In NOcsPS-Anbausystemen wird der Verzicht auf csPSM höchstwahrscheinlich zu niedrigeren Erträgen und, was noch kritischer ist, zu einer erhöhten Ertragsvariabilität aufgrund unkontrollierbaren biotischen Stresses führen. Darüber hinaus wird erwartet, dass aufgrund des Klimawandels extreme Wetterereignisse – wie Dürre, Hitzewellen, Frost und Staunässe – häufiger und intensiver werden. Diese Faktoren werden sowohl die Ertragsstabilität als auch die Erntequalität weiter verringern. Empirische Belege für die Wechselwirkung von biotischem und abiotischem Stress, ihre räumlich-zeitliche Dynamik und ihren Einfluss auf Erträge und insbesondere die NUE fehlen jedoch noch. Da die Düngemittelproduktion und die Lachgasemissionen für rund drei Viertel der gesamten Treibhausgase aus der Getreideproduktion verantwortlich sind (Feike et al., 2020; Riedesel et al., 2022), ist dies auch für die Verbesserung des Klimaschutzpotenzials von NOcsPS-Systemen von großer Bedeutung. In dieser Hinsicht sind resistente Sorten ein wichtiger Schlüssel zur Sicherung von Erträgen und Ressourceneffizienz sowie geringen Emissionen in NOcsPS-Systemen.

Ziel dieses Forschungsprojekts ist es, die individuellen und interaktiven Auswirkungen von biotischem und abiotischem Stress in NOcsPS-Anbausystemen in einem sich ändernden Klima in ganz Deutschland zu bewerten und NOcsPS-günstige Regionen zu identifizieren, um die Nutzung des Potenzials von NOcsPS als nachhaltiges Anbausystem zu unterstützen.

Genauer gesagt werden wir die folgenden Hypothesen bewerten:

• Die Auswirkungen von biotischen und abiotischen Stressfaktoren auf die Ernteerträge sind nicht vollständig additiv
• Die Variabilität der Stressauswirkungen wird durch Unterschiede bei den Pflanzen, Krankheitserregern, Umweltfaktoren und geografischen Regionen bestimmt
• Die Einbeziehung resistenter Pflanzensorten verbessert die Ertragsstabilität und die ökologische Nachhaltigkeit in NOcsPS-Systemen

Die Arbeiten gliedern sich in vier verschiedene Arbeitspakete:

WP1: Räumlich-zeitliche Bewertung von Ertragsverlusten, NUE und Treibhausgasemissionen aufgrund von biotischem Stress in fünf Getreidearten

Deutschlandweite Langzeitdaten zum Auftreten von Krankheiten durch Pilzpathogene in wichtigen Getreidearten werden verwendet, um die räumlich-zeitliche Dynamik von Ertragsverlusten und die Auswirkungen auf die Stickstoffnutzungseffizienz und Treibhausgasemissionen aufgrund von biotischem Stress zu bewerten. Bei der Analyse werden verschiedene räumliche Aggregationsebenen verwendet (z.B. großflächige landwirtschaftliche Regionen, Bodenklimazonen usw.), wodurch günstige oder ungünstige Regionen für NOcsPS-Anbausysteme identifiziert werden können.

WP2: Bewertung der individuellen und kombinierten Auswirkungen von biotischem und abiotischem Stress auf Erträge, NUE und Treibhausgasemissionen in NOcsPS-Getreideanbausystemen

Anhand dynamischer Wetterindizes (WI) werden die Ertragsverluste und Auswirkungen auf die Stickstoffnutzungseffizienz und Treibhausgasemissionen aufgrund von abiotischem Stress (Hitze, Dürre, Staunässe, starker Regen, Frost usw.) bewertet. Die Analysen vergleichen fungizidfreie und mit Fungiziden behandelte Varianten der letzten Jahrzehnte, wobei relevante Krankheiten und abiotische Stressoren (WI) als Kovariate in gemischten Modellen verwendet werden. Der Schwerpunkt liegt darauf, wie biotische und abiotische Stressoren die Ergebnisse einzeln, sequenziell oder durch additive oder multiplikative Wechselwirkungen beeinflussen.

WP3: Pflanzenresistenz als Schlüssel zur Ertragssicherheit, Stickstoffnutzungseffizienz und Abschwächung des Klimawandels in NOcsPS-Anbausystemen

Anhand gemischter Modelle werden die Befalls-Ertragsverlust-Beziehungen für drei Sortentypen (anfällig, mittelschwer und resistent) für jede Kombination aus Pflanzenart und Krankheit beschrieben. Die Modelle werden auf historische Befallsdaten angewendet und die räumlich-zeitlichen Analysen in WP1 & WP2 werden um den Aspekt der Sortenresistenz erweitert und für die drei Sortentypen implementiert. Der Beitrag der Sortenresistenz zur Ertragssicherung, zur Stickstoffnutzungseffizienz und zum Kohlenstoff-Fußabdruck wird bundesweit im Vergleich zur konventionellen Landwirtschaft bewertet.

WP4: Bewertung biotischer × abiotischer Stresseffekte in NOcsPS-Systemen unter Klimawandel

Bundesweite tägliche Wetterdaten aus den Klimaszenarien des DWD-Kernensembles werden verwendet, um Änderungen des Auftretens von biotischem und abiotischem Stress unter Klimawandel (1971–2099) zu bewerten. Alle relevanten Wetterindizes (WI) aus WP2 werden hierfür bundesweit berechnet. Zusätzlich werden Befallsrisikomodelle verwendet, um das Befallsrisiko unter zukünftigen Klimaszenarien zu bewerten. Die entsprechenden Kovariaten für biotischen und abiotischen Stress werden in gemischte Modelle integriert, um die Änderungen der biotischen und abiotischen Stresseffekte auf Erträge, NUE und Treibhausgasemissionen in NOcsPS-Systemen unter Klimawandel zu bewerten.