<abstract xmlns="http://www.w3.org/1999/xhtml">

Climate change scenarios predict more frequent and intense drought periods for 2071–2100 in the most important and intensively used agricultural region of Austria, the Marchfeld. Current and predicted lower precipitation scenarios were simulated at a lysimeter station for 9 years. Plant biomass, nitrogen (N) and carbon (C) content, and δ13C and δ15N values of plant compartments were monitored in years 7–9. Aboveground biomass of cereals and grain yield decreased under the predicted scenario, while the quality of grain (% N) was unaffected. Weed and catch crops grown in winter were not affected or were even positively affected, possibly due to the accumulation of nutrients in the soil following the lower plant uptake in summer. Accordingly, low plant δ15N values were mainly attributed to the presence of higher proportion of mineral fertilizer in the predicted precipitation scenario. As expected, water stress significantly increased δ13C values in plants grown over summer, while this was not seen for plants growing over winter. Fertile agricultural soil might ameliorate but cannot outbalance the negative impact of more frequent and intense drought periods.
</abstract>

Climate change scenarios predict more frequent and intense drought periods for 2071–2100 in the most important and intensively used agricultural region of Austria, the Marchfeld. Current and predicted lower precipitation scenarios were simulated at a lysimeter station for 9 years. Plant biomass, nitrogen (N) and carbon (C) content, and δ13C and δ15N values of plant compartments were monitored in years 7–9. Aboveground biomass of cereals and grain yield decreased under the predicted scenario, while the quality of grain (% N) was unaffected. Weed and catch crops grown in winter were not affected or were even positively affected, possibly due to the accumulation of nutrients in the soil following the lower plant uptake in summer. Accordingly, low plant δ15N values were mainly attributed to the presence of higher proportion of mineral fertilizer in the predicted precipitation scenario. As expected, water stress significantly increased δ13C values in plants grown over summer, while this was not seen for plants growing over winter. Fertile agricultural soil might ameliorate but cannot outbalance the negative impact of more frequent and intense drought periods.

More extreme and frequent drought periods reduced crop production and altered stable isotope ratios of C and N in plants

Institute of Soil Research, Department of Forestry and Soil Sciences

University of Natural Resources and Life Sciences, Vienna (BOKU)

Division of Terrestrial Ecosystem Research, Center of Microbiology and Environmental Systems Science

Department for Soil Health and Plant Nutrition

<trans-abstract xml:lang="de" xmlns="http://www.w3.org/1999/xhtml">

Klimaszenarien prognostizieren für die Jahre 2071 bis 2100 häufigere und intensivere Dürreperioden in der wichtigsten und am intensivsten genutzten Agrarregion Österreichs, dem Marchfeld. In einer Lysimeterstation wurden 9 Jahre lang aktuelle und vorhergesagte Szenarien geringerer Niederschläge simuliert. Die Pflanzenbiomasse, Stickstoff- (N) und Kohlenstoffgehalt (C) sowie die δ13C- und δ15NWerte der Pflanzenkompartimente wurden in den Jahren 7 bis 9 analysiert. Die oberirdische Biomasse von Getreide und der Ertrag gingen im vorhergesagten Szenario zurück, während die Qualität des Getreides (% N) unberührt blieb. Beikräuter und im Winter wachsende Zwischenfrüchte wurden nicht oder sogar positiv beeinflusst, was möglicherweise auf die Anreicherung von Nährstoffen im Boden aufgrund der geringeren Pflanzenaufnahme im Sommer zurückzuführen ist. Dementsprechend wurden niedrige δ15N-Werte der Pflanzen hauptsächlich auf das Vorhandensein eines höheren Anteils an Mineraldünger im prognostizierten Niederschlagsszenario zurückgeführt. Wie erwartet, erhöhte der Wasserstress die δ13C-Werte bei Pflanzen im Sommer signifikant, während dies im Winter nicht beobachtet wurde. Fruchtbare Böden können die negativen Auswirkungen häufigerer und intensiverer Dürreperioden abschwächen, jedoch nicht ausgleichen.
</trans-abstract>

Klimaszenarien prognostizieren für die Jahre 2071 bis 2100 häufigere und intensivere Dürreperioden in der wichtigsten und am intensivsten genutzten Agrarregion Österreichs, dem Marchfeld. In einer Lysimeterstation wurden 9 Jahre lang aktuelle und vorhergesagte Szenarien geringerer Niederschläge simuliert. Die Pflanzenbiomasse, Stickstoff- (N) und Kohlenstoffgehalt (C) sowie die δ13C- und δ15NWerte der Pflanzenkompartimente wurden in den Jahren 7 bis 9 analysiert. Die oberirdische Biomasse von Getreide und der Ertrag gingen im vorhergesagten Szenario zurück, während die Qualität des Getreides (% N) unberührt blieb. Beikräuter und im Winter wachsende Zwischenfrüchte wurden nicht oder sogar positiv beeinflusst, was möglicherweise auf die Anreicherung von Nährstoffen im Boden aufgrund der geringeren Pflanzenaufnahme im Sommer zurückzuführen ist. Dementsprechend wurden niedrige δ15N-Werte der Pflanzen hauptsächlich auf das Vorhandensein eines höheren Anteils an Mineraldünger im prognostizierten Niederschlagsszenario zurückgeführt. Wie erwartet, erhöhte der Wasserstress die δ13C-Werte bei Pflanzen im Sommer signifikant, während dies im Winter nicht beobachtet wurde. Fruchtbare Böden können die negativen Auswirkungen häufigerer und intensiverer Dürreperioden abschwächen, jedoch nicht ausgleichen.

Die Bodenkultur: Journal of Land Management, Food and Environment

This work is licensed under the Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 3.0 License.

Häufigere und extreme Trockenheit verringerte die Pflanzenproduktion und veränderte die Stabilisotopenverhältnisse von C und N in den Pflanzen

Climate change scenarios predict more frequent and intense drought periods for 2071–2100 in the most important and intensively used agricultural region of...

More extreme and frequent drought periods reduced crop production and altered stable isotope ratios of C and N in plants

Published Online: Oct 31, 2023

Page range: 35 - 48

Received: Jul 14, 2023

Accepted: Aug 30, 2023

DOI: https://doi.org/10.2478/boku-2023-0004

Keywords
plant production, drought, C and N isotopes, agroecosystem, Pannonian region

© 2023 Andrea Watzinger et al., published by Sciendo

This work is licensed under the Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 3.0 License.

More extreme and frequent drought periods reduced crop production and altered stable isotope ratios of C and N in plants

Published Online: Oct 31, 2023

Page range: 35 - 48

Received: Jul 14, 2023

Accepted: Aug 30, 2023

DOI: https://doi.org/10.2478/boku-2023-0004

Keywordsplant production, drought, C and N isotopes, agroecosystem, Pannonian region

© 2023 Andrea Watzinger et al., published by Sciendo

This work is licensed under the Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 3.0 License.

Keywords
plant production, drought, C and N isotopes, agroecosystem, Pannonian region