Pflanzliche Erzeugung im Klimawandel: Auswirkungen und ... · 2 7.11.2012 DAF Tagung KWS und ihre fundamentalen Geschäftsfaktoren 1-2 % durchschnittlicher Ertragsfortschritt pro

Pflanzliche Erzeugung im Klimawandel: Auswirkungen und Anpassungen aus Sicht der Pflanzenzüchtung

Dr. Léon Broers

KWS SAAT AG

2 DAF Tagung 7.11.2012

KWS und ihre fundamentalen Geschäftsfaktoren

1-2 % durchschnittlicher Ertragsfortschritt pro Jahr

Forschung & Entwicklung

• 127 Mio. € für Forschung & Entwicklung in 2011/2012 (13% vom Umsatz)

• 41% der KWS Mitarbeiter arbeiten im Bereich F&E

• Ø 300 neue Sortenzulassungen pro Jahr

3

Wo setzt die Pflanzenzüchtung an?

7.11.2012 DAF Tagung

KWS Züchtungsprogramme

Neue Sorten

Toleranzen ~ 10 Jahre

Ackerland pro Kopf (in ha)

1950 2000 2050(e)

0,5

0,3

0,2

Klimawandel

°C

Ernteverluste

4

Ziele der Pflanzenzüchtung

Steigerung des Ertragspotentials

Sicherung der Ertragsstabilität

Verbesserung der Qualität

Ressourceneffizienz


KWS Getreide Versuchsparzellen

5 7.11.2012

Klimawandel im 21. Jahrhundert

Klimawandel

Temperatur Extremereignisse CO2-Konzentration Wasser

DAF Tagung

6

Die Herausforderungen für die Pflanzenzüchtung...


7

….durch den Klimawandel werden komplexer


8 DAF Tagung 7.11.2012

Wahrscheinlichkeiten für lokale Klimaänderungen

Risiko lokaler Klimaänderungen global vorhanden.

Höchste Wahrscheinlichkeit in den Tropen und polnahen Bereichen.

Quelle: Williams et al., 2007

gering hoch

Veränderungswahrscheinlichkeit

Szenario 1 Temperaturanstieg

+2 bis +4 °C

Szenario 2 Temperaturanstieg

+1 bis +2 °C

9

CO2-Konzentration im 21. Jahrhundert

Die globale CO2-Konzentration

steigt an.

Seit der industriellen Revolution

(1760) hat der Gehalt

um 100 ppmv = 34 Prozent

zugenommen.

In allen Szenarien kommt es zur

weiteren deutlichen Zunahme

Szenario Zunahme bis 2100

Nr. 1 + 440 ppmv

Nr. 2 + 320 ppmv

Nr. 3 + 170 ppmv

2100 Konzentrationen mehr als

doppelt so hoch wie vor 1760

* millionstel Volumenanteile

DAF Tagung 7.11.2012

Effekt => Höhere Produktivität weil CO2 die Photosynthese effektiver macht

10

Temperaturen im 21. Jahrhundert

Globale Temperaturänderungen (Q

uelle:

IPCC, 2007)

in Erdbodennähe der Mittel 1961-1990 zu 2071-2100

Prognose:

globale Erwärmung bis 2100

um 2,5 bis 4,1 °C

Kontinente erwärmen sich schneller

als Ozeane

Arktis: 7 °C (stärkste Erwärmung!)

Naher Osten: 5 bis 6 °C

Europa & Nordamerika: 4 bis 5 °C

Ein Grad globale Erwärmung führt zu

einer Verschiebung der Klimazonen

und damit der Anbaugebiete um 100

bis 500 km polwärts.

-2

-1

0

1

2

3

4

5

1850

1900

1950

2000

2050

2100

+ 4,1 °C

+ 3,7 °C

+ 2,5 °C

(Quelle:

IPCC, 2007)

Mittlere Erderwärmung (in °C)

Erd

erw

ärm

ung (

in °

C)

Jahr

Nr. 3

Nr. 2

Nr. 1 Szenario

zum Mittel der Jahre 1961-1990

Szenario Nr. 2


11

Niederschläge im 21. Jahrhundert

Relative Niederschlagsänderung

Juli

Mais

Januar

der Mittel 1961-1990 zu 2071-2100* (in %)

Die globalen Niederschläge werden im

Mittel bis 2100 um 5 -7 % zunehmen*!

Saisonale Unterschiede (Gemäßigte Zone)

Winter: feuchter

(6 bis 30 % mehr Niederschlag)

Frühjahr und Sommer: trockener

(5 bis 30 % weniger Niederschlag)

Regionale Unterschiede

Subtropen & mediterraner Raum:

Abnahme der Niederschlagsmenge

Tropen & mittlere bis hohe geo-

graphische Breiten:

Zunahme der Niederschlagsmenge

Dauer der Trockenperioden nimmt zu (Quelle:

IPCC, 2007)


12

Anzahl der Extremereignisse nimmt zu

Quelle: © 2009 Münchener Rückversicherungs-Gesellschaft, GeoRisikoForschung, NatCatSERVICE Stand: Januar 2009

Klimatologische Ereignisse (Temperaturextreme,

Dürre, Waldbrand)

Hydrologische Ereignisse (Überschwemmung,

Massenbewegung)

Meteorologische Ereignisse

(Sturm)

200

400

600

800

1 000

1 200

1980 1982 1984 1986 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008

Alle Naturkatastrophen weltweit 1980 – 2008

An

zah

l


13

Züchtungs- und Vertriebsaktivitäten in über 70 Ländern

Züchtungsstationen

Prüforte zum Versuchsanbau

Weiterhin entscheidend: Züchtung vor Ort


14 DAF Tagung 7.11.2012

Mögliche Auswirkungen des Klimawandels……

• ….auf die Artenvielfalt

• Die Möglichkeit von Arten, Klimaverschiebungen zu folgen, sind

begrenzt.

• Die Fähigkeiten von Arten zu morphologischen und physiologischen

Adaptionen sind begrenzt.

Reduktion der Artenvielfalt

Verkleinerung von Genpools

• ….auf die Pflanzenproduktion

• Positive Effekte: “ CO2-Düngung“

• Negative Effekte: Stressbedingungen

Globale Abnahme

In gemäßigten Klimaten moderate Abnahme bis Zunahme

15

Angepasste Sorten


... können durch Pflanzenzüchtung kompensiert werden...

Temperaturanstieg Trockenheit Wind Neue Krankheiten Steigende CO2-Konzentration

Klimawandel

Hitzetoleranz

Trocken- toleranz,

Wassernutzungs- effizienz

Stand- festigkeit

Neue Resistenzen

Ertrags- steigerungen

Moderne Pflanzenzüchtung

16

...unter Beachtung der Erfolgsfaktoren für die Züchtung


Eigenschaft 3

Eigenschaft 1

Eigenschaft 2

Schaffung und Erhaltung einer ausreichenden genetischen Vielfalt für die Entwicklung neuer Sorten

Erfolgsfaktor 1: Genetische Vielfalt

17

Analyse des Phänoptyps


Verfügbarkeit effektiver phänotypische Instrumente, um die Vererbbarkeit der selektierten Eigenschaften sicherzustellen

Wie ist die Wurzelbildung? Wie ist Blatttemperatur ?

Erfolgsfaktor 2: Effektive phänotypische Instrumente

18

Angepasste Sorten

Grenzen klassischer Pflanzenzüchtung

Eingeschränkte Variabilität des Züchtungsmaterials (Kreuzung nur innerhalb einer Art)

Häufige Verknüpfung von erwünschten und unerwünschten Eigenschaften

Steigerung der Effizienz


Klassische Züchtung

&

Biotechnologie

Temperaturanstieg Trockenheit Wind Neue Krankheiten Steigende CO2-Konzentration

19

Methoden und Technologien in der Pflanzenzüchtung

Gentechnik

DNA-Diagnostik

Zell- und Gewebekultur

Kreuzung und Auslese

Hybridzüchtung

Genomanalyse

1856 1910 1940 1970 Heute

Biotechnologische Methoden sind heute essentiell für die Pflanzenzüchtung

Biotechnologie

Erfolgsfaktor 3: Offenheit für biotechnologische Methoden


20

Biotechnologie ermöglicht Erschließung enormer Potentiale Beispiel Winterrübe

Kälteunverträglichkeit begrenzt die Vegetationsdauer

(und Ertrag) und das Verarbeitungszeitfenster

Lösung: Winterrübe

Verlängerung der Vegetationszeit und

bessere Ausnutzung der Sonnenenergie

Herbstaussaat

Kältetoleranz

Steuerung der Blütezeit (kein Schossen)

30% Steigerung des Zuckerertrages

längere Verarbeitungskampagnen


21 7.11.2012

Klimarelevante Züchtungsziele Beispiel Mais

Mais

Trockenheit

höchster Wasserbedarf zur Blüte

extreme Trockenperioden wie 2003 und 2006 führen zu Ertragseinbussen

Temperaturanstieg

Veratmung ab 38 °C

CO2-Anstieg

Mais profitiert weniger davon als Getreide

Krankheiten und Schädlinge

stärkeres Auftreten von Helminthosporium und Maiszünsler

Extremereignisse

Standfestigkeit

- Trockenstresstoleranz

- Hitzestresstoleranz

- Krankheits- und Schädlingsresistenz

- Erhöhte Standfestigkeit

Die speziellen KWS Zuchtziele

DAF Tagung

22 7.11.2012

Zuckerrübe

Trockenheit

verstärkter Bormangel

Trockenstress

Temperaturanstieg

Hitzestress

Winterrübenanbau möglich

CO2-Anstieg

Ertragszunahme

Aber: positiven Effekte werden durch hohe Temperaturen und Trocken-perioden vermindert


Cercospora, Nematoden, Blattläuse, Viren

Mehltau, Rübenmotten

Erhöhter Unkrautdruck

Konkurrenz

Klimarelevante Züchtungsziele Beispiel Zuckerrübe

- Nährstoffdynamik und -effizienz

- Selektion auf Trockenstandorten

- Wassernutzungseffizienz

- Hitzetoleranz

- Lenz-/ Winterrüben

- Krankheits- und

Schädlingstoleranzen

- Herbizidtoleranz


DAF Tagung

23 7.11.2012


Getreide

Trockenheit

nach Trockenstress nachhaltig geschädigt

Temperaturanstieg

negative Auswirkungen ab 28 ca. °C:

schließen der Spaltöffnungen verminderte Photosynthese

Veratmung von Kohlenhydraten

Reduktion der Kornzahl/ Ähre

CO2-Anstieg

Ertragssteigerung um bis zu 35 % und verminderte Wasserabgabe um 15 bis 30 %

Aber: positiven Effekte durch hohen Temperaturen und Trockenperioden vermindert


Zunahme von Rosten, Blattläusen, Viren, Getreidehähnchen, etc.

Klimarelevante Züchtungsziele Beispiel Getreide

- angepasster Blüh- und Reifeverlauf

- Resistenzen gegen Trocken- und

Hitzestress

- Krankheits- und

Schädlingsresistenzen

DAF Tagung

24 7.11.2012

Zusammenfassung

1. Die Herausforderung: Ertragswachstum um den

Bedarf einer steigenden Weltbevölkerung zu decken

2. Die Schwierigkeit: Klimawandel erhöht die

Komplexität der Pflanzenzüchtung signifikant.

3. Die Lösung: Pflanzenzüchtung ermöglicht

angepasste Sorten mit hohen Erträgen

4. Die Notwendigkeit: Nutzung aller zu Verfügung

stehenden Technologien

Vorhergesagte Klimaänderungen erfolgen langsamer

als der Züchtungsfortschritt.

Pflanzenzüchtung bietet die einzigartige Möglichkeit,

Sorten an zukünftige Umweltbedingungen anzupassen.

Bevölkerungs-

wachstum

Klimaveränderung

Nahrungs- und

Energieversorgung

Moderner

Pflanzenzüchtung

kommt eine

Schlüsselrolle zu!

DAF Tagung

25 DAF Tagung 7.11.2012

BACKUP

26 DAF Tagung

Wasser - eine begrenzte Ressource

Wasser ist eine begrenzte Ressource:

70 % der Erde sind mit Wasser

bedeckt

2,5 % davon sind Süßwasser

1 % des Süßwasser ist direkt

nutzbar

Quelle: nach 3. Weltwasserforum Japan, 2004

Industrie

20 %

Globale

Wassernutzung

(heute)

Private Nutzung

10 %

Landwirtschaft

70 %

Quelle: nach DWHH-Grafik.Tränkle+Immel-Quelle: UNEP,2002

Die Agrarwirtschaft hat mit 70 %

den größten Anteil der globalen

Frischwasserentnahmen!

Prognose für 2030: 83 %

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

1900 1925 1950 1975 2000 2025W

asserverb

rau

ch

(in

Mrd

. m

³)

Jahr

Landwirtschaft

priv. Nutzung

Industrie

Der weltweite Wasserverbrauch nimmt stark

zu:

7.11.2012

27

Weltweite Wasserknappheit

Anteil der Weltbevölkerung mit …

Wassermangel 3%

Wasserknappheit 5%

Ausreichend Wasservorräte 92%

Wassermangel 18%

Wasserknappheit 24%

Ausreichend Wasservorräte 58%

Quelle: Weltbank, Globus

1995 2050

Documents

Pflanzliche Erzeugung im Klimawandel: Auswirkungen und ... · 2 7.11.2012 DAF Tagung KWS und ihre fundamentalen Geschäftsfaktoren 1-2 % durchschnittlicher Ertragsfortschritt pro