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Landwirtschaft
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Nutzpflanzen
Extremwetterereignisse, seien sie mit El Nino verbunden oder mit irgendeinem anderen großräumigen Klimafaktor oder einfach nur eine zufällige Laune des lokalen Klimas, haben nachteilige Auswirkungen auf die Erträge von Nutzpflanzen. Solche Auswirkungen können direkter oder indirekter Natur sein oder auch beides.
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Hohe Temperaturen können sich unmittelbar auswirken. Sie erhöhen den Wasserbedarf der Pflanze, da sie die Verdunstung aus dem Boden und aus der Pflanze selbst erhöhen. Letzterer Prozess wird als Evapotranspiration bezeichnet. Zudem steigt die Fähigkeit der Atmosphäre, Wasser aufzunehmen, mit der Temperatur.
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1. Energieaustausch zwischen Vegetation und Atmosphäre.
nach Piker et al
Die Abbildung zeigt, dass die Vegetation auf der Erde kein isoliertes Element ist. Sie steht in Wechselwirkung mit der sie umgebenden Luft, somit also mit der Atmosphäre. Sie nimmt Energie auf und sie gibt einen Teil dieser Energie wieder ab, als latente Wärme (= indirekt gespeicherte Wärme) oder durch Evapotranspiration.
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Hohe Temperaturen können sich aber auch indirekt auswirken. Sie beschleunigen den Abbau organischen Materials im Boden. Der Boden verarmt daran und hiermit sinkt seine Aufnahmefähigkeit für Wasser. Dies führt zu zusätzlichem Wasserstress für die Pflanze.
Pflanzen sind gerade in der Frühphase ihrer Entwicklung besonders empfindlich gegenüber Extremwetterereignissen. Sowohl die direkten als auch die indirekten Auswirkungen reduzieren die Erträge.
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Werden die optimalen Temperaturwerte für eine Pflanze in einer bestimmten Region überschritten, so zeigt die Pflanze Stressreaktionen, die sich in Form sinkender Erträge auswirken. Die Optimaltemperatur ist je nach Nutzpflanzenart verschieden.
Die meisten Kulturpflanzen sind empfindlich gegenüber Hitzeperioden. Luftwerte zwischen 45 und 55°C, die über mehr als 30 min anhalten, schädigen die Blätter in nahezu jeder Umgebung; auch niedrigere Temperaturen (35-40°C) können schädigend sein, wenn sie länger anhalten. Temperaturen von mehr als 36°C führen z.B. dazu, dass die Pollen von Mais ihre Entwicklungsfähigkeit verlieren. Schon bei 20°C wird bei der Kartoffel die Bildung der Knollen unterdrückt.
Die Anfälligkeit der Pflanze gegenüber Schädigungen durch hohe Temperaturen hängt vom Entwicklungsstadium ab. Hohe Temperaturen während der Reproduktionsphase sind besonders schädigend - zum Beispiel bei Mais, während der Ausbildung der Quaste, bei Sojabohnen, während der Blüte und beim Weizen, bei der Ausbildung der Körner. Die Sojabohne scheint eine besondere Fähigkeit zu haben, sich von Hitzestress wieder zu erholen, vielleicht weil sie kontinuierlich wächst.
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Niederschlag
Niederschlag ist die primäre Quelle für die Feuchte des Bodens. Er ist wahrscheinlich der wichtigste Faktor für die Produktivität der Pflanzen überhaupt. Globale Klimamodelle sagen im weltweiten Mittel ein Ansteigen des Niederschlages voraus. Allerdings sagen sie auch Änderungen in der Verteilung der hydrologischen Verhältnisse voraus. An vielen Orten wird es trockener oder nasser. Durch den Klimawandel kann sich auch der gesamte saisonale Niederschlag wandeln. Der Wasserhaushalt der Pflanzen ist anfällig für einen Anstieg der Verdunstung durch die Pflanze selbst (Evapotranspiration) sowohl im Tagesgang als auch im saisonalen Muster. Die Evapotranspiration kann durch höhere Temperatur, trockenere Luft oder windigere Bedingungen erhöht werden.
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2. von hoher Feuchte betroffener Mais
Harold Kaufman, TAEX, 1996
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Einer Dürre gleichende Bedingungen können sich auch als Konsequenz von weniger Schneefall einstellen und durch eine frühere Schneeschmelze. In trockenen Regionen kann hierdurch der Schmelzwasserabfluss über die Flüsse reduziert werden und damit die Versorgung für die Bewässerung während der Wachstumsperiode. Perioden hoher Luftfeuchte, Frost und Hagel haben ebenfalls einen Einfluss auf die Qualität der Früchte und Gemüse (im besonderen bei Mais und anderen Getreidearten).
Die Erträge von Nutzpflanzen leiden besonders unter Trockenperioden, die mit kritischen Entwicklungsstadien zusammenfallen, wie z.B. die Phase der Fortpflanzung. Die meisten Getreidearten reagieren während der Blüte, Bestäubung und Fruchtentwicklung besonders empfindlich auf Wasserstress. Die Auswirkungen von Dürren können gemildert werden, wenn man schnellwachsende Kulturen früh pflanzt. Auch der kontrollierte Einsatz von Unkräutern und Brachzeiten kann helfen, die Feuchte im Boden zu halten.
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3. Messung der Bodenfeuchte durch Vergleich der Bodenfarbe mit einem Teststreifen.
Photo: USDA NRCS
Bitte Photo zum Vergrößern der Messskala anklicken! (100 K)
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Temperaturstress und Wasserstress sind oft parallel gehende Ereignisse, eines unterstützt das andere. Sie werden oft durch starke Sonnenstrahlung und kräftigen Wind gefördert. Sind Nutzpflanzen einer Trockenperiode ausgesetzt, so reduzieren sie ihre Transpiration. Folglich steigt die Temperatur in der Pflanze.
In sehr nassen Jahren kann andererseits der Ertrag gemindert werden, weil die Pflanzen von Wasser geflutet werden. Entweder steht so viel Wasser auf dem Feld, dass Pflanzen regelrecht ertrinken oder die Bodenfeuchte ist so hoch, dass die Wurzeln verfaulen. Nasse Jahre bringen auch einen Anstieg im Schädlingsbefall mit sich. Intensive Regenfälle können Jungpflanzen schädigen, da der Boden erodiert (z.B. weggeschwemmt wird). Wie groß der Schaden ist, hängt von der Dauer des Niederschlags oder der Überflutung ab, vom Wachstumsstadium der Pflanze und von der Luft- und Bodentemperatur.
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Tabelle 1. Einfluss von hoher Temperatur und Bodenfeuchte auf die wichtigsten Nutzpflanzen |
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Mais |
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- Temperaturen von mehr als 36°C führen bei Mais dazu, dass die Pollen ihre Entwicklungsfähigkeit verlieren.
- Mais ist sehr anfällig gegenüber einem Mangel an Bodenfeuchte.
- Er erträgt in nahezu keiner Wachstumsphase Überflutungen; die Auswirkung einer Überflutung ist temperaturabhängig. Ist die Pflanze weniger als 15 cm hoch, so führen 24 Stunden-Überflutung zu einem Ertragsverlust von etwa 18%, unabhängig von der Temperatur.
- Die stetige Anwesenheit von überschüssigem Wasser im Boden verursacht langfristige Probleme, durch zunehmende Verrottung oder durch Krankheiten (z.B. Hexenbesen, verursacht durch den Pilz: Sclerophthora macrospora) |
Hexenbesen © ETH Zürich
Dept. of Agriculture and Food Science | |
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Sojabohne |
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- Bodentemperaturen von mehr als 35°C während des Pflanzens führen zum Absterben des Setzlings. Die Planze ist sehr empfindlich gegenüber Temperaturen von mehr als 35°C in den ersten drei Wochen nach der Blüte. Sie hat eine ausgeprägte Gabe, sich zu anderen Zeiten vom Temperaturstress zu erholen.
- Sie ist anfällig gegenüber mangelnder Bodenfeuchte und Trockenperioden beim Pflanzen und auch in späteren Stadien.
- Die Bohne ist relativ tolerant gegenüber überschüssiger Bodenfeuchte. Wassergesättigte Böden erhöhen allerdings das Risiko, dass der Keimling von Krankheiten befallen wird, insbesondere bei Temperaturen über 32°C.
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Weizen |
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- Er ist während der Blüte, Befruchtung und der Fruchtentwicklung anfällig gegenüber Wasserstress.
- Überschüssige Bodenfeuchte führt zum Vollsaugen mit Wasser und erhöht das Risiko von Pilzbefall.
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Baumwolle |
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- Temperaturen von mehr als 40°C über mehr als sechs Stunden führen zu einem Abfallen der Baumwollbällchen.
- Baumwolle ist relativ tolerant gegenüber Temperaturen unter 40°C.
- Sie ist empfindlich gegenüber Mangel an Bodenfeuchte und Trockenperioden beim Pflanzen und während der Blüte und benötigt einen Mindestniederschlag von 500 mm Regen während der Wachstumszeit. (Typische Niederschlagsmengen in Deutschland liegen zwischen 500 und 1000 mm pro Jahr.)
- Zu starker Regen bei der Reife schädigt die Qualität der Pflanze. |
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About this page:
Author: Marta Moneo and Ana Iglesias- Universidad Politécnica de Madrid - España
1. Scientific reviewer: Alex de Sherbinin - CIESIN, Columbia University - USA
2. Scientific reviewer: Lily Parshall - Goddard Institute for space studies, Columbia University - USA
Educational reviewer: Emilio Sternfeld - Colegio Virgen de Mirasierra - España
Last update: 12/05/2004
translation: Elmar Uherek, MPI Chemistry, 04/11/2004
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