Der Boden besteht neben der festen Phase aus unterschiedlich großen Hohlräumen (Poren), die sowohl die Speicherung als auch die Versickerung von Wasser ermöglichen. Der Boden ist daher in der Lage, Wasser in unterschiedlich großen Mengen pflanzenverfügbar zu speichern. In Phasen von Trockenheit greifen Pflanzen auf diesen Speicher zurück und leeren ihn somit. Auf Standorten mit geringem Speichervermögen kann eine längere Zeit andauernde Trockenphase zur deutlichen Verringerung oder gar völligen Leerung dieses Wasserspeichers führen. 

Durch die in der Zukunft erwarteten trockeneren Sommer käme es somit auf anfälligen Standorten häufiger zu Engpässen bei der Wasserversorgung von Pflanzen. Auch würde sich die Anzahl der betroffenen Standorte erhöhen. Durch die für die Zukunft erwartete stärkere Austrocknung der Böden, wodurch deren Infiltrationskapazität für Wasser reduziert wird, sowie steigende Niederschlagsintensitäten, geht man von einem verstärkten Oberflächenabfluss aus. Als Folge steigt die Wahrscheinlichkeit von Hochwässern. Gleichzeitig wird aber auch die Trockenheit am Standort erhöht, da das oberflächig abfließende Wasser nicht in den Bodenspeicher gelangt. 

Eine wichtige wasserhaushaltsrelevante Kenngröße für die Wasserversorgung von Pflanzen ist die nutzbare Feldkapazität des durchwurzelbaren Bodenraums. Sie ist ein Maß für die Menge an Wasser, das einer Pflanze an einem Standort bei maximaler Füllung des Speichers zur Verfügung steht. Gebiete mit vorwiegend geringen nutzbaren Feldkapazitäten könnten somit vulnerable Regionen darstellen, die besonders stark von den Auswirkungen des Klimawandels betroffen sein könnten. Allerdings kann auch nicht allein auf Grundlage der nutzbaren Feldkapazität eines Standortes auf dessen Gefährdung im Zuge des Klimawandels geschlossen werden. Von Bedeutung ist beispielsweise auch, ob der Standort Anschluss an das Grundwasser hat.

Potentieller Trockenstress auf Winterweizenstandorten

Um mögliche Veränderungen im Standortwasserhaushalt zu untersuchen, wurde das aktuelle und zukünftige Trockenstressrisiko beispielhaft für Winterweizen untersucht. Auf Basis von Messdaten und Daten der regionalen Klimaprojektionen WETTREG2006 und WETTREG2010 (Emissionsszenario A1B) wurde der Standortwasserhaushalt für die nahe Zukunft (2021-2050) mit dem Wasserhaushaltmodell WaSiM-ETH simuliert. Die Berechnungen wurden für 22 Klimastationen durchgeführt. An jeder Station wurden Simulationen mit sieben artifiziellen Böden durchgeführt, die sich in der nutzbaren Feldkapazität (50, 100, 150, 200, 250, 300 und 350 mm) unterscheiden. 

Das Trockenstressrisiko wird über einen Index bestimmt. Der Indikator beurteilt im Tagesschritt die Saugspannung (pF) im durchwurzelten Bodenraum und spiegelt damit die Wasserversorgung der Vegetation wider. Der Index kann Werte zwischen 0 und 1 annehmen. Erreicht der Index den Wert 1, beträgt die Saugspannung im betrachteten Bodenausschnitt ≥ pF 4,2 (Permanenter Welkepunkt). Bei einem Wert von 0 ist die Saugspannung ≤ pF 2,7. Der Grenzwert wurde gewählt, da Winterweizen ab dieser Saugspannung erste Trockenstressanzeichen zeigt. Der Index wird über die gesamte Vegetationsperiode aufsummiert und anschließend auf 100 normiert. Der Index kann so zwischen 0 (kein Trockenstress in der Vegetationsperiode) bis 100 (Trockenstress während der gesamten Vegetationsperiode) liegen. Die mögliche klimabedingte Veränderung der Vernalisationsphase von Winterweizen wird nicht berücksichtigt.

Die beiden Abbildungen zeigen beispielhaft das aktuelle und zukünftige Trockenstressrisiko für Winterweizen an den betrachteten Klimastationen für einen Boden mit einer nutzbaren Feldkapazität von 100 mm.  Die Karten zeigen eine regionale Differenzierung des Trockenstressrisikos. Höhere Indikatorwerte treten besonders in Rheinhessen (Roxheim, Alzey) und in den großen Flusstälern auf (Rhein: Worms, Karlsruhe, Koblenz; Mosel: Trier, Bernkastel-Kues). Stationen in Gebirgslagen zeigen aufgrund der höheren Niederschläge und der geringeren Verdunstung ein geringeres Trockenstressrisiko. In der nahen Zukunft kommt es zu einer unterschiedlich starken Zunahme des Trockenstressrisikos. Die Zunahme des Trockenstressrisikos ist im südlichen Landesteil tendenziell stärker ausgeprägt.