Neue Studie untersucht die Variabilität von Wasser und Kohlenstoff in landwirtschaftlichen Ökosystemen in Missouri und zukünftige Auswirkungen auf Nutzpflanzen

Einer der Hauptgründe, warum Pflanzen Wasser verbrauchen, besteht darin, dass sie Kohlendioxid aus der Atmosphäre aufnehmen können. Das bedeutet, dass in Pflanzen die Wasser- und Kohlenstoffkreisläufe eng miteinander verbunden sind. In einer neuen Studie haben Forscher der University of Missouri und des US-Landwirtschaftsministeriums (USDA) dieses Grundprinzip genutzt, um nachhaltige Landwirtschaftspraktiken zu identifizieren, die darauf abzielen, Grundnahrungsmitteln wie Mais und Sojabohnen bei immer häufiger auftretenden extremen Wetterbedingungen zum Gedeihen zu verhelfen im Mittleren Westen.

Die Forschung wurde veröffentlicht in Landwirtschafts- und Waldmeteorologie.

Diese Studie untersuchte, wie sich landwirtschaftliche Praktiken auf die Widerstandsfähigkeit der Pflanzen gegenüber dem Klimawandel auswirken, indem sie den Wasser- und Kohlenstofffluss in drei gegensätzlichen Ökosystemen untersuchte: einem „Business-as-usual“-Anbausystem, einem angestrebten Direktsaatsystem mit Zwischenfrüchten und einem einheimischen Hochgras-Prärie-Ökosystem .

„Eines der großen Ziele ist das, was wir klimaintelligente Landwirtschaft nennen. Das kann bedeuten, dass Pflanzen genutzt werden, um Kohlenstoff aus der Luft zu absorbieren, es bedeutet aber auch, dass versucht wird, landwirtschaftliche Praktiken einzuführen, die den Betrieben helfen, sich an das sich ändernde Klima anzupassen“, sagt der USDA-Forschungshydrologe sagte Adam Schreiner-McGraw. „Je heißer es wird, desto stärker werden die Pflanzen gestresst, und das bedeutet, dass sie oft geringere Erträge erzielen. Diese Forschung konzentriert sich auf das Verständnis der Anpassung und darauf, wie man auf widerstandsfähigere Agrarökosysteme hinarbeiten kann.“

Ein Vergleich der Evapotranspirationsraten – wenn Wasser vom Land in die Atmosphäre gelangt – und des Kohlendioxidaustauschs ergab interessante Muster zwischen Ökosystemen. Eine Analyse der im letzten Vierjahreszyklus gesammelten Daten ergab, dass das einheimische Prärieökosystem höhere Evapotranspirationsraten aufwies als das Ackerbausystem. Im Vergleich dazu unterschied sich die Evapotranspirationsrate der Prärie jedoch nicht wesentlich von der des Direktsaatsystems. Darüber hinaus verzeichneten beide Anbausysteme ein höheres Pflanzenwachstum (dh eine höhere Kohlenstoffaufnahme) als die einheimische Prärie.

Diesen Erkenntnissen zufolge scheint die Ackerfläche am empfindlichsten auf Umweltveränderungen zu reagieren im Vergleich zur einheimischen Prärie, die am widerstandsfähigsten gegenüber extremen Wetterbedingungen ist, sagte Schreiner-McGraw, die in der Forschungseinheit für Anbausysteme und Wasserqualität des USDA auf dem Campus der MU arbeitet . Da das Direktsaatsystem außerdem die größte Pflanzenvielfalt aufweist, einschließlich Mais, Sojabohnen, Weizen und Heu, weist es die unterschiedlichsten Evapotranspirationsraten auf. Dieses Phänomen führt Schreiner-McGraw auf landwirtschaftliche Managementstrategien zurück.

Das Verständnis der variablen Evapotranspirationsraten hilft Wissenschaftlern bei der Abwägung, ob die „geplante“ Bewirtschaftung einen größeren Einfluss auf den Wasser- und Kohlenstoffhaushalt hat als die „ungeplanten“ Wetterschwankungen, was bei der Vorhersage der Wasser- und Kohlenstoffaufnahme von Pflanzen helfen kann, wenn sich extreme Wetterbedingungen verschlimmern.

Eine weitere Möglichkeit, Umweltresistenz aufzubauen, bestehe darin, langfristig eine diversifizierte Fruchtfolge anzubauen, sagte Jeffrey Wood, Assistenzprofessor an der MU School of Natural Resources. Da sich die Klimaschwankungen verschärfen – in Missouri sind das wärmere, feuchtere Winter und trockenere Sommer mit selteneren Regenfällen – wird es immer notwendiger, herauszufinden, wie man die Anpassung der Nutzpflanzen am besten unterstützen kann und welche Nutzpflanzen zu welchen Jahreszeiten angebaut werden sollen.

„Die Art der Arbeit, die wir leisten, eignet sich für die Zusammenarbeit, weil wir alle Daten in einem Community-basierten Netzwerk teilen“, sagte Wood. „Die Leute sind immer bereit, Ideen auszutauschen, was es einfach macht, zusammenzuarbeiten und zu einer wachsenden Forschung beizutragen.“ Der Umfang reicht von den Problemen, an denen ein Forscher möglicherweise vor Ort arbeitet, bis zu denen, mit denen ein anderer in größerem Maßstab konfrontiert sein könnte.

Zu den Co-Autoren gehören Megan E. Metz, John Sadler und Kenneth Sudduth.