Klimawandel und Landwirtschaft Auswirkungen der globalen Erwärmung auf die Entwicklung der Pflanzenproduktion in Nordrhein-Westfalen ...
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Klimawandel und Landwirtschaft
Auswirkungen der globalen Erwärmung auf die Entwicklung
der Pflanzenproduktion in Nordrhein-Westfalen
www.umwelt.nrw.de
www.klimawandel.nrw.de
3 Klimawandel und Landwirtschaft Auswirkungen der globalen Erwärmung auf die Entwicklung der Pflanzenproduktion in Nordrhein-Westfalen HINWEIS Das Projekt ist Teil der Anpassungspolitik des Landes Nordrhein-Westfalen und wurde mit Mitteln des Ministeriums für Klimaschutz, Umwelt, Landwirtschaft, Natur- und Verbraucherschutz des Landes Nordrhein-Westfalen (MKULNV) finanziert. Weitere Informationen zum Thema Anpassung an den Klimawandel sowie die Anpassungsstrategie des Landes Nordrhein-Westfalen finden Sie im Internet unter: www.klimawandel.nrw.de
4 Vorwort
Sehr geehrte Leserin, sehr geehrter Leser,
höhere Temperaturen, mehr Niederschläge: Mit der fortschreitenden globalen Erwärmung
ändern sich auch in Nordrhein-Westfalen die klimatischen Bedingungen – mit zunehmend
spürbaren Auswirkungen in der Landwirtschaft. So können etwa längere Trockenperioden
im Sommer mehr Bewässerung notwendig machen. Andere Teile der Erde wird es allerdings
noch wesentlich schlimmer treffen: Zum Beispiel drohen in Afrika ganze Landstriche auszu-
trocknen, wenn der Klimawandel mittelfristig nicht gestoppt wird.
Wissenschaftler und Politiker aus aller Welt sind sich einig, dass die globale Erwärmung auf
maximal zwei Grad Celsius begrenzt werden muss, um solche katastrophalen Auswirkungen
zu verhindern. Mit einem neuen Klimaschutzgesetz, das eine Reduktion der nordrhein-west-
fälischen Treibhausgasemissionen um mindestens 80 Prozent bis 2050 vorsieht, wollen wir
unseren Beitrag dazu leisten.
Gleichzeitig gilt es, auch in Nordrhein-Westfalen auf die nicht mehr abwendbaren Folgen
des Klimawandels vorbereitet zu sein. Daher hat mein Ministerium rund 40 Studien initiiert,
in denen sowohl die bereits heute spürbaren als auch die zukünftigen Auswirkungen des
Klimawandels untersucht wurden. Für den Bereich Landwirtschaft überprüften unsere
Experten, inwiefern sich der Klimawandel auf die Pflanzenproduktion auswirken wird und ob
Landwirte künftig mit einem stärkeren Krankheits- oder Schädlingsbefall rechnen müssen.
In der vorliegenden Broschüre möchten wir Ihnen nun die Ergebnisse dieser Studien aus-
führlich vorstellen, Risiken und neue Möglichkeiten aufzeigen und Anregungen für mögliche
Anpassungsmaßnahmen geben.
Ich wünsche Ihnen eine aufschlussreiche Lektüre
Johannes Remmel, MdL
Minister für Klimaschutz, Umwelt, Landwirtschaft,
Natur- und Verbraucherschutz des Landes Nordrhein-Westfalen
Inhalt 5
Inhalt
Einführung 6
Klimawandel und Pflanzenproduktion: Wo stehen wir heute? 8
Szenarien und Projektionen: Die zukünftige Klimaentwicklung in Nordrhein-Westfalen 10
Die Methodik: Von den Ausgangsdaten zu den Prognosen 14
Die Ergebnisse: Einflüsse des Klimawandels auf den NRW-Pflanzenbau im 21. Jahrhundert 18
Generelle Trends 18
Welche Ertragserwartungen ergeben sich aus den projizierten Klimaänderungen? 20
Wie wird sich die Ertragssicherheit im Rahmen der erwarteten Klimabedingungen ändern? 23
In welchen nordrhein-westfälischen Regionen sind besondere Änderungen oder Probleme zu erwarten? 25
Schlussfolgerungen und Handlungsmöglichkeiten 26
Bodenqualität erhalten 26
Wassermangel ausgleichen 27
Sortenwahl anpassen 28
Gegen Extremereignisse absichern 29
Gute Landwirtschaftliche Praxis als Startpunkt für eine Klimawandel angepasste Pflanzenproduktion 29
Pflanzenernährung und Pflanzenschutz optimieren 30
Fazit und Ausblick 31
Anhang 33
Impressum 35
6 Einführung
Einführung
Der Klimawandel beeinflusst die Pflanzenproduktion
weltweit – auch die Landwirtschaft in Nordrhein-
Westfalen muss sich an die neuen klimatischen
Bedingungen anpassen.
Schmelzende Gletscher in den Alpen, extreme kret geplant ist ein Klimaschutzgesetz, das
Trockenheit in den Sommern: Der Klimawandel unter anderem einen deutlichen Ausbau von
hat sich von einem wissenschaftlichen Fach- erneuerbaren Energien und Maßnahmen zur
thema zur Schlagzeile in den Medien und zum Steigerung der Energieeffizienz vorsieht. Bis
Gegenstand internationaler Konferenzen ge- zum Jahr 2050 sollen so die CO2-Emissionen
wandelt. Mit gutem Grund: Allein in den vergan- des bevölkerungsreichsten Bundeslands um
genen 100 Jahren ist laut des im Frühjahr 2007 mindestens 80 Prozent reduziert werden.
veröffentlichten Vierten Sachstandsberichts für
Seit Anfang des Klimaänderungen des Weltklimarates IPCC die Weltweite Klimafolgen: Überflutungen in
20. Jahrhunderts globale Durchschnittstemperatur um 0,74 Grad Asien, Dürren und Hunger in Afrika
haben die globalen
Celsius gestiegen. Hauptursachen für die Er- Doch selbst wenn es der internationalen Staa-
Durchschnittstem-
wärmung sind der Ausstoß von Treibhausgasen tengemeinschaft mit vereinten Kräften gelingen
peraturen deutlich
zugenommen bei der Energieerzeugung und Verkehr, Brand- sollte, das Zwei-Grad-Ziel zu erreichen, werden
rodungen von Waldflächen – aber auch Acker- einige Regionen den nicht mehr vermeidbaren
bau und Viehzucht. Nur durch eine drastische Klimawandel deutlich zu spüren bekommen. So
Reduktion des Ausstoßes von klimarelevanten rechnet der Weltklimarat IPCC unter anderem
Gasen können der Klimawandel und seine Fol- mit einem starken Anstieg des Meeresspiegels,
gen noch in einem erträglichen Rahmen gehal- dem viele dicht besiedelte Küstenregionen vor
ten werden. Experten empfehlen deshalb drin- allem in Asien sowie mehrere Inseln im Pazifik
gend, die globale Erwärmung auf maximal zwei zum Opfer fallen könnten. In anderen Teilen der
Dunkle Wolken am Grad Celsius gegenüber dem vorindustriellen Welt wird dagegen die Wasserknappheit zu ei-
Horizont: Der Klima- Niveau zu begrenzen. Das Land Nordrhein- nem immer größeren Problem. Vor allem in den
wandel wird welt- Westfalen wird hier seinen Teil durch eine Stär- schon heute sehr trockenen Gebieten Afrikas
weit gravierende
kung des Klimaschutzes dazu beitragen. Kon- kann das auch die landwirtschaftliche Produk-
Probleme mit sich
tion stark beeinträchtigen und damit die Unter-
bringen.
ernährung auf dem Kontinent weiter verschär-
fen. Der Weltklimarat geht davon aus, dass etwa
in Afrika bis zum Jahr 2020 75 bis 250 Millionen
Menschen unter akuter Wasserknappheit und
ihren Folgen für die Nahrungsmittelproduktion
leiden werden.
Klimafolgen in Nordrhein-Westfalen: Wachs-
tumsbedingungen für Pflanzen ändern sich
Auch Nordrhein-Westfalen ist – wenn auch
nicht so stark wie andere Regionen in der Welt –
von den Folgen des Klimawandels betroffen.
Daher hat die Landesregierung Nordrhein-West-
falen eine Strategie beschlossen, die durch eine
Stärkung des Klimaschutzes einerseits dazu
beitragen soll, den Klimawandel auf ein noch
vertretbares Maß zu begrenzen. Andererseits
gilt es, die möglichen Folgen des Klimawandels
Einführung 7
Zentrum der
Landwirtschaft:
Nordrhein-Westfalen frühzeitig zu erkennen, um klimabedingte Schä- Folgende Fragen wurden dabei berücksichtigt:
ist einer der den begrenzen und mögliche Chancen der glo-
wichtigsten balen Erwärmung nutzen zu können. Insgesamt Welche Ertragserwartungen ergeben sich
Agrarstandorte
40 Projekte hat das Land Nordrhein-Westfalen aus den projizierten Klimaänderungen?
Deutschlands.
initiiert, um die Auswirkungen der globalen Er-
wärmung auf wichtige Lebens-, Umwelt- und Wie wird sich die Ertragssicherheit im
Wirtschaftsbereiche zu untersuchen, darunter Rahmen der erwarteten Klimabedingungen
die Wald-, Forst- und Wasserwirtschaft, die Si- verändern?
cherheit industrieller Anlagen und nicht zuletzt
die Landwirtschaft – die ganz unmittelbar von In welchen nordrhein-westfälischen Boden-
den Änderungen im Klimasystem betroffen ist. und Klimaräumen sind nachhaltige Änderun-
gen oder Probleme zu erwarten?
Durch den Klima- Denn: Trockenere Sommer oder feuchtere Win-
wandel werden in ter, wie sie Experten für Nordrhein-Westfalen Diese Broschüre fasst nun die wichtigsten Er-
Nordrhein-Westfalen
prognostizieren, können die Wachstumsbedin- gebnisse dieser Studien zusammen (Kapitel 5)
die Sommer trocke-
gungen von Kulturpflanzen grundlegend verän- und stellt mögliche Maßnahmen zur Anpassung
ner, die Winter
feuchter dern. Das haben zwei vom Land Nordrhein- vor (Kapitel 6). In den Kapiteln 2 und 3 wird zu-
Westfalen in Auftrag gegebene Studien nächst erläutert, wie sich das Klima in den letz-
ergeben, in denen die Auswirkungen des künfti- ten 100 Jahren in Nordrhein-Westfalen bereits
gen Klimawandels auf die Pflanzenproduktion verändert hat und wie es sich im weiteren Ver-
sowie auf die Entwicklung von Schädlingen und lauf des 21. Jahrhunderts voraussichtlich noch
Pilzkrankheiten wichtiger Ackerbaukulturen in verändern wird. Kapitel 4 stellt das Vorgehen
Nordrhein-Westfalen untersucht wurden. (Methodik) der beiden in dieser Broschüre vor-
gestellten Studien vor. Kapitel 7 fasst die Ergeb-
nisse dieser Broschüre zusammen.
8 Klimawandel und Pflanzenproduktion
Klimawandel und Pflanzenproduktion:
Wo stehen wir heute?
Mehr Schädlinge, längere Vegetationsperioden: Der Klima-
wandel bringt neue Probleme, aber auch Möglichkeiten.
Der Klimawandel ist in Nordrhein-Westfalen be- rhein-Westfalen (LANUV NRW), siehe:
reits Realität: Seit Anfang des 20. Jahrhunderts http://www.lanuv.nrw.de/umweltindikatoren-
sind die Temperaturen um 1,1 Grad Celsius an- nrw/index.php.
gestiegen (siehe Abbildung 1). Aus Abbildung 1
ist außerdem eine Häufung von Jahresmitteln Ein ähnliches Bild zeichnet die Entwicklung der
über zehn Grad Celsius seit den 90er Jahren Blütezeitpunkte ausgewählter Sträucher in
ersichtlich. In den ersten Jahrzehnten der Beob- Nordrhein-Westfalen, welche heute – verglichen
achtungsreihe wurde dies lediglich einmal, im mit den 50er Jahren – um mindestens zwei
Jahr 1959, nahezu erreicht und ein einziges Mal Wochen früher eintreten (siehe Abb. 3).
mit 10,1 Grad Celsius 1934 überschritten.
Auch in Zukunft werden die Temperaturen in
Weitere Hinweise auf den Klimawandel liefert Nordrhein-Westfalen durch den weltweit unge-
die langjährige Beobachtung der nordrhein- bremsten Ausstoß von klimarelevanten Gasen
Bisheriger Klima- westfälischen Pflanzen- und Vegetationsent- aller Voraussicht nach weiter steigen – darauf
wandel lässt viele wicklung. Phänologische Daten, das heißt die lassen sowohl mathematisch-statistische als
Pflanzen bereits
langjährige Beobachtung des jahreszeitlichen auch physikalische Modelle schließen (siehe
früher blühen
Eintretens von Entwicklungsschritten in der dazu nachfolgendes Kapitel). Durch die fort-
Natur, weisen ebenfalls auf eine Erwärmung hin. schreitende Erwärmung sind stark veränderte
Wie in Abbildung 2 erkennbar, beginnt in Nord- Muster von Regen und Schneefall, häufigere
rhein-Westfalen beispielsweise die Apfelblüte Extremereignisse wie Hagel, Gewitter, Stürme,
heutzutage deutlich früher als noch in den 50er Dürren oder Überflutungen zu erwarten.
Jahren.
Agrarstandort im Klima-Umbruch: Worauf
Der Beginn der Apfelblüte ist einer der nord- die NRW-Landwirtschaft reagieren muss
rhein-westfälischen Umweltindikatoren, zu Nordrhein-Westfalen nimmt nach Bayern und
finden im Internetangebot des Landesamtes für Niedersachsen den dritten Rang unter den
Natur, Umwelt und Verbraucherschutz Nord- deutschen Agrarstandorten ein. Etwa 50.000
landwirtschaftliche Betriebe stellen zusammen
mit mehr als 1.000 Herstellern im Bereich der
Ernährungswirtschaft einen wichtigen Teil der
heimischen Wirtschaft. Ungefähr die Hälfte der
Abbildung 1: Jahresmittel der minimalen (Tmin), mittleren
(Tmean) und maximalen (Tmax) Tagestemperaturen in Fläche von Nordrhein-Westfalen wird landwirt-
Nordrhein-Westfalen im Zeitraum 1901–2008. Zusätzlich sind schaftlich genutzt, zirka 70 Prozent davon als
die dekadisch gleitenden Mittel gezeigt sowie lineare Trends der Ackerland. Den höchsten Anteil an der Ackerflä-
Mitteltemperatur. (Quelle: LANUV 2010, Datengrundlage: DWD) che hat Getreide. Die wichtigste Kultur ist Win-
terweizen gefolgt von Mais.
Die aktuellen Landnutzungen, Sorten und
Fruchtfolgen sowie Anbaumethoden haben sich
aus den lokalen Gegebenheiten und damit auch
dem bislang herrschenden regionalen Klima
entwickelt. Wenn sich mit dem Klima nun eine
zentrale Grundlage der landwirtschaftlichen
Pflanzenproduktion ändert, muss diese
zwangsläufig an die neuen Gegebenheiten –
zum Beispiel wärmere Sommer sowie feuchtere
Winter – angepasst werden.
Klimawandel und Pflanzenproduktion 9
Tag im Jahr Für die landwirtschaftliche Pflanzenproduktion
30. Mai können sich aus dem Klimawandel sowohl vor-
20. Mai
teilhafte als auch negative Auswirkungen erge-
ben. Als förderlich könnte sich beispielsweise
10. Mai
eine durch die Erwärmung verursachte längere
30. Apr Vegetationsperiode erweisen. Unter Umstän-
20. Apr
den erlaubt diese sogar den Anbau von Zweit-
kulturen nach der Ernte (zum Beispiel von
10. Apr
Getreide). Ebenfalls positiv auf das Pflanzen-
31. Mrz wachstum könnte sich ausgerechnet eine der
Messwerte Linearer Trend
Hauptursachen des Klimawandels – der An-
21. Mrz
Mittelwert Referenzperiode (1961 – 1990) stieg der Kohlendioxid-Konzentration in der
11. Mrz Atmosphäre – auswirken. Der Grund: Pflanzen
1950 1957 1964 1971 1978 1985 1992 1999 2006
können höhere Kohlendioxid-Konzentrationen
Abbildung 2: Der Beginn der Apfelblüte in Nordrhein-Westfalen hat sich in der Atmosphäre in stärkeres Wachstum um-
in den vergangenen Jahrzehnten kontinuierlich nach vorne verschoben. setzen („Kohlendioxiddüngung“, siehe dazu
(Quelle: LANUV 2010, Datengrundlage: DWD)
Kasten unten). Die genaue Wirkung von Kohlen-
120 dioxid auf die Pflanzen ist allerdings sehr kom-
plex und derzeit Gegenstand wissenschaftlicher
110
18 Tage früher
Untersuchungen.
100
Tage seit Jahresbeginn
90
Von Nachteil für die Pflanzenproduktion kann
dagegen die mögliche Zunahme sommerlicher
80
20 Tage früher Trockenphasen oder Unwetter sein. Möglich ist
70 außerdem, dass die geänderten Klimabedin-
gungen Schädlinge begünstigen, die zu höheren
60
15 Tage früher Ernteausfällen führen oder die Ertragssicher-
50 heit beeinträchtigen können.
40
1951-55 1956-60 1961-65 1966-70 1971-75 1976-80 1981-85 1986-90 1991-95 1996-00 2001-05 Welche dieser möglichen Entwicklungen eintre-
ten wird oder wenn die genannten Entwicklun-
Hasel Kornelkirsche Schlehe
gen parallel eintreten, welchen Einfluss sie auf
Abbildung 3: Blütezeitpunkte verschiedener Sträucher in NRW
Ertrag und Ertragssicherheit haben, soll in die-
am Beispiel von Hasel, Kornelkirsche und Schlehe. ser Broschüre beleuchtet werden.
(Quelle: MUNLV 2009, Datengrundlage: DWD)
INFO KOHLENDIOXIDDÜNGUNG
Für die Mehrzahl der Pflanzen („C3-Pflanzen“) Pflanzenwachstum zugutekommt. Mit der Koh-
wie zum Beispiel Getreide, Zuckerrüben oder lendioxiddüngung kann allerdings ein vermin-
Kartoffeln stellt Kohlendioxid einen Mangelfak- derter Proteingehalt von Blättern oder Früchten
tor dar. Ist mehr Kohlendioxid in der Umge- einhergehen, so dass etwa die Qualität von Fut-
bungsluft verfügbar, kann von den Pflanzen terpflanzen beeinträchtigt wird. Unsicherheiten
mehr Biomasse in der gleichen Zeit gebildet ergeben sich dadurch, dass die Übertragbarkeit
werden. Dies wird teilweise in Gewächshäusern von Versuchsdaten in die Praxis und in die
zur Produktionssteigerung genutzt. Da viele Modellrechnungen noch Gegenstand von wis-
Pflanzen bei besserer Kohlendioxidversorgung senschaftlichen Untersuchungen sind. Seltener
ihre Spaltöffnungen („Atemorgane“ vor allem sind Pflanzen, die wie der Mais (C4-Pflanze)
der Blätter, die unter anderem der Aufnahme eine effizientere Form des Kohlendioxidstoff-
von Kohlendioxid dienen) häufiger geschlossen wechsels aufweisen. C4-Pflanzen profitieren
halten können, wird außerdem der verduns- deshalb in geringerem Maße von ansteigenden
tungsbedingte Wasserverlust verringert, was atmosphärischen Kohlendioxidkonzentrationen
bei heißem, trockenen Wetter oder Dürren dem als C3-Pflanzen.
10 Szenarien und Projektionen
Szenarien und Projektionen: Die zukünftige
Klimaentwicklung in Nordrhein-Westfalen
Komplexe Berechnungen ermöglichen einen Ausblick auf
das Klima der Zukunft – es wird wärmer und feuchter.
Um einen Blick in die Zukunft der Pflanzenpro- Den hier beschriebenen Projektionsrechnungen
duktion werfen zu können, muss zunächst die wurden die IPCC-Szenarien „A2“, „A1B“ und
zukünftige Entwicklung des Klimas skizziert „B1“ zugrunde gelegt. Das Szenario „A2“ be-
werden. Grundlage dafür sind die vom Zwi- schreibt eine eher pessimistische Entwicklung,
schenstaatlichen Ausschuss für Klimaänderun- also einen Anstieg der Treibhausgasemissionen
gen (Intergovernmental Panel on Climate bis zum Ende des Jahrhunderts. Nach „A1B“
Change, IPCC) getroffenen Annahmen über die werden die Emissionen von Treibhausgasen bis
künftige Entwicklung des Ausstoßes von Treib- Mitte des laufenden Jahrhunderts zunächst
hausgasen. Eingang in diese sogenannten Emis- weiter ansteigen und danach zurückgehen.
sionsszenarien finden Annahmen zu relevanten Das Emissionsszenario „B1“ geht von einem
Klimaeinflussgrößen, wie die weitere Bevölke- raschen Wandel der Wirtschaftsstruktur zu
rungs- und Wirtschaftsentwicklung oder der nachhaltigeren Lösungen und damit im Jahr
Einsatz von fossilen und regenerativen Energie- 2100 von geringeren Treibhausgasemissionen
trägern. als im Jahr 2000 aus.
Klimaprojektionen: Wie das Klima der
Zukunft errechnet wird
Wie wird sich nun das Klima auf Basis der ge-
nannten Emissionsszenarien in Nordrhein-
Westfalen entwickeln? Hinweise auf diese Frage
geben die sogenannten Klimaprojektionen –
Berechnungen zum zukünftigen Klima, die auf
den Emissionsszenarien basieren und mithilfe
von globalen und regionalen Klimamodellen er-
stellt werden. Da die globalen Klimamodelle für
Nordrhein-Westfalen eine zu grobe Auflösung
aufweisen, wurden die Ergebnisse der globalen
Klimasimulationen mithilfe von statistischen
und dynamischen Regionalmodellen auf die
Geht es so weiter?
Annahmen über den
künftigen Ausstoß
von Treibhausgasen
sind die Basis
INFO KLIMAMODELLE
für Aussagen zur
Zur Berechnung der NRW-Klimaprojektionen zwingend die klimatischen Verhältnisse in
weiteren Klimaent-
wicklung.
fanden die Modelle WettReg, REMO und CLM einer veränderten Zukunft, weshalb statis-
Verwendung. Diese sind Vertreter von zwei tisch erstellte Zukunftsprojektionen gewissen
sehr unterschiedlichen Vorgehensweisen: Einschränkungen unterworfen sind.
Statistische Modelle: Bei statistischen Dynamische Modelle: Dynamische Modelle
Modellen wie WettReg wird aus der Kenntnis wie CLM und REMO bilden das Wetterge-
des gegenwärtigen Regionalklimas und Mess- schehen über das Simulieren physikalischer
reihen zurückliegender Ereignisse auf zukünf- Prozesse nach. Sie funktionieren im Prinzip
tige klimatische Bedingungen in der Region wie globale Zirkulationsmodelle – ergänzt
geschlossen. Damit repräsentieren sie nicht um Detailinformationen aus der jeweiligen
Region.Szenarien und Projektionen 11
T in ° C (1971-2000) T (2071-2100 gegen 1971-2000)
1,6 - 3,1 °C ± 0,2 °C
Abbildung 4: Links: Jahresmitteltemperatur in Nordrhein-Westfalen aus Messungen des
Deutschen Wetterdienstes für den Bezugszeitraum 1971–2000. Rechts: Erwärmung bis zum Zeit-
raum 2071–2100 aus 39 WettReg-, 4 CLM- und 3 REMO-Simulationen. (Quelle: Straub et al. 2010)
Dimensionen unseres Bundeslandes herunter- Temperaturen werden weiter steigen:
gebrochen. Die Ergebnisse der Klimaprojektionen
In Abbildung 4 sind die projizierten Temperatur-
Klimaprojektionen Die Klimamodelle bergen große Unsicherheiten, zunahmen (ΔT) für Nordrhein-Westfalen für
zeigen klimatische so dass nur unter Berücksichtigung einer aus- den Zeitraum 2071 bis 2100 gegenüber dem
Verhältnisse der
reichenden Anzahl von Simulationen (mit Zeitraum 1971 bis 2000 dargestellt. Die Spann-
Jahre 2071 bis 2100
unterschiedlichen Emissionsszenarien, unter- breite der Temperaturzunahme über die Simu-
schiedlichen Modellen und verschiedenen An- lationen der drei Regionalmodelle und der drei
fangszeitpunkten) statistisch aussagekräftige Emissionsszenarien ist recht groß: Die Flächen-
Ergebnisse gewonnen werden können (Straub mittel variieren zwischen 1,6 und 3,1 Grad Cel-
et al. 2010). Die hier vorgestellten Ergebnisse sius (Straub et al. 2010). Fest steht in jedem
wurden anhand der drei Regionalmodelle Wett- Fall: Der bereits anhand von Messwerten ver-
Reg, CLM und REMO für die drei Emissionssze- gangener Jahre feststellbare Trend des Anstiegs
narien „A1B“, „A2“ und „B1“ modelliert.
INFO WETTER ODER KLIMA?
Wetter beschreibt für ein bestimmtes Gebiet Klima veranschaulicht für ein bestimmtes
die bekannten aktuellen Messgrößen wie Luft- Gebiet (z. B. „Höxter“, „Eifel“, „Deutschland“,
temperatur, Luftdruck, Niederschlagsmenge, „Europa“, „Welt“) statistische Mittelwerte der
Luftfeuchtigkeit, Wolkenbedeckung, Sonnen- Wetterereignisse über mindestens 30 Jahre.
schein.12 Szenarien und Projektionen
Abbildung 5: Niederschlagsänderung für 2071–2100 gegenüber 1971–2000 nach WettReg
(braun, 13 Simulationen), CLM (violett, 2 Simulationen) und REMO (grün, eine Simulation)
als Mittelwert über die Fläche von NRW. (Quelle: Straub et al. 2010)
des Jahresmittels der Lufttemperatur wird sich Jahresniederschlags zwischen knapp über null
in Zukunft fortsetzen. bis zehn Prozent ab.
Niederschlag Deutlicher werden die Niederschlagsänderun-
Die Simulation des Niederschlagsgeschehens gen, wenn man das Sommer- und Winterhalb-
ist deutlich schwieriger, da sich die Menge und jahr getrennt betrachtet (Abb. 5b und 5c). Unter
Intensitäten von Niederschlägen von Ort zu Ort Berücksichtigung der drei Regionalmodelle und
stark unterscheiden können. Dennoch lassen der drei Emissionsszenarien nimmt die Nieder-
sich Grundtendenzen aus den Klimaprojektio- schlagsmenge in Nordrhein-Westfalen im Win-
nen ablesen. Abbildung 5a zeigt die projizierten terhalbjahr zwischen neun und 24 Prozent zu.
Niederschlagsänderungen für 2071 bis 2100 Für das Sommerhalbjahr zeichnet sich hinge-
gegenüber 1971 bis 2000 als Jahresmittelwerte gen ein Niederschlagsrückgang zwischen null
über die Fläche von Nordrhein-Westfalen. Trotz und zwölf Prozent ab (Straub et al. 2010).
großer Schwankungen in den drei Regional-
modellen und den drei Emissionsszenarien Darüber hinaus ist in Nordrhein-Westfalen von
zeichnet sich generell eine leichte Zunahme des einer räumlich ungleichen Niederschlagsent-
Gute Zeiten –
schlechte Zeiten:
Die höheren Tempe-
raturen werden in
näherer Zukunft
voraussichtlich
zunächst das
Pflanzenwachstum
fördern und
höhere Erträge
ermöglichen ...Szenarien und Projektionen 13
... in der zweiten
Hälfte des 21. Jahr-
hunderts wird es
dagegen durch
längere Trocken-
perioden im
Sommer häufiger zu
Trockenschäden und
damit zu Ertrags-
ausfällen kommen.
wicklung auszugehen, wobei die verschiedenen Eine räumlich hoch aufgelöste Interpretation
Klimamodelle allerdings zu teilweise sehr unter- der Niederschlagsänderungen bleibt damit
schiedlichen Projektionen gelangen: aufgrund der unterschiedlichen Simulations-
ergebnisse problematisch (Straub et al. 2010).
Die dynamischen Modelle CLM und REMO Zwei Regionen, in denen die Modellrechnungen
projizieren eine Abnahme der Som- jedoch weitgehend übereinstimmen, sind das
merniederschläge vor allem für die südwest- Sauer- und Siegerland: Die meisten Simulatio-
lichen Regionen des Landes. Das statistische nen projizieren leicht überdurchschnittliche
Modell WettReg simuliert dagegen den Niederschlagszunahmen im Jahresmittel.
stärksten Niederschlagsrückgang für die
nordöstlichen Regionen des Landes. Relevant für die künftige Entwicklung des Er-
trags ist vor allem jedoch der Rückgang der
Für das Winterhalbjahr simulieren die dyna- sommerlichen Niederschlagsintensitäten. Denn
mischen Modelle die angesprochene Nieder- dieser Rückgang kann an einzelnen Standorten
schlagszunahme hauptsächlich im Bereich Anpassungsmaßnahmen wie trockenheitsre-
der nördlichen und südlichen Landesteile. sistentere, früher abreifende Sorten oder je
Dagegen gibt das statistische Modell Wett- nach Verfügbarkeit auch Bewässerung
Reg die stärkste Niederschlagszunahme im notwendig machen.
Winter eher im Landesinneren an.
Feuchtgebiet:
In den Bergregionen
des Sauerlandes
wird in Zukunft
mit höheren Jahres-
niederschlägen
gerechnet.14 Methodik
Die Methodik:
Von den Ausgangsdaten zu den Prognosen
Wie die Forscher des Landes Nordrhein-Westfalen
künftige Erträge und Schädlingsbefall errechneten.
Im vorherigen Kapitel wurden bereits einige delle, welche die Regionen Nordrhein-Westfa-
grundlegende Voraussetzungen für die Modell- lens differenziert darstellen.
simulation von Ertrag und Ertragssicherheit so-
wie Schädlingen und Krankheiten genannt: Die Ergebnisse der regionalen Klimaprojektio-
nen gingen dann in die Modellrechnungen ein,
So schätzten Experten mithilfe von Emissi- mit welchen das Pflanzenwachstum sowie
onsszenarien zunächst die künftige Freiset- Krankheits- und Schädlingsbefall simuliert wur-
Abbildung 6:
Wie Experten von
zung von klimarelevanten Gasen ab. den. Abbildung 6 stellt diese Zusammenhänge
den Emissionssze- schematisch dar.
narien zu Aussagen Darauf aufbauend erstellten sie Klimaprojek-
über Pflanzen- tionen mithilfe globaler Modelle. Darüber hinaus flossen zahlreiche weitere Para-
wachstum und
meter in die Modellierungen ein. Beispielhaft
Schädlingsbefall
Die globalen Klimaprojektionen dienten wie- seien Bodeneigenschaften, die atmosphärische
gelangen
(schematische derum als Grundlage für regionale Klimamo- Kohlendioxidkonzentration, Wasser- und Nähr-
Darstellung). stoffversorgung oder Kulturtechniken genannt.
Pflanzenwachstumsmodelle:
die Berechnung zukünftiger Erträge
Abbildung 7 zeigt ein vereinfachtes Schema der
Modellrechnungen zur Simulation von Erträgen
der Pflanzenproduktion unter sich ändernden
klimatischen Bedingungen. Zunächst erfolgte
die Kalibrierung der verwendeten Modelle.
Hierfür wurden Simulationsläufe mit Daten
zurückliegender Jahre durchgeführt und die
Modellergebnisse mit den in der Realität erziel-
ten Erträgen verglichen. Nachdem die Modelle
so an die zu simulierenden Gegebenheiten an-
gepasst worden waren, fanden die eigentlichen
Modellläufe zur Simulation der Prognosejahre
Verlässlicher Daten-
lieferant: Die Mess-
statt.
daten von Wetter-
stationen sind die Neben der Ertragshöhe ist die Sicherheit der
Grundlage für die Erträge von großem Interesse. Als Maß hierfür
Simulationen des
diente die Schwankungsbreite (die Spanne der
künfigen Klimas.
Abweichungen vom Mittelwert) der für die ein-
zelnen Jahre errechneten Simulationsergeb-
nisse.
Da die Rechenläufe mit unterschiedlichen Mo-
dellen vergleichbare Tendenzen lieferten, dürfen
die Aussagen zwar nicht als punktgenau, aber
als richtungssicher angesehen werden. Die
Simulationen lassen die Tendenz (Trend zu fal-
lenden oder steigenden Erträgen beziehungs-
weise keine Änderungen) erkennen. AllerdingsMethodik 15
ist die Aussagekraft von Durchschnittsangaben
begrenzt. Wenn etwa die Temperaturen im
Jahresdurchschnitt zunehmen, muss dies
beispielsweise nicht bedeuten, dass es keine
Boden- oder Nachtfröste im Frühjahr mehr
geben wird. Deren schädigende Wirkung kann
sich gegebenenfalls bei weiter fortgeschrittener
Vegetation noch verschärfen. Schließlich sind
weitere wichtige Parameter bekannt, die – über
Jahrzehnte betrachtet – einen erheblichen Ein-
fluss auf den Ertrag haben, aber in den Model-
len nicht oder nur begrenzt simuliert werden
können. Zu nennen sind zum Beispiel der Fort-
schritt in wissenschaftsbasiertem Fachwissen,
Agrartechnik, Precision Farming (teilschlagbe-
zogene Landwirtschaft, die Unterschiede inner-
halb eines Feldes berücksichtigt), Anbau- und
Verfahrenstechnik, Züchtung sowie Arten- und
Sortenwahl.
Pflanzenschädlinge und -krankheiten:
Beratungssystem simuliert künftigen Befall
Abbildung 7 (Erläuterungen): Bei der Validierung erfolgt ein Abgleich der simulier- Die Projektionen des Befalls mit Pflanzenkrank-
ten Erträge mit realen Erträgen des betrachteten Standorts; bei der Kalibrierung heiten und -schädlingen beruhen auf Simulati-
werden Modellparameter verändert, um Simulationsläufe an reale Ereignisse onsläufen mit einem Pflanzenschutz-Bera-
anzupassen.
tungssystem. Klimadaten der Jahre 2001 bis
2050 (Messwerte von Wetterstationen und
INFO PFLANZENWACHSTUMS- UND
PFLANZENSCHUTZMODELLE
Zur Berechnung der künftigen Erträge und DSSAT (Decision Support System for Agro-
Ertragssicherheiten wurden aus einer größeren technological Transfer) ist ein Programmpaket,
Anzahl möglicher Modelle die beiden Pflanzen- das neben Pflanzenwachstumsmodellen für
wachstumsmodelle EPIC und DSSAT herange- unterschiedliche Kulturpflanzen weitere Pro-
zogen. grammpakete wie ein Geografisches Informati-
onssystem enthält. Es wurde erstmals Ende der
Zur Simulation von Pflanzenkrankheiten und 1980er Jahre verwendet und fortlaufend
Pflanzenschädlingen fand das Pflanzenschutz- erweitert.
beratungssystem proPlant expert.classic Ver-
wendung. proPlant expert.classic wurde an der Universi-
tät Münster in Zusammenarbeit mit der Land-
EPIC (Erosion Productivity Impact Calculator) wirtschaftskammer Westfalen-Lippe Anfang der
wurde aus einem Modell weiterentwickelt, 1990er Jahre entwickelt und wird seitdem stän-
welches in den 1980er Jahren den Einfluss der dig erweitert. Es handelt sich um eine Bera-
Bodenerosion auf das Wachstum von Kultur- tungssoftware, welche anhand von Wetterdaten
pflanzen in den USA beschreiben sollte. Es wur- und -vorhersagen die Zeiträume identifizieren
de im Lauf der Zeit um Kulturarten und Einfluss- kann, zu denen Befall durch Pflanzenerreger
faktoren erweitert und ist heute in der Lage, möglich ist. Es wird in Deutschland und vielen
auch Klimabedingungen in ihrem Einfluss auf europäischen Ländern in der Praxis eingesetzt,
verschiedene Kulturpflanzen abzubilden. um den Einsatz von Pflanzenschutzmitteln im
Ackerbau zu optimieren.16 Methodik
Boden-Klima-Räume (BKR) Ackerfläche gebietstypische Hauptfruchtfolge
ha %
Eifel 15.985 1,5 Winterweizen-Sommergerste-
Winterraps
Sauerland 65.005 6,1 Winterweizen-Wintergerste-
Winterraps
Köln-Aachener Bucht 142.799 13,4 Winterweizen-Wintergerste-
Zuckerrüben
Rheinland/Südliches 338.881 31,8 Winterweizen-Wintergerste-
Münsterland Silomais
Ost-Westfalen/Bergisches 139.602 13,1 Winterweizen-Wintergerste-
Land Winterraps
Nördlicher Kreis Minden- 36.233 3,4 Wintertriticale-Wintergerste-
Lübbecke Silomais
Wiehengebirge 45.824 4,3 Winterweizen-Wintergerste-
Winterweizen-Silomais
Westfälische Bucht 239.774 22,5 Wintergerste-Silomais-
Wintertriticale
Teutoburger Wald/ 41.561 3,9 Winterweizen-Silomais-
Eggegebirge/Tecklenburger Wintergerste-Winterraps
Land
Abbildung 8: Kurz- Summe BKR 1.065.664 100 -
charakterisierung
der Boden-Klima-
Räume.
(Quelle: verändert
nach Rossberg
et al. 2007)
Simulationsergebnisse) wurden hierfür neben Ortsgenaue Prognosen: die Regionalisierung
weiteren standortspezifischen Informationen der erhobenen Daten
wie Feldkultur und Erregerkennzahlen herange- Räumliche Unterscheidungen wurden auf zwei
zogen. Nicht von den Modellen ausgegebene Arten vorgenommen:
Klimaparameter (Temperaturminimum in 5 cm
Höhe, Stunden mit Niederschlag > 0,1 mm, Bei den Modellrechnungen auf Feldebene
Luftfeuchtemaximum 14 h in 2 m Höhe) wurden wurden Ergebnisse von Sortenversuchen an
aus früheren Messwerten abgeleitet. verschiedenen Standorten in Nordrhein-
Westfalen und der nächstgelegenen Wetter-
Für die meisten Erreger konnte auf bestehende station für die räumliche Differenzierung he-
Prognosemodule des Pflanzenschutzbera- rangezogen.
tungssystems zurückgegriffen werden. In
einzelnen Fällen, zum Beispiel für die Alterna- Bei den Modellrechnungen auf Landesebene
ria-Dürrflecken-Krankheit, wurden Prognose- wurden vorhandene Klima- und Bodendaten
module für das Untersuchungsvorhaben neu sowie Landnutzungsinformationen zu etwa
entwickelt. 100.000 „Simulationseinheiten“ (ein bis ei-
nige Hektar große Gebiete mit mehr oderMethodik 17
Abbildung 9: Lage der Boden-Klima-Räume in
Nordrhein-Westfalen.
weniger einheitlichen Bedingungen) ver- onseinheiten zusammengefasst. Diese Simula-
schnitten. Diese können dann wiederum – tionseinheiten wurden dann einem Boden-
je nach weiterem Vorgehen – zu größeren Klima-Raum (siehe Abb. 8 und 9) zugeordnet.
räumlichen Einheiten wie Gebietskörper- Die Boden-Klima-Räume sind somit nicht ho-
schaften (Gemeinden oder Landkreise), bes- mogen. Sie bestehen aus den (etwa hinsichtlich
ser aber zu naturräumlich geprägten Boden- der Böden) räumlich differenzierten Simulati-
Klima-Räumen (BKR) zusammengefasst onseinheiten mit ihren unterschiedlichen Er-
werden. tragspotenzialen.
Kleinräumige Feld- Der kleinräumige Maßstab der Feldversuche im Die Boden-Klima-Räume dienen der Gebiets-
versuche bringen Vergleich zu den Modellrechnungen auf Lan- gliederung für das Sortenversuchswesen. Sie
Erkenntnisgewinn
desebene macht es möglich, Zusammenhänge orientieren sich nicht an Grenzen der Bundes-
für Prognosen auf
darzustellen, welche für die Simulationen auf länder. Deshalb wurden die Bezeichnungen der
Landesebene
Landesebene von Bedeutung sein können, dort BKR an die nordrhein-westfälischen Gegeben-
aber aufgrund der höheren Datendichte nicht heiten angepasst. Die in diesem Bericht
mehr auflösbar sind. verwendeten BKR werden in Abbildung 8 kurz
charakterisiert und in ihrer räumlichen Lage
In den Modellrechnungen auf Landesebene zueinander in Abbildung 9 dargestellt.
wurden, wie oben beschrieben, Agrarflächen
mit vergleichbaren Eigenschaften zu Simulati-18 Ergebnisse
Die Ergebnisse: Einflüsse des Klimawandels
auf den NRW-Pflanzenbau im 21. Jahrhundert
Der Klimawandel wird die Landwirte zu immer mehr
Anpassungsmaßnahmen zwingen. Größte Gefahr ist
langfristig die zunehmende Trockenheit im Sommer.
Um die Einflüsse des erwarteten Klimawandels Die ansteigenden Kohlendioxidkonzentratio-
auf die Pflanzenproduktion in Nordrhein-West- nen in der Atmosphäre bringen einen Dünge-
falen abschätzen zu können, haben die For- effekt mit sich. Bei Mais, welcher als C4-
scher die mit zwei regionalen Klimamodellen Pflanze einen effizienteren Kohlendioxid-
projizierten künftigen Klimabedingungen in stoffwechsel als die anderen betrachteten
zwei Pflanzenwachstumsmodelle und ein Pflan- Pflanzen aufweist, fällt der Ertragszuwachs
zenschutzberatungssystem eingegeben. Die moderater aus.
Modellrechnungen wurden für Sortenversuchs-
standorte („Feldebene“) und Boden-Klima- Bis 2050 ist eher mit Ertragssteigerungen
Räume („Landesebene“) vorgenommen. Zur Er- als mit Ertragseinbußen zu rechnen. Um
stellung der Klimaprojektionen fanden zwei diese im vollen Umfang zu realisieren, sind
Emissionsszenarien des Zwischenstaatlichen an die lokalen Gegebenheiten angepasste
Ausschusses für Klimaänderungen (IPCC) Ver- Maßnahmen erforderlich.
wendung, die für den Prognosezeitraum von un-
terschiedlich intensiv ansteigenden Konzentra- Der sommerliche Rückgang der Nieder-
tionen klimawirksamer Gase in der Atmosphäre schläge fällt bis 2050 noch gering aus. Häu-
ausgehen. fig reicht daher – insbesondere für die Winte-
rungen – der Bodenwasser- beziehungs-
Da bei den meisten Modellläufen die gleichen weise Grundwasservorrat zur Versorgung der
Tendenzen und die gleichen Größenordnungen Kulturen aus. Niederschlagsveränderungen
des Ertrags ausgegeben wurden, werden die Er- haben damit im Zeitraum bis 2050 den ge-
gebnisse als richtungssicher angesehen. ringsten Einfluss. Lediglich an einigen Stand-
orten kann Bewässerung die Ertragssituation
verbessern.
Viel zu mähen:
Generelle Trends
Um gleichbleibend
Als generelle Trends und Ergebnisse der Model- Nach den Projektionen für die Jahre 2071 bis
gute Erträge in
Nordrhein-Westfalen
lierungen auf Feldebene lassen sich die folgen- 2100 wird der Rückgang der Sommernieder-
zu sichern, den Punkte nennen: schläge in der zweiten Hälfte des 21. Jahr-
sind in Zukunft hunderts deutlicher ausfallen, so dass länger-
Anpassungs- Die insgesamt höheren Temperaturen führen fristig die Notwendigkeit von Anpassungs-
maßnahmen an
zu schnellerer Pflanzenentwicklung. maßnahmen neu bewertet werden muss.
den Klimawandel
notwendig.
Den stärksten Einfluss auf die Ertragslage
hat (außer bei Mais) die Kohlendioxiddün-
gung. Zweitwichtigster Einflussfaktor ist die
Erwärmung.
Wintergetreide benötigen einen winterlichen
Kältereiz, um später in der Entwicklung blü-
hen zu können (Vernalisation). Die Modellsi-
mulationen zeigen, dass trotz ansteigender
Durchschnittstemperaturen kein Ausbleiben
dieses Kältereizes in den kommenden Jahren
zu befürchten ist.Ergebnisse 19
26/8
simulierten Erntezeitpunkte des Winterweizens
in Meerhof dem Jahr 2007 gegenüber. Im Jahr
2007 war der April außergewöhnlich heiß und
21/8
der Erntezeitpunkt lag nach heutigen Maßstä-
ben ausgesprochen früh. Die Modellrechnungen
16/8
legen nahe, dass derartige frühe Erntezeit-
Erntedatum
punkte in den kommenden Jahrzehnten zuneh-
11/8
mend normal werden. Von dieser Entwicklung
profitieren vor allem Grenzstandorte in den
6/8
Höhenlagen.
1/8
Fühlen sich bei höheren Temperaturen wohl:
Pflanzenkrankheiten und -schädlinge
27/7
Die Simulation von Pflanzenkrankheiten und
-schädlingen zeigt, dass für keinen der unter-
2011 2021 2031 2041 2051 2061 2071 2081
-2020 -2030 -2040 -2050 -2060 -2070 -2080 -2090 suchten Schädlinge ein Befallsrückgang zu
erwarten ist.
Abbildung 10: Der Erntezeitpunkt des Winterweizens am Standort Meerhof (Hoch-
Je nach Standort können sich stark abwei-
sauerlandkreis, ca. 370 m über NN) wird sich immer weiter vorverlagern. Die rote
Linie markiert den durch ein heißes Frühjahr extrem frühen Erntezeitpunkt 2007.
chende Verläufe des Befalls mit Krankheiten
(Quelle: Burkhardt und Gaiser 2010) und Schädlingen ergeben. Die Abbildung 11
zeigt beispielhaft das simulierte Infektionsrisiko
des Winterweizens durch Braunrost an zwei
Standorten. Die Modellsimulationen errechne-
Die Resultate decken sich mit den Modellrech- ten am Standort Eslohe (Hochsauerlandkreis)
nungen auf Landesebene. Alle Ergebnisse der ein leicht ansteigendes Infektionsrisiko, das
Modellrechnungen, seien es gleichbleibende Er- allerdings über den gesamten Simulationszeit-
träge oder Ertragszuwächse, werden nur dann raum im unkritischen Bereich bleibt. Einen
in der Praxis erzielt werden können, wenn die in etwas deutlicheren Anstieg weist der Standort
den Modellen gesetzten Randbedingungen er- Elsdorf (Rhein-Erft-Kreis, Köln-Aachener
Pflanzenernährung füllt sind. Dies bedeutet, dass Pflanzenernäh- Bucht) auf. Für Elsdorf zeigen die Simulations-
und -schutz müssen rung und Pflanzenschutz an geänderte Klima- rechnungen außerdem während des Prognose-
an verändertes
bedingungen angepasst werden müssen. Der zeitraums mehrfach behandlungswürdige
Klima angepasst
Boden, der selbst durch den Klimawandel be- Infektionsrisiken.
werden
einträchtigt werden kann, muss als wesentli-
cher Ertragsfaktor geschützt werden (siehe In einigen Fällen werden höhere als die bislang
dazu Kapitel 6). in Nordrhein-Westfalen aufgetretenen Befallsin-
tensitäten erwartet. Vergleichbare Intensitäten
Frühreife Gewächse: Die Pflanzenentwick- sind allerdings aus anderen Regionen Deutsch-
lung beschleunigt sich lands oder des europäischen Auslands bekannt
Durch die Erwärmung werden die benötigten und dort gut beherrschbar.
Temperatursummen – das heißt, die über einen
bestimmten Zeitraum aufaddierten Tagesmit- Zusammenfassend birgt der Klimawandel für
teltemperaturen, nach denen ein bestimmter den Pflanzenbau in Nordrhein-Westfalen sowohl
Entwicklungsschritt eintritt – schneller erreicht. Risiken als auch neue Möglichkeiten. Um die
Dadurch beschleunigen sich phänologische Chancen nutzen zu können und die Risiken zu
Stadien. Beispielhaft ist diese schnellere Pflan- minimieren, sind Anpassungsmaßnahmen
zenentwicklung anhand zweier Simulationser- erforderlich. Diese und die Gute Landwirt-
gebnisse dargestellt: Die Modellrechnungen für schaftliche Praxis vorausgesetzt, sind in abseh-
den Standort Meerhof ergaben, dass sich dort barer Zeit keine außergewöhnlichen Probleme
im Laufe des 21. Jahrhunderts der Erntezeit- in der Landwirtschaft zu erwarten.
punkt des Winterweizens um fast einen Monat
nach vorn verlagert (ggf. mit der Möglichkeit,
noch eine Folgefrucht anzubauen). Die Abbil-
dung 10 stellt die für die Jahrzehnte bis 209020 Ergebnisse
Abbildung 11:
Simulierte Infek-
tionsrisiken des
Winterweizens
durch Braunrost an
den Stationen
Elsdorf (Köln-
Aachener Bucht)
und Eslohe (Sauer-
land) im Zeitraum
2000 bis 2050.
m: Steigung der
Ausgleichsgeraden
(Trend),
rot: behandlungs-
würdige Infektions-
risiken.
Im Folgenden werden auf der Grundlage der Er- Welche Ertragserwartungen
gebnisse beider Studien die bereits in Kapitel 1
formulierten Fragen aufgegriffen:
ergeben sich aus den proji-
zierten Klimaänderungen?
Welche Ertragserwartungen ergeben sich
aus den projizierten Klimaänderungen? Winterkulturen
Die Simulationsergebnisse sind vor allem ab-
Wie wird sich die Ertragssicherheit im Rah- hängig von der atmosphärischen Kohlendioxid-
men der erwarteten Klimabedingungen konzentration, der Temperatur und dem jeweili-
ändern? gen naturräumlichen Ertragspotenzial. Alle
Simulationsrechnungen für Winterweizen
In welchen nordrhein-westfälischen Regio- (Abb. 12) zeigen ohne Berücksichtigung des
nen sind besondere Änderungen oder Pro- mit dem Klimawandel korrelierten Anstiegs
bleme zu erwarten? der Kohlendioxidkonzentrationen in der Atmo-Ergebnisse 21
sphäre lediglich Änderungen im einstelligen können in einzelnen Boden-Klima-Räumen, vor
Prozentbereich. Tendenziell können sich gering- allem durch den Düngeeffekt, nennenswerte
fügige Ertragseinbußen ergeben, die allerdings Ertragszuwächse erzielt werden. Mit dem Emis-
nicht statistisch abgesichert sind. Deshalb wird sionsszenario „B1“ geben die Modellrechnun-
bei ausschließlicher Berücksichtigung der gen unwesentliche Ertragsänderungen bis hin
Erwärmung und unter Vernachlässigung der zu Ertragszuwächsen von zwölf beziehungs-
Kohlendioxiddüngung davon ausgegangen, weise 15 Prozent aus. Deutlichere Zuwächse
dass im Prognosezeitraum keine nennenswer- werden für die Boden-Klima-Räume Westfäli-
ten Änderungen im künftigen Winterweizen- sche Bucht, Nördlicher Kreis Minden-Lübbecke,
ertrag auftreten. Rheinland/Südliches Münsterland und Sauer-
land prognostiziert. Die Prognosen des dynami-
Wird die bessere Kohlendioxidverfügbarkeit in schen Klimamodells liegen etwas unter denen
den Simulationsrechnungen berücksichtigt, so des statistischen Modells. Eine Ausnahme ist
Winterweizen
Teutoburger Wald /
Abbildung 12:
Eggegebirge /
Tecklenburger Land
Mittlere relative
Veränderungen der
Winterweizener- Westfälische Bucht
träge im Zeitraum
2021 bis 2050 im Wiehengebirge
Vergleich zum Refe-
Nördlicher Kreis
Minden-Lübbecke
renzzeitraum 1971
bis 2000, Klima-
szenarien „A1B“ und Ost-Westfalen /
Bergisches Land
„B1“, ohne und mit
Rheinland /
Südliches Münsterland
Berücksichtigung
der Erhöhung der
Köln-Aachener Bucht
atmosphärischen
Kohlendioxidkon-
Sauerland
zentration.
Oben: Klimamodell
WettReg. Unten: Eifel
Klimamodell CLM.
(Quelle: Burkhardt
und Gaiser 2010)
Winterweizen
Teutoburger Wald /
Eggegebirge /
Tecklenburger Land
Westfälische Bucht
Wiehengebirge
Nördlicher Kreis
Minden-Lübbecke
Ost-Westfalen /
Bergisches Land
Rheinland /
Südliches Münsterland
Köln-Aachener Bucht
Sauerland
Eifel22 Ergebnisse
das Sauerland, wo im dynamischen Modell mit Südliches Münsterland. Ein Teil der errechneten
16 Prozent die höchste Ertragssteigerung für Ergebnisse lässt sich durch die unterschiedli-
Winterweizen im „B1“-Szenario überhaupt er- chen Modellannahmen erklären. Von Bedeu-
rechnet wurde. tung für die Ertragsergebnisse waren außerdem
die simulierte steigende Kohlendioxidkonzen-
Die Ergebnisse des Emissionsszenarios „A1B“ tration der Atmosphäre und der simulierte Tem-
(wärmer, höhere atmosphärische Kohlendioxid- peraturanstieg.
konzentrationen) prognostizieren für alle BKR
nennenswerte Zuwächse der Winterweizener- Die auf der Basis des statistischen Klimamo-
träge von etwa zehn bis über 20 Prozent. Neue dells (WettReg) errechneten Veränderungen
Erkenntnisse zur Übertragung der Ergebnisse der Silomaiserträge im Prognosezeitraum
aus dem Versuchsanbau in die Praxis und deren (Abb.13) bewegen sich im einstelligen Prozent-
Berücksichtigung in Modellrechnungen können bereich (bis zu zehn Prozent Zuwachs in der
zu anderen Ergebnissen führen. Trotzdem er- Eifel), wenn die Kohlendioxiddüngung außer
scheint ein (dann weniger intensiver) Ertragszu- Acht gelassen wird. Vier von neun Boden-Klima-
wachs wahrscheinlich. Räumen könnten nach den Modellergebnissen
geringfügige, statistisch nicht abgesicherte
Wintergerste, Wintergerste, Triticale und Winterraps zeigen Ertragseinbußen erleiden. Die auf Grundlage
Triticale und ähnliche Verläufe. Vielfach stellen sich vor allem des dynamischen Klimamodells berechneten
Winterraps
in den Höhenlagen (z.B. Sauerland, Eifel) Ertragsänderungen sind ähnlich, allerdings sind
Ertragszuwächse ein. Wintergerste und Winter- die Effekte vor allem für die Eifel deutlich
raps werden vergleichsweise früh geerntet und schwächer. Wesentliche Ertragsminderungen
können von wärmeren Temperaturen profitie- durch die zugrunde gelegten zukünftigen Kli-
ren, ohne die heißeren und relativ trockeneren mabedingungen sind danach für Silomais nicht
Sommermonate für Wachstum und Reife zu zu erwarten.
benötigen.
Die Simulationsrechnungen für Körnermais
Sommerkulturen ergeben ein ähnliches Bild. Zuckerrüben und
Silo- und Die Ertragserwartungen für Silo- und Körner- Kartoffeln werden, wenn lediglich der Tempera-
Körnermais mais wurden für das gesamte Gebiet Nord- turanstieg berücksichtigt wird, mit Änderungen
rhein-Westfalens simuliert; Kartoffeln und Zu- im einstelligen Prozentbereich prognostiziert
ckerrüben aufgrund ihrer besonderen (in der Nähe der Relevanzschwelle).
regionalen Bedeutung nur für die Boden-Klima-
Räume Köln-Aachener Bucht und Rheinland/
Teutoburger Wald /
Abbildung 13:
Eggegebirge /
Tecklenburger Land
Mittlere relative
Veränderungen der
Silomaiserträge im Westfälische Bucht
Zeitraum 2021 bis
2050 im Vergleich Wiehengebirge
zum Referenzzeit-
Nördlicher Kreis
Minden-Lübbecke
raum 1971 bis 2000,
Klimaszenarien
Ost-Westfalen /
Bergisches Land
„A1B“ und „B1“,
simuliert mit dem
Rheinland /
Südliches Münsterland
Klimamodell Wett-
Reg, mit und ohne
Berücksichtigung Köln-Aachener Bucht
der Erhöhung der
atmosphärischen Sauerland
Kohlendioxidkon-
zentration. Eifel
(Quelle: Burkhardt
und Gaiser 2010)Ergebnisse 23
Unter Berücksichtigung der Kohlendioxiddün- Wie wird sich die Ertrags-
gung und der Klimadaten des statistischen
Modells ergeben sich für Silomais leichte sicherheit im Rahmen der
Ertragszuwächse im Rahmen des „A1B“-Emissi- erwarteten Klimabedingun-
onsszenarios in Teilen des Münsterlandes und
Ostwestfalens. Deutlichere Ertragszuwächse
gen ändern?
werden mit dem dynamischen Modell als
Grundlage simuliert. Extremereignisse wie Starkregen, Stürme oder
Hagel können lokal zu erheblichen Ertragsein-
Mit dem Emissionsszenario „B1“ ergeben sich bußen bis hin zu einem Totalverlust der Ernte
in den Simulationsrechnungen Ertragszu- führen. Obwohl sie bei kleinräumiger Betrach-
wächse von bis zu acht Prozent. Das wärmere tung ein wesentlicher Faktor für die Ertragssi-
und durch bessere Kohlendioxidversorgung cherheit sind, konnten Extremereignisse nicht
gekennzeichnete Emissionsszenario „A1B“ wird berücksichtigt werden. Die Modellsimulationen,
mit bis zu 13 Prozent Ertragszuwächsen simu- welche Mittelwerte über 30-jährige Beobach-
liert. Ähnlich, wenn auch mit geringeren tungszeiträume ausgeben, differenzieren derart
Schwankungen, stellen sich die Ergebnisse für kleinräumige und kurzzeitige Ereignisse nicht.
Körnermais dar.
Die bisherigen Ausführungen legen nahe, dass
Zuckerrüben Zuckerrüben und Kartoffeln können im Ver- ein Temperaturanstieg grundsätzlich positive
und Kartoffeln gleich zu früheren Erntejahren durch die Koh- Auswirkungen für die Pflanzenproduktion hat.
lendioxiddüngung etwas höhere Erträge reali- Phasen mit extremen Sommertemperaturen
sieren. Nach dem dynamischen Modell sind können allerdings für Pflanzen Stress bedeuten
Ertragszuwächse vor allem in der Köln-Aache- und deren Vitalität einschränken. In Verbindung
ner Bucht zu erwarten. Die errechneten Ergeb- mit Trockenheit kann dies dann gegebenenfalls
nisse schwanken um die statistisch absicher- den Ertrag erheblich beeinträchtigen. Die
bare Größenordnung (ca. fünf Prozent). Wahrscheinlichkeit von Extremperioden wie
dem Sommer 2003 oder dem April 2007 wird
Nach dem statistischen Modell weisen die bei- von den Modellen zwar ebenfalls simuliert,
den Boden-Klima-Räume Rheinland/Südliches lässt sich aber nicht einem bestimmten Jahr
Viel zu buddeln: Münsterland und Köln-Aachener Bucht lediglich zuordnen.
Die Kartoffelerträge im Emissionsszenario „A1B“ Zuwächse über
werden durch die fünf Prozent auf (zwischen acht und zehn Erwartet wird zudem eine Zunahme von Nieder-
CO2-Düngung
Prozent). schlagsextremen auch in den eher trockener si-
voraussichtlich
mulierten Sommermonaten auf Kosten der ty-
steigen.
pischen sommerlichen Landregen. Sowohl die
Häufigkeit als auch die Niederschlagsmenge
einzelner Ereignisse wie Gewitter, Starkregen
oder Hagel werden künftig zunehmen. Mit wei-
teren Extremereignissen wie Überschwemmun-
gen, Dürren, starken Gewittern oder Stürmen
ist zu rechnen. Welchen Einfluss Extremereig-
nissen auf die Ertragssicherheit haben, kann je-
doch an dieser Stelle nicht quantifiziert werden.
Deshalb ist davon auszugehen, dass die Mo-
delle die Ertragsschwankungen unterschätzen.
Als Maß für die Ertragssicherheit im Prognose-
zeitraum wurde das Ausmaß der Abweichungen
der Einzelergebnisse vom über den gesamten
Projektionszeitraum gebildeten Mittelwert he-
rangezogen. Die Schwankungen realer Ernten
lagen im einstelligen Prozentbereich bis zirka
acht Prozent für das statistische und bis zwölf
Prozent für das dynamische Modell. Diese24 Ergebnisse
Abbildung 14:
Streubreiten der
Winterweizen-
erträge als
Hinweis auf die
Ertragssicherheit im
Zeitraum 2021 bis
2050 im Vergleich
zum Referenzzeit-
raum 1971 bis 2000
nach Klimaszena-
rien „A1B“ und „B1“,
Klimamodell Wett-
Reg mit Erhöhung
der atmosphäri-
schen Kohlendioxid-
konzentration.
(Quelle: Burkhardt
und Gaiser 2010)
Streubreiten der realen Ergebnisse früherer schen Projektionen und führen zu geringeren
Jahre können zur Einschätzung der Simulati- Veränderungen in der Ertragsstabilität bei den
onsergebnisse für den Zeitraum 2021 bis 2050 Simulationsrechnungen mit den Klimadaten
herangezogen werden. Die Unterschiede in den aus dem dynamischen Regionalmodell.
Simulationsergebnissen des Prognosezeit-
raums gehen vor allem auf die unterschiedlich Sommerkulturen
simulierten Sommerniederschläge zurück. Die Entwicklungen bei den Sommerkulturen
werden am Beispiel des Silomaises gezeigt. Die-
Winterkulturen ser weist in den beiden Szenarien keine klare
Die Darstellung der Winterkulturen erfolgt bei- Tendenz auf. Silomais wies schon bei den Simu-
spielhaft anhand des Winterweizens (siehe lationen der Messwerte 2000 bis 2008 eine
Abb. 14). Die Modellrechnungen mit Daten aus größere Streuung (bis zu 16 Prozent) als Win-
dem statistischen Modell geben für Winterwei- terweizen auf. Die Streuung steigt während des
zen die größeren Streuungen in den Jahren Prognosezeitraums im Emissionsszenario „B1“
2021 bis 2050 aus. Für das Emissionsszenario des statistischen Klimamodells weiter an.
„B1“ errechneten die Simulationsläufe einen
Anstieg auf bis zu 9,8 Prozent und für „A1B“ auf Die Simulationen des Silomaises in den dyna-
bis zu elf Prozent. mischen Rechnungen zeigen tendenziell eine
Verringerung des Ertragsrisikos im Mittel der
Die Streuung der Ergebnisse realer Ernten (Si- Jahre 2021 bis 2050. Die im dynamischen Mo-
mulation vergangener Jahre) liegt mit sechs bis dell gegenüber dem statistischen Modell simu-
zwölf Prozent für dynamisch gewonnene Klima- lierten höheren Sommerniederschläge können
daten etwas höher als in den Modellrechnungen für Silomais in fast allen Boden-Klima-Räumen
mit statistisch simulierten Klimadaten (vier bis günstigere Wachstumsbedingungen schaffen,
Eifel muss mit sieben Prozent). Künftig nennenswert stei- welche das Ertragsrisiko mindern. Dieses Er-
steigenden Ertrags- gende Ertragsunsicherheiten wurden in den gebnis stellte sich ähnlich auch bei Winterwei-
unsicherheiten
Simulationen nur für den Boden-Klima-Raum zen ein (s. vorheriges Kapitel).
rechnen
Eifel gefunden.
Die beiden Modelle bewerten den Einfluss der
Sommerniederschläge unterschiedlich. Die von
dem statistischen Modell ausgegebenen mögli-
chen Trockenphasen, vor allem während der
Kornfüllungsphase, entfallen in den dynami-Sie können auch lesen
