Pflanzenproduktion

Landwirtschaft von morgen: Pflanzenproduktion und -nutzung nachhaltig und zukunftssicher

Pflanzen sind die Basis einer nachhaltigen Bioökonomie. Jülicher Wissenschaftler:innen entwickeln innovative Technologien und Konzepte für eine effiziente, ressourcenschonende Pflanzenproduktion, um Nahrung und Rohstoffe nachhaltig bereitzustellen und die Bioökonomie zu stärken.

Pflanzen sind essentielle Elemente für die nachhaltige Bioökonomie: Unsere Forschung an innovativen Technologien schlägt die Brücke zwischen der Anpassung von Pflanzen und neuartigen Produktionssystemen an den Klimawandel und der Bereitstellung von optimierten Rohstoffen für Nahrung, Materialien und Chemikalien. Pflanzen sind die Schnittstelle zwischen natürlichen Kreisläufen und der Kreislaufwirtschaft der Zukunft.
Prof. Ulrich Schurr, Direktor des Jülicher Instituts für Pflanzenwissenschaften (IBG-2)

Herausforderungen und Chancen

Eine steigende Weltbevölkerung, die Auswirkungen des Klimawandels und die Übernutzung natürlicher Ressourcen stellen eine immense Herausforderung dar: Wie können wir genügend Nahrungsmittel und Ressourcen bereitstellen und gleichzeitig die Umwelt schützen? Die Bioökonomie mit ihren Prinzipien nachhaltiger Produktion und Ressourcenschonung bietet Antworten.

Pflanzen spielen dabei eine zentrale Rolle. Sie liefern erneuerbare Biomasse als Nahrungs- und Futtermittel, industrielle Rohstoffe oder Bioenergie. Gleichzeitig tragen sie zur Schließung von Nährstoffkreisläufen bei – ein entscheidender Beitrag für nachhaltige Wirtschaftssysteme.

Jülicher Wissenschaftler:innen begegnen diesen Herausforderungen mit innovativer Forschung und modernster Technologie. Ziel ist es, Erträge unter variablen Umweltbedingungen zu sichern, Pflanzenqualitäten auf verschiedene Nutzungsarten anzupassen, Produktionsaufwand und Ressourcenverbrauch zu reduzieren sowie Pflanzen und Verfahren an zukünftige Klima- und Standortbedingungen anzupassen.

2,3

Milliarden Menschen haben keinen zuverlässigen und sicheren Zugang zu angemessener und ausreichender Ernährung.

70

Prozent der Wasserressourcen weltweit werden für die Bewässerung von landwirtschaftlichen Kulturen genutzt. In besonders schwach entwickelten Ländern sind es bis zu 90 Prozent.

4

Pflanzen (Weizen, Reis, Mais und Kartoffel) decken mehr als 60 Prozent des weltweiten Energiebedarfs in der menschlichen Ernährung ab.

Beispiele technologischer Fortschritte und Anwendungen aus Jülich

Digitale Landwirtschaft: Mit Sensoren, Agrarrobotik und KI-Systemen werden Pflanzen und Böden präzise überwacht. So können Anbausysteme gezielt angepasst und Ressourcen eingespart werden – etwa im Exzellenzcluster PhenoRob, wo Fernerkundung und maschinelles Lernen zum Einsatz kommen.

Pflanzenphänotypisierung: Hochauflösende, nicht-invasive Messmethoden liefern Einblicke in Wachstumsprozesse und Pflanzenfunktionen. Im Projekt FluoSense4Wheat wird etwa Chlorophyllfluoreszenz zur frühen Erkennung von Trockenstress genutzt.

Modellbasierte Bewässerung: Im Projekt DIRECTION werden Bewässerungsstrategien für Kulturen wie Maniok entwickelt, die auf aktuellen Umweltbedingungen und Vorhersagemodellen basieren.

Innovative Anbausysteme: Kombinierte Landnutzung – wie bei AgriPV und im Projekt Solar-TAP – erlaubt gleichzeitig die Erzeugung von Pflanzenprodukten und Solarstrom. Das erhöht die Flächeneffizienz und kann zur CO₂-Minderung beitragen.

Simulationsgestützte Landbewirtschaftung: Mit Tools wie AgraSim werden Klima- und Ertragsmodelle kombiniert, um agrarische Entscheidungen datengestützt zu treffen – etwa bei der Auswahl standortangepasster Sorten oder der Optimierung von Düngeintervallen.

Biomassequellen und Nutzungskaskaden: Ein zentrales Ziel nachhaltiger Pflanzenproduktion ist die Vermeidung von Flächennutzungskonflikten. Neben der kombinierten Landnutzung, wie bei AgriPV, werden im AgroInnovationLab alternative Biomassen wie Disteln oder Sida auf marginalen Standorten angebaut und auf ihre industrielle Nutzbarkeit hin untersucht.

Auch im Rahmen des Bioeconomy Science Center (BioSC) entstehen neue Wertschöpfungspfade: P³roLucas untersucht die Nutzung von Lupinenalkaloiden, während ToxPot biobasierte Pflanzenschutzmittel aus Kartoffelbeeren erforscht.

IBG-2

Am Jülicher Institut für Pflanzenwissenschaften wird erforscht, wie Pflanzen effizienter wachsen, Ressourcen sparen und klimafit werden.

PhenoRob

Im Exzellenzcluster PhenoRob werden Robotik, Sensornetze, Big Data und KI kombiniert, um Pflanzen- und Umweltdaten präzise auszuwerten und so neue Lösungen für eine nachhaltige, ressourcenschonende Pflanzenproduktion zu entwickeln.

Agri-PV

Pflanzen unter Strom: Agri-Photovoltaik vereint Sonnenstrom und Ackerbau, Solarmodule schützen Kulturen, steigern Ertrag und liefern zugleich saubere Energie.

CEPLAS Cluster

Das Exzellenzcluster CEPLAS entschlüsselt die genetischen Tricks leistungsfähiger Pflanzen – Grundlage für höhere Ernten bei weniger Dünger und Wasser.

IPPN

Im Internationalen Pflanzen-Phänotypisierung-Netzwerk (IPPN) vernetzen sich High-Tech-Labore weltweit, teilen Daten und Standards und beschleunigen so die Entwicklung nachhaltiger Pflanzenorten.

AgraSim

AgraSim entwickelt innovative Simulationsmodelle zur Bewertung von Landnutzung, Klimaeinflüssen und Managementoptionen in Agrarlandschaften.

Regional verankert – global vernetzt

Bioökonomiekonzepte sind regional zu implementieren, um wirksam zu sein, besitzen dann aber internationale Tragweite. Mit dem BioökonomieREVIER wird im Rheinischen Revier ein regionales Innovationssystem aufgebaut. Gleichzeitig engagiert sich das Forschungszentrum Jülich im International Advisory Council on Global Bioeconomy (IACGB), um globale Lösungsansätze gemeinsam mit internationalen Partnern zu gestalten.