Der Winterweizenanbau in Rheinland-Pfalz

Herkunft und optimale Anbaubedingungen

Der Winterweizen (Triticum aestivum) zählt zu den ältesten Kulturpflanzen weltweit. Ursprünglich stammt er aus dem eurasischen Raum, der arabischen Halbinsel, wo bereits vor 8.000 bis 10.000 Jahren Wildformen der heutigen Arten gesammelt und angebaut wurden. Erst während der Jungsteinzeit vor etwa 7.000 Jahren hat sich der heutige Weizen im Mittelmeerraum und später, im 11. Jahrhundert, auch in Mitteleuropa etabliert. (1)
Bei dem Winterweizen handelt es sich um einjähriges Ährengras mit hohen Standortansprüchen, speziell hinsichtlich des Bodens. Bevorzugt werden schwere, nährstoffreiche Böden mit einer hohen Wasserkapazität, da der Winterweizen aufgrund seiner langen Vegetationsperiode einen hohen Wasserverbrauch hat. Auf tiefgründigen Böden ist jedoch auch eine Ertragsstabilität in niederschlagsarmen Gebieten gegeben, denn das Wurzelsystem kann in Tiefen von bis zu 1,8 Metern vordringen. (2)
Zu den optimalen Wachstumsbedingungen zählt ein wintermildes, sommerwarmes und strahlungsintensives Klima (3). Die Entwicklung der Sämlinge im Frühjahr wird durch die Vernalisation bestimmt, die Sämlinge benötigen über 40 bis 80 Tage Temperaturen zwischen 0 und 5 °C, um in die Schossphase überzugehen (4,5,6,7,8).

Veränderungen und Risiken durch den Klimawandel

Erhöhung der CO2-Konzentration

Der Winterweizen zählt zu den C3-Pflanzen. Diese benötigen zur Optimierung ihrer Photosyntheseraten höhere Kohlenstoffdioxidkonzentrationen als momentan in der Atmosphäre vorzufinden sind. Dementsprechend kann sich die CO2-Konzentrationserhöhung im Zuge des Klimawandels positiv auf das Pflanzenwachstum und damit den Ertrag des Winterweizens auswirken. Mittels sogenannter FACE-Experimente (Free Air Carbon Dioxide Enrichment) konnte nachgewiesen werden, dass sich die Photosyntheserate durch eine Erhöhung der CO2-Konzentration von 350 auf 550 ppm (parts per million) um 14,4 % steigert. (9)
Allerdings ist die Kohlenstoffdioxidkonzentration nur einer von vielen Faktoren, die die Effizienz der Photosynthese bestimmen. Die Verfügbarkeit von Stickstoff ist beispielsweise auch von großer Bedeutung. Bei einem um 50 % reduziertem Stickstoffangebot im Boden erhöht sich die Photosynthese durch die Erhöhung der Kohlenstoffdioxidkonzentration nur um 11,1 %. (9)
Veränderte Kohlenstoffdioxidkonzentrationen bewirken jedoch Qualitätsveränderungen des Winterweizens. Die Fraktion der Kleberproteine wird verringert, wodurch die Backeigenschaften des Getreides verändert werden. Die Albumine und Globuline sind hingegen weniger stark betroffen. (10)

Phänologische Phasen

Als Folge des Klimawandels kommt es zu Veränderungen der phänologischen Phasen. Der Vegetationsbeginn verfrüht sich und die Vegetationsperiode vieler Arten wird insgesamt länger. In Baden-Württemberg  konnte durch den Vergleich der Perioden 1961-1990 und 1991-2011 festgestellt werden, dass sich das Auflaufen des Winterweizens im Durchschnitt um sieben Tage verfrüht hat und die Ernte durchschnittlich zehn Tage früher stattfindet. Somit ist die Vegetationszeit des Winterweizens um drei Tage verkürzt. Insgesamt werden auch die Felder durchschnittlich vier Tage früher bestellt. (11)

Bewässerungsbedarf

Der Winterweizen hat einen verhältnismäßig hohen Transpirationskoeffizienten von 500 Litern pro Kilogramm Trockenmasse. Dies ist auf die späte Masseentwicklung zu Zeiten mit hohen Sommertemperaturen zurückzuführen.
Das optimale Niederschlagsangebot für den Winterweizen beläuft sich auf etwa 500 bis 600 mm pro Jahr. Dabei zählt die Hauptwachstumsphase während des Schossens als kritische Phase, es werden etwa 5 mm Niederschlag pro TaG benötigt (12). Der Schossphasenbeginn wird zum einen durch die Vernalisation herbeigeführt. Bei besonders tiefen Temperaturen im Winter beginnt die Schossphase früher als bei milden Wintern. Doch auch das TaG-Nacht-Verhältnis ist von Bedeutung. Erst wenn die Tageslänge überwiegt, was in Mitteleuropa Ende März beziehungsweise Anfang April der Fall ist, wird die Bestockungsphase beendet und die Schossphase beginnt. (13)
Da der Bodenwasservorrat im Frühjahr als ertragsbegrenzender Faktor gesehen wird, bedarf es der zusätzlichen Bewässerung in diesen Monaten, speziell auf Standorten mit einer geringen Wasserhaltekapazität. Wassermangel führt zur Ausdünnung der Bestände und reduziert die Triebe und die Kornzahl pro Ähre. (14)
Durch Feldversuche mit verschiedenen Feldfrüchten, darunter auch dem Weizen, konnte nachgewiesen werden, dass der Ertrag durch Bewässerung zu einer nutzbaren Feldkapazität von 50 % um 56 % gegenüber der Situation ohne Bewässerung steigen kann. Diese Angabe ist jedoch abhängig von den jeweiligen klimatischen Bedingungen im Jahr und auch dem Standort und der Wasserspeicherkapazität des Bodens. (15)
Im Zuge des Klimawandels mit verschobenen und temporär konzentrierteren Niederschlägen steigt der Bedarf der Bewässerung zur Sicherung der Erträge weiter an.

Früh- und Spätfrost

Der Winterweizen benötigt zur Einleitung der Hauptwachstumsphase geringe Temperaturen. Über mindestens 40 Tage muss die Temperatur zwischen 0 und 5 °C liegen. Erst ab Bodentemperaturen von -14 bis -20 °C ergeben sich für die Entwicklung des Winterweizens im Frühjahr kritische Bedingungen. Diese Temperaturspanne wird jedoch von weiteren Faktoren, beispielsweise der Feuchtigkeit, bestimmt. (16)
Bei Anwendung des WETTREG-Szenarios mit verschiedenen Ausgangsbedingungen (Szenario A1B: normal und trocken; Szenario A2: normal und trocken) wird dargestellt, dass die für die Vernalisation des Winterweizens notwendigen Temperaturbedingungen zukünftig deutlich seltener auftreten werden. (17)
Zukünftig besteht die Gefahr, dass durch zu milde Wintertemperaturen die Schossung des Winter-weizens nicht ausgelöst wird und dieser damit nicht zur Blüte gelangt. Bei gerade noch ausreichend niedrigen Temperaturen findet die Schossung lediglich später statt, wodurch das Risiko von Spätfrostschäden gesenkt wird. Veränderungen des Niederschlags im Winter, speziell des Schneefalls, können den Anbau ebenfalls beeinträchtigen, denn die Resistenz gegenüber Kälte ist meist nur mit einer isolierenden Schneedecke gegeben.

Starkregen und Hagel

Die Gefährdung der Pflanze durch Starkregen ist abhängig vom Entwicklungsstadium. Während der Blüte im Juni führen hohe Niederschläge im Allgemeinen zu einer steigenden Gefahr der Infektion der Ähren mit Pilzen (Fusarium spec.). Starkregenereignisse kurz vor der Ernte führen zu abgeknickten Ähren, dem sogenannten Lagern des Getreides, und erschweren die Ernte, wodurch Ertragsverluste und Qualitätseinbußen verzeichnet werden können (18). Ebenso führt eine verzögerte Ernte aufgrund der erschwerten Bewirtschaftung der Felder zu Veränderungen der Backfähigkeit, nachzuweisen an einer reduzierten Fallzahl, einem Bewertungsparameter zur Qualitätsüberprüfung des Getreidemehls (19).
Die Beeinträchtigung der Ernte durch Hagelschäden hängt ebenfalls vom Zeitpunkt ab. Je früher Schäden an den Pflanzen verursacht werden, desto mehr wird der Kornertrag gemindert (20).
Starkregenereignisse werden im Zuge des Klimawandels voraussichtlich intensiver und häufiger auf-treten, wodurch auch die Gefahr von Folgeschäden solcher Extremereignisse steigt.

Erosion

Die Erosionsanfälligkeit einer Fläche wird von vielen Faktoren bestimmt. Neben der Bodenart, dem Humusgehalt des Oberbodens, der Bearbeitungsform und der Bearbeitungsrichtung sind das Gefälle, die Hanglänge und der Bewuchs entscheidend (21). Beim Anbau von Winterweizen ist der Boden eine relativ lange Zeit gering bedeckt, weswegen die Fläche stark anfällig für Oberflächenerosion ist.  Direkt damit verbunden ist auch die Verschlämmung des Oberbodens, wodurch der Feldaufgang der Keimlinge beeinträchtigt wird. Zudem werden durch die Erosion große Mengen fruchtbaren Oberbodenmaterials abtransportiert, was eine Verschlechterung der Bodenqualität bewirkt. (22)
Die Erosionsproblematik ist eng an das Auftreten von Starkniederschlägen gekoppelt, da diese fördernd wirken. Nimmt die Anzahl der Starkniederschläge zu, so wird auch das Problem der Oberflächenerosion verstärkt. Doch es bestehen verschiedene Möglichkeiten, die Erodierbarkeit der Fläche zu vermindern. Durch Mulch- und Direktsaat ohne Mulchen werden die Bodenaggregate nicht zerstört und die kontinuierlichen Grobporen bleiben erhalten, die die Infiltrationsfähigkeit des Bodens bestimmen. Durch den hohen Gehalt an organischem Material im Oberboden wird zudem die Aggregatzerstörung durch den Aufprall der Regentropfen gemindert und die oberflächliche Verschlämmung wird reduziert. Auch die Veränderung der Hanglänge, angepasst an das Gefälle der Ackerfläche, und die vertikale Bearbeitungsrichtung zum Gefälle können das Risiko der Bodenerosion deutlich vermindern. (23)
Durch die Mulchsaat ohne Pflügen mit Mais als Vorfrucht steigt jedoch das Risiko des Fusarienbefalls (siehe Abschnitt Schädlingsanfälligkeit und Krankheiten) deutlich an. Deshalb gilt, weitere Faktoren wie die Fruchtfolge zu berücksichtigen und hieran angepasst die Bewirtschaftungsweise auszuwählen. (24)

Hitzestress

Der Winterweizen ist eine relativ hitzetolerante Pflanze. Feldversuche des Thünen-Instituts haben nachgewiesen, dass der Kornertrag erst bei Temperaturen von 36 °C über 12 Stunden am TaG über eine Zeitspanne von zehn Tagen halbiert wird. (25)
Temperaturen über 30 °C führen jedoch zur Sterilität der Pollen und stören damit die Befruchtung . Zudem verändert Hitzestress  während der Kornfüllungsphase den Proteingehalt und die Proteinqualität, wodurch sich die Backeigenschaften verändern (26).
Dementsprechend können zukünftig Beeinträchtigungen des Winterweizenanbaus durch erhöhte Temperaturen in Rheinland-Pfalz erwartet werden.

Schädlingsanfälligkeit und Krankheiten

Ährenfusariosen:

Ährenfusariosen werden über Pilze der Gattung Fusarium übertragen. Diese bilden Perithezien und Ascosporen, die durch den Wind verbreitet werden und die Ähren infizieren (27). Die Infektion erfolgt vorwiegend während der Blütezeit. Hierfür sind etwa 25 °C in Kombination mit länger andauernder Nässe ideal. Sind die Ährchen befallen, wird die Nährstoffversorgung unterbunden und sogenannte Kümmerkörner entstehen. Des Weiteren bilden die Fusarium-Pilze Mykotoxine, speziell Deoxynivalenol (DON). Dadurch kommt es zu Qualitätsverlusten bis hin zur Überschreitung von Grenzwerten (bei DON 1,25 mg/KG), woraufhin die Ernte nicht mehr zu vermarkten ist. (28)
Um die Gefahr der Krankheit der Ährenfusariosen zu mindern, ist die Sortenwahl entscheidend. Des Weiteren haben die Vorfrucht und die Bodenbearbeitung einen großen Einfluss auf das Risiko des Befalls. Ebenso ist die Witterung ein Einflussfaktor, wobei dieser durch den Klimawandel an Bedeutung zunehmen kann. (28)

Fazit und Zusammenfassung

Der Anbau des Winterweizens weist eine gewisse Sensitivität gegenüber den Klimawandelfolgen für Rheinland-Pfalz auf. Speziell Veränderungen der Wasserverfügbarkeit im Frühjahr können das Wachstum und den Ertrag des Getreides stark beeinträchtigen, weswegen zukünftig eine zusätzliche Bewässerung erforderlich sein kann. Des Weiteren reagiert der Winterweizen empfindlich auf Starkregen- und Hagelschäden, deren Häufigkeit und Intensität im Zuge des Klimawandels voraussichtlich weiter zunehmen werden.  
Die Folgen der Kohlenstoffdioxidkonzentrationserhöhung und der Temperaturerhöhung auf die Getreidequalität stellen ebenfalls wichtige, den zukünftigen Anbau bestimmende Faktoren dar.

Literaturverzeichnis

[1] Pflanzenforschung.de. Weizen (Triticum aestivum). Pflanzenforschung.de - Themen Pflanzen im Fokus. [Online] o.J. [Zitat vom: 11. September 2017.] www.pflanzenforschung.de/de/themen/pflanzen-im-fokus/weizen/.

[2] Guddat, C., et al. Leitlinie zur efizienten und umweltverträglichen Erzeugung von Winterweizen. [Hrsg.] Thüringer Landesanstalt für Landwirtschaft. Jena : Thüringer Landesanstalt für Landwirtschaft, 2015.

[3] Böse, S. Winterweizen. praxisnah - Züchtung, Produktion, Verwertung. [Online] März 2013. [Zitat vom: 11. September 2017.] www.praxisnah.de/index.cfm/article/8073.html.

[4] Oehmichen, J. Pflanzenproduktion. Band 2. Produktionstechnik. Berlin und Hamburg : s.n., 1986.

[5] Reiner, L., et al. Wintergerste aktuell. Frankfurt am Main : s.n., 1988.

[6] Münzer, W. und Fischer, K. Körnerleguminosen-Compendium. Arbeitsunterlagen für den Fachbereich. Freising-München : s.n., 1991.

[7] Geisler, G. Ertragsphysiologie von Kulturarten des gemäßigten Klimas. Berlin und Hamburg : s.n., 1983.

[8] Die Landwirtschaft. Lehrbruch für Landwirtschaftsschulen. Band 1. Pflanzliche Erzeugung. München : s.n., 1998.

[9] Weigel, H.-J., et al. Mehr CO2 in der Atmosphäre: Prima Klima für die Landwirtschaft? - Effekte auf Pflanzenwachstum und -qualität. ForschungsReport. 2005, S. 14-17.

[10] Weigel, H.-J., Manderscheid, R. und Schaller, M. Mögliche Auswirkungen des Klimawandels auf Ertrag und Qualität von Getreide. Braunschweig : s.n., o. J. .

[11] Flaig, H., Holz, I. und Franzaring, J. Phänologie der Kulturpflanzen als Indikator für den Klimawandel in Baden-Württemberg. Landinfo. Mai 2014, S. 49-53.

[12] Diepenbrock, W., Ellmer, F. und Leon, J. Ackerbau, Pflanzenbau und Pflanzenzüchtung. Stuttgart : Eugen Ulmer KG, 2009.

[13] Industrieverband Agrar. Die biologische Uhr des Getreides. Industrieverband Agar. [Online] 14. April 2009. [Zitat vom: 11. Oktober 2017.] www.iva.de/profil-online/schule-wissen/die-biologische-uhr-des-getreides.

[14] Fricke, E. und Riedel, A. Lohnt sich Beregnung im Getreide? o.O. : Landwritschaftskammer Niedersachsen, 2011.

[15] Fricke, E. und Riedel, A. Maiserträge durch Beregnung absichern! Deutsches Maiskomitee e.V. April 2012, S. 182-185.

[16] Farack, M. und Guddat, C. Auswinterungschäden - Was tun? s.l. : Thüringer Ministerium für Landwirtschaft, Naturschutz und Umwelt, o. J.

[17] Trapp, M., Tintrup gen. Suntrup, G. und Kotremba, C. Auswirkungen des Klimawandels auf die Landwirtschaft und den Weinbau in Rheinland-Pfalz. [Hrsg.] RLP Kompetenzzentrum für Klimawandelfolgen. 2013.

[18] Erichsen, E. Lagergetreide ist (meist) vermeidbar! top agrar. März 2000, S. 88-90.

[19] agrar heute. Witterungsbedingte Schäden mit besonderer Bedeutung. o. O. : s.n., o. J.

[20] Stülpnagel, R., Piepho, H.-P. und Scheffer, K. Simulation der durch Hagel verursachten Knickung der Halme von Wintergerste, Winterroggen und Winterweizen. Pflanzenbauwissenschaften . 2005, S. 9-18.

[21] Umweltbundesamt. Erosion. Umweltbundesamt. [Online] 15. März 2016. [Zitat vom: 06. September 2017.] www.umweltbundesamt.de/themen/boden-landwirtschaft/bodenbelastungen/erosion.

[22] Kremer, P. Die Zuckerrübe im Klimawandel: Eine empirisch-modellgestützte Analyse der vergangenen und möglichen zukünftigen agrarökologischen Auswirkungen in ausgewählten Regionen von Rheinland-Pfalz und Hessen. Mainz : s.n., 2016.

[23] Hiller, D. A. Bodenerosion durch Wasser - Ursachen, Bedeutung und Umgang in der landwirtschaftlichen Praxis von NRW. Münster : Landwirtschaftskammer Nordrhein-Westfalen , 2007.

[24] Kreitmayr, J. Bodenfruchtbarkeit erhalten - Ackerböden vor Erosion schützen. [Hrsg.] Bayerische Landesanstalt für Landwirtschaft (LfL). Freising-Weihenstephan : s.n., 2002.

[25] Manderscheid, R. Projekt: Gefährdung des Weizenertrags durch Hitzeperioden während der Blüte. Thünen-Institut. [Online] o. J. [Zitat vom: 11. September 2017.] www.thuenen.de/de/bd/projekte/gefaehrdung-des-weizenertrags-durch-hitzeperioden-waehrend-der-bluete/.

[26] Gömann, H., et al. Landwirtschaft. [Buchverf.] G. Brasseur, D. Jacob und S. Schuck-Zöller. Klimawandel in Deutschland - Entwicklung, Folgen, Risiken und Perspektiven. Berlin Heidelberg : Springer Spektrum, 2017, S. 183-192.

[27] Obst, A., et al. Welche Strategien wirken gegen Ährenfusarien? top agrar. Mai 2001, S. 70-75.

[28] KWS. Ährenfusarium im Winterweizen. KWS Zukunft Säen. [Online] 13. Juni 2017. [Zitat vom: 11. September 2017.] www.kws.de/aw/Produkte/Getreide/Aehrenfusarium-im-Winterweizen/~iatj/.