Managing phenology for agronomic adaptation of global cropping systems to climate change

Der Klimawandel fordert die Anbausysteme heraus, um das derzeitige Produktionsniveau zu verbessern oder sogar aufrechtzuerhalten. Es wird erwartet, dass zukunftige Trends bei Temperatur und Niederschlag die Ernteproduktivitat beeintrachtigen. Es ist daher notwendig, moglicher Losungen zur Anpassung der Anbausysteme an den Klimawandel zu untersuchen. Ziel dieser Arbeit ist es, das Wissen uber die Anpassung von weltweit relevanten Getreidepflanzen an den Klimawandel zu erweitern. Die zentrale Fragestellung ist, ob globale Anbausysteme an den Klimawandel angepasst werden konnen, indem die Phanologie der Kulturpflanzen durch Anpassung von Wachstumsperioden und Sorten gesteuert wird. Die Phanologie und die Ertragsreaktionen sowohl auf den Temperaturanstieg als auch auf die Sortenselektion werden zunachst anhand eines Ensembles von “Global Gridded Crop Models” bewertet. Anschliesend wird die Komplexitat der Anpassung durch phanologisches Management analysiert, insbesondere unter Berucksichtigung der bestehenden grosen Wissenslucken bei der Auswahl von Pflanzensorten. Das Ergebnis der Analyse ist ein regelbasierter Algorithmus, der phanologische Zyklen der Kulturpflanzen auswahlt, um die Zeit fur die Ertragsbildung zu maximieren und Temperatur- und Wasserbelastungen wahrend der Wachstumszyklen der Kulturpflanzen zu minimieren. Die berechneten Aussaatdaten und Wachstumsperioden werden verwendet, um globale Muster von Sorten zu parametrisieren, die an aktuelle und zukunftige Klimaszenarien angepasst sind. Diese Arbeit zeigt, dass die Auswirkungen des Klimawandels auf die Pflanzenproduktivitat erheblich variieren konnen, je nachdem, welche Annahmen fur das agronomische Management getroffen werden. Anderungen im Management zu vernachlassigen, liefert die pessimistischste Prognose fur die zukunftige Pflanzenproduktion. Relativ einfache Ansatze zur Berechnung angepasster Aussaatdaten und Sorten bieten eine Grundlage fur die Berucksichtigung autonomer Anpassungsschemata als integraler Bestandteil globaler Modellierungsrahmen.%%%%Climate change is challenging cropping systems to enhance or even maintain current production levels. Future trends in temperature and precipitation are expected to negatively impact crop productivity. It is therefore necessary to explore adaptation options of cropping systems to changing climate. The aim of this thesis is to advance knowledge on adaptation of world-wide relevant grain crops to climate change. The central research question is whether global cropping systems can be adapted to climate change by managing crop phenology through adjusting growing periods and cultivars. Phenology and yield responses to both temperature increase and cultivar selection are first assessed making use of an ensemble of Global Gridded Crop Models. Then, the complexity of adaptation through phenological management is analysed, particularly addressing the existing large knowledge gaps on crop cultivar choice. The outcome of the analysis is a rule-based algorithm that selects crop phenological cycles aiming at…