Energieholz aus Kurzumtriebsplantagen Chancen und Risiken

mit Blick auf eine naturschutzgerechteAgroforstwirtschaft

Energieholz auf dem Acker – zwischen Eingriff und AusgleichFachveranstaltung des BfN, Insel Vilm, Sept. 2008

N. Lamersdorf

Forschungszentrum Waldökosysteme &

Büsgen-InstitutAbt. Ökopedologie der gemäßigten Zonen

Fakultät für Forstwissenschaften und Waldökologie

Georg-August-Universität Göttingen

Foto: Walotek

Foto: www.agropark.orgFoto: KnustFoto: LamersdorfFoto: LamersdorfFoto: Lamersdorf

Gliederung

• Einführung

Positionierung von KUPs im Kontext agroforstlicherAnbausysteme (AFS)

• Chancen und Risiken von KUPs

Übersicht / ausgesuchte Beispiele

• Das DBU-Projekt NOVALIS

Untersuchungsansatz / erste Ergebnisse

• Schlussfolgerungen und Ausblick

Foto: Knust

Definition Agroforstwirtschaft (I)

…. is an intensive land-management system that combines trees and/orshrubs with crops and/or livestock (Stamps et al., 2001)

…. when trees and crops get together (AFTA, Association for Temperate Agroforestry, Québec 2007)

…. agroforestry systems embrace both production (food and wood) andthe provision of “services” that may ultimately be manifested inchanges in soil properties, micro and macro climatic parameters,nutrient distribution or a combination of these and other environmentalor ecological characteristics (Gordon & Thevathasan, 2001)

…. best-designed when minimizing negative (e.g. shade) and maximizingpositive interactions (e.g. nutrient cycling) between trees and crops

(Gordon & Thevathasan, 2001)

Foto: Lamersdorf

… ist damit kein Konzept, das die Entwicklung der Nutzfläche einer mehr oder weniger freien Sukzession überlässt bzw.

primär auf den menschlichen Eingriff verzichtet.

Definition Agroforstwirtschaft (II)

Foto: www.agropark.orgFoto: www.agropark.orgFoto: www.agropark.org

Foto: USDA / NACFoto: Lamersdorf Foto: Lamersdorf

Definition Agroforstwirtschaft (III)

5 Grundtypen

Silvopasture(F, Foto: www.agropark.org)

Forest Farming(Québec, CA)

Windbreaks(Québec, CA)

Riparian Buffers(US, Foto: www.aftaweb.org / Iowa State University )

Alley-Cropping(GB, Foto: www.agropark.org)

Association for Temperate Agroforestry (www.aftaweb.org)

Foto: Lamersdorf

Foto: Lamersdorf

Foto: Walotek

Warum Energieholz / Agrarholz / holzige Biomasse ?

Substitutionspotential

Heizöl• 280 L• 200 L • 200 L• 140 L

• 100 L• 70 L

• 320 L• 500 L

Holz1 Fm Buche Rundholz1 Fm Fichte Rundholz 1 Rm Buche Scheitholz1 Rm Fichte Scheitholz

1 Srm Buche Hackschnitzel1 Srm Fichte Hackschnitzel

1 Srm Holzpellets1 t Holzpellets

Bild:Pflüger-Grone

(nach Walotek, 2006)

KUP = ca. 30 – 40 Srm (7-10 t lutro) / ha / a = ca. 2000 – 3000 L Heizöl

Fotos: C. Knust

• Erosionsschutz

• Wasserschutz

• Klimaschutz

• Förderung der C-Speicherung / Humusbildung

• Extensivierung (Vergleich Ackerbau)

• Steigerung der Diversität

Fotos:Hofmann

Ökologische Chancen von KUPs

Foto: Lamersdorf

Beispiel 1: Minderung der N2O-Emission

Brache (10 Jahre / vergrast) 2,53 Raps 2,30 Eiche 0,96 Pappel (10 Jahre) 0,48 Pappel (5 Jahre + 100 kg N) 0,46 Pappel (5 Jahre) 0,21

aus Flessa et al. (1998) und Teepe (1999)

[ kg N2O-N ha-1 a-1 ]

Foto: Lamersdorf

Beispiel 2: Förderung der C-Sequestrierung

Abschätzung (!):

Eintrag über Blattstreu (TM) = 5-6 t ha-1 a-1 (ca. 50 % C)Eintrag an C = 3 t (1/3 Speicherung, 2/3 CO2 Verlust)

C-Sequestrierung = 1 t ha-1 a-1

x 10 Jahre = 10 t C ha-1

= + 30 % der im Oberboden vorhandenen C-Vorräte

Literaturdaten = + 32 - 41 % C in 6 Jahren (Kahle und Hildebrandt 2006)

= 0 - + 20 % nach 7-9 Jahren (Jug et al., 1999)

Foto: Lamersdorf

Beispiel 3: N-Bindung / Wasserschutz (1)

aus Jug et al., 1999

Foto: Lamersdorf

Beispiel 3: N-Bindung / Wasserschutz (2)

aus Jug et al., 1999

Foto: Lamersdorf

Ökologische Risiken von KUPs

• Verlust an Diversität (Vergleich Brache)

• Vereinheitlichung des Landschaftsbilds (Monokultureffekt)

• Erhöhter Wasserverbrauch

• Herbizideinsatz / lokale Bodenverdichtung(Vergleich Brache)

• Einbringung standortsfremder Arten

• Erhöhte CO2-Freisetzung durch Umbruch / Rückwandlung

Foto: Walotek

Foto: Lamersdorf

Fotos: C. Knust

Beispiel 1: Erhöhter WasserverbrauchFoto: Walotek

Nach Knur et al., 2007, Projekt DENDROM (Pappel, 3- und 9-jährig, Standort Neuruppin, Mittel LS/CS)

[mm a-1]

3-jährig 9-jährig

Freilandniederschlag = 586 591 Interzeptionsverdunstung = 118 (20%) 172 (29%)

Evapotranspiration = 351(60%) 360 (61%)

Versickerung = 117 (20%) 59 (10%)

Versickerung Feldfrüchte = 215 (37%)

Fotos: C. Knust

Beispiel 2: Erhöhte CO2-FreisetzungFoto: Walotek

Beispiel: Freisetzung nach Umbruch von Grünland = 12,6 t Corg / ha (Jug et al., 1999)

Foto: Vetter / TLLFoto: M. Hofmann / HERO Foto: NOVALIS / Gütersloh

Fotos: C. Knust

Beispiel 3: Verlust an DiversitätFoto: Walotek

Zoodiversität → Vortrag U. Schulz / Projekt NOVALIS

Phytodiversität → Erste Ergebnisse aus dem Projekt NOVALIS

&

Landschaftsökologie

Zur naturverträglichen Produktion von Energieholz in der

Landwirtschaft

Ein Verbundprojekt des Forschungszentrums Waldökosysteme

der Universität Göttingen

LaufzeitSep.2006 – Aug.2009

KoordinationFoto: Lamersdorf

Ausgangszustand

Anpflanzungs-und

Aufwuchsphase

Degradation(Verlust an Humus, Nährstoffen, Arten und Diversität, Gefahr von Verdichtung,

Erosion, Sickerwasserkontamination, Belastung von Nachbarökosystemen, Verlust an Landschaftsvielfalt)

Bestand / Ernte(Alter <= 3 Jahre)

Bestand / Ernte(Alter 4-10 Jahre)

Bestand / Ernte(Alter > 10 Jahre)

Erhalt(Ausgeglichene C- und Nährstoffbilanz, Erhalt von Arten/Diversität,

Porenvolumen, Erhalt von Landschaftsstrukturen)

Aufwertung(Netto C-Sequestrierung, Zunahme von Arten- und Strukturdiversität,

Nährstoffspeicherung, Porenvolumen, Filterfunktion, Verbesserung der Landschaftsfunktionen)

Charakterisierung

Optimierung

Validierung und Bewertung

Entwicklung der Standorts- und Landschaftsqualität

Bewirtschaftung

Ausgangszustand

Anpflanzungs-und

Aufwuchsphase

Degradation(Verlust an Humus, Nährstoffen, Arten und Diversität, Gefahr von Verdichtung,

Erosion, Sickerwasserkontamination, Belastung von Nachbarökosystemen, Verlust an Landschaftsvielfalt)

Bestand / Ernte(Alter <= 3 Jahre)

Bestand / Ernte(Alter 4-10 Jahre)

Bestand / Ernte(Alter > 10 Jahre)

Erhalt(Ausgeglichene C- und Nährstoffbilanz, Erhalt von Arten/Diversität,

Porenvolumen, Erhalt von Landschaftsstrukturen)

Aufwertung(Netto C-Sequestrierung, Zunahme von Arten- und Strukturdiversität,

Nährstoffspeicherung, Porenvolumen, Filterfunktion, Verbesserung der Landschaftsfunktionen)

Charakterisierung

Optimierung

Validierung und Bewertung

Entwicklung der Standorts- und Landschaftsqualität

Bewirtschaftung

Untersuchungsansatz

• Abt. Waldbau und Waldökologie der gemäßigten Zonen Universität Göttingen (A. Dohrenbusch, B. Stoll)

• Abt. Ökopedologie der gemäßigten Zonen, Universität Göttingen (F. Beese, N. Lamersdorf)

• FG Tierökologie, Fachhochschule Eberswalde (U. Schulz)

• Inst. für Waldökologie und Waldinventuren, Eberswalde (A. Bolte, F. Kroiher, J. Bielefeldt)

• Göttinger Bodeninitiative GBI e.V. (N. Lamersdorf)

• Büro für Landschaftsökologie BALSA, Göttingen (G. Busch)

• WMG Wald-Marketing GmbH, Uelzen (M. Hecker)

• Stadtwerke Gütersloh (M. Meier)

Projektpartner

Untersuchungsflächen

Ansatz: Unechte Zeitreihe

Vernetzung mit den NachbarprojektenDENDROM und AGROWOOD

Ausgesuchte Fragestellungen

Phytodiversität

vTI, Institut für Waldökologie und Waldinventuren, Eberswalde

A. Bolte, F. Kroiher, J. Bielefeldt

1. Welche Faktoren bestimmen die Pflanzenartenvielfalt in Agrargehölzen?

2. Welche Rolle spielt der Artenpool der umgebenden Landschaft?

3. Wie verhält sich die Phytodiversität im Vergleich zu unmittelbar angrenzenden Ökosystemen?

Untersuchungsflächen

Schlussfolgerungen Phytodiversität(vorläufig)

1. Die Faktoren „Wüchsigkeit“ und „Flächengröße“ bestimmen die Artenvielfalt.

Flächen Georgenhof

y = 1,1699x0,4532

R2 = 0,98

y = 0,2994x0,5107

R2 = 0,97

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600

m² Flächengröße

Arte

nanz

ahl G

efäß

pfla

nzen

Klon - Max 4 (gering wüchsig)

Klon - Hybrid 275 (rasch wüchsig)

2. Bestandesalter (Kronenschluss) und Standortsunterschiede bestimmen die Pflanzenartenvielfalt im Vergleich zur Umgebung.

y = 0,3599x0,4114

R2 = 0,99

y = 0,5055x0,3873

R2 = 0,99

y = 0,6953x0,3718

R2 = 0,99

0

3

6

9

12

15

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600

m² Flächengröße

Art

enan

teil

am A

rten

pool

auf

25km

² Um

land

[%] (

Gef

äßpf

lanz

en)

Hamerstorf (1-jährig, Sand)Thammenhain (8-jährig, Sand)Methau (8-jährig, Löß)

3. Nachbarökosysteme zeigen vergleichbare oder geringere Pflanzenartenzahlen.

y = 0,6292x0,5066

R2 = 0,99

0

20

40

60

80

100

120

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000

m² Flächengröße

Art

enan

zahl

kumulative Artenzahlabsolute Artenzahl

Grün-land

Weg WaldPappel-agrarholz-

fläche

Landnutzung der Umgebung

Fläche Georgenhof 2006

Ausgesuchte Fragestellungen

Landschaftsökologie

Büro für Landschaftsökologie BALSA, Göttingen

G. Busch

1. Was sind die standörtlichen Rahmenbedingungen für den Anbau von Agrarholz (Pappel / Weide) unter Berücksichtigung verschiedener Umtriebszeiten?

2. Können Landschaftsfunktionen positiv beeinflusst werden?

Untersuchungsflächen

Untersuchungsraum Landkreis Uelzen, Samtgemeinde Suderburg

1. Die nutzbare Feldkapazität und die Rotationsdauer spielen eine wesentliche Rolle bei der Standortswahl (> 8-jährige Rotation).

Schlussfolgerungen Landschaftsökologie(vorläufig)

2. Veränderungen der Rotationsdauer wirken positiv auf die Wasserbilanz.

(3-jährige Rotation)

Schlussfolgerungen und Ausblick

KUPs besitzen ein erhebliches positives ökologisches Potential.

Negative Effekte lassen sich durch ein gezieltes Management eingrenzen – es fehlt jedoch noch an klaren Vorgaben und Handlungsanweisungen.

Die Einbindung von KUPs in das Konzept der modernen Agroforstwirtschaft ist anzustreben. Dadurch erweitert sich das Anwendungsspektrum. Gleichzeitig steigt die Akzeptanz.

In Detailfragen besteht erheblicher Forschungsbedarf.

Foto: Stoll