ClimGrassEco II: Auswirkungen des Klimawandels auf die Produktivität und Biogeochemie des Ökosystems Dauergrünland
Projektleitung
Schaumberger Andreas
Forschungseinrichtung
HBLFA Raumberg-Gumpenstein
Projektnummer
101516Projektlaufzeit
-
Finanzierungspartner
Bundesministerium für Landwirtschaft, Regionen und Tourismus
Allgemeine Projektinformationen
Schlagwörter (deutsch)
CO2-Anreicherung, Temperaturanstieg, Dürrephasen, Wetterextreme, Klimawandel, Grünlandökosystem
Titel (englisch)
Impact of climate change on productivity and biogeochemistry of grassland ecosystems
Abstract (englisch)
By means of the applied project the impact of increasing temperature, elevated CO2-concentration and of more frequently appearing drought events on a grassland ecosystem is investigated using the example of a permanent meadow. Among yield productivity and forage quality, which are of strong interest for practical farming, aspects of soil nutrient and soil water budget as well as soil- and ecosystem gas exchange will be considered in detail under climate change conditions. In the course of the previous project period numerous infrastructural and technical updates have been implemented, which significantly improved the site-performance and contributed to the quantity and quality of recordings. From a professional point of view, additional aspects will be incorporated into the existing and ambitious program of analysis and observations, also bridging different disciplines of research. The linkage of ClimGrassEco II with ClimGrassHydro – “Ecohydrology of mountain grassland under global change: mechanisms and consequences“ (2019-2022; Project lead: M. Bahn, University of Innsbruck; Project partner: S. Birk, University of Graz; B. Bednar-Friedl and C. Stumpp, University of natural resources and life Sciences, Vienna; C. Werner und A. Kübert, University of Freiburg; A. Kahmen, University of Basel; A. Zähle, Max-Planck-Institute Jena; M. Stangl, Climate Change Centre Austria; N. Brüggemann, Research Centre Jülich; M. Herndl, E.M. Pötsch, A. Schaumberger, AREC Raumberg-Gumpenstein) offers continuative and novel options, especially in the field of soil water budget. Among already mentioned agronomic aspects, the following topics and research questions will be in the focus:
• Evaluating the individual and combined effects of global warming, enhanced atmospheric CO2-concentration and drought events on eco-hydrology of grassland
• Quantifying the impact of eco-hydrological responses on yield productivity and water resources
• Implementing a platform for an interdisciplinary exchange and transfer of knowledge with climate economists and stakeholders from agriculture and energy business to identify risk potential as well as adaptation strategies to face with challenges of climate change
• Evaluating the individual and combined effects of global warming, enhanced atmospheric CO2-concentration and drought events on eco-hydrology of grassland
• Quantifying the impact of eco-hydrological responses on yield productivity and water resources
• Implementing a platform for an interdisciplinary exchange and transfer of knowledge with climate economists and stakeholders from agriculture and energy business to identify risk potential as well as adaptation strategies to face with challenges of climate change
Projektziele
Mit Hilfe des beantragten Projektes wird der Einfluss steigender Temperaturen, erhöhter CO2-Konzentration sowie von den immer häufiger auftretenden Dürrephasen auf das Grünlandökosystem am Beispiel einer Dauerwiese untersucht und dargestellt. Neben dem für die landwirtschaftliche Praxis im Vordergrund stehenden Ertragsniveau und der Futterqualität werden dabei auch der Bodennährstoff- und Bodenwasserhaushalt sowie der Boden- und Bestandesgaswechsel bei unterschiedlichen Klimabedingungen näher betrachtet. Im bisherigen Projektverlauf wurden zahlreiche infrastrukturelle und technische Ergänzungen sowie Verbesserungen vorgenommen, die zur Steigerung der Anlagen-Performance beitragen und zugleich den Umfang sowie die Qualität der Erhebungen steigern.
Aus fachlicher Sicht können damit weitere Teilaspekte mit in das Erhebungs- und Analysenprogramm aufgenommen werden, die eine wertvolle Ergänzung für die gegenständliche Thematik bedeuten und zugleich auch eine wichtige Schnittstelle zu anderen Forschungsdisziplinen schaffen. Durch die enge Verknüpfung mit dem durch die Österreichische Akademie der Wissenschaften finanzierten Projekt „ClimGrassHydro – Ecohydrology of mountain grassland under global change: mechanisms and consequences“ (2019-2022; Projektleiter: M. Bahn (Universität Innsbruck), Partner: S. Birk (Universität Graz), B. Bednar-Friedl und C. Stumpp (Universität für Bodenkultur Wien), C. Werner und A. Kübert (Universität Freiburg), A. Kahmen (Universität Basel), A. Zähle (Max-Planck-Institut Jena), M. Stangl (Climate Change Centre Austria), N. Brüggemann (Forschungszentrum Jülich), M. Herndl, E.M. Pötsch, A. Schaumberger (HBLFA Raumberg-Gumpenstein) bieten sich insbesondere für den Bereich des Bodenwasserhaushalts neue, weiterführende Möglichkeiten. Folgende Themen- und Fragestellungen stehen dabei neben den bereits genannten agronomischen Aspekten im Vordergrund:
• Erfassung der individuellen und kombinierten Effekte unterschiedlich starker Erderwärmung, erhöhter atmosphärischer CO2-Konzentration sowie Dürrephasen auf die Ökohydrologie von Grünland
• Quantifizierung der Auswirkung ökohydrologischer Reaktionen auf landwirtschaftliche Erträge und Wasserressourcen
• Aufbau einer Plattform für den interdisziplinären Austausch und Wissenstransfer mit Klimaökonomen sowie Interessensgruppen aus Land- und Energiewirtschaft zur Identifizierung von Gefährdungspotenzialen aber auch von Möglichkeiten zur Klimawandelanpassung
Die an der HBLFA Raumberg-Gumpenstein entwickelte und aufgebaute ClimGrass-Anlage ermöglicht für die Kulturart Dauergrünland eine Simulation unter Freilandbedingungen der für Mitte bis Ende dieses Jahrhunderts prognostizierten Temperaturerhöhung und Zunahme der CO2-Konzentration in der Atmosphäre. Im Rahmen des Projektes ClimGrassEco wurden bereits über mehr als fünf Jahre die Behandlungsvarianten in drei Faktorstufen mit Temperatur: ambient, + 1,5 °C, + 3,0 °C und CO2-Konzentration: ambient, + 150 ppm, +300 ppm umgesetzt. Mit Beginn des Folgeprojektes ClimGrassEco II zeigen sich Effekte, die sich aufgrund der langjährigen Simulation bereits auf den behandelten Parzellen eingestellt haben (vergleiche Abschlussbericht ClimGrassEco Nr. 101067). Aufgrund der Erfahrung in den vergangenen Jahren ist zu erwarten, dass die Unterschiede zwischen den einzelnen Behandlungsvarianten mit Fortdauer der Simulation immer deutlicher ausfallen und sich somit die Auswirkungen der Klimaveränderung klarer und detaillierter abzeichnen.
Ziele von ClimGrassEco II sind in Fortführung von ClimGrassEco weiterhin die Erfassung und Analyse der Auswirkungen einer Erhöhung von Temperatur und/oder CO2-Konzentration auf folgende Bereiche des Grünlandökosystems:
• Produktivität des Grünlandes durch Ernte der oberirdischen Biomasse zu den vorgesehenen Ernteterminen bzw. nicht-invasive Methoden (Feldspektrometrie, Spektral Imaging, Ultraschallsensorik, PAR-Messung der photosynthetisch aktiven Strahlung)
• Qualitative Eigenschaften der Biomasse durch nasschemische Analysen, NIRS und Bestimmung der in vitro Verdaulichkeit
• Phänologie und Gesundheitszustand des Pflanzenbestandes durch Erhebung der Entwicklungsstadien ausgewählter Arten sowie Erfassung von Krankheiten mittels Bonituren
• Pflanzliches Artenspektrum durch Pflanzenbestandsaufnahmen
• Boden durch Mikroklimasensorik sowie chemische Nährstoffanalysen
• Ökosystemarer Kohlenstoffkreislauf durch CO2-Messungen im Pflanzenbestand, an der Bodenoberfläche sowie im Bodenkörper mittels automatisierter und/oder manueller Vorrichtungen
• Wasserhaushalt und -bilanz durch wägbare Monolithlysimeter und Smart Field Lysimeter mit Ermittlung der Sickerwassermenge und Nährstoffkonzentration bzw. -austrag
• Simulation von Trockenperioden durch Abhaltung von Niederschlägen mit Regendechern über 12 ausgewählte Parzellen
Auf Basis der zuvor genannten Erhebungen und Analysen sollen folgende Zusatzziele erreicht und umgesetzt werden:
• Detailliertes Verständnis für komplexe Prozesse und funktionale Zusammenhänge im Grünlandökosystem unter veränderten klimatischen Bedingungen
• Entwicklung von kausal fundierten Maßnahmen und Anpassungsstrategien für die Grünlandwirtschaft
• Beitrag zur Erhaltung und Sicherung der vielfältigen Ökosystemleistungen des Grünlands
Aus versuchstechnischer Sicht bietet das gegenständliche Projekt folgenden Zusatznutzen:
• Weiterentwicklung eines komplexen Datenmanagementsystems mit verteilter Datenerfassung zur Einbindung aller anfallenden Mess- und Erhebungsdaten sämtlicher Projektpartner
• Verstärkter Einsatz neuer, nicht- bzw. minimalinvasiver Messmethoden in anderen Versuchsbereichen zur Erhöhung der gesamten Forschungsqualität
• Intensive Kooperation mit wichtigen nationalen und internationalen Forschungseinrichtungen
• Ausbau der Kompetenz im landwirtschaftlichen Versuchswesen
Aus fachlicher Sicht können damit weitere Teilaspekte mit in das Erhebungs- und Analysenprogramm aufgenommen werden, die eine wertvolle Ergänzung für die gegenständliche Thematik bedeuten und zugleich auch eine wichtige Schnittstelle zu anderen Forschungsdisziplinen schaffen. Durch die enge Verknüpfung mit dem durch die Österreichische Akademie der Wissenschaften finanzierten Projekt „ClimGrassHydro – Ecohydrology of mountain grassland under global change: mechanisms and consequences“ (2019-2022; Projektleiter: M. Bahn (Universität Innsbruck), Partner: S. Birk (Universität Graz), B. Bednar-Friedl und C. Stumpp (Universität für Bodenkultur Wien), C. Werner und A. Kübert (Universität Freiburg), A. Kahmen (Universität Basel), A. Zähle (Max-Planck-Institut Jena), M. Stangl (Climate Change Centre Austria), N. Brüggemann (Forschungszentrum Jülich), M. Herndl, E.M. Pötsch, A. Schaumberger (HBLFA Raumberg-Gumpenstein) bieten sich insbesondere für den Bereich des Bodenwasserhaushalts neue, weiterführende Möglichkeiten. Folgende Themen- und Fragestellungen stehen dabei neben den bereits genannten agronomischen Aspekten im Vordergrund:
• Erfassung der individuellen und kombinierten Effekte unterschiedlich starker Erderwärmung, erhöhter atmosphärischer CO2-Konzentration sowie Dürrephasen auf die Ökohydrologie von Grünland
• Quantifizierung der Auswirkung ökohydrologischer Reaktionen auf landwirtschaftliche Erträge und Wasserressourcen
• Aufbau einer Plattform für den interdisziplinären Austausch und Wissenstransfer mit Klimaökonomen sowie Interessensgruppen aus Land- und Energiewirtschaft zur Identifizierung von Gefährdungspotenzialen aber auch von Möglichkeiten zur Klimawandelanpassung
Die an der HBLFA Raumberg-Gumpenstein entwickelte und aufgebaute ClimGrass-Anlage ermöglicht für die Kulturart Dauergrünland eine Simulation unter Freilandbedingungen der für Mitte bis Ende dieses Jahrhunderts prognostizierten Temperaturerhöhung und Zunahme der CO2-Konzentration in der Atmosphäre. Im Rahmen des Projektes ClimGrassEco wurden bereits über mehr als fünf Jahre die Behandlungsvarianten in drei Faktorstufen mit Temperatur: ambient, + 1,5 °C, + 3,0 °C und CO2-Konzentration: ambient, + 150 ppm, +300 ppm umgesetzt. Mit Beginn des Folgeprojektes ClimGrassEco II zeigen sich Effekte, die sich aufgrund der langjährigen Simulation bereits auf den behandelten Parzellen eingestellt haben (vergleiche Abschlussbericht ClimGrassEco Nr. 101067). Aufgrund der Erfahrung in den vergangenen Jahren ist zu erwarten, dass die Unterschiede zwischen den einzelnen Behandlungsvarianten mit Fortdauer der Simulation immer deutlicher ausfallen und sich somit die Auswirkungen der Klimaveränderung klarer und detaillierter abzeichnen.
Ziele von ClimGrassEco II sind in Fortführung von ClimGrassEco weiterhin die Erfassung und Analyse der Auswirkungen einer Erhöhung von Temperatur und/oder CO2-Konzentration auf folgende Bereiche des Grünlandökosystems:
• Produktivität des Grünlandes durch Ernte der oberirdischen Biomasse zu den vorgesehenen Ernteterminen bzw. nicht-invasive Methoden (Feldspektrometrie, Spektral Imaging, Ultraschallsensorik, PAR-Messung der photosynthetisch aktiven Strahlung)
• Qualitative Eigenschaften der Biomasse durch nasschemische Analysen, NIRS und Bestimmung der in vitro Verdaulichkeit
• Phänologie und Gesundheitszustand des Pflanzenbestandes durch Erhebung der Entwicklungsstadien ausgewählter Arten sowie Erfassung von Krankheiten mittels Bonituren
• Pflanzliches Artenspektrum durch Pflanzenbestandsaufnahmen
• Boden durch Mikroklimasensorik sowie chemische Nährstoffanalysen
• Ökosystemarer Kohlenstoffkreislauf durch CO2-Messungen im Pflanzenbestand, an der Bodenoberfläche sowie im Bodenkörper mittels automatisierter und/oder manueller Vorrichtungen
• Wasserhaushalt und -bilanz durch wägbare Monolithlysimeter und Smart Field Lysimeter mit Ermittlung der Sickerwassermenge und Nährstoffkonzentration bzw. -austrag
• Simulation von Trockenperioden durch Abhaltung von Niederschlägen mit Regendechern über 12 ausgewählte Parzellen
Auf Basis der zuvor genannten Erhebungen und Analysen sollen folgende Zusatzziele erreicht und umgesetzt werden:
• Detailliertes Verständnis für komplexe Prozesse und funktionale Zusammenhänge im Grünlandökosystem unter veränderten klimatischen Bedingungen
• Entwicklung von kausal fundierten Maßnahmen und Anpassungsstrategien für die Grünlandwirtschaft
• Beitrag zur Erhaltung und Sicherung der vielfältigen Ökosystemleistungen des Grünlands
Aus versuchstechnischer Sicht bietet das gegenständliche Projekt folgenden Zusatznutzen:
• Weiterentwicklung eines komplexen Datenmanagementsystems mit verteilter Datenerfassung zur Einbindung aller anfallenden Mess- und Erhebungsdaten sämtlicher Projektpartner
• Verstärkter Einsatz neuer, nicht- bzw. minimalinvasiver Messmethoden in anderen Versuchsbereichen zur Erhöhung der gesamten Forschungsqualität
• Intensive Kooperation mit wichtigen nationalen und internationalen Forschungseinrichtungen
• Ausbau der Kompetenz im landwirtschaftlichen Versuchswesen
Praxisrelevanz
Das gegenständliche Projekt weist für die Bereiche Landwirtschaft (insbesondere Grünlandwirtschaft), Wasserwirtschaft und Umwelt einen enorm hohen Stellenwert auf, nachdem es sich um ein weltweit einzigartiges Freilandexperiment zur Klimafolgenforschung handelt. Durch die Simulation der für die nächsten Jahrzehnte prognostizierten Klimaveränderung lassen sich im Vorhinein sowohl Auswirkungen auf das Ökosystem Grünland erheben als auch mögliche Anpassungsstrategien daraus ableiten. Das vorliegende Projekt bietet damit eine zentrale Grundlage für eine proaktive Vorgangsweise mit entsprechender Vorbereitungszeit.