Klimaerwärmung lässt Anbauflächen global schrumpfen
Weizen: minus 15 Prozent, Mais: minus 6,6 Prozent, Reis, minus 6,6 Prozent, Kartoffeln: minus 14 Prozent. Das sind nicht die aktuellen Preisbewegungen an den Rohstoffmärkten, sondern die Zahlen zeigen, um wie viel die verfügbare Anbaufläche der genannten Nutzpflanzen weltweit zurückgeht, wenn sich das Klima gegenüber der vorindustriellen Zeit um zwei Grad erwärmt. Publiziert hat sie ein Forscherteam um Sara Heikonen und Matti Kummu an der Aalto Universität unter Beteiligung des UZH-Geografen Daniel Viviroli im vergangenen Jahr im Wissenschaftsjournal «Nature Food»
Die Forschenden haben die entsprechenden Werte für die dreissig wichtigsten Nahrungsmittelpflanzen für vier verschiedene Klimaszenarien durchgerechnet.
Bei einer Erwärmung um 2 Grad gehen die Anbauflächen bei 25 von 30 Pflanzenarten zurück.
«Wenn die Erwärmung zwei Grad übersteigt, ist damit zu rechnen, dass die Anbauflächen für alle Pflanzenarten zurückgehen», sagt Sara Heikonen von der Aalto Universität, die die Daten analysiert hat. «Um unter einer Erwärmung von zwei Grad zu bleiben, müssen gemäss dem Weltklimarat IPCC die Treibhausgasemissionen in diesem Jahrzehnt deutlich reduziert werden.»
Gewinne im Norden, Verluste im Süden
In allen vom Forscherteam berechneten Szenarien gibt es neben den Verlusten auch Gewinne an Anbauflächen. Diese liegen vor allem in mittleren und höheren Lagen, etwa in Europa. Dort sorgen die Klimaveränderungen dafür, dass Pflanzen angebaut werden können, die bisher wegen der zu kühlen Temperaturen nicht gedeihen.
Im mildesten Szenario mit einer Erwärmung um 1,5 Grad vermögen global gesehen solche Gewinne die Verluste auszugleichen.
In den anderen Szenarien überwiegen die Rückgänge deutlich.
Bei einer Erwärmung um vier Grad gehen die Anbauflächen für Hülsenfrüchte, Ölsaaten und stärkehaltige Wurzelgewächse wie Kartoffeln, Süsskartoffeln, Yams und Cassava um über 50 Prozent zurück. Die neu hinzukommenden Anbauflächen verharren bei 20 bis 25 Prozent.
Tropen und Subtropen leiden besonders
«Die Auswirkungen des Klimawandels auf die Anbauflächen sind vor allem in den Tropen und Subtropen gross», sagt Viviroli. Er ist Hydrologe und hat die Klimaszenarien in Bezug auf Niederschlagsmengen, Temperaturen und Verdunstungsverhältnisse miteinander verglichen.
Die blauen Flächen zeigen die fruchtbaren Flächen heute.
(Daten: Heikonen, S. (2025)
Die roten Flächen zeigen den Rückgang an, je dunkler, desto stärker ist der Rückgang (25%–75%).
Nutzen Sie den Slider, um sich auf der Karte können die Verluste für die verschiedenen Temperaturszenarien anzuzeigen.
Im Gürtel südlich der Sahara können bei einer Erwärmung um zwei Grad 25 bis 30 Prozent der heutigen Produktion aus dem «sicheren klimatischen Raum» fallen. Dieses neuartige Konzept umfasst die drei für den Anbau von Nahrungsmitteln entscheidenden klimatischen Faktoren: Niederschlag, Temperatur und Feuchtigkeit und umschreibt, unter welchen Bedingungen der Anbau einer Pflanzenart möglich ist.
Ebenfalls stark betroffen sind Nordafrika und der Mittlere Osten.
«In all den betroffenen Regionen wachsen viele Nutzpflanzen bereits nahe an der Temperaturgrenze, die für sie noch tolerierbar ist.»
Damit trifft der Klimawandel Gegenden, die einerseits heute schon am meisten damit zu kämpfen haben, genügend Nahrungsmittel zu produzieren. «Die Landwirtschaft ist dort stark auf Selbstversorgung ausgerichtet», erklärt Viviroli. Die Verluste können nicht einfach durch Importe aus anderen Regionen ausgeglichen werden.
Wassermangel und Staudämme
Neben der Temperaturzunahme ist der Rückgang der Niederschläge in den Tieflandregionen ein Grund dafür, dass nutzbare Anbauflächen schwinden. Fehlender Regen kann zwar mit zusätzlicher oder effizienterer Bewässerung zu einem Teil kompensiert werden. Doch bereits heute sind in den Tieflandregionen, wie etwa dem Einzugsgebiet der Flüsse Ganges, Brahmaputra und Meghna, knapp eine Milliarde Menschen auf das Wasser aus den Bergen angewiesen, wie Viviroli in einer anderen Studie gezeigt hat. Bis Mitte des Jahrhunderts dürfte diese Zahl auf 1,5 Milliarden steigen.
70 Prozent des Wassers, das aus Flüssen, Seen oder Grundwasser entnommen wird, fliesst zur Bewässerung in die Landwirtschaft. Mit dem Klimawandel nehmen auch die Kapazitäten der Bergregionen ab, Wasser längerfristig zu speichern.
Wenn die Gletscher zurückgehen und weniger Schnee liegt, verändert sich auch die Wasserlieferung aus den Bergen. «Derzeit fällt die Schneeschmelze gut mit den Vegetationszeiten zusammen», so Viviroli, «und stützt das Wachstum der Pflanzen.»
Beginnt die Schneeschmelze früher, ist diese Übereinstimmung nicht mehr gegeben und man müsste das Wasser künstlich in den Bergen speichern. Das bedeutet beispielsweise, Staudämme zu bauen. «Sie sind eine mögliche Anpassungsstrategie, bringen aber viele Nachteile mit sich», erklärt Viviroli.
Abgesehen von negativen ökologischen Auswirkungen benötigen sie viel Kapital und können in bestimmten Regionen zu Konflikten um den Zugang zu Wasserressourcen führen.
Orphan Crops als Alternative?
Eine andere Strategie ist, auf Pflanzen auszuweichen, die resistenter sind – zum Beispiel die Maramabohne, die im Süden Afrikas wächst.
Die gelbe Fläche zeigt das ungefähre Verbreitungsgebiet der Maramabohne. Gelbe Punkte sind Orte, an denen die Pflanze nachgewiesen wurde. (Daten: GBIF.org)
«Die Pflanze wächst auf extrem kargen Böden, übersteht grosse Hitze und Trockenheit», sagt der Pflanzenbiologe Ueli Grossniklaus, der sich in Zusammenarbeit mit der Universität Mpumalanga in Südafrika intensiv damit beschäftigt und unter anderem ihr Genom entschlüsselt hat.
Essbar sind die Samen der Bohne, die an Kastanien erinnern, aber etwa halb so gross sind. Sie sind ein wahres Wunder an Nährstoffen. «Sie haben mehr Proteine als Sojabohnen, mehr Fett als Erdnüsse und mehr Vitamine und Spurenelemente als andere Nahrungsmittel.» Kurz: Fast bei allen Inhaltsstoffen schneidet sie besser ab als die besten der heute oft genutzten Nahrungsmittel.
Die Maramabohne ist eine so genannte Orphan Crop, also ein Nahrungsmittel, das bisher in der Zucht oder im Anbau nicht berücksichtigt wurde. «Man könnte es bereits heute auf Flächen anbauen, wo sonst nichts wächst», sagt Grossniklaus. Für einen intensiven Anbau gibt es aber noch viele Hürden: Denn die Maramabohne vereint gleich mehrere Eigenschaften, die einer Zucht und Domestizierung normalerweise entgegenstehen. Die Samen keimen nicht von selbst aus, die Pflanze befruchtet sich nicht selbst und sie blüht nicht regelmässig.
Um die Bohne für die Nahrungsmittelproduktion zu kultivieren, wäre Züchtung notwendig. «Im Moment wissen wir aber gar nicht, wie wir das machen sollten», sagt Grossniklaus. Zu wenig ist über die Pflanze überhaupt bekannt. Grossniklaus ist einer der wenigen, die die Maramabohne überhaupt erforschen. Sein kollaboratives Projekt, das vom Schweizerischen Nationalfonds und der südafrikanischen National Research Foundation gefördert wird, läuft aber bald aus. Für weitere Forschung oder Feldversuche fehlt im Moment die weitere Finanzierung.
Pflanzenzüchtung beschleunigen
Das Beispiel der Maramabohne zeigt: Auch wenn gewisse Orphan Crops geeignet wären, unter veränderten klimatischen Bedingungen zu bestehen und hochwertige Nahrung zu liefern: Der Weg zu einer intensiven Nutzung ist noch weit. Die Ausfälle, die bei den bisherigen Nutzflächen entstehen, könnten damit kaum ausgeglichen werden.
«Wir werden einen Weg finden müssen, um wichtige Nutzpflanzen wie Weizen, Mais und Reis rascher anzupassen», ist Grossniklaus überzeugt. Zwar könnte man mit herkömmlicher Züchtung resistentere oder ertragreichere Arten hervorbringen. Doch das ist extrem aufwändig und dauert zu lange. «Bis man mit der klassischen Züchtung eine gegenüber den Folgen der Klimaerwärmung tolerantere Form hat, ist das Klima vielleicht schon gekippt», sagt Grossniklaus.
«Wir werden einen Weg finden müssen, um wichtige Nutzpflanzen wie Weizen, Mais und Reis rascher anzupassen.»
In verschiedenen Ländern, etwa in den USA oder China, sind deshalb Sorten im Anbau, die mithilfe der Genom-Editierung erzeugt wurden. Dabei wird mit der CRISPR/Cas-Methode das Erbgut einer Pflanze gezielt verändert. «Wenn ich weiss, welches Gen für die Toleranz gegenüber Trockenheit relevant ist, kann ich das mit dieser Methode verändern», erklärt Grossniklaus. «Das ist effizienter als eine jahrelange Züchtung mit Versuch und Irrtum.»
Diversität erhöht die Erträge
Im Gegensatz zu herkömmlicher Gentechnik werden bei der Genomeditierung der Pflanze keine fremden Gene eingefügt, sondern lediglich das eigene Genom verändert. «Das sind Veränderungen, wie sie auch natürlich oder bei der heute weit verbreiteten Mutationszüchtung vorkommen», so Grossniklaus. In der Schweiz sind Genom-editierte Pflanzen den gentechnisch veränderten gleichgestellt und ihr Anbau ist verboten.
Doch die Folgen des Klimawandels könnten in diesem Bereich vielleicht zu einem Umdenken führen. «Dort, wo der Druck zur Anpassung hoch genug ist, werden transgene Pflanzen zugelassen, beispielsweise gegen den Bohnenzünsler resistente Augenbohnen in Nigeria», konstatiert Grossniklaus.
Ein Problem für die Züchtung resistenter oder ertragreicherer Nutzpflanzen ist, dass der Genpool der heute angebauten Sorten sehr klein ist. Das heisst, die Diversität innerhalb einer Pflanzenart ist nicht gross. Diversität aber ist hilfreich: Werden auf einem Feld verschiedene Varianten einer Sorte angebaut, so werfen sie mehr Ertrag ab. Dies hat unter anderem die Forschung des der UZH-Umweltwissenschaftlers Bernhard Schmid gezeigt.
Der Effekt funktioniert auch, wenn die Pflanzen zwar genetisch gleich, aber in ihrer epigenetischen Ausprägung verschieden sind. Das heisst, die Pflanzen unterscheiden sich nicht in ihren Genen, sondern darin, welche dieser Gene aktiv sind oder nicht. Die Epigenetik führt dazu, dass Pflanzen trotz genetischer Identität unterschiedlich ausgeprägte Eigenschaften haben können.
Grossniklaus hat kürzlich in einer wegweisenden Studie gezeigt, dass epigenetische Eigenschaften zumindest zum Teil vererbt und selektioniert werden können. Dies würde es erlauben, epigenetisch unterschiedliche Varianten von Pflanzen zu züchten. «Auf diese Weise könnte man innerhalb des engen Genpools der Nutzpflanzen die Variation wieder etwas erhöhen», so Grossniklaus. In Versuchen im Labor konnte Grossniklaus zeigen, dass solche epigenetisch unterschiedlichen Pflanzen tatsächlich mehr Ertrag abwerfen und auch robuster sind.
Klimaschutz ist zentral
Angesichts der Auswirkungen des Klimawandels auf die Anbauflächen ist für Daniel Viviroli klar, dass die Landwirtschaft in allen Bereichen effizienter und anpassungsfähiger werden muss, um die noch immer wachsende Weltbevölkerung zuverlässig zu ernähren. Laut der Studie sind selbst beim mildesten Szenario einer Erwärmung von 1,5 Grad die Einbussen bei einzelnen Pflanzenarten oder in einzelnen Regionen substanziell. Jede weitere Erwärmung führt zu deutlich höheren Risiken und Verlusten.
Viele Anpassungsstrategien sind kostspielig, haben negative ökologische Auswirkungen oder sind gesellschaftlich umstritten. Auch wenn Anpassung unvermeidlich ist, liegt für Viviroli der wichtigste Hebel im Klimaschutz: «Dieser ist absolut zentral. Jedes Zehntelgrad spielt eine Rolle.