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08.04.2021

Getreideanbau im Klimawandel I: Ertragsbildung bei Trockenheit und Hitze

Getreideanbau im Klimawandel I: Ertragsbildung bei Trockenheit und Hitze

Anke Boenisch

Anbautipps für die Praxis

Themen

Ackerbau Getreide Pflanzen Nachhaltige Landwirtschaft

Nach drei Jahren mit neuen Wärmerekorden und Trockenstress gehören herkömmliche Anbaukonzepte auf den Prüfstand. Auf was müssen wir uns einstellen, wie können wir reagieren?

In diesem Beitrag wird die Ertragsbildung unter verschiedenen Witterungskonstellationen untersucht. Dies geschieht exemplarisch für die Fruchtart Weizen: wegen ihrer hohen Anbaubedeutung, ihrer komplexen Umwelt-Interaktion sowie der guten Datenlage. Weitere Beiträge beschäftigen sich mit den Konsequenzen hinsichtlich Sortenwahl, Produktionstechnik und Fruchtfolge.

 

Klimawandel beeinflusst die Ertragsbildung vielschichtig

Das gilt zunächst für die Temperatur, deren Jahresmittel stieg langjährig bereits um 1,5 °C:

  • Mit kürzerer Winterruhe verlängert sich die Bestockungsphase, die Bestände drohen zu überwachsen.

  • Warme Winter enthärten Getreide, schon mäßige Kälterückschläge führen dann zu Auswinterungen.

  • Die Vernalisation – ideal sind wenigstens sechs Wochen mit 1–8 °C Tagesmittel – ist in sehr milden Wintern wie 2008 und 2019 evtl. knapp. Daraus folgt eine verzögerte generative Entwicklung mit labiler Kornausbildung.

  • Die Entwicklung ab Schossen beschleunigt sich. Eine kürzere Ährendifferenzierung und vor allem Kornfüllung begrenzen das Ertragspotenzial und beeinträchtigen die Kornqualität.

  • Das gilt verstärkt bei Hitzetagen mit Tagesmitteltemperaturen über 30 °C. Diese verstärken den Strahlungs- und Dürrestress und beschleunigen die Seneszenz bis hin zur Notreife.

  • Allgemein profitieren heimische Getreidearten, anders als C4-Pflanzen, nicht von einem steigenden Temperatur- und Strahlungsangebot, ertragsbegrenzend ist vielmehr die CO2-Konzentration. Die Dunkelatmung steigt hingegen proportional zur Temperatur: „Tropennächte“ verringern deshalb den Bilanzüberschuss der Photosynthese.

 

Mehr noch als steigende Temperaturen fürchten Getreideanbauer nach den Erfahrungen der letzten Jahren Dürreschäden infolge wochenlang verharrender Hochs, vermutlich eine Folge der besonders schnellen Erwärmung der Arktis. Je nach dem zeitlichen Auftreten wirken sich diese Dürrephasen unterschiedlich aus, wobei Getreide hier im Vergleich zu anderen Früchten eher Vorteile besitzt.

  • Frühe Dürrephasen während der Bestandesetablierung verringern zwar das Ertragspotenzial. Dank vielfältiger Kompensationsmöglichkeiten der Pflanze sind damit jedoch nicht unbedingt Missernten verbunden.

  • Trockenstress zur Schossphase verstärkt die natürliche Reduktion der Nebentriebe sowie der Ährchen- und Blütchenanlagen. Damit verringert sich zwar das Ertragspotenzial, jedoch auch die Konkurrenz der verbleibenden Kornanlagen um die Assimilate.

  • Anders als etwa bei Mais oder Leguminosen ist die Befruchtung bei Getreide selbst bei extremer Dürre sichergestellt – Totalausfälle sind von daher nicht zu befürchten.

  • Späterer Dürrestress nach Einsetzen der Kornfüllung verringert über eine schwächere Kornausbildung den Ertrag. Allerdings stammt ein Großteil der dafür nötigen Assimilate aus Umlagerungsvorgängen, eine TKM über 40 g bei Weizen ist damit fast schon garantiert.

 

Getreide „kann“ Trockenstress

Getreide ist also Trockenstress nicht wehrlos ausgeliefert. Seine frühen Kulturformen wurden im „Fruchtbaren Halbmond“ Vorderasiens domestiziert. Sie sind damit in ihrer Ertragsbildung von Natur aus gut an winterfeuchte Klimate mit trockenem Frühjahr und Frühsommer angepasst. Physiologischer Hintergrund hierfür ist die große Plastizität der Ertragsbildung bei den Anlage- und mehr noch den Reduktionsprozessen. Das beginnt mit dem Feldaufgang, gefolgt von der Bestockung sowie der späteren Reduktion überzähliger Triebe je nach Witterungsverlauf. Während der „Großen Periode“ in EC 32 – 37 reagiert der Getreidebestand auch über die Reduktion der bis dahin angelegten Ährchen und Blütchen auf die Wachstumsbedingungen. Nach Abschluss des Systemwachstums und der Blüte setzt sich die Nachjustierung des Ertragspotenzials mit der Abstoßung überflüssiger Kornanlagen in Abhängigkeit vom Wasser- und Nährstoffangebot fort. Diese Abstoßungsvorgänge sind in ihrer Funktion vergleichbar mit dem „Junifall“ der Obstbäume, vor allem in trockenen Jahren. Überflüssige Früchte werden rechtzeitig abgeworfen, damit sich die verbleibenden zu süßen Leckerbissen für die weitere Verbreitung entwickeln können. Sicherheit geht vor! Durchgesetzt haben sich während der Evolution, Domestikation und schließlich Züchtung der Kulturpflanzen nicht die Genotypen mit den meisten Ertragsanlagen, sondern es haben sich die mit den meisten Nachkommen – also gut ausgebildeten Körnern – durchgesetzt.

Dabei besitzt Weizen wie auch die anderen Getreidearten enorme Sicherheitsreserven: So schossen von 1.200 Bestockungstrieben vielleicht 800, von denen am Ende 550 Ähren tragen. Aus 100 Blütchen je Ähre werden am Ende 46 Körner, statt 50.000 Kümmerkörnern je m² wachsen 20.000 voll ausgebildete! Ertragsphysiologen erklären diesen Selektionsvorgang innerhalb der Pflanze mit Source/Sink-Prozessen, den Nährstoffströmen von den Blättern und Zwischenspeichern zu den Bedarfsorten.

Das Wettsaugen um die knappen Assimilate gewinnen dabei i. d. R. die älteren Triebe und Kornanlagen, die näher „am Saft“ sitzen. Das gilt für die Bestockungstriebe 1. Ordnung ebenso wie für die zuerst abblühenden Ährchen im mittleren Spindelbereich und dort für die zuerst befruchteten Blütchen, aus denen die besonders gut ausgebildeten „Außenkörner“ hervorgehen.

 

Ertragsstruktur und Jahreswitterung

In Tab. 1 ist die Ertragsstruktur des Winterweizens über neun Vegetationsjahre dokumentiert. Dabei sind die bundesweiten Mittelwerte der Witterung für das intuitive Verständnis nach den entsprechenden Klimazonen benannt*:

  • Trockene Witterung: arid = trockenheiß mediterran = trockenwarm boreal = trockenkalt

  • Feuchte Witterung: ozeanisch = feuchtkühl humid = feuchtwarm tropisch = feuchtheiß

Deutschlandweit und monatlich gemittelt egalisieren sich die Witterungsausschläge. Kleinräumig sind sie selbstverständlich extremer und wirken sich vor allem auf weniger günstigen Standorten ertraglich stärker aus als auf den hier analysierten gut bonitierten Wertprüfungsstandorten. Weil diese über die Prüfjahre wechseln, ebenso wie die Prüfkandidaten, beziehen sich die Jahresvergleiche für eine bessere Datenbalance auf drei Vergleichssorten und sieben Prüforte:

• 2019 (geringere Datenbasis)

Bei trockenheitsbedingt verspätetem Feldaufgang und schwacher Vernalisation kam es zu eher spät angelegten, labilen Bestockungstrieben mit stärkerer Reduktion. Trotz daraus resultierender sehr guter Einkörnung nach einem kühlfeuchten Mai fielen die Erträge am Ende aufgrund schwacher Kornausbildung infolge Hitzestress und tropisch warmer Nächte ab.

• 2018

Nach staunassem Herbst und feuchtwarmem Winter etablierten sich unterdurchschnittliche Bestandesdichten, die nach viermonatiger Trockenheit nur teilweise durch eine höhere Einkörnung im Juni kompensiert wurden. Auf typischen Weizenstandorten wurden trotz extrem früher Abreife bei mittlerer Kornausbildung häufig noch akzeptable Erträge erreicht. Auf schwächeren Standorten hingegen fielen die TKMs bis auf 40 g ab.

• 2017, 2016

Nach eher trockener Witterung zur Jugend auf Standorten ohne Auswinterung wurden in der Summe sehr hohe Korndichten bei knapp 23.000 Körner/m² ermittelt. Diese korrespondierten über die Einzelversuche eng mit hohen Kornerträgen bei eher knapper TKM.

• 2015

Nach einem sehr wüchsigen Herbst fielen die Bestandesdichten sehr hoch aus, häufig überzogene Triebdichten beeinträchtigten die Kornzahl je Ähre. Die geringe Einkörnung ermöglichte jedoch eine optimale Versorgung der Kornanlagen und damit hohe Erträge trotz des trockenen Sommers.

• 2014

Nach einem sehr wüchsigen Herbst und sehr warmen

Winter wurden Spitzenerträge bei hohen Bestandesdichten und gleichzeitig guter Einkörnung erreicht. Bei sehr hohen Korndichten um 24.000 Körner/m² ermöglichten der sonnige Juni und feuchtwarme Juli auch noch gute Tausendkorngewichte und damit Spitzenerträge!

• 2013

Die normale Jugendentwicklung in Verbindung mit einem kühlfeuchten Mai führte zu hohen Erträgen über eine sehr ausgeglichene Ertragsstruktur. Ertragsrelevant in den Einzelversuchen waren vor allem die stark schwankenden TKMs nach einem sehr heißen, trockenen Juli.

• 2012

Ertragsentscheidend waren vor allem Unterschiede in der Bestandesdichte nach regionalen Auswinterungen. Die sehr hohen Erträge basierten i. d. R. auf sehr hohen Einzelährenleistungen, begünstigt durch die ergiebigen Juniniederschläge nach einem eher trockenen Mai.

• 2011

Eine extreme Frühjahrsdürre nach einem bereits trockenem Herbst führte zu den wohl dünnsten Getreidebeständen der letzten Jahrzehnte. Trotzdem hielten sich die Ertragsverluste auf den besseren Standorten in Grenzen: Die geringe Triebkonkurrenz gestattete die Entwicklung vieler Körner, die normalen Juni- und hohen Juliniederschläge eine Spitzen-TKM.

Ein mäßig wärmeres und trockeneres Klima ist der Ertragsbildung des Weizens und noch mehr der anspruchsloseren Wintergetreidearten also nicht unbedingt abträglich. Allerdings steigen mit der Verschiebung von „gemäßigtem“ zu „mediterranem“ Klima die Risiken für Hitze- und Dürrestress in Mitteleuropa beträchtlich. Die Ertragsstruktur in den auch in Abb. 2b herangezogenen Stressstandorten der Jahre 2018 und 2019 zeigte, dass die zunehmende Frühjahrstrockenheit der letzten Jahre vor allem die Bestandesdichte limitiert. Umso wichtiger werden zukünftig stabilere Einzelährenerträge, das zeigt die Korrelationsanalyse im nächsten Abschnitt.

 

Kornzahl je Ähre – der wichtigste Kompensationsfaktor

Die Beziehung der Ertragsfaktoren zueinander und zum Kornertrag ist in Abb. 2a dargestellt, Maßzahl ist der Korrelationskoeffizient r. Dieser beschreibt die Stärke des Zusammenhangs zwischen den Merkmalen und kann Werte von -1 bis +1 einnehmen. Bei multifaktoriell bestimmten Merkmalen kann man ab r = 0,1 von einem geringen, ab r = 0,3 von einem mittleren und ab r = 0,5 von einem stärkeren Zusammenhang sprechen. Kausalität ist daraus dann abzuleiten, wenn die Merkmale nicht durch einen dritten Faktor beeinflusst werden.

Im Mittel aller Umwelten und Sorten über neun Jahre zeigt die Kornzahl/Ähre mit einem Korrelationskoeffizienten r von 0,24 die größte Korrelation zum Kornertrag, gefolgt von Tausendkornmasse (r = 0,21) und Bestandesdichte (r = 0,18). Auffallend ist die stark negative Beziehung letzterer zur Kornzahl je Ähre (r = -0,76!). Das bedeutet umgekehrt allerdings auch, dass mit geringerer Bestandesdichte – und damit abnehmender Triebkonkurrenz – die Kornzahl je Ähre steigt, weil mehr Körner versorgt werden können. Die Regressionsfaktoren in der Gleichung erklären den Ertragsbezug: Fällt die Bestandesdichte z. B. um 50 Ähren/m² ab, fehlen im langjährigen Mittel 7,8 dt/ha Korn. Die notwendige Kompensation über 3,4 Körner/Ähre ist dreimal wahrscheinlicher (r = -0,76 zu -0,25) als der dafür nötige TKM-Zuwachs von 3,8 g **)!

Das gilt erst recht bei Trockenheit und Hitze: Gerade dann ist die Kornzahl je Ähre die entscheidende Kompensationsgröße, um den Ertrag zu stabilisieren. Zu belegen ist das mit der Darstellung 2b, die Versuche mit vergleichsweise geringeren Parzellenerträgen der Trockenjahre 2018 und 2019***) zusammenfasst. Dort ist der Einfluss der Einkörnung auf den Kornertrag mit einem r von 0,46 fast zweimal stärker als im neunjährigen Mittel. Auch die Kornausbildung wird wichtiger für die Ertragsbildung. Dagegen fällt die Korrelation der Bestandesdichte zum Kornertrag auf nahe Null! Diese Verschiebungen könnten zu einem kleinen Teil auch auf die genetische Drift der Prüfsortimente zurückzuführen sein: Forschungsprojekte zum Zuchtfortschritt belegen immer wieder, dass neuere Sorten besser bzw. stabiler einkörnen!

 

Zwischenergebnis

Die letzten Jahre haben gezeigt, dass sich der Getreideanbau neben der klassischen Frühsommertrockenheit nun auch noch auf häufigeren Trockenstress im Frühjahr einstellen muss. Für beides, ebenso für die steigenden Temperaturen und häufigeren Hitzetage, gibt es Anpassungsstrategien. Entscheidend sind Anbauverfahren, die die Kompensationsmöglichkeiten der Pflanze unterstützen, angefangen bei der Sortenwahl. Mehr dazu in der nächsten praxisnah.

 

Sven Böse

 Dieser Beitrag erschien erstmalig in der Fachzeitschrift praxisnah (alle Ausgaben bis 1999 kostenfrei abrufbar unter www.praxisnah.de)

 

*) Erläuterungen zu den Witterungs- und Wertprüfungsdaten finden sich in der digitalen Fassung des Beitrages unter www.praxisnah.de/202041

**) Abgeleitet aus den Steigungen der Regressionsformel in Abb. 2: 50 /Ähren/m² x 0,16  = 7,8 (dt/ha Korn); 7,8: 2,31 = 3,4 (Kö/Ähre); 7,8: 2,07 = 3,8 (g TKM)

 ***) Parzellenerträge 67 bis 99 dt/ha: Dachwig, Giebelstadt, Kerpen-Buir, Magdeburg, Ostinghausen, Poppenburg, Rauisch-Holzhausen, St. Johann, Veinau