Klimafolgenforschung zu Ackerunkräutern – Daten, Methoden und Anwendungen auf verschiedenen Skalen

Abstract

Eine große Anzahl an Einzeluntersuchungen hat sich in den vergangenen Jahren mit unterschiedlichen Aspekten der Folgen des Klimawandels für Biologie und Schadpotential von Ackerunkräutern befasst. Allerdings finden sich wenige Beispiele, die für einen definierten geographischen Raum und für einzelne Unkrautarten oder Anbausysteme ein umfassendes Bild liefern. Im Rahmen des Projektverbunds zur Klimafolgenforschung in Niedersachsen (KLIFF) wurde ein Forschungsansatz erprobt, der mehrere Skalenebenen übergreift und unterschiedliche Methoden verbindet. Dieser Ansatz sollte eine Möglichkeit liefern, die Folgen veränderter Klimabedingungen für Verbreitung und Leistungsfähigkeit einzelner Unkrautarten umfassend und mit möglichst hoher Vorhersagegenauigkeit abzuschätzen. Die Arten Abutilon theophrasti, Amaranthus retroflexus, Echinochloa crus-galli, Datura stramonium, Iva xanthiifolia und Setaria viridis wurden anhand eines solchen Vorgehens untersucht. Hierzu wurde eine korrelative Artverbreitungsmodellierung (regionale Skalenebene) mit kontrollierten Gefäßversuchen zu vegetativer und generativer Leistungsfähigkeit der Arten unter den für das Ende des Jahrhunderts für Niedersachsen erwarteten Klimabedingungen (lokale Skalenebene) verbunden. Bei der Zusammenführung der Daten zeigte sich, dass die Ergebnisse von der Modellierung und den empirischen Experimenten im Wesentlichen gut übereinstimmen. Für A. retroflexus, D. stramonium, E. crus-galli und S. viridis wiesen die Ergebnisse beider Untersuchungsmethoden auf eine neutrale bis positive Wirkung zukünftiger Klimabedingungen hin, für I. xanthiifolia hingegen auf eine negative Wirkung. Lediglich für A. theophrasti ließen sich die Ergebnisse von der Artverbreitungsmodellierung und den Gefäßversuchen nicht vollständig zur Deckung bringen. Insgesamt lassen unsere Ergebnisse die Einschätzung zu, dass der Ansatz, die Folgen von Klimawandel auf Ackerunkräuter mit einer mehrere Methoden und Skalenebenen verbindenden Herangehensweise zu untersuchen, zahlreiche Stärken aufweist. Diese Vorgehensweise erlaubt es, für eine definierte Untersuchungsregion unterschiedliche Datensätze zu einem detaillierten Gesamtergebnis aneinanderzupassen, und kann aus diesem Grunde, ggf. um weitere Aspekte erweitert, für die Untersuchung regionaler Klimawandelfolgen für Ackerunkräuter empfohlen werden.

Stichwörter: Bioklimatische Nische, Habitateignung, korrelative Artverbreitungsmodellierung, regionales Klimamodell, tatsächliche Verbreitung

Climate change impact research on arable weeds – data, methods and applications at various scale levels

Abstract

In the past years, a large number of studies have examined various aspects of possible consequences of climate change for the biology and damage potential of arable weeds. However, there are merely a few examples that have comprehensively investigated individual weed species or arable crop systems within a clearly delimited geographical area. In the frame of the research co-operation KLIFF (Climate change impact and adaptation research for Lower Saxony), we tested an approach that combines a number of methods to span several scale levels and types of environmental factors, which was intended to provide as accurate as possible an estimate of the potential distribution and performance of individual arable weed species under the predicted future climate conditions. This approach was put to practice for the species Abutilon theophrasti, Amaranthus retroflexus, Echinochloa crus-galli, Datura stramonium, Iva xanthiifolia and Setaria viridis. We combined projections of the potential future distribution of the individual weed species based on a correlative distribution modelling approach (regional scale level) with pot experiments (local scale level) on the vegetative and generative performance of these species under climatic conditions predicted for the end of the current century for Lower Saxony. A synopsis revealed that the results obtained from the different approaches corresponded to a large extent. For A. retroflexus, D. stramonium, E. crus-galli, and S. viridis, both approaches indicated a neutral or positive effect of the predicted future climate on their potential distribution and performance, whereas the opposite was found for I. xanthiifolia. Merely for A. theophrasti, results of the two methods did not fully concur. Altogether, our results highlight that investigating climate change impact on weeds by combining several methods to span several scale levels allows fitting various data sets to a comprehensive picture for a delimited region. It has a number of strengths which may be augmented by the inclusion of further aspects. Therefore, this approach can be recommended for research of the regional impacts of climate change on arable weeds.

Keywords: Bioclimatic niche, correlative distribution modelling, habitat suitability, regional climate model, realized distribution