pflanzliche erzeugung im klimawandel: auswirkungen und ... · 2 7.11.2012 daf tagung kws und ihre...
TRANSCRIPT
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
7.11.2012 DAF Tagung
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...
7.11.2012 DAF Tagung
7
….durch den Klimawandel werden komplexer
7.11.2012 DAF Tagung
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
DAF Tagung 7.11.2012
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)
DAF Tagung 7.11.2012
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
DAF Tagung 7.11.2012
13
Züchtungs- und Vertriebsaktivitäten in über 70 Ländern
Züchtungsstationen
Prüforte zum Versuchsanbau
Weiterhin entscheidend: Züchtung vor Ort
DAF Tagung 7.11.2012
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
DAF Tagung 7.11.2012
... 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
DAF Tagung 7.11.2012
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
DAF Tagung 7.11.2012
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
7.11.2012 DAF Tagung
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
DAF Tagung 7.11.2012
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
DAF Tagung 7.11.2012
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
Krankheiten und Schädlinge
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
Die speziellen KWS Zuchtziele
DAF Tagung
23 7.11.2012
Die speziellen KWS Zuchtziele
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
Krankheiten und Schädlinge
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