Entwicklung und Optimierung von standortangepassten Anbausystemen für Energiepflanzen im Fruchtfolgeregime

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1 Technologie- und Förderzentrum im Kompetenzzentrum für Nachwachsende Rohstoffe Endbericht 2013 zum Teilprojekt 1 Entwicklung und Optimierung von standortangepassten Anbausystemen für Energiepflanzen im Fruchtfolgeregime Teilvorhaben Bayern Grundversuch Faktoroptimierung Dieses Vorhaben wird vom BMELV über die FNR gefördert und seitens der TLL koordiniert. (FKZ: )

2 Langtitel: Entwicklung und Vergleich von optimierten Anbausystemen für die landwirtschaftliche Produktion von Energiepflanzen unter den verschiedenen Standortbedingungen Deutschlands (EVA II) Kurztitel: Entwicklung und Optimierung von standortangepassten Anbausystemen für Energiepflanzen im Fruchtfolgeregime Projekt: Grundversuch am Standort Ascha (Bayern) Projektleiter: Dr. Maendy Fritz Laufzeit: Auftraggeber: Bundesministerium für Ernährung, Landwirtschaft und Verbraucherschutz (BMELV) Bearbeiter: Daniela Zander Franz Heimler Markus Krinner Christian Loher Heidelinde Lummer

3 INHALTSVERZEICHNIS 1 EINLEITUNG 8 2 PROBLEMSTELLUNG UND ZIELSETZUNG 9 3 VERSUCHSDURCHFÜHRUNG AM STANDORT ASCHA CHARAKTERISIERUNG DES STANDORTES VERSUCHSAUFBAU, DATENERHEBUNG, BEWERTUNGSGRUNDLAGE VERSUCHSDURCHFÜHRUNG WITTERUNGSVERLAUF Niederschläge Lufttemperatur Bodentemperatur Globalstrahlung Sonnenstunden Vegetationstage 25 4 ERGEBNISSE ERGEBNISDARSTELLUNG DER FRUCHTFOLGEVERSUCHE: ERTRÄGE Kumulierte Trockenmasseerträge des Fruchtfolgeversuches in EVA II Kumulierte Biogas-/Methanhektarerträge des Fruchtfolgeversuches in EVA II Auswirkungen der Fruchtfolgen auf das Abschlussfruchtfolgeglied Winterweizen Ergebnisse des Satellitenversuches Faktoroptimierung 42 5 ÖKONOMISCHE BEWERTUNG DER FRUCHTFOLGEN 47 6 ÖKONOMISCHE BEWERTUNG DES SATELLITENVERSUCHES FAKTOROPTIMIERUNG 49 7 WEITERFÜHRENDE NACHHALTIGKEITSBEWERTUNGEN NÄHRSTOFFBILANZIERUNG HUMUSBILANZIERUNG WASSERVERBRAUCH SICKERWASSER NITRATAUSTRAG ENERGIEBILANZEN TREIBHAUSGASEMISSIONEN 69 1

4 7.8 ZUSAMMENFASSENDE ÜBERSICHT DER BEWERTUNGSGRÖßEN UND PARAMETER 73 8 DISKUSSION UND SCHLUSSFOLGERUNGEN 75 9 DANKSAGUNG LITERATUR ANHANG I 2

5 TABELLENVERZEICHNIS Tabelle 1: Standorteigenschaften in Ascha (Bayern, Höhenlagen Südost) Tabelle 2: Überblick über die Fruchtfolgen der Anlagen III und IV. Fett gedruckte Kulturen werden als Ganzpflanze zur Biogasproduktion, kursiv gedruckte zur Gründüngung und alle übrigen als Marktfrucht oder Futtermittel verwendet Tabelle 3: Intensitätsstufen des Satellitenversuches "Faktoroptimierung" Tabelle 4: Übersicht der Monats- und Jahresniederschläge am Standort Ascha; 2009 bis Tabelle 5: Übersicht der Monats- und Jahreslufttemperatur am Standort Ascha; 2009 bis Tabelle 6: Übersicht der Monats- und Jahresbodentemperatur am Standort Ascha; 2009 bis Tabelle 7: Übersicht der Monats- und Jahresglobalstrahlung am Standort Ascha; 2009 bis Tabelle 8: Übersicht der Monats- und Jahressonnenstunden am Standort Ascha; 2009 bis Tabelle 9: Übersicht der Monats- und Jahresvegetationstage am Standort Ascha; 2009 bis Tabelle 10: Gesamttrockenmasseerträge der Kern- und Regionalfruchtfolgen 1 bis 8, vergleichend Anlage III und IV sowie die Differenz zwischen den Anlagen Tabelle 11: Trockenmasseerträge der einzelnen Fruchtfolgeglieder der geprüften Fruchtfolgen in Anlage III und Anlage IV in den Jahren 2009 bis 2012 am Standort Ascha; unterschiedliche Buchstaben kennzeichnen signifikante Unterschiede zwischen den Intensitätsstufen einer Kultur Tabelle 12: Zusammenfassende ökologische Bewertung der Kern- und Regionalfruchtfolgen 1 bis 8 in Anlagen III und IV am Standort Ascha; die Bewertung erfolgt anhand der Farben grün (= gut) und rot (= schlecht) Tabelle 13: Bodentypen und Wurzelraum der Versuchsfläche am Standort Ascha, Ergebnisse der Bodenaufnahme vom ZALF am I Tabelle 14: Bodenchemische Kennwerte der Versuchsfläche am Standort Ascha, Ergebnisse der Bodenaufnahme vom ZALF am (Profile 21-24)...II Tabelle 15: Bodenchemische Kennwerte der Versuchsfläche am Standort Ascha, Ergebnisse der Bodenaufnahme vom ZALF am (Profile 25-27)... III Tabelle 16: Bodenchemische Kennwerte der Versuchsfläche am Standort Ascha, Ergebnisse der Bodenaufnahme vom ZALF am (Profile 21-23)... IV Tabelle 17: Bodenphysikalische Kennwerte der Versuchsfläche am Standort Ascha, Ergebnisse der Bodenaufnahme vom ZALF am (Profile 24-27)... V Tabelle 18: Aussaattermine der Kern- und Regionalfruchtfolgen in Anlage III, 2008 bis

6 am Standort Ascha... VI Tabelle 19: Aussaattermine der Kern- und Regionalfruchtfolgen in Anlage IV, 2009 bis 2012 am Standort Ascha... VII Tabelle 20: Erntetermine der Kern-und Regionalfruchtfolgen in Anlage III, 2009 bis 2012 am Standort Ascha... VIII Tabelle 21: Erntetermine der Kern- und Regionalfruchtfolgen in Anlage IV, 2010 bis 2013 am Standort Ascha... IX Tabelle 22: N-Düngung der Kern- und Regionalfruchtfolgen in Anlage III, 2009 bis 2012 am Standort Ascha... X Tabelle 23: N-Düngung der Kern- und Regionalfruchtfolgen in Anlage IV, 2010 bis 2013 am Standort Ascha... XI Tabelle 24: Frischmasseerträge der Kern- und Regionalfruchtfolgen in Anlage III, 2009 bis 2012 am Standort Ascha, dargestellt sind die arithmetischen Mittelwerte mit n = 4... XII Tabelle 25: Frischmasseerträge der Kern- und Regionalfruchtfolgen in Anlage IV, 2010 bis 2013 am Standort Ascha, dargestellt sind die arithmetischen Mittel mit n = 4... XIII Tabelle 26: Trockensubstanzgehalte der Kern-und Regionalfruchtfolgen in Anlage III, 2009 bis 2012 am Standort Ascha, dargestellt sind die arithmetischen Mittel mit n = 4... XIV Tabelle 27: Trockensubstanzgehalte der Kern- und Regionalfruchtfolgen in Anlage IV, 2010 bis 2013 am Standort Ascha, dargestellt sind die arithmetischen Mittel mit n = 4... XV Tabelle 28: Trockenmasseerträge der Kern-und Regionalfruchtfolgen in Anlage III, am Standort Ascha, dargestellt sind die arithmetischen Mittel mit n = 4... XVI Tabelle 29: Trockenmasseerträge der Kern- und Regionalfruchtfolgen in Anlage IV, 2010 bis 2013 am Standort Ascha, dargestellt sind die arithmetischen Mittel mit n = 4... XVII 4

7 ABBIDLUNGSVERZEICHNIS Abbildung 1: Versuchsdesign des Grundversuches mit integriertem Satellitenversuch (eingefärbte Parzellen), Versuchsdesign entspricht Anlage III und IV 14 Abbildung 2: Monatliche Niederschlagssummen im Mittel der Versuchsjahre 2009 bis 2013 im Vergleich zu den langjährigen monatlichen Niederschlagssummen am Standort Ascha 17 Abbildung 3: Monatliche Lufttemperaturen im Mittel der Versuchsjahre 2009 bis 2013 im Vergleich zur langjährigen monatlichen Lufttemperatur am Standort Ascha 19 Abbildung 4: Monatliche Bodentemperaturen im Mittel der Versuchsjahre 2009 bis 2013 am Standort Ascha 21 Abbildung 5: Monatliche Globalstrahlung im Mittel der Versuchsjahre 2009 bis 2013 am Standort Ascha 23 Abbildung 6: Monatliche Sonnenstunden im Mittel der Versuchsjahre 2009 bis 2013 am Standort Ascha 25 Abbildung 7: Monatliche Vegetationstage im Mittel der Versuchsjahre 2009 bis 2013 am Standort Ascha 27 Abbildung 8: Trockenmasseerträge der Kern- und Regionalfruchtfolgen 1 bis 8 im Grundversuch in Anlage III am Versuchsstandort Ascha, Anbauzeitraum 2009 bis 2011; unterschiedliche Buchstaben kennzeichnen signifikante Unterschiede 31 Abbildung 9: Trockenmasseerträge der Kern- und Regionalfruchtfolgen 1 bis 8 im Grundversuch in Anlage IV am Versuchsstandort Ascha, Anbauzeitraum 2010 bis 2012; unterschiedliche Buchstaben kennzeichnen signifikante Unterschiede 32 Abbildung 10: Einfluss des Trockenmasseertrages auf den Biogas- und Methanhektarertrag; Datengrundlagen: Erträge vom Standort Ascha (Anlagen III und IV), Biogas-/Methanhektarerträge berechnet nach ATB 33 Abbildung 11: Biogashektarerträge der Kern- und Regionalfruchtfolgen 1 bis 8 im Grundversuch in Anlage III (jeweils linke Säulen) und Anlage IV (jeweils rechte Säulen) am Versuchsstandort Ascha, Anbauzeitraum 2009 bis 2012, Biogasdaten nach ATB-Bornim 34 Abbildung 12: Methanhektarerträge der Kern- und Regionalfruchtfolgen 1 bis 8 im Grundversuch in Anlage III (jeweils linke Säule) und Anlage IV (jeweils rechte Säule) am Versuchsstandort Ascha, Anbauzeitraum 2009 bis 2012, Methandaten nach ATB-Bornim 35 Abbildung 13: Vergleich der Kornerträge in den geprüften Fruchtfolgen in Anlage III am Standort Ascha, Erntejahr Abbildung 14: Vergleich der Kornerträge in den geprüften Fruchtfolgen in Anlage IV am Standort Ascha, Erntejahr Abbildung 15: Einfluss des Tausendkorngewichtes auf den Winterweizen-Kornertrag in Anlagen III (Erntejahr 2012) und IV (Erntejahr 2013) am Standort Ascha 38 Abbildung 16: Tausendkorngewichte vom Winterweizen in Anlagen III und IV am Standort Ascha, unterschiedliche Buchstaben kennzeichnen signifikante Unterschiede 5

8 (Kleinbuchstaben: Anlage III, Großbuchstaben: Anlage IV) 39 Abbildung 17: Einfluss der ährentragenden Halme je Quadratmeter auf den Winterweizen- Kornertrag in Anlagen III (Erntejahr 2012) und IV (Erntejahr 2013) am Standort Ascha 40 Abbildung 18: Ährentragende Halme je Quadratmeter vom Winterweizen in Anlagen III und IV am Standort Ascha; unterschiedliche Buchstaben kennzeichnen signifikante Unterschiede (Kleinbuchstaben: Anlage III, Großbuchstaben: Anlage IV) 40 Abbildung 19: Einfluss der Kornzahl je Quadratmeter auf den Winterweizen-Kornertrag in Anlagen III (Erntejahr 2012) und IV (Erntejahr 2013) am Standort Ascha 41 Abbildung 20: Kornzahl je Quadratmeter vom WW in Anlage III und Anlage IV am Standort Ascha; unterschiedliche Buchstaben kennzeichnen signifikante Unterschiede (Kleinbuchstaben: Anlage III, Großbuchstaben: Anlage IV) 42 Abbildung 21: Kumulierte Biomasseerträge je Produktionsintensität der Fruchtfolgen 3, 6 und 8 in Anlage III am Standort Ascha; unterschiedliche Buchstaben kennzeichnen signifikante Unterschiede 44 Abbildung 22: Kumulierte Biomasseerträge je Produktionseinheit der Fruchtfolgen 3,6 und 8 in Anlage IV am Standort Ascha; unterschiedliche Buchstaben kennzeichnen signifikante Unterschiede 45 Abbildung 23: Kornertrag vom Winterweizen in Anlagen III und IV am Standort Ascha; unterschiedliche Buchstaben kennzeichnen signifikante Unterschiede (Kleinbuchstaben: Anlage III, Großbuchstaben: Anlage IV) 47 Abbildung 24: Deckungsbeiträge der geprüften Kern- und Regionalfruchtfolgen am Standort Ascha in Anlage III ( jeweils linke Säule) und Anlage IV (jeweils rechte Säule) 48 Abbildung 25: Deckungsbeiträge des Abschlussfruchtfolgegliedes in Anlage III (jeweils linke Säule) und Anlage IV (jeweils rechte Säule) 49 Abbildung 26: Deckungsbeiträge der Fruchtfolgen 3, 6 und 8 je Produktionsintensität in Anlage III am Standort Ascha 50 Abbildung 27: Deckungsbeiträge der Fruchtfolgen 3, 6 und 8 je Produktionsintensität in Anlage IV am Standort Ascha 51 Abbildung 28: Deckungsbeiträge des Abschlussfruchtfolgegliedes der Fruchtfolgen 3, 6 und 8 je Produktionsintensität in Anlage III am Standort Ascha, Erntejahr Abbildung 29: Deckungsbeiträge des Abschlussfruchtfolgegliedes der Fruchtfolgen 3, 6 und 8 je Produktionsintensität in Anlage IV am Standort Ascha, Erntejahr Abbildung 30: Stickstoffbilanzen der geprüften Kern- und Regionalfruchtfolgen im Mittel der Anlagen III und IV am Standort Ascha 55 Abbildung 31: Phosphorbilanzen der geprüften Kern- und Regionalfruchtfolgen im Mittel der Anlagen III und IV am Standort Ascha 56 Abbildung 32: Kaliumbilanzen der geprüften Kern- und Regionalfruchtfolgen im Mittel der Anlagen III und IV am Standort Ascha 57 6

9 Abbildung 33: Magnesiumbilanzen der geprüften Kern- und Regionalfruchtfolgen im Mittel der Anlagen III und IV am Standort Ascha 58 Abbildung 34: Schwefelbilanzen der geprüften Kern- und Regionalfruchtfolgen im Mittel der Anlagen III und IV am Standort Ascha 59 Abbildung 35: Humusbilanzen ohne Gärrestrückführung der geprüften Kern- und Regionalfruchtfolgen im Mittel der Anlagen III und IV am Standort Ascha 60 Abbildung 36: Humusbilanzen mit Gärrestrückführung der geprüften Kern- und Regionalfruchtfolgen im Mittel der Anlagen III und IV am Standort Ascha 62 Abbildung 37: Einordnung der Humussalden der geprüften Kern- und Regionalfruchtfolgen im Mittel der Anlagen III und IV am Standort Ascha 62 Abbildung 38: Wasserverbrauch der Kernfruchtfolgen 1 bis 5 in Anlage III (jeweils linke Säule) und Anlage IV (jeweils rechte Säule) am Standort Ascha 63 Abbildung 39: Sickerwasserbildung unter den Kernfruchtfolgen 1 bis 5 in Anlage III (jeweils linke Säule) und Anlage IV (jeweils rechte Säule) am Standort Ascha 64 Abbildung 40: Nitrataustrag unter den Kernfruchtfolgen 1 bis 5 in Anlage III (jeweils linke Säule) und Anlage IV (jeweils rechte Säule) am Standort Ascha 66 Abbildung 41: Energiebilanzen der Kern- und Regionalfruchtfolgen 1 bis 8 in Anlage III am Standort Ascha 67 Abbildung 42: Energiebilanzen der Kern- und Regionalfruchtfolgen 1 bis 8 in Anlage IV am Standort Ascha 68 Abbildung 43: Energieverbrauch der Kern- und Regionalfruchtfolgen 1 bis 8 in Anlage III (jeweils linke Säule) und Anlage IV (jeweils rechte Säule) aufgeteilt nach Kategorien am Standort Ascha 69 Abbildung 44: Flächenbezogene Treibhausgasemissionen der Kern- und Regionalfruchtfolgen 1 bis 8 in Anlage III (jeweils linke Säule) und Anlage IV (jeweils rechte Säule) am Standort Ascha 70 Abbildung 45: Treibhausgasemissionen der Kern- und Regionalfruchtfolgen 1 bis 8 in Anlage III am Standort Ascha 71 Abbildung 46: Treibhausgasemissionen der Kern- und Regionalfruchtfolgen 1 bis 8 in Anlage IV am Standort Ascha 72 Abbildung 47: Treibhausgasemissionen der Kern- und Regionalfruchtfolgen 1 bis 8 in Anlage III (jeweils linke Säule) und Anlage IV (jeweils rechte Säule) aufgeteilt nach Kategorien am Standort Ascha 72 7

10 1 EINLEITUNG Mit den Folgen des Klimawandels und mit immer knapper werdenden fossilen Energieressourcen zu leben und zu wirtschaften stellen Staat, Wirtschaft und Gesellschaft vor die größte Herausforderung. Durch viele Studien nationaler und internationaler Institutionen wurde mehrfach bewiesen, dass Klimaschutzmaßnahmen und eine nachhaltige und erneuerbare Energieerzeugung unbedingt erforderlich sind, um dieser Herausforderung zu begegnen. Die Bundesregierung hat sich zum Ziel gesetzt, die Treibhausgasemissionen in Deutschland bis zum Jahr 2020 um 40 %, bis 2030 um 55 %, bis 2040 um 70 % und bis 2050 um 80 bis 95 % zu reduzieren (Basisjahr 1990) [3]. Diese ambitionierten Ziele sollen mit einer Reihe von Klimaschutzmaßnahmen, wie z.b. in den Bereichen Energieeffizienz, Verkehr, Emissionshandel und erneuerbare Energien (EE) erreicht werden. In das letztere Themengebiet ist das Projekt EVA im Groben einzuordnen. Das Ziel der Bundesregierung ist, den Anteil an EE an der Stromversorgung bis spätestens 2020 auf mindestens 35 % anzuheben und danach kontinuierlich zu steigern [3]. Bis zum Jahr 2030 sollen mind. 50 %, bis 2040 mind. 65 % und bis 2050 mind. 80 % erreicht sein [3]. Innerhalb der regenerativen Energiequellen leistet Biogas einen erheblichen Beitrag an der Erzeugung nachhaltiger Energie und damit an Einsparung von Treibhausgasemissionen. Betrachtet man die Entwicklung der Biogasbranche, so ist zu erkennen, dass Deutschland im Jahr 2012 insgesamt Biogasanlagen mit einer installierten elektrischen Leistung von MWel aufweisen konnte [2]. Mit diesen Anlagen wurden 20,5 Mrd. kwh Strom und 11,3 Mrd. kwh Wärme erzeugt [1]. Zudem konnten Arbeitsplätze geschaffen und 14 Mio. t Treibhausgase vermieden werden [1]. Hinzu kommt, dass mit Biogas der Ansatz einer dezentralen Energieversorgung verfolgt werden kann, der die regionale Wertschöpfung erhöhen kann. Die Integration von Biogasanlagen in den landwirtschaftlichen Betrieb ermöglicht es Landwirten, ihre Existenz und ihren Wirtschaftsradius zu sichern bzw. ausweiten. Mit der stetig wachsenden Anzahl an Biogasanlagen und der damit verbundenen steigenden Flächeninanspruchnahme für den Energiepflanzenanbau bis auf Hektar in 2012 [17] ist eine Konkurrenz um Flächen für die Nahrungsmittelproduktion entbrannt. Das Ergebnis dieser Entwicklung sind ständig wachsende Pachtpreise für landwirtschaftliche Ackerflächen, die sich nachteilig auf die Wirtschaftlichkeit des Energiepflanzenanbaus und damit der Biogasproduktion auswirken, aber auch die Nahrungs- und Futtermittelproduktion entsprechend beeinflussen. Bei der Erzeugung von Biogas gehen unterschiedliche Rohstoffe in den Biogasfermenter ein. ist mit 73 % Hauptsubstrat innerhalb des gesamten unter den mitteleuropäischen Bedingungen zu Verfügung stehenden Pflanzenspektrums [18]. Als Ursachen für seine führende Rolle innerhalb der Biogasrohstoffpalette sind die hohen Flächen- und Biogasbzw. Methanerträge, seine gute Silier- und Vergärbarkeit sowie ein hoher Mechanisierungsgrad zu sehen. Zudem stellt der Markt nach über 50 Jahren Züchtung ein sehr breites 8

11 Sortenspektrum zur Verfügung, das es erlaubt, diese Kultur in fast allen Ackerregionen Deutschlands anzubauen. Nur durch seine Leistungsstärke und den im Vergleich zu anderen Kulturen dafür benötigen geringen Produktionsmitteleinsatz kann auf die hohen Pachtpreise geantwortet werden und die knappe verfügbare Fläche effizient genutzt werden. Diesen Tatsachen geschuldet, kommt es in unmittelbarer Umgebung von Biogasanlagen zu einem vermehrten anbau, welcher ökologisch negativ zu bewerten ist. Der Anbau von reinbeständen über einen längeren Zeitraum hat unvermeidliche Folgen wie Erhöhung des Erosionsrisikos, Rückgang des Humusgehaltes, einseitige Ausnutzung des Bodennährstoffhaushaltes, Artenarmut im Agrarökosystem und vermehrtes Unkrautauftreten. Zudem können sich durch den konzentrierten Anbau einer einzelnen Kultur Schädlings- und Krankheitserreger schneller an den Entwicklungszyklus der Wirtspflanze anpassen, was folglich zu einem massenhaften Auftreten und zu einem erhöhten Befallsdruck in den Folgejahren führt [13]. Um derartigen Gefahren im Energiepflanzenanbau vorzubeugen, ist es erforderlich, an neuen bzw. alternativen Energiepflanzen zu forschen und vielfältige Anbausysteme zu entwickeln. Damit einem nachhaltigen Energiepflanzenanbau in der Praxis Folge geleistet wird, müssen den Landwirten konkrete Anbauempfehlungen zur Verfügung gestellt werden, die standortbezogen sowohl ökologisch als auch ökonomisch sind. Um einen nachhaltigen Energiepflanzenanbau für die Biogasproduktion zu fördern wurde schon im Jahr 2005 das vom Bundesministerium für Ernährung, Landwirtschaft und Verbraucherschutz (BMELV) geförderte und von der Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.v. betreute Verbundvorhaben "EVA I" (Entwicklung und Vergleich von optimierten Anbausystemen für die landwirtschaftliche Produktion von Energiepflanzen unter verschiedenen Standortbedingungen Deutschlands) gestartet. Das Folgeprojekt "EVA II" schloss sich unmittelbar ab 2009 an. Die Ergebnisse sind Bestandteil dieses Berichtes. Zielstellung der Energiefruchtfolgenforschung liegt darin, standortspezifische Anbauempfehlungen für Ackerkulturen und Fruchtfolgen für die Biogasproduktion zu entwickeln. Zur Zielerreichung wurden an verschiedenen Standorten Deutschlands Versuche zu unterschiedlichen Fragestellungen des Energiepflanzenanbaus durchgeführt. Auf den folgenden Seiten werden dem Leser die Ergebnisse aus 5 Jahren Fruchtfolgeforschung im Untersuchungsgebiet Verwitterungsböden der Höhenlagen Süd-Ost (Bayern) vermittelt. 2 Problemstellung und Zielsetzung Wie in der Nahrungsmittelproduktion ist die Gewinnung von Energiepflanzen stets standortgebunden und unterliegt somit den jeweiligen dort vorherrschenden Verhältnissen [13]. Diese ergeben sich aus den Wechselbeziehungen zwischen den Bodenbedingungen einerseits sowie von Klima und Witterung andererseits und stehen unter dem Einfluss der räumlichen Lage, der Exposition des Geländes sowie spezieller ökologischer Gegebenheiten [13]. Inwiefern eine Kultur an einem Standort mit Erfolg angebaut werden kann, wird zum einem durch die am Standort vorherrschenden Gegebenheiten, wie Temperatur (Durchschnitttemperatur, Minimal- und Maximaltemperatur), Wasser (Niederschlagssumme, 9

12 Niederschlagsverteilung) und Boden (Wurzelraum, Bodenwasser-, Bodennährstoffhaushalt, Bodentemperatur) sowie Höhe und Relief und den Ansprüchen der Kultur selbst bestimmt. Diese Komplexität des Agraröksystems verdeutlicht, dass die landwirschaftliche Energiepflanzenpflanzenforschung nur standortspezifisch erfolgen kann, da die Ergebnisse nicht in jedem Fall übertragbar sind. Demnach gilt es, Energiepflanzen, ihre Integration bzw. Aufstellung in Fruchtfolgen und Produktionssysteme standortspezifisch zu prüfen und standortbezogene Empfehlungen auszusprechen. Die wissenschaftlichen Ziele dieses Projektes waren, potenzielle Energiepflanzen, Fruchtfolgen und Produktionssysteme auf Ertragsleistung, Silierbarkeit, Vergärbarkeit, Gasausbeute, Wirtschaftlichkeit und Nachhaltigkeit standortbezogen zu prüfen. 3 Versuchsdurchführung am Standort Ascha 3.1 Charakterisierung des Standortes Innerhalb des Verbundprojektes EVA II repräsentiert Bayern mit seinem Versuchsstandort Ascha den Boden-Klima-Raum Verwitterungsböden in den östlichen Höhenlagen (östliches Bayern) (BKR 112). Dieser Boden-Klima-Raum erstreckt sich entlang der bayerischtschechischen Grenze und nimmt eine Größenordnung von ha ein 1. Das entspricht einem Anteil von 14 % an der gesamtbayerischen Fläche. Im gesamtdeutschen Raum sind die Verwitterungsböden eher in Süd- und Mitteldeutschland konzentriert. Ihre Flächenausdehnung wird mit ha 2 angegeben. Das Untersuchungsgebiet liegt in der kontinental geprägten Klimazone der warmgemäßigten Breiten. Im Vergleich zu anderen Anbauregionen prägen hier relativ kühle und niederschlagsreiche Witterungsbedingungen das Klima. Die durchschnittliche Jahrestemperatur beträgt etwa 7,5 C bei einem Jahresniederschlag von 800 mm bis 1000 mm. Aufgrund der kalten Winter mit teilweise langer Schneebedeckung ist die Vegetationszeit in der Region auf 190 bis 210 Tage begrenzt. Das Ausgangsmaterial der Bodenbildung sind Granite und Gneise mit nur geringen Löss- bzw. Lösslehmbeimengungen. Die ackerbaulich genutzten Böden dieser Region sind oft relativ flachgründig. Zudem sind die Böden in hängigen Lagen oft erosionsgefährdet. In der Region herrschen kleinbetriebliche Strukturen vor. Der Schwerpunkt liegt auf Futterbau mit Milchviehhaltung. Die häufigsten Ackerkulturen sind dementsprechend Silomais und Ackerfutter. Daneben befinden sich auch Winter- bzw. Sommergerste, Wintertriticale, Winterweizen und Hafer im Anbau. Der Energiepflanzenanbau für die Biogasproduktion nimmt seit der Novellierung des EEG im Jahr 2009 stark zu, da viele landwirtschaftliche Betriebe mit dem Bau einer Biogasanlage eine wirtschaftlich tragfähige Alternative oder Ergänzung zur Milchproduktion suchen. 1 schriftliche Überlieferung von Dietmar Roßberg (JKI) am schriftliche Überlieferung von Dietmar Roßberg (JKI) am

13 Die Versuchsfläche befindet sich nordöstlich der Gemeinde Ascha, ca. 20 km nördlich von Straubing im Vorderen Bayerischen Wald auf 430 m über NN (Tabelle 1). Das langjährige Mittel des Jahresniederschlags beträgt 807 mm bei einer Jahresdurchschnittstemperatur von 7,5 C. Der Boden mit einer Ackerzahl von 47 wechselt zwischen Braunerde und Pseudogley, wobei lehmige Sande die Bodenart bestimmen. Die Versuchsfläche befindet sich an einem leichten Hang mit nord-nordöstlicher Exposition. Tabelle 1: Standorteigenschaften in Ascha (Bayern, Höhenlagen Südost) Merkmal Ascha Höhenlage Mittlere Jahrestemperatur 7,5 C Jahresniederschlag Bodentyp Bodenart des Oberbodens Verbreitetes Ausgangsmaterial Ackerzahl m über NN 807 mm Humusgehalt 2,2 % Braunerde bis Pseudogley Lehmiger Sand Granite und Gneise mit geringen Lössbeimengungen Zu Beginn ersten Projektphase (EVA I) wurden am 20. Juni 2006 die Böden der Versuchsfläche kartiert. Für ein repräsentatives Ergebnis wurden in unmittelbarer Umgebung Bodenproben entnommen, um Bodentypen, Bodenarten sowie bodenchemische und bodenphysikalische Kennwerte zu ermitteln. Die Ergebnisse der Bodenaufnahme sind in Tabelle 13 bis Tabelle 17 im Anhang einzusehen. Gemäß der durchgeführten Standortaufnahme und den Klimadaten lassen sich für die Versuchsfläche folgende Aussagen treffen: Allgemeines: Der Boden wechselt zwischen Braunerde und Pseudogley, zwei Bodentypen, die sich unter den heutigen Klimabedingungen auf den sauren Gneisen und Graniten des Bayerischen Waldes entwickelten [9]. Die Braunerden sind in weiten Teilen Bayerns großflächig verbreitet [6]. Der Pseudogley ist im Vergleich zur Braunerde weniger stark verbreitet [8], er ist auch für den angegebenen BKR eher selten anzutreffen. Besonderheiten: Ertragsbegrenzend ist das Klima, da hier kürzere Vegetationszeiten vorherrschen, die eine späte Bestellung und späte Abreife zur Folge haben. Der effektive Wurzelraum beträgt nur 80 cm. Demnach ist der Standort für Kulturen mit kurzem Vegetationszeitraum geeignet. Der hohe Lehmanteil kann zu einem erhöhten wasser- oder windbedingten Bodenabtrag führen, da er durch seine geringe Korngröße leichter erodiert. Die Hangneigung im Zusammenhang mit den hohen Niederschlagsmengen kann das Risiko eines Oberflächenabflusses weiterhin fördern. 11

14 Bewirtschaftung: Die Etablierung der Winterkulturen sollte temperaturbedingt nicht zu spät erfolgen. Hohe Niederschläge in den Herbstmonaten und der bindige Boden können jedoch zu schlechten Feldaufgängen führen. Eine frühe Etablierung der Sommerungen ist schwierig. Wegen der hohen Niederschlagsmengen und die hohe Wasserspeicherfähigkeit des Bodens sind die Böden im Frühjahr vergleichsweise lange nicht befahrbar. So sollte eine erste N-Düngung nicht zu früh erfolgen, da das Befahren zu nasser Flächen zu Strukturschäden führt. 3.2 Versuchsaufbau, Datenerhebung, Bewertungsgrundlage Das Teilprojekt I stellt den pflanzenbaulichen Kern innerhalb des Verbundvorhabens dar. In diesem Teilprojekt werden Fruchtfolgen mit unterschiedlichen als Energiepflanzen nutzbaren Fruchtarten im Parzellenversuch geprüft Dieser Grundversuch basiert auf fünf Kernfruchtfolgen (1 bis 5), die an allen Versuchsstandorten des Verbundvorhabens angebaut wurden, sowie den drei standorttypischen Regionalfruchtfolgen 6, 7 und 8 (Tabelle 2). Zusätzlich wurden die Auswirkungen eines reduzierten Produktionsmitteleinsatzes (N-Düngung und Pflanzenschutz) in den Fruchtfolgen 3, 6, und 8 geprüft (Satellitenversuch Faktoroptimierung ). Tabelle 2: Überblick über die Fruchtfolgen der Anlagen III und IV. Fett gedruckte Kulturen werden als Ganzpflanze zur Biogasproduktion, kursiv gedruckte zur Gründüngung und alle übrigen als Marktfrucht oder Futtermittel verwendet Fruchtfolge 1. Jahr 2. Jahr 3. Jahr 4. Jahr 1 W.Gerste W.Triticale Sorghum Phacelia 2 Sorghum Grünroggen W.Triticale 3 W.Roggen W.Triticale Sorghum Einj. Weidelgras 4 Hafersortenmischung W.Triticale W.Raps 5 S.Gerste/ Kleegras- Kleegras Kleegras Untersaat 6 Bastardweidelgras W.Roggen Wickroggen Buchweizen/Phacelia 7 W.Gerste/W.Rübsen W.Raps Corn-Cob- (CCM) Buchweizen 8 Wickroggen Körnermais Wel. Weidelgras Futtererbse Die Datenerfassung erfolgte nach den mit den Projektpartnern abgestimmten Vorgaben. In allen Versuchen wurden zu festgelegten Terminen Entwicklungsstadien, Bodenbedeckung 12

15 der Kulturen sowie des Unkrautbesatzes, Bestandeshöhe und -dichte sowie Krankheits- und Schädlingsbefall ermittelt. Zur Ernte wurde der Frischmasse-Ertrag der Ernteparzelle mittels der automatischen Messeinrichtung des Grünguternters bzw. des Häckslers erhoben. Von allen Kulturen wurden Referenzproben zur Trockensubstanzbestimmung und zur Analyse der Inhaltsstoffe aus dem kontinuierlichen Erntegutstrom entnommen. Jeweils zu Vegetationsbeginn wurden Bodenproben gezogen und auf mineralische Stickstoffgehalte (Nitrat, Ammonium) sowie auf Phosphat-, Kalium-, Magnesiumgehalte und ph- Wert untersucht. Diese Werte bildeten die Basis der Düngeplanung. Ebenso wurden nach jeder Ernte und zu Vegetationsende die N min -Gehalte im Boden ermittelt. Die Bodenprobenentnahme zur N min -Bestimmung erfolgte zu allen Terminen in den Tiefen 0 30 cm, cm und cm. Für die Bestimmung der Makronährstoffe (N, P, K, Mg) und des ph- Wertes wurden nur Bodenproben aus 0 30 cm Bodentiefe herangezogen. Für die Modellierung der Stickstoffflüsse wurden nach den Vorgaben des Projektpartners Leibniz-Zentrum für Agrarlandschaftsforschung e.v. (ZALF) bei und Sorghum Zeiternten auf Teilflächen von 1 m² durchgeführt. An den geernteten Pflanzenproben wurde der N- Gehalt des oberirdischen Aufwuchses ermittelt. Zusätzlich wurden Bodenproben zur Nmin- Analyse parallel zu jeder Zeiternte gezogen. Für weitere Nährstoffbilanzierungen wurden Inhaltstoffe aus Pflanzen und Boden und Düngemittel an das ZALF weitergeleitet. Für die Modellierung des Wasserverbrauchs und des Nährstoffertrages sind die boden-klimatischen Kenngrößen des Standortes Ascha in ein vom ZALF entwickeltes Model eingeflossen. Die für dieses Forschungsthema so wichtigen Energie- und Treibhausgasbilanzen basierten auf den in einer Datenbank erfassten Arbeitsschritten und Produktionsmittelaufwendungen. Zur Bestimmung der Methanausbeute im Batchversuch wurden nach den Vorgaben des Leibnitz-Instituts für Agrartechnik Potsdam-Bornim e.v. (ATB-Potsdam) Silage- und Gefrierproben aus dem Erntegut ausgewählter Fruchtarten hergestellt. Die ökonomische Bewertung der verschiedenen Fruchtarten und Fruchtfolgen wurde für alle Standorte des Verbundprojekts am Institut für Betriebslehre der Agrar- und Ernährungswirtschaft der Justus-Liebig-Universität Gießen durchgeführt. Neben den Ertragsdaten wurden hierzu alle Arbeitsschritte und Produktionsmittel detailliert in einer Datenbank erfasst. Die statistische Auswertung der Ergebnisse wurde mittels Varianzanalyse und multiplem Mittelwertvergleich (t-test mittels Least Significant Differences) mit der Statistik-Software SAS 9.2 durchgeführt. Bei einem Signifikanzniveau von α = 0,05 wurden Mittelwerte als signifikant verschieden eingestuft. 3.3 Versuchsdurchführung Grundlage für den Fruchtfolgeversuch bildeten Parzellenversuche, die in Ascha in einem Blockdesign mit randomisierten vollständigen Blöcken angelegt wurden (Abbildung 1). Jede Ernteparzelle hatte 1,50 m breite Stirnränder und ist beidseitig von einer Trennparzelle flankiert worden, um verfälschende Randeffekte zu vermeiden. Die beerntete Parzellenfläche betrug 12 m 2. Der Satellitenversuch Faktoroptimierung war in die Versuchsanlage des 13

16 Fruchtfolgeversuchs als Spaltanlage integriert. Die Parzellen- und Ernteflächen entsprachen denen vom Fruchtfolgeversuch. Der Versuch in Ascha bestand aus zwei Versuchsanlagen: der Anlage III und einer zeitlich versetzt angelegten Spiegelvariante (Anlage IV). Die Aussaat in Anlage III erfolgte im Herbst 2008/Frühjahr Die Aussaat in Anlage IV wurde im Herbst 2009 bzw. Frühjahr 2010 durchgeführt. E4 E3 E3.1 E3.2 E1 E7 E8 E8.1 E8.2 E2 E5 E6 E6.1 E E7 E8 E8.1 E8.2 E2 E4 E5 E1 E6 E6.1 E6.2 E3 E3.1 E E5 E6 E6.1 E6.2 E8 E8.1 E8.2 E3 E3.1 E3.2 E4 E1 E7 E E1 E2 E7 E4 E5 E6 E6.1 E6.2 E3 E3.1 E3.2 E8 E8.1 E Wdh 1 Wdh 2 Wdh 3 Wdh 4 Abbildung 1: Versuchsdesign des Grundversuches mit integriertem Satellitenversuch (eingefärbte Parzellen), Versuchsdesign entspricht Anlage III und IV Die Sortenwahl erfolgte entsprechend den regionalen Empfehlungen von der Bayerischen Landesanstalt für Landwirtschaft (LfL). Die Ermittlung der Höhe der N-Düngung erfolgte gemäß dem Leitfaden für die Düngung von Acker- und Grünland, der vom Institut für Ökologischen Landbau, Bodenkultur und Ressourcenschutz der Bayerischen Landesanstalt für Landwirtschaft herausgegeben wird. Im Grundversuch bestanden die Pflanzenschutzmaßnahmen aus einem dem Unkrautspektrum angepassten Herbizideinsatz. Bei Weidelgras, Kleegras, Grünroggen und den Sommerzwischenfrüchten wurde generell auf eine Unkrautbekämpfung verzichtet. Bei allen anderen 14

17 Kulturen wurde in der Regel eine Herbizidmaßnahme durchgeführt, vor Winterweizen (Anlagen III, IV, Fruchtfolge 3) wurde zusätzlich ein Totalherbizid ausgebracht, um einen Wiederaustrieb des Weidelgrases zu verhindern. Aufgrund des starken Mehltaubefalls im Druschgetreide (Wintertriticale, FF 2, Anlage III) im Jahr 2012 wurden Fungizidbehandlungen zu BBCH 37 mit Zenit M (0,75 l/ha) und zu BBCH 69 mit Input (1,25 l/ha) durchgeführt. Im Allgemeinen wurde vor den Winterungen gepflügt, während vor, Sorghum und Sommerzwischenfrüchten eine reduzierte Bodenbearbeitung mit Grubber und Kreiselegge erfolgte. Eine Ausnahme wurde 2011 in Anlage III bei nach Grünroggen gemacht, der wegen der trockenen Witterungsbedingungen Anfang Mai im Direktsaatverfahren angebaut wurde. Um ein verstärktest Auftreten von Unkräutern zu vermeiden, wurden die jeweiligen Flächen vor der ausaat mit Roundup (3 l/ha) behandelt. Im Satellitenversuch Faktoroptimierung wurde in den Minimierungsstufen 1 und 2 die N- Düngegabe zu jeder Kultur um 30 kg/ha reduziert (Tabelle 3). Dabei wurden die Wintergetreidearten Winterroggen, Wickroggen, Wintertriticale und Winterweizen zu Vegetationsbeginn einheitlich gedüngt und erst bei der 2. N-Gabe zu Schossbeginn die Stickstoffmenge entsprechend den Intensitätsstufen reduziert. Bei und Sorghum wurde neben der Unterfußdüngung zur Saat eine mineralische N-Gabe nach Intensitätsstufe variiert ausgebracht. Die N-Düngung zu Weidelgras wurde in den Minimierungsstufen zu jedem Schnitt um 10 kg/ha verringert, so dass hier insgesamt 50 kg/ha weniger gedüngt wurde. Das Buchweizen/Phacelia-Gemenge erhielt einige Tage nach Auflauf eine Düngegabe in Höhe von 60 kg/ha. In den beiden Minimierungsvarianten wurde die Aufwandmenge der N- Düngung nach Vorgabe entsprechend um 30 kg/ha reduziert. Bei der Futtererbse erfolgte in allen Intensitätsstufen keine N-Düngung. In Minimierungsstufe 2 war grundsätzlich kein Herbizideinsatz in der gesamten Fruchtfolge vorgesehen. Allein beim Anbau von Winterweizen nach Weidelgras (Fruchtfolge 8, Anlage III) wurde in allen Minimierungsvarianten ein glyphosathaltiges Herbizid eingesetzt, um einen Wiederaustrieb des Weidelgrases zu verhindern. Tabelle 3: Intensitätsstufen des Satellitenversuches "Faktoroptimierung" Variante optimal Variante Minimierung 1 Minimierung 2 (Bezeichnung) (optimal) (-N) (-N, kein PSM) Intensität ortsüblich -30 kg N ha -1 je Kultur -30 kg N ha -1 je Kultur und Verzicht auf PSM 3.4 Witterungsverlauf In etwa 4 km Entfernung vom Versuchstandort Ascha befindet sich die Messstation der Bayerischen Landesanstalt für Landwirtschaft nahe der Ortschaft Steinach auf einer Höhe von 350 m über N.N. [10]. Die Messstation liefert u.a. Werte zu Niederschlägen, Luft- und 15

18 Bodentemperatur sowie Sonnenscheindauer, Globalstrahlung und Vegetationstage. Langjährige Daten (1961 bis 1990) sind nur für die klimatischen Parameter Niederschläge, Lufttemperatur und Sonnenscheindauer erhältlich. Die Klimadaten waren durchgängig über den gesamten Versuchszeitraum vorhanden. Bei der Sichtung aller notwendigen Klimadaten ergaben sich erhebliche Unterschiede der klimatischen Parameter zwischen den einzelnen Versuchsjahren, die im Folgenden näher erläutert werden Niederschläge Tabelle 4 bietet eine Übersicht zu den Monats- und Jahresniederschlägen im Untersuchungszeitraum 2009 bis 2013 am Standort Ascha. Ein Vergleich der Jahresniederschlagssummen zeigt, dass das Jahr 2009 die höchsten Niederschlagsmengen zu verzeichnen hatte. Mit 954,4 mm lag es deutlich über dem langjährigen Mittel von 806,8 mm. Die mit Abstand höchsten Niederschlagsmengen in den Monaten April, Mai, Juli und November können als Ursache genannt werden. Das Jahr 2013 wies mit 793,0 mm die geringste Niederschlagsversorgung auf. Die rekordverdächtigen Regenfälle im Mai und Juni konnten das enorme Niederschlagsdefizit im Juli und August nicht ausgleichen. Im Vergleich zum vieljährigen Mittel haben die Jahre 2010, 2011 und 2013 unterdurchschnittliche Niederschlagsmengen zu verzeichnen. Die Jahresniederschlagsmengen in 2009 und 2012 liegen über dem langjährigen Mittel. Tabelle 4: Übersicht der Monats- und Jahresniederschläge am Standort Ascha; 2009 bis 2013 Jahr Monat Niederschlagsmenge in mm ,6 55,5 109,2 84,8 137,4 61,6 138,6 41,1 55,6 67,0 95,3 89,7 954, ,6 20,0 49,1 15,3 155,9 78,3 56,7 153,0 51,9 17,9 59,2 94,6 794, ,9 26,6 29,6 19,8 71,5 100,5 117,5 120,7 53,4 72,9 0,9 108,1 798, ,9 9,4 61,4 53,6 94,9 81,2 155,2 43,7 42,4 70,6 113,7 913, ,8 66,7 29,8 41,9 163,9 131,8 10,3 51, ,4 64,6 21,7 793,0 73,0 39,9 45,4 44,6 116,5 93,4 80,9 104,2 55,7 53,3 58,1 85,6 Jahresmittel: 850,7 Jahressumme Monatsmittel s 46,5 18,0 34,3 26,0 45,2 23,5 45,3 49,1 10,0 20,6 31,2 33,1 langjährig 65,8 49,6 54,8 45,8 63,7 87,5 93,6 76,0 64,3 60,3 66,9 78,5 806,8 (blau markierte Zellen = niedrigster Wert/Monat; rot markierte Zellen = höchster Wert/Monat) Ein Vergleich der Monatsmittelwerte mit den langjährigen monatlichen Niederschlagsaufzeichnungen verdeutlicht, dass jeder Monat mehr oder weniger starke Differenzen zum langjährigen Mittel aufwies (Abbildung 2). Die Wintermonate Februar und März und die Herbstmonate September, Oktober und November sowie der Juli wiesen im Monatsmittel unterdurchschnittliche Niederschlagssummen auf. Die Monate Mai und August waren durch 16

19 Niederschlagssummen gekennzeichnet, die weit über dem langjährigen Mittel lagen. Die Monate Dezember und Januar waren ebenfalls durch Niederschlagsüberschüsse gekennzeichnet. Hervorzuheben sind die sehr hohen Standardabweichungen in den einzelnen Monaten. Die höchsten Niederschlagsamplituden waren den Monaten Januar, Mai, Juli und August zuzuschreiben. Diese Schwankungsbreiten waren zu einem großen Teil bedingt durch Extremjahre. Weiterhin wird deutlich, dass die Niederschlagsverteilung im Untersuchungszeitraum einen differenzierten Verlauf um Vergleich zum langjährigen Mittel nahm. Während die monatlichen langjährigen Niederschlagssummen einen Anstieg von Februar bis Juli und einen Rückgang von Juli bis Oktober aufwiesen, zeigen die Daten aus dem Versuchszeitraum vor allem für den Vorsommer und Sommer einen anderen Trend. Hier waren die höchsten Regenmengen im Mai festzustellen. Die Niederschlagssumme fiel dann bis Juli ab und stieg dann im August wieder an. 180 mm monatliche Niederschlagssummen langjährige Niederschlagssummen Niederschlagssummen Monat Abbildung 2: Monatliche Niederschlagssummen im Mittel der Versuchsjahre 2009 bis 2013 im Vergleich zu den langjährigen monatlichen Niederschlagssummen am Standort Ascha Lufttemperatur Wie bei den Niederschlägen waren auch bei der Lufttemperatur deutliche Unterschiede bei den Jahresmitteln zu verzeichnen. Mit 8,9 C war das Jahr 2011 das wärmste Jahr (Tabelle 5). Mit einer Durchschnittstemperatur von 7,6 C war das Jahr 2010 als das kälteste Versuchsjahr zu bezeichnen. Die im Vergleich zu den andern Versuchsjahren kühlen Frühjahrs-, Hochsommer- und Herbstmonate führten zu diesem Ergebnis. Alle anderen Versuchsjahre 17

20 wiesen Jahresdurchschnittstemperaturen von 8,5 und 8,9 C auf. Die jährlichen Durchschnittstemperaturen für den gesamten Versuchszeitraum lagen alle über der langjährigen Jahrestemperatur von 7,5 C. Tabelle 5: Übersicht der Monats- und Jahreslufttemperatur am Standort Ascha; 2009 bis 2013 Jahr Monat Monats- und Jahreslufttemperatur in C Jahresmittel ,4-1,0 3,5 12,3 13,9 15,6 18,1 18,7 15,0 7,5 5,4-0,5 8, ,5-1,4 3,3 8,7 11,7 17,0 20,1 16,5 11,6 7,2 4,7-4,3 7, ,8-0,8 4,9 11,4 14,1 17,0 16,0 18,2 14,8 8,1 2, , ,6-4,5 6,2 8,8 14,5 17,0 18,2 18,4 13,4 7,6 4,2-0,3 8, ,2-1,1 1,4 8,7 11,8 15,8 20,2 18,3 13,1 9,0 3,7 0,7 8,5 Monatsmittel -1,7-1,8 3,9 10,0 13,2 16,5 18,5 18,0 13,6 7,9 4,1-0,5 s 1,9 1,4 1,6 1,6 1,2 0,6 1,6 0,8 1,3 0,6 1,0 2,1 Jahresmittel: 8,5 langjährig -2,5-1,2 3,2 7,3 12,8 15,5 17,3 16,9 12,6 7,2 2,1-1,0 7,5 (blau markierte Zellen = niedrigster Wert/Monat; rot markierte Zellen = höchster Wert/Monat) Alle Monate (Ausnahme Februar) lagen im Mittel der Versuchsjahre über dem langjährigen Temperaturaufzeichnungen (Abbildung 3). Besonders groß war Temperaturdifferenz in den Monaten Mai und November. Die geringsten Temperaturunterschiede zwischen der langjährigen Aufzeichnung und den Versuchsjahren waren dem Juni und dem Oktober zuzuschreiben. Bezüglich der monatlichen Temperaturvariabilität wiesen Juni und Oktober mit 0,6 C Standardabweichung die geringsten Temperaturamplituden auf. Die höchsten Temperaturschwankungen waren beim Dezember festzustellen. Hier lag die Standardabweichung bei 2,1 C. 18

21 24 C monatliche Lufttempteratur langjährige Lufttemperatur 16 Lufttemperatur Abbildung 3: Monatliche Lufttemperaturen im Mittel der Versuchsjahre 2009 bis 2013 im Vergleich zur langjährigen monatlichen Lufttemperatur am Standort Ascha Bodentemperatur Der Bodentemperaturverlauf am Standort Ascha folgte einem typischen Trend. Da es an Tagen mit hoher Lufttemperatur zu einer starken Erwärmung der oberen Bodenschichten kommt, findet sich das Maximum auch in den Sommermonaten wieder. Die höchste durchschnittliche Bodentemperatur wurde für den Monat Juli ermittelt (Tabelle 6, Abbildung 4). Die Temperatur lag in den Wintermonaten unter 4 C und stieg zum März sprunghaft an. Die Bodentemperatur folgte dann einem steilen Verlauf bis zum Maximum im Juli und fiel ab August stark ab. Die Temperaturamplituden in den einzelnen Monaten waren hier wesentlich geringer als bei der Lufttemperatur. Die Ursache ist in der Bodenbeschaffenheit und den Niederschlagsverhältnissen zu suchen. Eine durchschnittlich hohe Niederschlagssumme am Standort Ascha versorgt den Boden mit ausreichend Feuchtigkeit. Feuchte Böden erwärmen sich langsamer als trockene, jedoch können sie die Wärme länger speichern. Die höchsten Temperaturschwankungen wies der Juli auf. Diese Schwankungen rührten aus den Lufttemperaturschwankungen des Julis. 19

22 Tabelle 6: Übersicht der Monats- und Jahresbodentemperatur am Standort Ascha; 2009 bis 2013 Jahr Monat Monats- und Jahresbodentemperatur in C Jahresmittel ,7-0,2 3,4 12,2 14,8 17,6 19,5 20,0 16,4 10,4 6,8 2,1 10, ,7 0,4 3,7 9,3 13,1 19,2 24,2 19,3 14,6 10,2 7,3 2,4 10, ,5 1,1 4,4 10,7 14,5 18,9 19,1 20,4 17,3 11,4 6,1 3,5 10, ,9-0,6 4,8 9,4 15,7 19,7 21,2 21,4 16,0 10,4 6,1 1,8 10, ,6 0,5 2,7 9,5 14,5 18,8 22,2 21,4 15,7 10,7 7,5 2,0 10,6 Monatsmittel 1,0 0,2 3,8 10,2 14,5 18,8 21,2 20,5 16,0 10, ,4 s 0,9 0,6 0,7 1,1 0,8 0,7 1,9 0,8 0,9 0,4 0,6 0,6 (blau markierte Zellen = niedrigster Wert/Monat; rot markierte Zellen = höchster Wert/Monat) Jahresmittel: 10,5 Ein Blick auf die Jahresmittel verdeutlicht, dass die Bodentemperaturunterschiede zwischen den Jahren deutlich geringer ausfielen als bei der Lufttemperatur (Tabelle 6). Sie schwankten relativ dicht um das Jahresmittel von 10,5 C. Das Jahr mit der geringsten Bodentemperatur war das Jahr Die im Vergleich zu den anderen Versuchsjahren geringere Bodendurchschnittstemperatur resultierte vorrangig aus den geringeren Bodentemperaturen der Vorsommer- und Sommermonate. Die höchsten Jahresbodentemperaturen wurden für die Jahre 2011 und 2012 nachgewiesen, bedingt durch die warmen Sommermonate. 20

23 24 C monatliche Bodentemperatur Bodentemperatur Monate Abbildung 4: Monatliche Bodentemperaturen im Mittel der Versuchsjahre 2009 bis 2013 am Standort Ascha Globalstrahlung Die mittlere Jahressumme für den gesamten Versuchszeitraum betrug 1120 kwh/m 2 (Tabelle 7). Das lag in dem vom Bayerischen Energieatlas angegeben standortspezifischen Bereich von bis kwh/m 2 (Messzeitraum 1971 bis 2000) [4]. Mit kwh/m 2 war das Jahr 2011 durch die höchste Globalstrahlung charakterisiert, gefolgt von 2012 mit kwh/m 2. Diese hohen Strahlungsleistungen waren das Resultat hoher Strahlung in den Monaten März, Mai und Oktober. Das Jahr 2010 wies mit kwh/m 2 die geringste jährliche Strahlungsleistung auf. Als Ursache sind die unterdurchschnittlichen Strahlungswerte der Monate Januar, Mai und Juli zu nennen. 21

24 Tabelle 7: Übersicht der Monats- und Jahresglobalstrahlung am Standort Ascha; 2009 bis 2013 Jahr Monat Monats- und Jahresglobalstrahlung in kwh/m 2 Jahressumme Monatsmittel s 4,5 5,5 13,8 13,0 30,0 2,2 18,5 15,9 6,7 5,8 2,4 2,9 (blau markierte Zellen = niedrigster Wert/Monat; rot markierte Zellen = höchster Wert/Monat) Jahresmittel: 1120 Auch die Globalstrahlung folgte im Untersuchungszeitraum einem jahreszeitlichen Verlauf (Abbildung 5). Sie stieg zum Frühjahr im Monat Märt sprunghaft an und erreichte ihr Maximum im Juli. Danach fiel sie bis zu November stark ab. Ein Vergleich der Monate zeigt, dass die Standardabweichungen in den Herbst- und Wintermonaten gering bis sehr gering waren. Höhere Abweichungen waren in den Monaten März, April, Juli und August zu verzeichnen. Der Mai hatte die höchsten Schwankungen zu verzeichnen. Auch diese Schwankungen hatten ihre Ursache in den einzelnen Extremjahren. Hervorzuheben sind auch die äußerst geringen Schwankungen im Monat Juni. 22

25 200 kwh/m monatliche Globalstrahlung Globalstrahlung Monate Abbildung 5: Monatliche Globalstrahlung im Mittel der Versuchsjahre 2009 bis 2013 am Standort Ascha Sonnenstunden Die Jahressonnenscheindauer im Zeitraum 2009 bis 2013 lag mit 1809 h weit über der langjährigen jährlichen Sonnenscheindauer von 1621 h (Tabelle 8). Besonders hohe Sonnenscheinstunden konnten dem Jahr 2011 (1.974 h) zugeschrieben werden, zu diesem Ergebnis führten die sonnenscheinreichen Monate März, April, Mai, Oktober und November. Die im gesamten Untersuchungszeitraum geringsten Sonnenscheinstunden waren im Jahr 2013 (1708 h) zu verzeichnen, dies war auf die sonnenscheinarmen Monate, März, April, Mai und Oktober zurückzuführen. 23

26 Tabelle 8: Übersicht der Monats- und Jahressonnenstunden am Standort Ascha; 2009 bis 2013 Jahr Monat Monats- und Jahressonnenstunden in h Jahressumme Jahres- Monatsmittel mittel: 1809 s 27,7 24,3 43,5 34,0 66,9 5,0 41,9 38,6 18,4 22,3 12,5 17,2 langjährig (blau markierte Zellen = niedrigster Wert/Monat; rot markierte Zellen = höchster Wert/Monat) In den Wintermonaten wurden die wenigsten Sonnenstunden erreicht. Dies resultiert in erster Linie aus den astronomischen Bedingungen, durch die sich der Sonnenstand im Jahr verändert. Zudem sind im Allgemeinen im Winter meist hohe Bewölkungsgrade, beispielsweise durch regionaltypischen Hochnebel, zu verzeichnen. Die Sonnenscheindauer stieg bis April an und fiel zum Mai ab (Abbildung 6). Ursache waren die überdurchschnittlichen Regenmengen im gesamten Versuchszeitraum, die einen hohen Bewölkungsgrad zur Folge hatte. Der Juni wies eine deutlich niedrigere Sonnenscheindauer auf als vermutet. Hier überlagerten sich die im Jahresverlauf unterschiedlichen Bewölkungsgrade. Nach einem Maximum an Sonnenstunden in Juli fiel der Verlauf der Kurve bis in den Dezember steil ab. Mit Ausnahme des Junis waren in allen Monaten Schwankungen zu verzeichnen. Besonders der Mai war durch eine hohe Standardabweichung in den Sonnenstunden gekennzeichnet. Alle anderen Monate erreichten mittlere Sonnenscheinstunden, die nahe (Dezember) oder deutliche über den langjähren Werten lagen. 24

27 350 h monatliche Sonnenstunden langjährige Sonnenstunden Sonnenstunden Monate Abbildung 6: Monatliche Sonnenstunden im Mittel der Versuchsjahre 2009 bis 2013 am Standort Ascha Vegetationstage Die Anzahl der Vegetationstage wird durch den klimatischen Parameter Temperatur bestimmt. Tage mit > +5 C Tagesdurchschnittstemperatur sind als Vegetationstage zu bezeichnen. Im Jahresmittel wurden 230 Vegetationstage mit einem Schwankungsbereich von 226 bis 238 Tagen erreicht, dies liegt über den für den Boden-Klima-Raum vermuteten 190 bis 210 Tagen (Tabelle 9). Die meisten Vegetationstage wurden für das Jahr 2012 und die wenigsten für 2009 und 2013 festgestellt. 25

28 Tabelle 9: Übersicht der Monats- und Jahresvegetationstage am Standort Ascha; 2009 bis 2013 Jahr Monat Monats- und Jahresvegetationstage in d Jahressumme Monatsmittel s 2,2 0,8 5,4 3,2 0,4 0,0 0,0 0,0 0,0 3,9 2,2 0,8 (blau markierte Zellen = niedrigster Wert/Monat; rot markierte Zellen = höchster Wert/Monat) Jahresmittel: 230 Durch den Einflussfaktor Temperatur ergibt sich ein jahreszeitentypischer Verlauf, in dem die Anzahl der Vegetationstage im Winter äußerst gering ist, im März langsam ansteigt und im Zeitraum Mai bis September ein Plateau erreicht (Abbildung 7). Mit dem Oktober fällt die Anzahl der Vegetationstage rapide ab. Die größten Standardabweichungen wurden für die Monate März, April, Oktober und November festgestellt. Das deckte sich im Wesentlichen mit den Lufttemperaturschwankungen der betreffenden Monate. 26