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Klimawandel: Ist mehr CO2 gut für das Pflanzenwachstum? | BR24

© Thünen-Institut

Freilandversuch des Thünen-Institut mit einer sogenannten FACE-Anlage

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    Klimawandel: Ist mehr CO2 gut für das Pflanzenwachstum?

    Pflanzen brauchen CO2 zum Wachsen. Ein höherer CO2-Gehalt in der Atmosphäre kann das Wachstum von einigen Nutzpflanzen beschleunigen. Doch die höheren Erträge haben ihren Preis - mit Folgen für die Ernährung und Lebensdauer der Menschheit.

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    Unsere Luft enthält nur 0,04 Prozent Kohlenstoffdioxid – ein sehr geringer Anteil im Vergleich zu Stickstoff mit rund 78 Prozent oder zu Sauerstoff mit knapp 21 Prozent. Doch der CO2-Anteil in der Atmosphäre steigt seit Jahrzehnten kontinuierlich an. Angegeben wird er meistens in "parts per million" (ppm) also Millionstel Teilen, bezogen auf das Volumen. Dieser Anteil ist laut dem World Trend der World Meterological Organzation von etwa 345 ppm Anfang der 1980er Jahre bereits auf knapp 410 ppm gestiegen. Und er wird wohl weiter steigen und gilt als Hauptfaktor für den Klimawandel.

    Klimawandel-Skeptiker verweisen auf positive Effekte von mehr CO2

    Klimawandel-Skeptiker weisen oft auf positive Effekte von mehr CO2 in der Luft hin: etwa als "Dünger" für die Pflanzenwelt. Richtig ist: Pflanzen brauchen CO2. Bei der Fotosynthese verwandeln sie das CO2 mit Hilfe von Licht und dem Pflanzenfarbstoff Chlorophyll in Bausteine für ihr Wachstum. Wie sich eine immer höher werdende Konzentration von CO2 auf das Wachstum von Pflanzen, besonders auf das von Nutzpflanzen wie Getreide, auswirkt, erforschen Wissenschaftler seit Jahrzehnten: zum Beispiel am Thünen-Institut in Braunschweig, dem Bundesforschungsinstitut für Ländliche Räume.

    CO2 kann das Wachstum von Pflanzen beschleunigen

    Auf einem Versuchsfeld wurde dort einem Teil der Anbaufläche von Weizen, Gerste oder anderem Getreide zusätzlich CO2 zugeführt. Das geht zum Beispiel mit dem sogenannten FACE-Verfahren (Free Air Carbon Dioxide Enrichment). Dabei werden um eine kreisförmige Fläche im Feld senkrechte Rohre aufgestellt aus denen auf die umkreiste Fläche C02 strömt, erklärt Jürgen Bender vom Thünen-Institut. So wird die Luft rund um die Pflanzen soweit mit CO2 angereichert, dass der Anteil zum Beispiel 550 ppm beträgt, ein Wert, der für Mitte des Jahrhunderts erwartet wird. Auf dem übrigen Feld betrug der Anteil je nach Zeitpunkt des Versuchs in den vergangenen Jahren um die 400 ppm.

    Tatsächlich haben viele solcher Freilandversuche gezeigt, dass eine höhere C02 Konzentration in der Luft das Wachstum von bestimmten Nutzpflanzen wie Weizen stimulieren kann. Auf den ersten Blick eine einfache Gleichung: Mehr CO2 bedeutet mehr Fotosynthese. Dadurch werden mehr Kohlenhydrate in der Pflanze aufgebaut. In der Folge wächst sie stärker und liefert um bis zu 15 Prozent höhere Erträge.

    Mehr Stärke und Zucker - weniger Proteine und Mineralstoffe

    Doch was zunächst nach einer guten Entwicklung für die weltweite Nahrungsmittelproduktion klingt, bringt auf den zweiten Blick gravierende Probleme mit sich. Denn die Studien zeigen, dass die mit "CO2-Düngung" produzierten Pflanzen eine andere chemische Zusammensetzung haben: Das stärkere Wachstum geht zu Lasten der Qualität bzw. des Nährwerts.

    Zwar produzieren Pflanzen wie Weizen, Kartoffeln oder Reis mehr Kohlenhydrate, also Stärke und Zucker, doch ihr Anteil an Proteinen und Mineralstoffen ist um etwa zehn Prozent geringer. Besonders bei Getreide wie Weizen spielt der Proteingehalt aber eine wichtige Rolle. Mit ihm steht und fällt die Qualität des Mehls und des damit gebackenen Brotes. Auch sinkt der Gehalt an Mineralstoffen wie Zink, Eisen, Magnesium oder Calcium, die für unseren Körper lebensnotwendig sind.

    Höhere CO2-Konzentration: Pflanzen "schwitzen" weniger

    Für den geringen Nährstoffgehalt gibt es unterschiedliche Erklärungen. Jürgen Bender vom Thünen-Institut hält es für wahrscheinlich, dass die Pflanzen bei höherer CO2-Konzentration, sozusagen weniger "schwitzen". Über die sogenannten Spaltöffnungen an ihren Blättern verlieren sie weniger Wasser. Somit verwerten sie das aufgenommene Wasser zwar effektiver, aber sie ziehen dadurch auch weniger Wasser aus dem Boden und nehmen dadurch weniger Nährstoffe auf. Im Ergebnis gelangen weniger Mineralstoffe und weniger Stickstoff in die Pflanze, der für die Bildung von Proteinen gebraucht wird.

    Ernährungssituation wird sich gravierend verschlechtern

    Diese Mechanismen laufen nicht bei allen Pflanzen gleich ab. Entscheidend ist die Art der Fotosynthese, die sie betreiben. So beeinflusst der höhere CO2-Gehalt zwar das Wachstum von Weizen, Gerste, Hafer, Kartoffeln und Reis, aber kaum das von Mais oder Zuckerrohr. Dennoch gehen Wissenschaftler an der Universität Harvard davon aus, dass ein Anstieg des CO2-Gehalts in der Atmosphäre auf 550 ppm in den kommenden Jahrzehnten, die Ernährungssituation für viele Menschen auf der Welt gravierend verschlechtern könnte.

    Zink- und Eisenmangel nimmt zu

    Bereits jetzt leiden nach Angaben der Forscher etwa zwei Milliarden Menschen an Zink- und Eisenmangel, Ursache für den Tod von 63 Millionen Menschen weltweit jedes Jahr. Bis 2050 – so die Berechnungen – könnten 175 Millionen Menschen zusätzlich an Zinkmangel leiden. Weitere 122 Millionen Menschen könnten sich nicht mehr ausreichend mit Eiweiß versorgen. Je nach Anbau- und Ernährungsgewohnheiten trifft diese Entwicklung am stärksten Süd- und Südostasien, Afrika und den Nahen- und Mittleren Osten.

    Ergebnisse relevant für zukünftige Züchtungen

    Doch die Forschungsergebnisse bieten auch Chancen, mit dem Klimawandel umzugehen. Getestet werden verschiedene Sorten von Nutzpflanzen. Dadurch will man laut Jürgen Bender langfristig Sorten finden, die die höheren CO2-Konzentration optimal ausnutzen, Nährstoffverluste möglichst geringhalten und im Optimalfall auch toleranter gegen Trockenheit sind.