How climate change influences grain maize yield : a case study for the canton of Berne
Creators: name: Meier, Linus
Publisher: name: ZHAW Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften
Year: 2021
Subjects: Climate Change
Extreme Weather Events
Agroclimatic Indicators
Grain Maize
Yield
Linear Regression
Agriculture
Berne
Switzerland
630: Landwirtschaft

description: Since agricultural productivity is strongly dependent on climate, farmers need reliable crop yield forecasts to help them adapting to climate change. This Bachelor’s Thesis aims at identifying the effects of climate on grain maize yields in the canton of Berne (Switzerland) by assessing relevant agroclimatic indicators for the period 1990 to 2018 by means of regression analysis. In addition, the regressions performed are used to investigate the suitability of the canton of Berne for grain maize cultivation. A total of four regression models are proposed, using an Ordinary Least Squares framework to estimate the model coefficients. To consider the changing influence of climate on maize yield in different growth stages, agroclimatic indicators are calculated specifically for the vegetative and reproductive period in addition to the total growing season. It appears that basic climate indicators such as mean temperature and precipitation totals are often better at explaining yield variability than complex indicators such as Vapor Pressure Deficit or Growing Degree Days. Furthermore, it is found that a uniform increase of mean temperature of about 1.5°C during the growing season is positive for yield. But increasing mean temperature only during the vegetative period or additional heat days from July to August have a negative effect on yield. In the reproductive phase from August onwards, there is still potential for yield gains through moderate mean temperature increases. For precipitation over the entire growing season, the model estimates indicate a positive effect of moderate precipitation and a negative effect of heavy precipitation on yield. The adverse effect of heavy precipitation is more pronounced for the vegetative period than for the reproductive period.

Da die landwirtschaftliche Produktivität stark vom Klima abhängt, benötigen Landwirte zuverlässige Ertragsvorhersagen, um sich an den Klimawandel anpassen zu können. Ziel dieser Bachelorarbeit ist es, die Auswirkungen des Klimas auf die Körnermaiserträge im Kanton Bern (Schweiz) zu identifizieren, indem relevante agroklimatische Indikatoren für den Zeitraum 1990 bis 2018 mittels Regressionsanalyse ausgewertet werden. Zudem soll mit den durchgeführten Regressionen die Eignung des Kanton Berns für den Körnermaisanbau untersucht werden. Es werden insgesamt vier Regressionsmodelle vorgeschlagen, wobei zur Schätzung der Modellkoeffizienten die Methode der kleinsten Quadrate verwendet wird. Um den wechselnden Einfluss des Klimas auf den Maisertrag in verschiedenen Wachstumsstadien zu berücksichtigen, werden agroklimatische Indikatoren zusätzlich zur gesamten Vegetationszeit speziell für die vegetative und reproduktive Periode berechnet. Die Modellparameter deuten darauf hin, dass elementare Klimaindikatoren wie die mittlere Temperatur und Niederschlagssummen oft besser geeignet sind, die Ertragsvariabilität zu erklären, als komplexe Indikatoren wie Dampfdruckdefizit (VPD) oder Wachstumsgradtage (GDD). Es zeigt sich weiter, dass ein gleichmässiger Anstieg der Durchschnittstemperatur um etwa 1,5°C über die gesamte Saison positiv für den Ertrag ist. Doch eine Erhöhung der mittleren Temperatur nur während der Vegetationsperiode oder zusätzliche Hitzetage von Juli bis August haben einen negativen Effekt auf den Ertrag. In der reproduktiven Phase gibt es noch Potenzial für Ertragssteigerungen durch eine moderate Erhöhung der Durchschnittstemperatur. Für Niederschlag über die gesamte Saison zeigen die Modellschätzungen einen positiven Effekt von mässigem Niederschlag und einen negativen Effekt von Starkniederschlag auf den Ertrag. Der negative Effekt von Starkniederschlägen ist für die Vegetationsperiode stärker ausgeprägt als für die Reproduktionsperiode.