DFG-Forschergruppe "Regional Climate Change": Improved process understanding of CO2-induced mechanisms on yield and yield quality of selected field-grown wheat genotypes
- Status
- laufend
- Projektbeginn
- 01.02.2012
- Projektende
- 31.07.2018
- Förderkennzeichen
- DFG: FA 504/4-1,2 & FOR 1695
- Projekt-Homepage
- https://klimawandel.uni-hohenheim.de
- Schlagworte
- Ertragsbildung, Genotypen, Getreidequalität, Klimaänderung, Weizen
Kohlendioxid (CO2) wird durch anthropogene Aktivitäten wie Verbrennung von fossilen Brennstoffen in großem Umfang emittiert. Dies verursacht einen Anstieg der CO2-Konzentration in der Atmosphäre und dadurch wiederum eine potenzielle Klimaerwärmung sowie Veränderungen in den Niederschlagsmustern mit entsprechenden Folgen für Agrarökosysteme. Neben den primär düngenden Effekten der CO2-Erhöhung auf Erträge von Kulturpflanzen können jedoch auch negative Folgen auf die Ertragsqualität von Weizen auftreten. Derzeit sind jedoch die zugrundeliegenden physiologischen Prozesse in Kulturpflanzen nicht eindeutig identifiziert. Ziel des Projektes ist die Bereitstellung neuer experimenteller Daten, um das mechanistische Verständnis von Pflanzenreaktionen in Bezug auf Ertragsbildung und -qualität unter klimatischen Veränderungen zu vertiefen. Weizen wird als Modellpflanze genutzt, um auch Daten aus vorherigen Experimenten einbeziehen zu können, mit dem Ziel, einige der derzeit immer noch bestehenden Lücken im Prozessverständnis physiologischer Reaktionen von Kulturpflanzen unter dem Aspekt des Klimawandels zu schließen. Hierzu werden zwei kontrastierende Weizengenotypen in einem Freiland-CO2-Expositionssystem (FACE) hinsichtlich der Akquisition und Verteilung von Nährstoffen untersucht. Messungen von Wasserhaushalt und Photosyntheseleistung erfolgen porometrisch auf Blattebene und Saftflussmessungen geben Einblick in die Transpiration auf Pflanzenebene. Messungen von C- und N-Umverteilung sowie integrierte Bestimmungen von Wassernutzungseffizienz und Wasserhaushalt erfolgen anhand stabiler Isotope (13C, 15N). Neben gezielten Analysen von Inhaltsstoffen werden anhand metabolomischer und proteomischer Ansätze Behandlungseffekte auf die Qualität in Weizen verfolgt. Eine umfassende Datenanalyse (z.B. durch Meta-Analysen), in die auch Daten zu den Folgen ausgewählter Klimafaktoren aus vorherigen Experimenten einbezogen werden (z.B. Extremereignisse wie Hitze- und Trockenstress sowie verschiedene Stickstoffformen), soll vertiefende Einblicke in die zugrundeliegenden pflanzenphysiologischen Prozesse ermöglichen. Diese Daten werden auch verwendet, um die Folgen des Klimawandels auf Wachstum und Ertragsqualität in Bezug auf die Modellierung pflanzeninterner Transportprozesse abzubilden. Das Projekt wird darüber hinaus Messungen zur Pflanzenentwicklung und zum Ertrag an den Untersuchungsstandorten und für „neue Kulturarten“ durchführen. Die gewonnenen Daten werden dem gesamten Konsortium zugänglich gemacht und gehen in Modellentwicklung und -validierung ein.
Teilprojekt P4 der DFG-Forschergruppe 1695 "Agricultural Landscapes under Global Climate Change – Processes and Feedbacks on a Regional Scale". In der ersten Phase (2012-2015) gefördert unter dem Titel "Effects of climate change on yield and yield quality of selected crops - understanding the mechanistic background of CO2, heat and drought effects on wheat".
Beteiligte Personen
Beteiligte Einrichtungen
Förderer
Publikationen im Rahmen des Projekts
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Coupling the land surface model Noah-MP with the generic crop growth model Gecros: Model description, calibration and validation
2018: Ingwersen, J., Högy, P., Wizemann, H.D., Warrach-Sagi, K., Streck, T.
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Modeling acclimation of leaf photosynthesis to atmospheric CO2 enrichment
2013: Biernath, C.J., Bittner, S., Klein, C., Gayler, S., Hentschel, R., Hoffmann, P., Högy, P., Fangmeier, A., Priesack, E.
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Grain quality characteristics of spring wheat (Triticum aestivum) as affected by free-air CO2 enrichment
2013: Högy, P., Brunnbauer, M., Koehler, P., Schwadorf, K., Breuer, J., Franzaring, J., Zhunusbayeva, D., Fangmeier, A.
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Towards optimizing experiments for maximum-confidence model selection between different soil-plant models
2013: Wöhling, T., Geiges, A., Nowak, W., Gayler, S., Högy, P., Wizemann, H.-D.
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Pest and disease abundance and dynamics in wheat and oilseed rape as affected by elevated atmospheric CO2 concentrations
2013: Oehme, V., Högy, P., Franzaring, J., Zebitz, C.P.W., Fangmeier, A.
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Effects of elevated atmospheric CO2 concentrations on phloem sap composition of spring crops and aphid performance
2013: Oehme, V., Högy, P., Zebitz, C.P.W., Fangmeier, A.
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Yield and yield quality of major cereals under climate change. In: Wake up before it is too late - Make agriculture truly sustainable now for food security in a changing climate. Chapter 1. Key development challenges of a fundamental transformation
2013: Högy, P., Fangmeier, A.
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Combining peak- and chromatogram-based retention time alignment algorithms for multiple chromatography-mass spectrometry datasets
2012: Hoffmann, N., Keck, M., Neuweger, H., Wilhelm, M., Högy, P., Niehaus, K., Stoye, J.
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Comparison of Noah simulations with Eddy covariance and soil water measurements at a winter wheat stand
2011: Ingwersen, J., Steffens, K., Högy, P., Warrach-Sagi, K., Wizemann, H.-D., Zhunusbayeva, D., Poltoradnev, M., Gäbler, R., Fangmeier, A., Wulfmeyer, V., Streck, T.
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Evaluating the ability of four crop models to predict different environmental impacts on spring wheat grown in open-top chambers
2011: Biernath, C.J., Gayler, S., Bittner, S., Klein, C., Högy, P., Fangmeier, A., Priesack, E.
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Effects of atmospheric CO2 enrichment on biomass, yield and low molecular weight metabolites in wheat grain
2010: Högy, P., Keck, M., Niehaus, K., Franzaring, J., Fangmeier, A.
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Atmospheric CO2 enrichment changes the wheat grain proteome
2009: Högy, P., Zörb, C., Langenkämper, G., Betsche, T., Fangmeier, A.
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Multiresponse, multiobjective calibration as a diagnostic tool to compare accuracy and structural limitations of five coupled soil-plant models and CLM3.5
2013: Wöhling,T., Gayler, S., Priesack, E., Ingwersen, J., Wizemann, H.-D., Högy, P., Cuntz, M., Attinger, S., Wulfmeyer, V., Streck, T.
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Incorporating dynamic root growth enhances the performance of Noah-MP at two contrasting winter wheat field sites
2014: Gayler, S., Wöhling,T., Grzeschik, M., Ingwersen, J., Wizemann, H.-D., Warrach-Sagi, K., Högy, P., Attinger, S., Streck, T., Wulfmeyer, V.
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How well does Noah-MP simulate the regional mean and spatial variability of topsoil water content in two agricultural landscapes in southwest Germany?
2018: Poltoradnev, M., Ingwersen, J., Imukova, K., Högy, P., Wizemann, H.-D., Streck, T.
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Physiological and proteomic evidence for the interactive effects of post-anthesis heat stress and elevated CO2 on wheat
2018: Zhang, X., Högy, P., Wu, X., Schmid, I., Wang, X., Schulze, W.X., Jiang, D., Fangmeier, A.
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CO2-induced changes in wheat grain composition: meta-analysis and response functions
2017: Broberg, M., Högy, P., Pleijel, H.
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Contrasting effect of elevated atmospheric CO2 on the C/N ratio of faba bean and spring wheat residues exert only minor changes in the abundance and enzyme activities of soil proteolytic bacteria
2017: Rasche, F., Kramer, S., Enowashua, E., Mackie, M., Högy, P., Marhan, S.
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Modeling perceptions of climatic risk in crop production
2017: Reinmuth, E., Parker, P., Aurbacher, J., Högy, P., Dabbert, S.
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Simulating regional climate-adaptive field cropping with fuzzy logic management rules and genetic advance
2016: Parker, P., Ingwersen, J., Högy, P., Priesack, E., Aurbacher, J.
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Design and performance of a new FACE (free air carbon dioxide enrichment) system for crop and short vegetation exposure
2016: Fangmeier, A., Torres-Toledo, V., Franzaring, J., Damsohn, W.
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Three year observations of water vapor and energy fluxes over agricultural crops in two regional climates of Southwest Germany
2015: Wizemann, H.-D., Ingwersen, J., Högy, P., Warrach-Sagi, K., Streck, T., Wulfmeyer, V.
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Simulation-based projections of crop management and gross margin variance in contrasting regions of Southwest Germany
2015: Parker, P., Reinmuth, E., Ingwersen, J., Högy, P., Priesack, E., Wizemann, H.-D., Aurbacher, J.
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CO2 dose-response functions for wheat grain, protein and mineral yield based on FACE and open-top chamber experiments
2015: Pleijel, H., Högy, P.
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On the use of the post-closure methods uncertainty band to evaluate the performance of land surface models against eddy covariance flux data
2015: Ingwersen, J., Imukova, K., Högy, P., Streck, T.
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Effects of elevated CO2 on grain yield and quality of wheat: results from a three-year FACE experiment
2009: Högy, P., Wieser, H., Köhler, P., Schwadorf, K., Breuer, J., Franzaring, J., Muntifering, R., Fangmeier, A.