen aus der Ostsee zu finden. Was die Wissenschaftler vor allem beschäftigt, ist die Frage nach dem Zeitpunkt des Wechsels und seinen Ursachen. Dazu wurden am IOW Sedimentkerne (Meeresablagerungen) untersucht. Hierfür nahmen sie einen Biomarker TEX86 zu Hilfe, der auf den Überresten von im Oberflächenwasser der Ostsee lebenden Mikroorganismen basiert. Je nach Temperaturanstieg verändert sich die Zusammensetzung ihrer Membran-Lipide. Sterben sie ab, sinken sie zum Meeresboden, wo sie - und damit auch die Information über die Temperatur im Oberflächenwasser - über Jahrhunderte gespeichert werden.
Wie die Forscher um Moros und seinen Kollegen Jaap Sinninghe Damsté vom Royal Netherlands Institute for Sea Research im Fachblatt »Scientific Reports« (DOI: 10.1038/ s41598-017-14353-5) berichten, stieg vor etwa 6000 Jahren, parallel zum Einsetzen der Sauerstoffnot am Meeresboden, die Temperatur rasch an. Die Verschlechterung der marinen Umweltbedingungen lässt sich so direkt mit einer Temperaturerhöhung verknüpfen. Ferner stellte sich heraus, dass im Zeitraum von vor 7100 bis vor 3000 Jahren die Temperaturen des Oberflächenwassers der Ostsee im Sommer zwischen 14,5 und 17,5 °C lagen. Von vor 5600 bis vor 4500 Jahren gab es zwei deutliche Temperaturmaxima, gefolgt von einer erneuten Abkühlung.
Der markante Temperatursprung führte damals offenbar zu den »toten Zonen« in der Ostsee. Zeitgleich habe sich die Bevölkerung im Ostseeraum verdreifacht, während sich, wie archäologische Funde belegen, der Ackerbau als Ernährungsgrundlage durchsetzte. Unklar bleibt allerdings, ob diese Entwicklung den günstigeren Temperaturen oder dem Rückgang der Fischbestände zuzuschreiben ist. Immerhin sehen die Wissenschaftler eine kausale Verbindung zwischen Temperaturerhöhung und dem Rückgang der Fischbestände in der Ostsee. Der plötzliche Sauerstoffmangel kann nicht ohne Folgen für das Leben im Meer geblieben sein.
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