Sugar Beet of the Future: : Model- and Data-Based Yield Scenarios for Climate-Adapted Selection in Breeding

Die Zuckerrübe (Beta vulgaris L.) zählt zu den wichtigsten Ackerbaukulturen der gemäßigten Breiten und ist in Europa die bedeutendste heimische Zuckerquelle. Trockenstress ist die Hauptursache für nicht ausgeschöpftes Ertragspotenzial und wird sich im Zuge des Klimawandels voraussichtlich verstärken.

In zwei Feldversuchsjahren auf dem Versuchsgut Hohenschulen wurden destruktive Probenahmen von Blattfläche, Biomassefraktionen und Bodenwassergehalt unter unterschiedlichen Wasserregimen mit multispektraler Fernerkundung kombiniert. Ein Modell zur Vorhersage des Blattflächenindex (LAI) wurde entwickelt und validiert (R² = 0,93; MAE = 0,30 m² m⁻²). Die Experimente lieferten zudem Informationen zur Trockenmasse (TM)-Verteilung, spezifischen Blattfläche (SLA) und Wurzeltiefenentwicklung.

Mit dem kalibrierten Fernerkundungsansatz wurde die Ertragsbildung in 1.352 Genotyp-Umwelt-Management-Kombinationen analysiert. Die Gesamt-TM folgte eng der kumulierten effektiven Strahlungsaufnahme (R² = 0,81). Die Strahlungsaufnahmeeffizienz (RIE) erklärte 44 % der Variation zwischen Umwelten und unter Wasserlimitierung 65 %, während die Ernteindizes für Rübe und Zucker nur einen geringen Beitrag leisteten.

Die Merkmalsinformationen wurden in genotyp-spezifische Modellparameter überführt. Die TM-Zuteilung in die Rübe sowie die SLA wurden signifikant vom Wasserregime beeinflusst. Daraus wurde ein Ansatz mit stabilen genotyp-spezifischen Basisparametern und gemeinsamen Trockenstressfunktionen entwickelt.

Diese Funktionen wurden in ein prozessbasiertes Zuckerrübenmodell integriert. Die Kalibrierung reproduzierte Gesamt- und Rüben-TM mit einem R² von 0,79 bzw. 0,74 und einem rMAE von etwa 7 %. Die unabhängige Evaluation ergab einen rMAE von rund 13 %, der auf Ebene der Standortmittel unter 7 % sank.

Modellsimulationen mit europäischen Klimaszenarien zeigten regional differenzierte Reaktionen. Nördliche Regionen profitieren von höherer Strahlungsaufnahme, während in zentralen und südlichen Regionen die Wasserlimitierung stärker dominiert. Unter zukünftigen Klimabedingungen verschieben sich die Optima in Richtung wassersparender Merkmale mit geringerer SLA, langsamerer Wurzeltiefenentwicklung und höherer TM-Zuteilung in die Rübe.