(per) Fünf der wichtigsten Nutzpflanzen des Menschen – Weizen, Reis, Hirse, Mais und Soja – profitieren nicht in dem bisher angenommenen Ausmass vom künftigen CO2-Überschuss in der Atmosphäre. Das zeigt eine neue Studie mit ETH-Beteiligung, die heute im Fachmagazin "Science" (1) veröffentlicht wurde.

Zum ersten Mal testeten Forscher unter Freilandbedingungen, wie verschiedene Nutzpflanzen auf erhöhte CO2-Konzentrationen reagieren. Die Konzentration des Treibhausgases in den Freilandversuchen entsprach den im Jahr 2050 erwarteten Wert. Die Forscher untersuchten den Ernteertrag, die gesamte Biomasse der Pflanzen und die Effekte auf die Photosynthese.

Der Vergleich zeigt, dass die Nutzpflanzen um bis zur Hälfte weniger Ertrag produzieren, als bisherige Gewächshaus- und zu kleine Feldversuchsanlagen voraussagten. Auch die Photosynthese-Rate entsprach nicht den modellierten Werten. Sie betrug zum Teil nur ein gutes Drittel der Erwartungen. Der CO2-Düngeeffekt ist insbesondere für Reis, Weizen und Soja viel kleiner als angenommen. Wenig bis keinen Effekt hatte die erhöhte CO2-Konzentration auf die Erträge von Mais und Hirse. Diese beiden Pflanzen haben einen anderen Stoffwechsel als Reis oder Weizen.

Keine Kompensation in den Tropen

Die Autoren der neuen Studie warnen davor, dass die weltweite Nahrungsmittelversorgung ohne eine Änderung der Produktionsstrategien bedroht sein könnte. Die Felddaten lassen sie zweifeln, ob die erhöhte CO2-Konzentration der Zukunft die zu erwartenden Ertragsabnahmen kompensieren kann. Bisher ist die Wissenschaft davon ausgegangen, dass Pflanzen im zukünftigen Klima vor allem in den Tropen unter höheren Temperaturen und trockeneren Böden weniger Ertrag erbringen, den Verlust aber durch den Düngeeffekt erhöhter CO2-Konzentration wettmachen können. Diese Modellrechnungen, die zum Teil aus den 80er Jahren stammen, sind unter anderem auch in den dritten Bericht des IGPCC für politische Entscheidungsträger eingeflossen.

Für diese neue Studie zogen die amerikanischen Wissenschaftler zu ihren eigenen Untersuchungen an Soja die Resultate von fünf anderen Lokalitäten aus gemässigten Breiten hinzu, darunter auch Daten von Langzeit-Versuchen, die ETH-Professor Josef Nösberger vom Institut für Pflanzenwissenschaften in Eschikon durchführte. Der zehnjährige Freilandversuch mit einem erhöhten CO2-Angebot zeigte, dass viele Wechselwirkungen zwischen der CO2-Konzentration der Atmosphäre, den Pflanzen und den Prozessen im Boden die Auswirkungen des CO2-Anstiegs bestimmen. "Diese ökologischen Prozesse verlaufen teilweise sehr langsam. Für realitätsnahe Modelle über die Auswirkungen des CO2-Anstieges auf die Nahrungsmittelproduktion sind noch viele Freilandversuche mit unterschiedlichen Wachstumsbedingungen nötig", sagt Nösberger.

Neue Technik ermöglicht Freiland-Grossversuch

Für ihre Versuche verwendeten die Wissenschaftler eine spezielle Begasungs-Technik, um unter Freilandbedingungen grossflächig die CO2-Konzentration auf den prognostizierten Wert von 2050 anzureichern ohne das Mikroklima in den Pflanzenbeständen zu beeinflussen. Zur Zeit liegt die CO2-Konzentration bei 380 ppm und steigt laut Klima-Prognosen bis Mitte dieses Jahrhunderts auf 550 ppm.