Klimawandel und Ernährungssicherheit

Inwieweit könnte eine angepasste Landwirtschaft in der Europäischen Union zur globalen Ernährungssicherheit beitragen?

Ernährungssicherheit, das heißt, die Verfügbarkeit und der Zugang zu genügend gesunden Lebensmitteln, ist zentral für das Wohlergehen von Individuen und Nationen und entscheidend für deren politische Stabilität. Hatte die miteinander verwobenen Finanz- und Ernährungskrise in 2008 bereits zu höherer Ernährungsunsicherheit geführt, so haben Corona-Krise und der Krieg in der Ukraine die Lebensmittelpreise und Anzahl der vom Hunger Betroffenen wieder deutlich erhöht – vor allem in den ärmeren, von Getreideimporten abhängigen Ländern. Auch ohne derartige Preisspitzen ist eine erhebliche Steigerung der Nahrungsmittelproduktion in den kommenden Jahrzehnten dringend erforderlich. Neben einem weiterhin schnellen Bevölkerungswachstum (> 9 Milliarden in 2050) wird diese Herausforderung durch ein künftig raueres Klima, Verknappung von Süßwasserressourcen und fruchtbarem Land verschärft.

Dies wirft viele Fragen auf: Welche Anpassungsmaßnahmen sind in der Landwirtschaft erforderlich, um weltweit Ernährungssicherheit herzustellen, und gleichzeitig die natürlichen Ressourcen zu schonen und aktiven Klimaschutz voranzubringen? Einerseits hat der Klimawandel die Nahrungsmittelproduktion in vielen Regionen bereits negativ beeinträchtigt; andererseits trägt die Landwirtschaft maßgeblich zur Emission von Treibhausgasen bei, birgt damit aber auch viele Möglichkeiten zur Klimaneutralität beizutragen. Aus europäischer Sicht stellt sich die Frage, ob die Landwirtschaft in der EU vorangehen und durch Anpassung und Transformation einen substantiellen, und zugleich klimafreundlichen Beitrag zur globalen Ernährungssicherheit leisten kann? Welche Anpassungsmaßnahmen wären vielsprechend und welche Investitionen sind erforderlich?

Global waren im Jahr 2021 mehr als 800 Millionen Menschen (9.8 % der Weltbevölkerung) von Hunger bedroht – ein Zuwachs von 46 Mio. Menschen im Vergleich zu 2020 (FAO 2022), wobei die Auswirkungen der anhaltenden COVID-19 Pandemie eine maßgebliche Rolle spielen (z.B. Savary et al. 2020). Auch angesichts der stark gestiegenen Lebensmittelpreise als Folge des Angriffskriegs von Russland steigt die Zahl der von Hunger Betroffenen insbesondere in ärmeren Ländern, die von Getreideimporten abhängig sind (Von Cramon-Taubadel 2022). Die zunehmende Ernährungsunsicherheit ist jedoch nicht nur auf politische Krisen, sondern auch maßgeblich auf den zunehmend fortschreitenden Klimawandel zurück­zuführen (IPCC 2022). Dieser bringt häufigere Extremwetterereignisse wie Dürren, Hitzewellen oder Überflutungen mit sich – die besonders die wichtigsten Kornkammern der Erde treffen (Trnka et al. 2019; Jägermeyr et al. 2021).

Zusätzlich wird Ernährungssicherheit durch begrenzte natürlichen Ressourcen, niedrige Produktivitäts­steigerungen der Kleinbauern (speziell in Afrika) (Van Ittersum et al. 2016) sowie stagnierende Erträge in hochproduktiven Agrarregionen bedroht (Senapati et al. 2022).

Einen ersten Weckruf hinsichtlich der mit dem Klimawandel verbundenen erhöhten Klima­variabilität und Zunahme von extremen Wetterereignissen gab es bereits zu Beginn des 21. Jahrhunderts (Coumou & Rahmsdorf 2012). Der Zusammenhang zwischen globaler Erwärmung und häufigeren Extremwetterereignissen hat sich mittlerweile erhärtet (Rousi et al. 2022) und damit einhergehende potentielle negative Auswirkungen auf Getreideerträge sind weithin bekannt (Challinor et al. 2014; Jägermeyr et al. 2021). Häufigere Dürren sowie multiple Extremereignisse in wichtigen Kornkammern werden in den nächsten Jahrzehnten (Trnka et al. 2019) sehr wahrscheinlich die Risiken für Pflanzenproduktion und Ertragsstabilität zusätzlich erhöhen (Langstroff et al. 2022).

Gegenüber früheren Projektionen des Weltklimarats (IPCC), haben sich Erderwärmung, Klimawandel und die potentiellen Folgen für die Landwirtschaft beschleunigt (Jägermeyr et al. 2021; IPCC 2022). Klimatisch wird die landwirtschaftliche Produktivität bereits über zahlreiche Mechanismen beeinflusst, die vor allem durch wärmere Mittel- und Extremtemperaturen, veränderte Niederschlagsmuster, erhöhte Variabilität, ausgeprägtere Dürreperioden sowie erhöhte atmosphärische CO₂-Konzentrationen gesteuert werden (Jägermeyr et al. 2021). Diese Mechanismen haben, insbesondere in ärmeren Ländern, bereits zu einer geringeren Verfügbarkeit von Nahrungsmitteln und damit einhergehenden erhöhten Lebensmittelpreisen beigetragen (IPCC 2022).

Im Mittel kann ein Drittel bis maximal fast die Hälfte der Varianz der globalen Ertragsanomalien durch klimatische Einflüsse innerhalb der Vegetationsperiode erklärt werden, wobei Klima­extreme im Mittel etwa 75 % zu dieser Erklärung beitragen (Vogel et al. 2019). Allerdings wird die negative Wirkung von erhöhter Klimavariabilität und Extremwetter mit erheblichen Ertragsverlusten (wie 2016 in Frankreich aufgrund von komplementären Extremwetter­ereignissen, oder 2010 in Russland aufgrund einer Rekord-Hitzewelle) bisher in globalen Studien zu Auswirkungen des Klimawandels auf die globale Nahrungsmittelproduktion (wie die von Jägermeyr et al. 2021) noch nicht genügend berücksichtigt. In Abb. 1 sind die potentiellen relativen Ertragsveränderungen infolge des projizierten Temperaturanstiegs bis zum Ende des 21. Jahrhunderts dargestellt; dabei sind weder der atmosphärische CO₂ Anstieg, Änderungen in Niederschlagsmustern noch Anpassungsmaßnahmen jeglicher Art berücksichtigt. Aufgrund von Unterschieden in den verwendeten Klimaszenarien und Modellen für die Klimafolgenabschätzung und methodischen Unzulänglichkeiten, bestehen erhebliche Unsicherheiten bei Vorhersagen von Effekten des Klimawandels auf die landwirtschaftliche Produktion (Challinor et al. 2014; Rötter et al. 2018; IPCC 2022).

Abb. 1.: Multimethoden-Schätzungen der voraussichtlichen globalen Ernteertragsänderungen als Reaktion auf Temperaturanstieg bis zum Ende des 21. Jahrhunderts im Vergleich zu 1981-2010 (Extrahiert aus Zhao et al. 2017 Fig 2. S. 2) für vier Hauptkulturen. Die roten Balken stellen Ertragsveränderungen bei „worst case“ und die grünen Balken bei „best case“ Klimaprognosen dar.

Besonders gravierend für die globale Ernährungssicherheit ist es, wenn Extremwetterereignisse gleichzeitig in mehreren wichtigen Kornkammern auftreten. Da diese Tendenz steigt (Kornhuber et al. 2020) ist entschlossenes politisches Handeln gefragt um Schutzmechanismen effektiv zu etablieren.

Damit die landwirtschaftliche Produktion auch in Zukunft unter veränderten Klima- und Wetterbedingungen den Nahrungsmittelbedarf einer wachsenden Weltbevölkerung decken kann, muss sich die Landwirtschaft dringend anpassen und transformieren. Dazu werden die bereits stattfindenden autonomen Anpassungen, wie z.B. frühere Aussaattermine oder Wahl existierender früher reifenden Pflanzenvarietäten nicht ausreichen. Die Anpassung an Extremwetterereignisse spielt hier eine besondere Rolle, da diese oftmals die etablierten Anpassungspotenziale übersteigen.

Studien konnten zeigen, dass ein Bündel von herkömmlichen Anpassungsmaßnahmen, wie Zusatz­bewässerung, Änderung der Düngungs­praktiken, optimale Aussatzeitpunkte, sowie den Umweltbedingungen angepasste, stress-tolerante Sorten ein großes Potential zur Risikominimierung bei mittleren Klimaänderungen haben können (Challinor et al. 2014; Ruiz-Ramos et al. 2018; Aggarwal et al. 2019). Während für Weizen in tropischen Anbauregionen auch bei Anwendung von Anpassungsmaßnahmen ab einer lokalen Erwärmung > 2^oC Ertragsverluste projiziert werden, bieten diese in gemäßigten Breiten auch bei stärkerer Erwärmung noch Schutz vor Ertragsverlusten (Challinor et al. 2014).

Der mediterrane Raum gilt, neben dem südlichen Afrika, Westafrika, Amazonien und Australien aufgrund der projizierten drastisch zunehmenden Sommertemperaturen und der Abnahme von Sommerniederschlägen als ein Hotspot von negativen Klimafolgen. In einer Studie zu Anpassungs­­möglichkeiten für Winter- und Sommerweizen in Spanien, fanden Ruiz-Ramos et al. (2018), dass Sorten mit kürzerer Wachstumsperiode, frühere Aussaattermine oder Zusatz­bewässerung individuell, auch bei erhöhtem atmosphärischen CO₂ Gehalt (447 ppm) keinen ausreichenden Schutz vor Ertragsverlusten liefern könnten – sondern nur in Kombination eine effektive Anpassung erzielen könnten. Dabei spielt die Zusatzbewässerung eine entscheidende Rolle.

Die zukünftig zu erwartenden Klimabedingungen in den wichtigsten Kornkammern (Trnka et al. 2019; IPCC 2022) erfordern zunehmend systemische Anpassungsmaßnahmen (Aggarwal et al. 2019) bis hin zu einer Transformation der landwirtschaftlichen Produktionssysteme die als Teil von multifunktionalen, klimaresilienten Agrarlandschaften zu einem verbesserten Angebot an multiplen Ökosystemleistungen (Primärproduktion, Wasser- und Nährstoffregulierung etc.) unter heutigen und zukünftigen Klimabedingungen beitragen können (Savary et al. 2020). Solche Agrarsysteme sollten sich durch eine effizientere Ressourcennutzung (Bennetzen et al. 2016) und/oder durch diversifizierte Anbausysteme auszeichnen, die sich positiv auf Klima, Bio­diversität, Umwelt, Tierwohl und menschliche Gesundheit auswirken – und der Heterogenität lokaler Standortbedingungen Rechnung tragen. Dem muss sich auch das Konsumverhalten anpassen.

Soussana et al. (2012) haben eine „europäische Antwort“ auf die Frage skizziert, welche Forschungs­anstrengungen erforderlich sind, um den steigenden globalen Nahrungsmittelbedarf durch nachhaltige Produktionssteigerungen zu decken. Als Beispiel wird die Etablierung der “Joint Programming Initiative on Agriculture, Food Security and Climate Change“ (FACCE – JPI) aufgeführt, bei der 21 Mitgliedsländer teilnehmen. Unter einer gemeinsamen Forschungs­strategie werden nationale Forschungsmittel gebündelt, um die grenzüberschreitenden Herausfor­derungen zu diesem Themenkomplex anzugehen. Das übergeordnete Ziel des ‚FACCE-JPI Science Plans‘ ist, Pfade für innovative, klima-smarte Ernährungssysteme in der EU für den Zeithorizont 2030 bis 2050 zu entwickeln (Soussana et al. 2012). Folglich könnte die EU Beispiele wissenschaftsbasierter Transformationspfade für eine klima-neutrale Landwirtschaft liefern, die durch globale Strahlkraft auch zu einer nachhaltigen Ernährungssicherung führen könnte.

Bezüglich des Beitrages der EU zur globalen Ernährungssicherheit spielt Weizenanbau eine besondere Rolle: Weizen (Triticum aestivum L.) ist eines der wichtigsten Grundnahrungsmittel und beinhaltet etwa 20 % der gesamten Kalorien und Proteine in der Nahrung (Senapati et al. 2022), wobei die EU von 2010 bis 2020 rund 33 % des weltweiten Weizen produzierte (FAOSTAT 2022). Darüber hinaus beansprucht die EU nur 3 % der globalen Anbaufläche, trägt 8 % zur globalen Nutzpflanzenproduktion bei und stellt nur 1 % der globalen Emissionen dar (Bennetzen et al. 2016). Auch wenn die Klimabedingungen in Europa rauer werden, so existieren im globalen Vergleich genügend Gunstklimate, die einen überproportionalen, wenn auch bescheidenen, Beitrag zur globalen Ernährungssicherheit mit nachhaltigen Anbaumethoden ermöglichen.

In den letzten Jahren richtete sich in der EU erhebliche Forschungs­anstrengungen auf die Züchtung klimaresilienter (v.a. Hitze- und Trockenstress toleranter) Sorten – insbesondere für Weizen und Gerste –, sowie auf Maßnahmenentwicklung zur Erhöhung der Agrobiodiversität und Reduzierung von Treibhausgasen (siehe FACCEJPI 2022).

Um optimale Genotypen zu identifizieren, die längere und intensivere klimabedingte Stressperioden tolerieren können, ist eine komplementäre Nutzung von Gendatenbanken und modernen Züchtungsmethoden, gestützt durch Ertragsmodellierung unter Antizipation (Klimamodellierung) zukünftiger Klimabedingungen, sowie kontrollierte und sensorgestützte Experimente unter Feldbedingungen erforderlich (Rötter et al. 2015; Langstroff et al. 2022). Solche neuen Sorten können jedoch nur in Kombination mit optimalen Anbau- und Bewirtschaftungs­methoden ihre gewünschte Anpassung und Klimaresilienz entfalten.

Kürzlich untersuchte ein internationales Forschungsteam, inwieweit die Passgenauigkeit von Weizensorten hinsichtlich der Standortbedingungen optimiert werden kann (Senapati et al. 2022). Zu diesem Zweck bestimmten die Forscher*innen die „genetische Ertragslücke“ bei Weizen, wobei herausgefunden wurde, dass durch die Schließung dieser Lücke die globale Weizenproduktion theoretisch verdoppelt werden könnte (Senapati et al. 2022). Dies könnte einen maßgeblichen Beitrag zur globalen Ernährungssicherung leisten. Potenzielle Erfolge solcher Sortenverbesserung sind jedoch an die standortgebundene Optimierung der übrigen Produktionsfaktoren gekoppelt, was in Industrienationen der gemäßigten Breiten, wie in der EU, möglich ist – nicht aber unter den kleinbäuerlichen Produktionsrealitäten in z.B. Afrika, in denen die notwendigen Ressourcen nicht zur Verfügung stehen.

Nicht nur bezüglich Anpassungsbemühungen, sondern auch bei der Reduzierung von Treibhausgas Emissionen der Landwirtschaft spielt die EU eine Vorreiter-Rolle. Hohe Emissionen pro Fläche werden hier durch hochproduktive Systeme kompensiert, sodass die Emissionen pro produzierter Einheit sehr niedrig sind und somit eine Entkopplung von steigenden Emissionen mit steigender Produktion darstellt (Bennetzen et al. 2016). Nichtsdestotrotz bleiben die Emissionen vor allem im Energiesektor der Landwirtschaft hoch, wobei ein Umstieg auf erneuer­bare Energie eine mögliche Lösung wäre um klimaneutrale Anbausysteme zu ermög­lichen.

Ärmere Länder, insbesondere in Afrika und Asien, werden Klimaprognosen zufolge am stärksten unter den Auswirkungen des Klimawandels leiden und haben nur begrenzte finanzielle und institutionelle Ressourcen, um ihre Landwirtschaft anzupassen (IPCC 2022). Hierbei gilt Diversifizierung als ein maßgeblicher Baustein um klima-bedingte Risiken zu minimieren. Risiken werden dabei nicht nur durch diversifizierte Agrarökosysteme begrenzt, sondern auch gefächerte und damit gesicherte Lebensunterhalte der Landwirt*innen tragen zur Steigerung der Ernährungssicherheit bei.

In unserem Beitrag haben wir versucht die Notwendigkeit von, und Möglichkeiten zur Anpassung zu verdeutlichen. Dazu sind allerdings massive Investitionen in Forschung, Technologie, Infrastruktur, Ausbildung, Beratungsdienste, etc., weltweit nötig. Zunächst muss es darum gehen den Lebensunterhalt von Millionen von Kleinbauern in ärmeren Ländern (Van Ittersum et al. 2016) – auch unter den Bedingungen des Klimawandels – zu sichern, sodass Abhängigkeiten von Preisschwankungen, Nahrungsmittelimporten und Hungerhilfen deutlich reduziert werden.

Letztendlich gibt es jedoch eine Grenze dafür, wie weit sich die Landwirtschaft an das sich verändernde Klima anpassen kann. Erstens benötigt es einen starken politischen Willen, mögliche Anpassungsmaßnahmen weitflächig zu implementieren. Zweitens, führt uns der Ukrainekrieg vor Augen, dass proaktive Friedenspolitik sehr wichtig ist, um die Grundlagen für erfolgreiche Investitionen in Ernährungssicherung zu schaffen. Drittens, muss aktiver Klimaschutz vorangetrieben werden um langfristige Ernährungssicherheit zu gewährleiten. Dabei stehen die historischen und aktuellen Hauptverursacher des anthropogenen Klimawandels in der Pflicht.

Aggarwal, P., Vyas, S., Thornton, P., & Campbell, B. M. (2019). How much does climate change add to the challenge of feeding the planet this century?. Environmental Research Letters, 14(4), 043001.

Anderson, R., Bayer, P. E., & Edwards, D. (2020). Climate change and the need for agricultural adaptation. Current Opinion in Plant Biology, 56, 197-202.

Bennetzen, E., Smith P., Porter, JR (2016). Decoupling of greenhouse gas emissions from global agricultural production: 1970–2050. Global Change Biology 22, 763–781, doi: 10.1111/gcb.13120

Challinor, A. J., Watson, J., Lobell, D. B., Howden, S. M., Smith, D. R., & Chhetri, N. (2014). A meta-analysis of crop yield under climate change and adaptation. Nature Climate Change, 4(4), 287-291.

Coumou, D., & Rahmsdorf, S. (2012). A decade of weather extremes. Nature Climate Change, 2, 491–496.

FACCEJPI (2022), »Actions«, verfügbar unter: https://www.faccejpi.net/en/FACCEJPI/Actions.htm.

FAO.STAT. License: CC BY-NC-SA 3.0 IGO. Extracted from: https://www.fao.org/faostat/en/#data/QCL. Data of Access: 15-07-2022.

FAO, IFAD, UNICEF, WFP and WHO. 2022. The State of Food Security and Nutrition in the World 2022. Repurposing food and agricultural policies to make healthy diets more affordable. Rome, FAO

Kornhuber, K., Coumou, D., Vogel, E., Lesk, C., Donges, J. F., Lehmann, J., & Horton, R. (2020). Amplified Rossby waves enhance risk of concurrent heatwaves in major breadbasket regions. Nature Climate Change, 10, 48–53.

IPCC (2022). Summary for Policymakers [H.-O. Pörtner, D.C. Roberts, E.S. Poloczanska, K. Mintenbeck, M. Tignor, A. Alegría, M. Craig, S. Langsdorf, S. Löschke, V. Möller, A. Okem (eds.)]. In: Climate Change 2022: Impacts, Adaptation, and Vulnerability. Contribution of Working Group II to the Sixth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change [H.-O. Pörtner, D.C. Roberts, M. Tignor et al. (eds.)]. Cambridge University Press. In Press

Jägermeyr, J., Müller, C., Ruane, A. C., Elliott, J., Balkovic, J., Castillo, O., … & Rosenzweig, C. (2021). Climate impacts on global agriculture emerge earlier in new generation of climate and crop models. Nature Food, 2(11), 873-885.

Langstroff, A., Heuermann, M. C., Stahl, A., & Junker, A. (2021). Opportunities and limits of controlled-environment plant phenotyping for climate response traits. Theoretical and Applied Genetics, 1-16.

Rötter, R.P., Hoffmann, M.P., Koch, M., Müller, C. (2018). Progress in modelling agricultural impacts of and adaptations to climate change. Current Opinion in Plant Biology 45(B), 255-261.

Rötter, R.P., Tao, F., Höhn, J.G., Palosuo, T. (2015). Use of crop simulation modelling to aid ideotype design of future cereal cultivars. Journal of Experimental Botany 66 (12), 3463-3476.

Rousi, E., Kornhuber, K., Beobide-Arsuaga, G., Luo, F., & Coumou, D. (2022). Accelerated western European heatwave trends linked to more-persistent double jets over Eurasia. Nature communications, 13(1), 1-11.

Ruiz-Ramos, M., Ferrise, R., Rodríguez, A., Lorite, I. J., Bindi, M., Carter, T. R., … & Rötter, R. P. (2018). Adaptation response surfaces for managing wheat under perturbed climate and CO2 in a Mediterranean environment. Agricultural Systems, 159, 260-274.

Savary, S., Akter, S., Almekinders, C., Harris, J., Korsten, L., Rötter, R., & Waddington, S. (2020). Mapping disruption and resilience mechanisms in food systems. Food Secur. 12, 695–717.

Senapati, N., Semenov, M. A., Halford, N. G., Hawkesford, M. J., Asseng, S., Cooper, M., … & Webber, H. (2022). Global wheat production could benefit from closing the genetic yield gap. Nature Food, 1-10.

Soussana, J. F., Fereres, E., Long, S. P., Mohren, F. G., Pandya‐Lorch, R., Peltonen‐Sainio, P., … & von Braun, J. (2012). A European science plan to sustainably increase food security under climate change. Global Change Biology, 18(11), 3269-3271.

Trnka, M., Feng, S., Semenov, M. A., Olesen, J. E., Kersebaum, K. C., Rötter, R. P., … & Büntgen, U. (2019). Mitigation efforts will not fully alleviate the increase in water scarcity occurrence probability in wheat-producing areas. Science Advances, 5(9), eaau2406.

Van Ittersum, M.K., Van Bussel, L.G.J., Wolf, J. et al. (2016). Can sub-Saharan Africa feed itself? Proc. Natl. Acad. Sci. 113, 14964–14969.

Vogel, E., Donat, M. G., Alexander, L. V., Meinshausen, M., Ray, D. K., Karoly, D., … & Frieler, K. (2019). The effects of climate extremes on global agricultural yields. Environmental Research Letters, 14(5), 054010

Von Cramon-Taubadel, S. (2022). Russia’s Invasion of Ukraine–Implications for Grain Markets and Food Security. German Journal Agricultural Economics , 71, 1-13.

Zhao, C., Liu, B., Piao, S., Wang, X., Lobell, D. B., Huang, Y., … & Asseng, S. (2017). Temperature increase reduces global yields of major crops in four independent estimates. Proceedings of the National Academy of Sciences, 114(35), 9326-9331.

Dieser Beitrag ist im IFO Schnelldienst 75. Jahrgang  im August 2022 erschienen.