Autoren*: Heidi Webber, Gunnar Lischeid, Michael Sommer, Robert Finger, Claas Nendel, Thomas Gaiser und Frank Ewert

 

Grossflächige Ernteausfälle stellen eine grosse Risikoquelle für landwirtschaftliche Einkommen dar, gefährden die Ernährungssicherheit und können zu Preisspitzen für Lebensmittel führen. Der Klimawandel kann das Auftreten massiver Ertragsausfälle verstärken (z.B. Webber et al. 2018). Daher besteht ein zunehmender Bedarf an verbesserten Risikobewertungen zur Unterstützung einer wirksamen Anpassungsplanung auf Betriebs-, Markt- und Politikebene. So ist zum Beispiel die Dimensionierung der Bewässerungsinfrastruktur, Information für die Züchtung, die Entwicklung robuster Ertragsvorhersagesysteme aber auch die Entwicklung von Versicherungsprodukten auf robuste Schätzungen der Häufigkeit und des Ausmasses sowie der Ursachen von Ertragsausfällen angewiesen.

Massive Ertragsausfälle werden oft mit Rekordhitzewellen und Dürreperioden in Verbindung gebracht, z.B. die europaweite Hitzewelle 2003, der russische Weizenertragsausfall 2010, die Verluste bei US-Mais 2012 oder die grossen Ernteausfälle 2018 in Deutschland. Selbst wenige Tage mit extrem hohen Temperaturen oder langanhaltende Dürreperioden in kritischen Wachstumsphasen können zu grossen Produktionsverlusten führen. In ähnlicher Weise wurden exzessive Niederschlagsereignisse als Hauptursache für grosse Ertragsverluste bei Mais in den USA identifiziert. Starke Regenfälle können zudem die Feldarbeiten verzögern, den Krankheitsdruck erhöhen oder Nitratauswaschung verursachen. Ebenso können sowohl Frost als auch Schädlinge und Krankheiten grosse Ertragsausfälle verursachen.

Aber, es lassen sich bei weitem nicht alle Fälle von Ertragsausfällen durch das erklären, was wir gemeinhin mit extremen Wetterereignissen in Verbindung bringen. So bleiben die rekordtiefen Weizenerträge in Frankreich im Jahr 2016 bis kurz vor der Ernte weitgehend unentdeckt und wurden erst später auf die Kombination eines ungewöhnlich warmen Herbstes und eines nassen Frühlings zurückgeführt. War dies eine Ausnahme, oder sind ungewöhnliche Kombinationen von scheinbar „nicht-extremem“ Wetter häufig für Ertragsausfälle verantwortlich? Es gibt momentan noch wenige systematische Analysen und schlüssige Beweise für die häufigsten und wichtigsten Ursachen von Ertragsausfällen.

In einer kürzlich in der Zeitschrift Environmental Research Letters erschienenen Publikation (Webber et al., 2020) haben wir die Ursachen für Ertragsausfälle für vier Kulturen (Winterraps, Winterweizen, Wintergerste, Silomais) in Deutschland in den letzten zwanzig Jahren untersucht. Dazu wurde eine Kombination aus maschinellem Lernen und prozessbasierter Modellierung verwendet.

Es zeigt sich, dass in den letzten 20 Jahren zum Teil massive Ertragsausfälle aufgetreten sind (Abbildung 1). Dabei wurden Ertragseinbussen von bis zu 60% vom langjährigen Mittel beobachtet. Diese sind jedoch stark kultur- und regionsspezifisch. So sind in manchen Jahren in manchen Regionen stark unter- in anderen überdurchschnittliche Erträge zu beobachten (zum Beispiel Silomais im Jahr 2018), oder in manchen Jahren für gewisse Kulturen hohe Erträge aber für andere Kulturen starke Ertragseinbussen zu beobachten (zum Beispiel Raps im Vergleich zu Silomais im Jahr 2011).

 

Abbikldung 1. Relative Ertragsabweichungen (%) auf NUTS3 Ebene in den Jahren mit rekordtiefen Erträgen (2018, 2003, 2011, 2016, und 2013). Die Referenz sind die 5-Jjährigen olympischen Durchschnitte jede NUTS3 Einheit (die grösste und die kleinste Beobachtung der letzten 5 Jahre wurden gelöscht bevor ein Mittelwert berechnet wurde). Nur NUTS3 Einheiten die mindestens 0.1% der jeweiligen Kultur darstellen wurden präsentiert.

 

Unsere Ergebnisse bestätigen, dass Jahre, die mit weit verbreiteten Ertragsausfällen bei allen Kulturpflanzen verbunden waren, im Allgemeinen mit schwerer Dürre einhergingen, wie etwa 2018 und in geringerem Masse 2003. Für Jahre mit stärker lokalisierten Ertragsausfällen und grossen Unterschieden in den räumlichen Mustern der Ertragsausfälle zwischen den Kulturen wurde jedoch kein einzelner Treiber oder eine Kombination von Treibern identifiziert. So können grossflächige Ertragseinbussen durch regional sehr unterschiedliche Phänomene erklärt werden. Zum Beispiel sind starke Ertragseinbussen beim Winterraps 2003 in manchen Regionen durch zu hohe Niederschläge im Herbst (z.B. Bayern), in anderen durch starke Fröste (z.B. Brandenburg) oder durch starken Krankheitsdruck (z.B. Niedersachsen) erklärt werden.

Generell zeigen unsere Ergebnisse, dass nicht-wetterbedingte Faktoren wie Schädlings-, Unkraut- und Nährstoffmanagement und deren mögliche Wechselwirkungen mit dem Wetter, eine sehr grosse Relevanz für lokale und regionale Ertragsausfälle haben. Aber, diese Phänomene und deren Interdependenzen sind momentan schlecht verstanden und schlecht in Modellen und Prognosetools abgedeckt. Zudem sind diese Ereignisse oft nicht im gleichen Masse wie extreme Wetterbedingungen versicherbar. Die hier präsentierte Arbeit trägt dazu bei, diese Faktoren durch Kombinationen von datengestützten Analysen und prozessbasierten Pflanzenwachstumsmodellen besser zu integrieren. Durch den Klimawandel werden jedoch zunehmend neuartige Kombinationen von (Extrem)Wetterereignissen (z.B. compound risks) die momentan verwendeten Tools, aber insbesondere auch Landwirte, Beratung, Züchtung und Versicherungen vor grosse Herausforderungen stellen.

 

Referenzen

Webber, H., Lischeid, G., Sommer, M., Finger, R., Nendel, C., Gaiser, T., Ewert, F. (2020). No perfect storm for crop yield failure in Germany. Environmental Research Letters https://doi.org/10.1088/1748-9326/aba2a4 (open access)

Pressemitteilung des ZALF zum Paper >>

Webber, H., Ewert, F., Olesen, J. E., Müller, C., Fronzek, S., Ruane, A. C., Bourgault, M., Marte, P., Ababaei, B., Bindi, M., Ferrise, R., Finger, R., Fodor, N., Gabaldón-Leal, C., Gaiser, T., Jabloun, M., Kersebaum, K.C., Lizaso, J.I., Lorite, I.J., Manceau, L., Moriondo, M., Nendel, C., Rodríguez, A., Ruiz-Ramos, M., Semenov, M.A., Siebert, S., Stella, T., Stratonovitch, P., Trombi, G., Wallach, D. (2018). Diverging importance of drought stress for maize and winter wheat in Europe. Nature Communications, 9(1), 4249. https://doi.org/10.1038/s41467-018-06525-2  (open access)

 

* Heidi Webber, Gunnar Lischeid, Michael Sommer, Claas Nendel und Frank Ewert sind am Leibniz Centre for Agricultural Landscape Research (ZALF (D), Gunnar Lischeid, Michael Sommer, Claas Nendel sind zudem an der Universität Potsdam (D), Frank Ewert und Thomas Gaiser sind an der Universität Bonn (D), Robert Finger ist an der ETH Zürich (CH)