Das Wetterjahr 2003: Nur eine Ausnahme? (Dr. Jurik Müller)

Insbesondere in niederschlagsärmeren Gebieten oder in Trockenjahren wie 2003 macht sich auf den landwirtschaftlichen Nutzflächen der Bodenfeuchtemangel negativ auf den Pflanzenproduktionsprozess bemerkbar. Der Wasserbedarf eines Bestandes hängt von Art und Entwicklungsstand seiner Pflanzen, aber auch von der Jahreszeit ab. Etwa 98 % des über die Wurzeln aufgenommenen Wassers gelangen durch Transpiration wieder in die Atmosphäre. Eine Maispflanze verbraucht in der Vegetationsperiode etwa 200 Liter Wasser, während eine Birke ungefähr 7000 Liter und eine 100jährige Buche etwa 9000 Liter dem Boden im Verlauf der Vegetationsperiode entziehen (aus: Kleine Enzyklopädie Natur, Leipzig 1966).

Nach wissenschaftlichen Untersuchungen liegt das Optimum der Bodenfeuchte für die Aktivität der Bodenorganismen zwischen 60 und 80 % der Feldkapazität. Dieser Wert wird in trockenen Perioden vor allem in den Sommer- und Herbstmonaten häufig unterschritten. Während kurze und schwächer ausgeprägte Trockenperioden meist nur Hemmungen im Wachstum und eine veränderte Pflanzenentwicklung zur Folge haben, muss bei langanhaltenden extremen Dürren mit Schädigungen irreversibler Natur bis hin zum Absterben der Pflanzen gerechnet werden. Das ist immer dann der Fall, wenn der Wasservorrat in der als Ausschöpfungszone bezeichneten Bodenschicht bis in den Welkepunktbereich oder darunter abnimmt. Wie schon der Name aussagt, gilt das Mitteldeutsche Trockengebiet als eine der niederschlagsärmsten Regionen Deutschlands. Die Ursache dafür bildet in erster Linie das an seiner westlichen Begrenzung gelegene Bollwerk des Harzes (höchste Erhebung: der Brocken mit 1141 m), das sich vor den vom Atlantik heranströmenden feuchten Meeresluftmassen auftürmt. Die im Stau an der Westabdachung des Harzes zum Aufsteigen gezwungene wolkenreiche Luft verliert dort bereits einen Großteil ihrer Niederschlagsfracht. Dadurch gelangt bei den vorwiegend regenträchtigen Westwinden nur sehr wenig Niederschlag in die östlich davon gelegene fruchtbare Schwarzerde-Ebene. Prägendes Klimaelement für den mitteldeutschen Raum östlich des Harzes, in dessen Zentrum das Gebiet um Halle/Saale mit seinen Schwarz- und Braunerden liegt, das durch intensive landwirtschaftliche Nutzung geprägt wird, stellt nach DÖRING et al. (1995) die im Vergleich zu anderen Regionen Deutschlands relative Niederschlagsarmut mit Jahressummen von 450 bis 500 mm dar. Aus dem Niederschlagsmangel sowie der in Zukunft erwarteten ungleichmäßigeren zeitlichen Verteilung der Niederschlagsereignisse resultieren Besonderheiten in bezug auf das Verdunstungs-, Bodenfeuchte- und Versickerungsverhalten. Da Trends der realen Verdunstung, der Bodenfeuchte und der Versickerung als Komponenten des Wasserkreislaufes ein Ergebnis des Zusammenwirkens des sich verändernden Strahlungs-, Niederschlags- und Wärmeangebots darstellen, wurden diese als Indikatoren eines sich möglicherweise vollziehenden Klimawandels näher untersucht.

Auf der Grundlage des in den letzten Jahren unter ökoagrarmeteorologischen Gesichtspunkten weiter verbesserten Wasserhaushaltsmodells von J. und G. Müller (MÜLLER und MÜLLER 1988) wurden für den mehr als ein Menschenleben langen Zeitraum 1901 bis 2000 für den die Stadt Halle umgebenden Saalkreis die Komponenten des Wasserkreislaufes in Tagesschritten bestimmt und untersucht. Die mit dem Modell für Gras simulierten Tagessummen der realen Verdunstungshöhe und Tagesraten der Versickerung wurden zu Monats- und Jahressummen zusammengefasst und die sich dabei im Verlauf von 1901 bis 2000 ergebenden Veränderungen untersucht. Dabei zeigte sich sowohl bei den Jahressummen der realen Verdunstung als auch bei den Jahressummen der Versickerung ein abnehmender Trend. Das gilt auch für die Jahressummen der korrigierten Niederschlagshöhe von Halle, für die als 50jähriger Mittelwert für die erste Hälfte des vorigen Jahrhunderts 564 mm berechnet worden sind, während das Mittel für die zweite Hälfte mit 523 mm um immerhin 41 mm niedriger lag. Eine spezielle Untersuchung zeigt die für den Kernbereich des Mitteldeutschen Trockengebietes ermittelten jährlichen Sickerstromraten des vergangenen Jahrhunderts an der Untergrenze einer 170 cm dicken reinen Lößschicht, wie sie beispielsweise im Raum Etzdorf bei Halle anzutreffen ist, im Falle unbewachsenen Bodens (Schwarzbrache) sowie unter Gras und unter einem Kleebestand. Dabei wird eindrucksvoll die versickerungs-reduzierende Wirkung eines Pflanzenbestandes deutlich. Während dem Modell zufolge bei der Schwarzbrache in nur drei der betrachteten 100 Jahre kein Sickerwasseraustritt an der Untergrenze der 170 cm dicken Schicht zu verzeichnen ist, fehlt bei Grasbewuchs schon in 25 und bei einem Kleebestand sogar in 60 Jahren des Simulationszeitraumes jegliche Versickerung. In Verbindung damit sei darauf hingewiesen, dass das Maximum der sich jahreszeitlich ändernden Ausschöpfungsschichtdicke im Falle von Gras bei 100 cm und im Falle von Klee bei 167 cm liegt. Die mittlere Jahresrate der Versickerung für den gesamten Saalkreis (Annahme mittlerer Bodenverhältnisse) belief sich im Zeitraum von 1901 bis 1950 auf 56 mm und im Zeitraum von 1951 bis 2000 nur noch auf 39 mm. Auf Grund des abnehmenden Trends sowohl bei der realen Verdunstung als auch bei der Versickerung lag die Vermutung nahe, dass die Böden im Saalkreis im Laufe des vergangenen Jahrhunderts trockener geworden und damit die Zahl der Tage mit Bodendürre pro Jahr gestiegen sein müsste. Zur Überprüfung dieser Vermutung wurde die von MÜLLER et al. (1998) vorgeschlagene Definition der Bodendürre bei der Auswertung der über das gesamte vorige Jahrhundert simulierten Tageswerte der Bodenfeuchte herangezogen. Sie lautet: Der Zustand der Bodendürre ist gegeben, wenn der Wasservorrat in der Ausschöpfungsschicht eines Pflanzenbestandes, die einer jahreszeitlichen Schichtdickenänderung unterworfen ist, unter 20 % der nutzbaren Feldkapazität liegt.

Bei Unterschreitung von 10 % nutzbarer Feldkapazität in eben dieser Schicht kann von stark ausgeprägter, bei Unterschreitung von 5 % derselben von extremer Bodendürre gesprochen werden. Die Überprüfung ergab, dass in genau 38 der 100 untersuchten Jahre Bodendürre gemäß dieser Definition bei Gras aufgetreten ist. Bodendürren konnten überhaupt nur in den Monaten Mai bis Dezember verzeichnet werden. Von den insgesamt 36525 Tagen des vergangenen Jahrhunderts waren 1151 durch Bodendürre geprägt. Das sind 3,2 % aller Tage. Länger anhaltende Bodendürren stellten sich in den Jahren 1911 mit 114, 1947 mit 103, 1976 mit 99 und 1982 mit 125 Tagen ein. Das Jahr 2003 weist viele Ähnlichkeiten mit dem Jahr 1976 auf. Eine Untersuchung der für den Zeitraum 1901 bis 2000 für Gras simulierten Bodenfeuchtereihe zeigte, dass sich das Auftreten des in % nutzbarer Feldkapazität ausgedrückten Bodenwasservorratsminimums in der Ausschöpfungsschicht im Verlauf dieser 100 Jahre auf einen durchschnittlich späteren Termin verschoben hat. Während für die erste Hälfte des zurückliegenden Jahrhunderts als mittlerer Termin der 206. Tag seit Jahresbeginn errechnet wurde, ergab sich für das Auftreten des Bodenwasservorratsminimums in der zweiten Hälfte des vergangenen Jahrhunderts im Mittel der 223. Tag des Jahres. Der Unterschied von 17 Tagen scheint beträchtlich. Zur Erforschung derartiger Sachverhalte gewinnt die Untersuchung der an der Erdoberfläche und in den unteren Schichten der Atmosphäre ablaufenden dynamischen und energetischen Prozesse in Verbindung mit den sich im Erdreich vollziehenden bodenphysikalischen und bodenbiologischen Vorgängen sowie den physiologischen Reaktionen der Pflanze eine immer größere Bedeutung (DÖRING et al. 1995). Auch der Beginn und das Ende phänologischer Jahreszeiten, - in der Agrarmeteorologie werden 10 solcher Jahreszeiten unterschieden -, können Auskunft über Veränderungen des Klimas geben. Setzt sich der Trend der Erwärmung fort, - im Laufe des vergangenen Jahrhunderts nahm das Jahresmittel der Lufttemperatur für Deutschland von etwa 8,0 °C auf ungefähr 8,7 °C zu -, so wird die Schere zwischen dem Verdunstungshunger der Atmosphäre und der realen Verdunstung weiter zunehmen. Das heißt es könnte, wie 2003 zu beobachten war, viel mehr Wasser in der Lufthülle gebunden werden, was dann dem Boden als Feuchtelieferant zur Versorgung der Pflanzen fehlt. Nach HOLZ (2003) formulierte der britische Klimaforscher John Houghton sehr drastisch: Die globale Erwärmung ähnele einer Massenvernichtungswaffe, die über alle Grenzen hinweg zuschlagen kann – in Form einer Hitzewelle hier, einer Dürre oder Überschwemmung dort. Die drastische Formulierung wird verständlich, wenn man bedenkt, dass der Jahrhundertsommer mit seiner Hitze allein in Frankreich 15000 und in Deutschland etwa 7000 Todesopfer forderte. Hans Joachim Schellnhuber vom Centre for Climate Change Research im britischen Norwich sieht nach HOLZ im Sahara-Sommer 2003 und in der Flut, die 2002 viele Landstriche in Mitteleuropa unter Wasser setzte, ein Menetekel für das 21. Jahrhundert.

Bei der Beantwortung der Frage, ob zwischen einer möglichen Klimaerwärmung und den Witterungsextremen von 2002 und 2003 ein ursächlicher Zusammenhang besteht, ist dennoch Vorsicht geboten. Freund Zufall in Gestalt einer „Laune der Natur“ könnte hierbei eine große Rolle gespielt haben. Fakt ist aber, dass sich die Häufigkeit extremer Witterungserscheinungen im Laufe der letzten 10 Jahre erheblich vergrößert hat. Erstaunlich dürfte auch die Tatsache sein, dass „Klärchen“ im Jahr 2003 bereits Ende August die Jahresnorm der Sonnenscheindauer an der Wetterstation Halle-Kröllwitz erfüllt hatte. Als nicht gerade alljährlich erwies sich auch der Umstand, dass im Saaletal der November wärmer als der Oktober ausgefallen ist. Das passierte seit Aufnahme meteorologischer Messungen in Halle im Jahre 1851 nur noch ein einziges Mal, und zwar im Jahre 1881. Trockenere Böden in den kommenden Jahrzehnten könnten neue Ansprüche an das Anbauverhältnis, an die Fruchtfolgegestaltung und auch an das Artenspektrum landwirtschaftlicher Kulturen stellen. Durchaus möglich, dass dann Feldfrüchte südlicher Länder Europas wie Melonen, Auberginen und andere Fruchtgemüsearten auch hier eine neue Heimat finden.

Dr. Jurik Müller

Literatur:

DÖRING, J.; MÜLLER, J.; JÖRN, M.; NEUBERT, S.; PANNICKE, I.; WEDEKIND, G. u. SCHURIGT, J.: Klimatische Kennzeichnung des Mittel-Deutschen Schwarzerdegebietes. In: Strategien zur Regeneration belasteter Agrarökosysteme des Mitteldeutschen Schwarzerdegebietes (Hrsg.: KÖRSCHENS, M. u. MAHN, E.-G.). B.G.Teubner Verlagsgesellschaft, Stuttgart/Leipzig, 1995, S. 533-568 (insg. 568 S.)

MÜLLER, J. u. MÜLLER, G.: Berechnung der Verdunstung landwirtschaftlicher Produk-tionsgebiete. 1. Mitt.: Beschreibung des zur Bestimmung der aktuellen Evapotranspiration von Kulturpflanzen erarbeiteten Modells. Z. Meteorol., Berlin 38(1988)5, S. 332-337

MÜLLER, J.; JÖRN, P.; SCHUMANN, A. u. SCHELLIN, H.-G.: Evapotranspirations- und Versickerungsverhalten sowie Häufigkeit von Bodendürren im Mitteldeutschen Trocken-gebiet unter Berücksichtigung von Substrat und Bewuchs. In: Klimastatusbericht 2001, Herausgeber und Verlag: Deutscher Wetterdienst, Offenbach a.M., S. 258-267

HOLZ, P.:    Alle Wetter. Mitteldeutsche Zeitung, 31.12.2003, Blick, S. V2