ClimGrassThermo

Das Projekt ClimGrassThermo hat zum Ziel, die Auswirkungen des globalen Wandels (Klimaerwärmung, erhöhte atmosphärische CO2-Konzentrationen und Sommertrockenheit) auf die Bestandesoberflächentemperatur in einem bewirtschafteten Grünland zu untersuchen, und deren Bedeutung für Produktivität, Phänologie, Wassernutzung und Wasser- bzw. Hitzestress zu analysieren. Dazu sollen am ClimGrass-Versuchstandort in Raumberg-Gumpenstein zwei Thermografiekameras installiert und mit Temperatursensoren überprüft und kalibriert werden, und in der Folge die Bestandestemperaturdynamiken mit hoher zeitlicher und räumlicher Auflösung erfasst werden. ClimGrassThermo zielt darauf ab, in einem ersten Schritt die thermischen Auswirkungen der einzelnen und kombinierten Faktoren des globalen Wandels in ihrer tageszeitlichen Dynamik zu quantifizieren, und in einem weiteren Schritt die Hypothesen zu testen, dass 1) die Bestandestemperatur ein geeigneter Indikator für Änderungen der Phänologie und der Futterertrags im Zuge von Klimaerwärmung ist, 2) die Bestandestemperatur sich als Indikator für die Auswirkungen von Erwärmung, erhöhtem atmosphärischen CO2 und Dürre auf die Wassernutzung von Grünland eignet, 3) Sommerdürre in Kombination mit Erwärmung das Auftreten von Hitzestress begünstigt, und 4) die Blatttemperatur ein geeigneter Indikator für die Wassernutzungseffizienz und Dürreresistenz von Pflanzenarten ist und eine Prognose der Auswirkung von Dürre auf den Futterertrag ermöglicht. Die zur Überprüfung der Hypothesen erforderlichen Datensätze sollen im Zuge von gezielten Messkampagnen erhoben und durch Datenreihen aus einem laufenden komplementären Forschungsprojekt ergänzt werden.

Das Projekt würde für die Bereiche Landwirtschaft, Wasserwirtschaft und Umwelt wertvolle Informationen liefern. Bis dato gibt es keine vergleichbaren Untersuchungen zu Auswirkungen kombinierter Faktoren des Klimawandels (Erwärmung, Dürre und Hitzewellen) sowie erhöhter CO2-Konzentrationen auf den Futterertrag, die Phänologie und die Wassernutzung und insbesondere zum Potenzial der Bestandesoberflächentemperatur als Indikator für Anpassungen von Grünland an den Klimawandel einschließlich der Resilienz in Bezug auf Wetterextreme. Die Verknüpfung bildgebender Verfahren mit Prozessstudien zu Produktivität, Phänologie, Wassernutzung und zu Dürre- und Hitzestress ermöglichen darüber hinaus eine Kalibrierung von fernerkundungsbasierten Daten und deren Diagnosepotenzial für Auswirkungen des globalen Wandels auf Grünland, die für die Bereiche Landwirtschaft/ Wasserwirtschaft/ Umwelt von Bedeutung sein können.

Wissenschaftsnetzwerke: Das Projekt würde einen wichtigen Beitrag zur nationalen und internationalen Vernetzung der Forschung leisten, 1) durch eine Vertiefung der langjährige erfolgreichen Forschungskooperationen zwischen HBLFA Raumberg Gumpenstein und der Universität Innsbruck und 2) durch die mögliche Vernetzung mit einem an der ClimGrass-Anlage derzeit laufenden Projekt zur Ökohydrologie von Grünland im globalen Wandel, das vom Antragsteller koordiniert wird und an dem neben der HBLFA Raumberg Gumpenstein zahlreiche nationale (Universität Graz, BOKU) und internationale Forschungseinrichtungen (Universitäten Basel und Freiburg, Forschungszentrum Jülich und Max-Planck-Institut für Biogeochemie Jena) beteiligt sind. In letzterem Projekt wird auch auf eine Stärkung der transdisziplinären Schnittstellen zwischen Wissenschaft und Anwendern aus den Bereichen Landwirtschaft/ Wasserwirtschaft/ Umwelt hingearbeitet.

Das Ziel von ClimGrassThermo war es, die individuellen und kombinierten Auswirkungen von Klimaerwärmung, erhöhtem CO2 und Sommertrockenheit auf die Bestandestemperatur von bewirtschaftetem montanem Grünland zu untersuchen. In einem multifaktoriellen Freilandexperiment (ClimGrass) in Raumberg-Gumpenstein wurden zwei kontinuierlich messende Wärmebildkameras installiert. Zusätzlich wurde eine mobile Kamera eingesetzt, um die wichtigsten Klimaszenarien repliziert untersuchen zu können. Die mit den Wärmebildkameras gemessenen Bestandestemperaturen zeigten eine gute Übereinstimmung mit Temperaturen, die mit Sensoren an der Blattunterseite dominanter Arten gemessen wurden. Die Bestandestemperaturen waren zum Höhepunkt der Dürre im Vergleich zu Kontrollflächen deutlich erhöht und am höchsten, wenn die Dürre unter zukünftigen Klimabedingungen auftrat, d. h. unter Erwärmung in Verbindung mit erhöhtem CO2. Dennoch überstiegen die Temperaturen nie einen Schwellenwert für Hitzestress, was auch durch Messungen der Chlorophyll-Fluoreszenz bestätigt wurde. Gleichzeitig war die stomatäre Leitfähigkeit der untersuchten Arten unter Trockenheit stark reduziert, insbesondere unter zukünftigen Bedingungen, was zu höheren Blatttemperaturen und einer geringeren Bestandesleitfähigkeit führte. Ein signifikanter Rückgang der Bruttoprimärproduktivität unter Dürre, der in einem künftigen Klima am stärksten ausgeprägt war, führte auch zu einer verringerten Wassernutzungseffizienz. Die Kombination aus Erwärmung und erhöhtem CO2 beschleunigte den Frühjahrsaufwuchs und erhöhte den Futterertrag vor allem im Frühjahr, aber auch während des Aufwuchses nach der Dürre. Dadurch wurden die verstärkten Verluste bei der Biomasseproduktion während der Dürre in einem künftigen Klima teilweise ausgeglichen. Aus dieser Studie lässt sich schließen, dass die für dieses montane Grünland getesteten Dürreszenarien im Sommer 2021 selbst bei Erwärmung in Kombination mit erhöhtem CO2 nicht zu kritischem Hitzestress führten. Es bleibt jedoch zu untersuchen, ob extremere Dürreereignisse in Kombination mit Hitzewellen zu kritischen Schwellenwerten für Wasser- und Hitzestress führen und die Resilienz von bewirtschaftetem Grünland verringern könnten. Durch ClimGrassThermo wurde für derartige Folgestudien an der ClimGrass-Anlage eine ausgezeichnete Grundlage geschaffen.