Die Bedeutung klimatischer Faktoren für die pflanzliche und tierische Produktivität

Einfluss der klimatischen Faktoren auf die landwirtschaftliche und tierische Produktivität

Die Veränderungen im Klima und Wetter, zusammen mit saisonalen und regionalen Schwankungen, spielen eine entscheidende Rolle für die Verteilung und Entwicklung von tierischer und pflanzlicher Biomasse weltweit. Die Gemüse, Milchprodukte und Fleisch, die täglich konsumiert werden, stammen möglicherweise aus entfernten Regionen, da diese Orte nicht die geeigneten klimatischen Bedingungen für den Anbau bestimmter Feldfrüchte oder die Zucht bestimmter Tierarten bieten. Beispielweise ist der Anbau von Kokosnüssen in der Nähe von Seen nicht möglich, ebenso wenig kann Reis in Wüstengebieten gedeihen.

Die Bedeutung klimatischer Faktoren für die pflanzliche Produktivität

Das Klima ist der grundlegendste Faktor, der das Wachstum unterschiedlicher Feldfrüchte beeinflusst. Generell benötigen die Pflanzen Samen einen spezifischen Wassergehalt und eine bestimmte Temperatur, um das Wachstum zu aktivieren. Das Wachstum von Pflanzenteilen wie Stängeln, Blättern und Wurzeln hängt von der Rate der Photosynthese ab, die Licht, Wärme, Feuchtigkeit und Kohlendioxid erfordert. Diese Faktoren lassen sich wie folgt erläutern:

Licht

Licht ist ein entscheidendes Element im Prozess der Photosynthese, der die Nahrungsproduktion für die Pflanze und die Bildung von Chlorophyll, dem Grünfärbemittel der Blätter, ermöglicht. Zudem beeinflusst Licht die phototrope Reaktion (das Wachsen der Pflanzen in Richtung Licht), den Transpirationsprozess sowie die Mineral- und Nährstoffaufnahme und deren Verteilung innerhalb der Pflanze.

Zusätzlich beeinflusst auch die Lichtintensität und -qualität (in Bezug auf die für die Pflanzen geeigneten Wellenlängen) sowie die Dauer der Lichteinstrahlung die Wachstums- und Entwicklungsprozesse der Pflanzen entscheidend.

Temperatur

Die Temperatur beschreibt das Kälte- oder Wärmeempfinden eines Stoffes und wird entweder in Celsius (C) oder Fahrenheit (F) gemessen. Sie hat einen maßgeblichen Einfluss auf die Wachstumsvorgänge innerhalb der Pflanze, beginnend mit der Photosynthese über Transpiration, Atmung, Proteinproduktion bis hin zu Nährstofftransport. Auch spielt die Temperatur eine entscheidende Rolle beim Überwinden der Ruhephase von Samen und beim Keimprozess. Verschiedene Feldfrüchte benötigen unterschiedliche Temperaturwerte von 0 bis 50 Grad Celsius, abhängig von ihrer Art.

Ein Anstieg der Temperatur beschleunigt die Photosynthese aufgrund der erhöhten Geschwindigkeit chemischer Reaktionen und enzymatischer Aktivität. Mit einem Anstieg der Temperatur um 10 Grad Celsius verdoppeln sich nahezu die enzymatischen Reaktionen in der Pflanze. Ein Überschreiten der optimalen Temperaturgrenzen führt jedoch zu negativen Auswirkungen auf das Pflanzenwachstum. Zu hohe Temperaturen können Proteine und Enzyme destabilisieren, während zu niedrige Temperaturen die Wasseraufnahme der Pflanzen behindern und sogar zu Frostschäden führen können, was zu Zellwandbrüchen führt.

Luft

Die Luft in der Troposphäre besteht zu 21 % aus Sauerstoff, 78 % aus Stickstoff und 1 % aus Argon sowie geringen Konzentrationen von Kohlendioxid und anderen Gasen. Sauerstoff ist unerlässlich für den Zellstoffwechsel der Pflanzen, während Kohlendioxid für die Photosynthese zur Lebensmittelproduktion benötigt wird.

Relative Feuchtigkeit

Die relative Feuchtigkeit beschreibt die Menge an Wasserdampf in der Luft. Einfach gesagt ist sie ein Maß dafür, wie viel Wasserdampf die Luft bei einer bestimmten Temperatur halten kann. Warme Luft kann mehr Wasserdampf halten als kalte, weshalb die relative Feuchtigkeit in kalten Regionen oft niedrig ist.

Die relative Feuchtigkeit beeinflusst das Öffnen und Schließen der Spaltöffnungen in Pflanzen und reguliert den Wasserverlust durch Transpiration und Photosynthese. Daher werden wurzellose Setzlinge in Plastiktüten aufbewahrt, um ein Austrocknen zu verhindern, und Stecklinge werden in spezielle Anzuchträume mit höherer relativer Luftfeuchtigkeit platziert.

Winde

Winde werden als die Bewegung der Luft beschrieben, die aufgrund von Temperaturunterschieden und den damit einhergehenden Druckunterschieden entstehen. Kalte Luft bleibt aufgrund ihrer höheren Dichte näher an der Erde, während sich warme Luft ausdehnt, an Druck verliert und aufsteigt, was Platz für kühlere Luft schafft. Dadurch entsteht ein Druckausgleich, der Winde erzeugt, wie sie an Küsten und Seen oder in Form von Monsunwinden in tropischen Regionen auftreten.

Winde sind unerlässlich für die Bestäubung von Pflanzen sowie für die Bildung von Früchten und Samen, indem Pollenkörner zwischen Pflanzen verteilt werden. Starke Winde hingegen können negative Auswirkungen haben, indem sie Wasser austrocknen und Ernten zerstören, und sie können den Photosyntheseprozess stören, indem sie die Kohlendioxidaufnahme durch das Schließen der Spaltöffnungen verringern, was wiederum das Wachstum der Pflanzen beeinträchtigt.

Wasser

Wasser ist ein grundlegender Bestandteil der Pflanzenzellen und macht 80 % des Gesamtgewichts von Gras-Pflanzen aus. Es ist das Hauptlösungsmittel für physiologische Prozesse in der Pflanze, da Gase und Mineralien, die die Pflanzen benötigen, in Wasser gelöst werden und durch die Zellen in alle Teile der Pflanzen transportiert werden. Wasser ist ebenfalls essenziell für die Photosynthese und alle biochemischen Reaktionen, die für das Überleben der Pflanzen notwendig sind, und bildet die strukturelle Basis für Proteine und Nukleinsäuren. Somit ist Wasser entscheidend für die Stabilität und das Wachstum der Pflanzen.

Die Relevanz klimatischer Faktoren für die tierische Produktivität

Die klimatischen Bedingungen beeinflussen die Tierproduktion auf verschiedene Arten:

• Thermoregulation: Vieh benötigt geeignete Außentemperaturen für ihre biologische Aktivität, da sie homoiotherm sind. Um die Körpertemperatur zu regulieren, müssen sie sich an ihr Umfeld anpassen, um Wärmegewinne oder -verluste zu vermeiden. Das thermische Gleichgewicht kann durch die folgende Gleichung dargestellt werden:

M-E ± F ± Cd ± Cv ± R = O, wobei diese Variablen Folgendes darstellen:

• M: Wärme, die durch die Umgebung erzeugt wird.
• E: Wärmeverlust durch Haut und Atemwege durch Verdampfung.
• F: Wärmeverlust oder -gewinn bei der Nahrungsaufnahme oder Wasserversorgung.
• Cd: Wärmeverlust oder -gewinn durch direkten Kontakt zwischen Körper und Umgebung.
• Cv: Wärmeverlust oder -gewinn durch Konvektion, wenn die Haut mit Luft in Kontakt kommt.
• R: Wärmeverlust oder -gewinn durch Strahlung.
• O: Endergebnis des Wärmegewinns oder -verlusts im Körper.

Die Methoden des Wärmeverlustes bei Tieren sind vielfältig, wobei der Verlust durch Verdampfung unter normalen Bedingungen am höchsten ist, abhängig von der Temperaturoberfläche, der relativen Luftfeuchtigkeit, der Verdunstungsfläche und der Luftbewegung. Der Wärmeverlust durch Körperkontakt ist dagegen gering, während die Konvektion durch Luftbewegungen verstärkt wird. Bei zunehmender Windgeschwindigkeit steigt auch die Wärmeabgabe durch Verdampfung.

Es ist wichtig, geeignete Unterkünfte für Tiere in tropischen Regionen bereitzustellen, um sie vor intensiver Sonnenstrahlung zu schützen, die ihre Wärmelast erhöht. Diese Regionen sind durch extrem hohe Temperaturen gekennzeichnet, weshalb spezielle Ställe mit einem Design zur ständigen Luftzirkulation benötigt werden, um die Tiere vor übermäßiger Sonnenstrahlung zu schützen, um das Risiko von Hautkrebs und Lichtüberempfindlichkeit zu minimieren.

• Weideverhalten: Das Klima hat direkten Einfluss auf das Weidemuster von Tieren. In tropischen Regionen wird Schattenweide bevorzugt, während das Weiden während der Mittagszeit vermieden wird, um die von hohen Temperaturen verursachten Belastungen zu minimieren. Weidezeiten in der Nacht werden ebenfalls vermieden, da dies zu Gewichtverlusten bei Tieren führen kann, und wird als Vorsichtsmaßnahme gegen Raubtiere befolgt.
• Futteraufnahme: Hohe Temperaturen und hohe Luftfeuchtigkeit führen zu einer Verringerung der Futteraufnahme bei Tieren.
• Wasseraufnahme: Der Einfluss des Klimas auf den Wasserverbrauch der Tiere kann vielseitig sein, da Wasser als wesentliche Nahrungsquelle dient. Gleichzeitig spielt Wasser eine Rolle beim Wärmeverlust durch Verdampfung. Eine Erhöhung der Umgebungstemperatur führt zu einem höheren Wasserbedarf, jedoch mindert die Kombination von hohen Temperaturen und hoher Luftfeuchtigkeit die verfügbare Menge und erhöht die Trinkhäufigkeit der Tiere.
• Vor der Geburt: Die Temperaturen haben direkte Auswirkungen auf das Wachstum der Tiere während der Tragzeit. Kälber, die nach einer Tragzeit im Sommer in tropischen Regionen geboren werden, sind oft anfällig für Anpassungsschwierigkeiten. Forschungsergebnisse zeigen, dass trächtige Schafe, die hohen Temperaturen ausgesetzt sind, schwache Nachkommen zur Welt bringen, wobei der Gewichtszuwachs mit steigender Exposition während der Tragzeit abnimmt.
• Nach der Geburt: Das Wachstum der Tiere nach der Geburt hängt von verschiedenen Umweltfaktoren ab, die auch die Milchproduktion der Mutter beeinflussen. Hohe Temperaturen können das Wachstum nach dem Absetzen des Tieres verzögern. Zudem können Winde negative Auswirkungen auf direkt exponierte Tiere haben, insbesondere bei niedrigen Temperaturen und hoher Luftfeuchtigkeit, während das Futterverhalten durch Temperaturveränderungen beeinflusst wird. Tiere erleben verschiedene physiologische und biochemische Veränderungen, wenn die Temperaturen über oder unter die optimalen Werte steigen, was Hormone und enzymatische Reaktionen beeinflusst.
• Milchproduktion: In den Sommermonaten sinkt die Milchproduktion in der Regel aufgrund der konstanten Hitze. Die Milchmenge ist nicht nur vom Futter und dessen Qualität abhängig, sondern auch von den hohen Temperaturen, denen die Tiere ausgesetzt sind. Höhere Temperaturen beeinträchtigen wichtige physiologische Prozesse, die mit der Laktation verbunden sind, und senken die Hormone in der Schilddrüse während des Sommers, was zu Veränderungen der Milchzusammensetzung führt. Es wurde empirisch nachgewiesen, dass hohe Temperaturen die Fett- und Nichtfettanteile in der Milch reduzieren können.
• Fortpflanzung: Hohe Temperaturen können zu Dysfunktionen in der vorderen Hirnanhangdrüse führen, was wiederum die Produktion von Sexualhormonen beeinträchtigt und schließlich die Fortpflanzung und die Entwicklung von Feten gefährdet. Dies ist insbesondere in tropischen Regionen verbreitet, wo die Temperaturen in der Regel hoch sind. Bei Vögeln zeigen sich niedrigere Legequoten, während das Gewicht und die Schalenstärke der Eier abnehmen. Bei männlichem Vieh gibt es Hinweise darauf, dass hohe Temperaturen die Spermienproduktion beeinträchtigen können.

Folgen des Klimawandels für den Agrarsektor und die Tierhaltung

Der Klimawandel hat schwerwiegende Auswirkungen auf die Ernährungssicherheit und kann die Bemühungen zur Bekämpfung von Armut und zur nachhaltigen Entwicklung gefährden. Er hat negative Auswirkungen auf die Gesundheit und Produktivität von Pflanzen, Tieren, Fischbeständen und Grünflächen und schadet den ländlichen Lebensweisen. Zudem nimmt die Rate an Hunger und schlechter Ernährung weltweit zu, insbesondere in Südasien und im südlichen Afrika. Prognosen für das Klima, die Gesellschaft und die Wirtschaft zeigen, dass bis 2080 zwischen 5 und 170 Millionen Menschen mit dem Risiko von Hunger konfrontiert sein werden.

Folgen des Klimawandels für die pflanzliche Produktion

Temperaturveränderungen und Kohlendioxidkonzentrationen in der Atmosphäre sowie Wetteränderungen beeinflussen die Mengen an pflanzlicher Produktion. Jede Pflanzenart benötigt eine optimale Temperatur für Wachstum und Fortpflanzung. Temperaturanstiege in bestimmten Gebieten können einigen Pflanzenarten zugutekommen und deren gewünschte Umwelt bieten, aber auch gewisse Pflanzen schädigen oder deren Produktion verringern. Zu den potenziellen Auswirkungen des Klimawandels auf die pflanzliche Produktion gehören:

• Die Produktionslevels werden durch die Veränderungen von Kohlendioxidkonzentrationen in der Atmosphäre beeinflusst. Einige Experimente haben gezeigt, dass ein Anstieg des Kohlendioxidanteils das Wachstum der Pflanzen beschleunigt, während gleichzeitig die Protein- und Stickstoffgehalte und der Nährwert von Pflanzen wie Luzerne, Sojabohnen, Weizen und Reis sinken, was zu einem Verlust an Qualität führt und die Fähigkeit der Weiden zur Nahrungsversorgung von Tieren verringert, sowie die Gesundheit der Verbraucher gefährdet.
• Pflanzen benötigen spezifische Temperaturen und geeignete Regenmengen für ein gesundes Wachstum. Ein starker Anstieg oder Rückgang dieser Werte aufgrund extremer Wetterereignisse beeinträchtigt das Pflanzenwachstum, zum Beispiel bei Überschwemmungen oder Dürreperioden.
• Dürreperioden aufgrund steigender Temperaturen führen zu einer Austrocknung des Bodens, was die Verfügbarkeit von Wasser zur Bewässerung der Pflanzen verringert.
• Regionen mit hohen Temperaturen und Feuchtigkeitswerten bieten ideale Bedingungen für das Wachstum von Unkräutern, Pilzen und landwirtschaftlichen Schädlingen, deren Bekämpfung hohe Kosten mit sich bringt. Die eingesetzten Pestizide stellen zudem eine Gefahr für die Gesundheit der Menschen dar.

Folgen des Klimawandels für die tierische Produktion

Klimatische Veränderungen können direkte und indirekte Auswirkungen auf die Tierhaltung haben. Zu diesen Effekten gehören:

• Die jahreszeitlichen Temperaturschwankungen, die durch den Klimawandel verursacht werden, setzen die Tierbestände einer Vielzahl von Risiken aus, wie Krankheiten, verminderter Fruchtbarkeit und geringerer Milchproduktion, was zu erheblichen finanziellen Verlusten in der Tierwirtschaft führt.
• Dürreperioden führen zu einem Rückgang der Weideflächen und der Futterverfügbarkeit für die Tiere, so dass steigende Temperaturen und abnehmende Niederschlagsmengen eine Bedrohung für die Tierbestände darstellen, insbesondere für Tiere, die auf Getreide angewiesen sind.
• Klimatische Veränderungen können die Häufigkeit von Krankheiten und Parasiten, die Tiere befallen, erhöhen, da milde Winter und frühe Frühjahrsbedingungen günstige Lebensbedingungen für Parasiten und Krankheitserreger schaffen, insbesondere in regenreicheren Gebieten.
• Der Einsatz von Antiparasitika und anderen Tiermedikamenten zur Bekämpfung von Tierkrankheiten kann die Nahrungsnetze gefährden, indem Rückstände von Pestiziden in der Nahrungskette zurückbleiben und resistente Erreger entstehen, was Auswirkungen auf die Sicherheit und den Verzehr von tierischen Produkten hat.
• Ein Anstieg des Kohlendioxidanteils in der Atmosphäre kann die Produktivität der Weiden steigern, jedoch deren Qualität mindern, was dazu führt, dass die Tiere größere Mengen an Futter benötigen, um ihren Nährwert zu decken.