Klimawandel im Alpenraum - Entwicklungen, Szenarien und Herausforderungen für die Landwirtschaft - Agroscope
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ERICH M. PÖTSCH,
HBLFA RAUMBERG-GUMPENSTEIN
& UNIVERSITÄT FÜR BODENKULTUR
Klimawandel im Alpenraum
- Entwicklungen, Szenarien und
Herausforderungen für die
Landwirtschaft
14. Tagung „Landtechnik im Alpenraum“
Feldkirch, April 2018
Land- und Forstwirtschaft
im Blick- und Spannungsfeld des Klimawandels
Land- und Forstwirtschaft sind stark klimasensitive
Wirtschaftszweige
Viele wetter- resp. klimabestimmende Kenngrößen sind
zugleich auch zentrale Wachstumsfaktoren
Temperatur, CO2-Konzentration,
Niederschlag, Luftfeuchtigkeit, Globalstrahlung
(kurzfristige) Variabilität des Wetters Einfluss auf
Ertrag und Qualität von Kulturpflanzen
(mittel- langfristiger) Klimawandel Wachstum,
Entwicklung und Reproduktionsvermögen sowie
Verbreitung von Kulturpflanzen
Wachstumsfaktor – Temperatur Photosynthese – zahlreiche chemische Reaktionen mit Q10-Werten von 2, Auftreten von Thermophosen (Fruchtformausbildung, Farbmuster von Blüten, Entwicklungsumstimmung ….) Thermoperiodismus (Tag-Nacht-Temperaturwechsel) ……. ab 3-5°C Entwicklung und Wachstum von Pflanzen Temperaturoptima von Kulturpflanzen liegen zwischen 18 und 30°C bei Temperaturen > 35°C sinkt die Nettophotosyntheseleistung – Photosynthese wird eingestellt, Eintritt des Zelltodes
Wachstumsfaktor – Kohlendioxid CO2
Neben dem Wasserdampf trägt CO2 am stärksten zum
Treibhauseffekt bei
Treibhausgase gem. Kyoto-Protokoll: CO2, CH4, N2O, HFCs, PFCs, SF6
+ CO2 ist für die Pflanzen ein zentraler Wachstumsfaktor – eine
Erhöhung der CO2-Konzentration führt zu beachtlichen
Ertragszuwächsen, sofern die anderen Wachstumsfaktoren
(Wasser, Temperatur, Nährstoffe) nicht limitierend wirken!
+ C3-Pflanzen (Getreide, Erdäpfel, Zuckerrübe, Gräser, Leguminosen
…) profitieren stärker als C4-Pflanzen (Mais, Hirse, Zuckerrohr …)
Globale Erwärmung – Rückblick und Szenarien/Prognosen (Stainforth et al., 2005; IPCC, 2014)
Dynamik der CO2-Konzentration in der Atmosphäre
(NASA/JPL, 2008)
(NOAA/ESRL, 2010)
Klimawandel im Alpenraum – Prognosen & Szenarien
Zusammenfassung der zu erwartenden Veränderungen:
Stetige Zunahme der Erwärmung im Alpenraum im 21. Jhd.
Saisonale Veränderungen für Niederschlag, Globalstrahlung & rel.
Luftfeuchtigkeit
Zunahme von Niederschlags- und Temperaturextremen
Drastischer Rückgang der Schneebedeckung in Lagen < 1500-2000 m
Zusätzlicher Einfluss durch Dürre(phasen) und Naturkatastrophen
Klimawandel im Alpenraum – Prognosen & Szenarien
Vorbemerkungen:
Komplexe Situation/Bedingungen im Alpenraum (Topographie,
Höhenlage, Klimagradient, kleinräumige Klimaphänomene …..)
beträchtliche Herausforderungen für Klimamodelle
große Unsicherheiten in den Klimavorhersagen
unterschiedliche räumliche/saisonale Auswirkungen
A1B
Klimawandel im Alpenraum – Temperatur
2021 - 2050 2069 - 2098
Sommer Winter Sommer Winter
Ø +1,5°C Ø +3,3°C
Veränderungen jeweils bezogen auf den Referenzzeitraum von 1961-1990
Zunahme der Erwärmung im gesamten Alpenraum – im Somer
stärkere Erwärmung im südlichen Alpenbereich und westlichen
Alpenhauptkamm, im Winter moderatere Erwärmung südlich der
Alpen
3°C zwischen niedrigsten und höchsten Schätzungen bis zum
Ende des 21. Jahrhunderts
QUELLE: GOBIET ET AL., 2014
Klimawandel im Alpenraum – Niederschlag
2021 - 2050 2069 - 2098
Sommer Winter Sommer Winter
Ø -4,1% Ø +3,6% Ø -20,4% Ø +10,4%
Veränderungen jeweils bezogen auf den Referenzzeitraum von 1961-1990
Verstärkte Abnahme der Sommerniederschläge und Zunahme der
Winterniederschläge insbesondere im südlichen Alpenbereich.
Sehr gute Modell-Performance hinsichtlich Reduktion der
Sommerniederschläge, Winterniederschläge? (bipolares Nord/Süd-
Muster)
QUELLE: GOBIET ET AL., 2014Klimawandel im Alpenraum – Anpassungsstrategien
+/- große Unsicherheiten in der Prognose des Klimawandels!
woran/wo anpassen?
Was sind die Zielgrößen? Wo treten diese auf – räumliche
Variation? Welche Auswirkungen zeigt deren Veränderung auf
Pflanze/Tier/Boden/Wasser/Atmosphäre?
wann anpassen?
“schleichende”, langsame Anpassung an den stetig
fortschreitenden Klimawandel (also eher abwarten) oder
proaktiv handeln?
wie/womit anpassen?
Bewirtschaftungsänderung (Kulturartenwechsel, Beregnung,
Sortenwahl/Züchtung, wassersparende Verfahren?)
KlimafolgenforschungKlimawandel – Simulationsexperimente
Effekte von erhöhter Temperatur und Zunahme des CO2-Gehaltes auf
Pflanzen und Pflanzengesellschaften wurden bisher vorwiegend in
Klimakammern studiert
Weltweit gibt es nur (sehr) wenige mehrfaktorielle Experimente
geschlossene Systeme weisen Nachteile wie veränderte Luftzirkulation
oder Beschattung auf
räumliche Ausmaß von Klimakammern ist nicht groß genug, um
interaktive Effekte zwischen Pflanzen zu testen
Experiment unter Freilandbedingungen:
ClimGrass
Grassland Biogeochemistry in a changing climateVersuchskonzeption - ClimGrass
Innovative Kombination von mehreren technischen Systemen:
Beheizungssystem zur Erhöhung der Lufttemperatur
Begasungsringe zur Anhebung der CO2-Konzentration
Monolithlysimeter zur Erfassung des Bodenwasserhaushalts
rainout-shelter zur Durchführung von Dürreexperimenten
Mesokosmen zur Abwicklung von Düngeexperimenten
Infrarot
heater Mini
Monolith-
FACE
lysimeter Rainout-
shelter Meso-
kosmenTreatments & Faktorkombinationen
Individuelle Steuerung der Temperatur und CO2-Konzentration:
3 Temperaturstufen (T) – ambient, +1,5 °C, +3,0 °C
3 CO2-Stufen (C) – ambient, +150 ppm, +300 ppm
CLIMGRASS - experiment
response surface: C0T0, C1T0, C2T0, C0T1, C0T2, C1T1, C2T2
80m
C0T0 C0T0 C0T0 C2T2
31 38 46 54
C0T0 C0T0 C2T2 C0T0
4m
30 37 45 53
C1T1 C2T2 C0T1 C2T0 C2T2 C0T0 C0T0 C2T2
4m
6 12 18 24 29 36 44 52
1m
C1T0 C0T0 C0T0 C1T0 C0T0 C2T2 C2T2 C0T2
4m
5 11 17 23 28 35 43 51
1m
45m
C1T1 C0T2 C2T2 C0T0 C2T2 C2T0 C0T2 C2T2
4m
4 10 16 22 27 34 42 50
1m
C0T1 C0T0 C0T2 C0T0 C0T0 C2T0 C0T0
4m 26
3 9 15 21 26 33 41 49
1m
C1T0 C2T0 C2T0 C0T1 C2T2 C0T0 C2T2 C2T2
4m
2 8 14 20 25 32 40 48
1m
C0T0 C0T0 C0T0 C0T0 C0T0 C0T0
4m
1 7 13 19 39 47
4m
4m 4m 6m 4m 6m 4m 6m 4m 6m 4m 6m 4m 6m 4m 6m 4m 4m
single plot size 4m x 4m
Lysimeter surface 1m²
diameter fumigation ring 2,20 m service chamber monolith rainout shelter mesocosmos C1 C2 T1 T2
tretment area 3.80 m² for lysimeters lysimeter 12 per plot fumigation rings infrared heater
harvest area 1 m² NEE-frames treatmentsPlotdesign & Arealsegmente
total plot size
treatment area
biomass area
net ecosystem
exchange - frame
soil moisture tubes
fumigation ringErhebungen & Messungen
Erste vorläufige Ergebnisse (I)
Verlängerung der Vegetationszeit um 2-3 Wochen (primär Effekt der
Temperaturerhöhung) Streckung der Aufwuchszeiten oder
Erhöhung der Nutzungsfrequenz
Deutliche Beschleunigung der phänologischen Entwicklung
( spätreife, trockenheitstolerante(re) Sorten – Züchtung)
Jänner
April
Verstärktes Auftreten von Schädlingen & Krankheiten bei den
beheizten treatments
Deutlich verstärkte Reaktion (Ertrag, Bodenfeuchtegehalt) auf Dürre
bei beheizten & begasten Varianten – Erholungsdauer nach solchen
Ereignissen steigt durch die zukünftigen Klimabedingungen an!Erste vorläufige Ergebnisse (II) Verstärkter Einfluss durch den Anstieg von CO2 & Temperatur auf ausgewählte funktionale Eigenschaften von Knaulgras unter Dürrebedingungen (Küsters et al., 2018) Im ersten treatment-Jahr signifikanter Anstieg der Bodenatmung (soil CO2-efflux) durch die Erwärmung, jedoch Abnahme durch die Begasung (induziert durch Veränderungen der Bodenfeuchte unter erhöhter CO2-Zufuhr) In den beiden Folgejahren kam es sowohl durch die Erhöhung der CO2-Konzentration als auch der Temperatur zum Anstieg der Bodenatmung als nicht-additive Effekte (Reinthaler et al. 2017) Indirekte Effekte des Klimawandels (z.B. Änderungen im Wasserhaushalt, Substratverfügbarkeit) scheinen eine bedeutende Rolle für Bodenstickstoff- und Bodenkohlenstoffemissionen zu spielen (Naynar, 2018)
ClimGrass
ERICH M. PÖTSCH,
HBLFA RAUMBERG-GUMPENSTEIN
& UNIVERSITÄT FÜR BODENKULTUR
Klimawandel im Alpenraum
- Entwicklungen, Szenarien und
Herausforderungen für die
Landwirtschaft
14. Tagung „Landtechnik im Alpenraum“
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