Auswirkungen der Extensivierung landwirtschaftlich genutzter Flächen auf die Ressourcenverfügbarkeit in der Zülowniederung, Brandenburg

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1 2. Rostocker Bioenergieforum Rostock, 29. und /26. Oktober Mai Birkenfeld, Auswirkungen der Extensivierung landwirtschaftlich genutzter Flächen auf die Ressourcenverfügbarkeit in der Zülowniederung, Brandenburg Christian Böhm, Bernd Uwe Schneider, Dirk Freese, Reinhard F. Hüttl

2 Einbindung in übergeordnete Zielstellung Trägt die Kompensationsmaßnahme zu einer ökologischen Aufwertung der Fläche bei? Ist eine (extensive) Nutzung durch den Anbau nachwachsender Rohstoffe vor dem Hintergrund der naturschutzfachlichen Anforderungen ökologisch wie ökonomisch sinnvoll?!! Kann der Anbau nachwachsender Rohstoffe sogar zu einer Erhöhung der Ertragsstabilität und somit indirekt zu einer Aufwertung des landwirtschaftlich genutzten Standortes führen? bzw. Hat deren Anbau eine signifikante C-senkende Wirkung?

3 ELKE III Bodenkundliche Begleitforschung Verbesserung der Bodenfruchtbarkeit CO2-Bindung extensiver Landnutzungssysteme BTU N-Nutzungs-Effizienz Modellabschätzung der Wassererosion Humus und Nährstoffbilanz Modellierung von Energie und CO2-Bilanzen ATB TUM Emission von Treibhausgasen Wassernutzungseffizienz extensiver Landnutzungssysteme INRES Modellierung von Windschutz-Effekten Transpiration

4 Anbau von nachwachsenden Rohstoffen Modellstandort Zülowniederung BTU Cottbus Wasserverfügbarkeit in Mehrnutzungssystemen Stoffumsetzungsprozesse im Boden Ertragsstabilität BTU Mikrobielle Biomasse ATB Stoffaustrag (Gasemision, N-Ausw.)

5 Modellstandort Zülowniederung zählt zu den trockensten Regionen Deutschlands (mittlerer Jahresniederschlag: 560 mm Mittel Deutschland: 790 mm

6 Modellstandort Zülowniederung Wasserknappheit war und ist wichtig(st)er ertragslimitierender Faktor Verstärkung durch Klimawandel wahrscheinlich leicht ansteigende Durchschnittstemperatur in Kombination mit ansteigenden Winter- und abnehmenden Sommerniederschlägen [Gerstengarbe et al., 2003] Niederschläge im Frühjahr - Beispiel Region Cottbus: zwischen und < 30 mm Niederschlag April 2009: < 5 mm Niederschlag

7 Kompensationsmaßnahme Zülowniederung Die Steuerung und Stabilisierung des Landschaftswasserhaushaltes wird an den Erfordernissen der Lebensraumentwicklung ausgerichtet. Dabei gilt die Sicherung der landwirtschaftlichen Ertragsfähigkeit als limitierende Größe. [Mohn & Seidel, 2007]

8 Modellstandort Zülowniederung effiziente Ausnutzung vorhandener Wasserkapazitäten Entwicklung und Integration von Landnutzungssystemen mit hohem Wassernutzungspotential verbessertes Bodenfeuchteregime durch Veränderung des Mikroklimas mittels Etablierung von Feldgehölzen (Hecken, Agroforstsysteme i.e.s.)

9 Agrarholzstreifen Beeinflussung mikroklimatischer Kenngrößen + - /(+)

10 Agrarholzstreifen Beeinflussung der Windgeschwindigkeit 3 Monatsmittel der Windgeschwindigkeiten von Juni 2008 bis Dezember 2008 * Windgeschwindigkeit (m s -1 ) 2,5 2 1,5 1 0,5 0 Referenzfläche Leeseite Ackerstreifen Mitte Ackerstreifen Luvseite Ackerstreifen Juni Juli August September Oktober November Dezember * Daten des laufenden Forschungsprojektes

11 Agrarholzstreifen Beeinflussung der Bodenwassergehaltes Bodenfeuchte (vol%) Dynamik des Bodenwassergehaltes in 20 cm Tiefe im April 2009 * Mitte Ackerstreifen Rand Ackerstreifen April 2009 * Daten des laufenden Forschungsprojektes

12 Agrarholzstreifen Beeinflussung mikroklimatischer Kenngrößen Gehölzstreifen können zur Erhöhung der Wasserverfügbarkeit und damit zur Ertragsstabilität beitragen Konkurrenz Interspezifische Konkurrenz kann an Randzonen zu Ertragseinbußen führen

13 Agrarholzstreifen Beeinflussung der Bodenwassergehaltes Bodenfeuchte (vol%) Dynamik des Bodenwassergehaltes in 50 cm Tiefe im April 2009 * Mitte Ackerstreifen Rand Ackerstreifen April 2009 * Daten des laufenden Forschungsprojektes

14 Agrarholzstreifen Beeinflussung der Stoffumsetzungsprozesse Änderung des Bodenwasserhaushaltes übt auch Einfluß auf Stoffumsetzungsprozesse im Boden aus (z. B. Einschränkungen der mikrobiellen Aktivität bei Austrocknung des Bodens; starke Schwankungen des Bodenwassergehaltes können beträchtliche Mineralisationsschübe zur Folge haben (besonders bei Niedermoorstandorten bedeutungsvoll, da Kohlenstoffquelle)) Stoffab- und Stoffumbauprozesse sind zentrale Ökosystemprozesse (Nährstoffreisetzung, Humusbildung, Emission von Treibhausgasen) Mikrobielle Biomasse = sensitiver Indikator für Auswirkungen von Landnutzungsveränderungen auf Stoffumsetzungsprozesse im Boden

15 Spezielle Fragestellungen Modellstandort Zülowniederung BTU Cottbus Trägt Agrarholz zu einer verbesserten Wasserverfügbarkeit in Mehrnutzungssystemen bei? (räumliche Auflösung in Abhängigkeit der Nutzungsart) Wie hoch sind mögliche konkurrenzbedingte Einschränkungen der Wasserverfügbarkeit in Mehrnutzungssystemen? (insbesondere Grenzbereich zwischen Feldgehölz und Ackerkultur) Wie ist die Wassernutzungseffizienz (Wasserverbrauch je kg Biomasse) der angebauten Pflanzen zu beurteilen? (Betrachtung verschiedener [insbesondere auch ökologisch wertvoller] Gehölzarten und Ackerkulturen, die als nachwachsende Rohstoffe geeignet sind)

16 Spezielle Fragestellungen Modellstandort Zülowniederung BTU Cottbus Sind Änderungen des Stoffumsatzes infolge einer möglichen veränderten Bodenfeuchtedynamik erkennbar? (mikrobielle Biomasse, mikrobielle Aktivität) Hat eine Extensivierung von landwirtschaftlich genutzten Standorten unter den klimatischen Bedingungen Mittelbrandenburgs einen C-senkenden Effekt? Welche Rolle spielt der Agrarholzanbau im Hinblick auf eine mögliche C-Akkumulation im Boden? (Humusgehalt, Wurzelmasse)

17 Versuchsdesign Gehölzstreifen Acker Versuchsplots Grenzbereich (Ackerkultur Gehölzstreifen)

18 Untersuchungsparameter Modellstandort Zülowniederung BTU Cottbus Boden Basisprogramm Gesamtkohlenstoff (C org ) und -stickstoff (N t ) mineralischer Stickstoff (N min ) pflanzenverfügbares Phosphor und Kalium (P DL und K DL ) Aufnahme: räumlich aufgelöst in Abhängigkeit der Texturergebnisse Ertsinventur zu Beginn, N min zweimal jäherlich ++ C org -Gehalte rekultivierter Kippenböden

19 Untersuchungsparameter Modellstandort Zülowniederung BTU Cottbus Boden weitere Untersuchungsparameter mikrobielle Biomasse (C mic, N mic ) mikrobielle Respiration (C und N im Heißwasserextrakt) Aufnahme: räumlich aufgelöst in Abhängigkeit der Texturergebnisse Ertsinventur zu Beginn, zweimal jäherlich

20 Untersuchungsparameter Modellstandort Zülowniederung BTU Cottbus Wasserhaushalt Bodenfeuchte TDR-Systeme (kontinuierlich Messung) gravimetrisch (ergänzend) Wasserpotentialmessungen Scholander-Bombe (räumlich aufgelöst, Tagesgänge) Wassernutzungseffizienz verschiedene Baumarten, Ackerkulturen ++ Übertragung mikroklimatischer Kenngrößen ( )

21 Untersuchungsparameter Modellstandort Zülowniederung BTU Cottbus Biomasse oberirdisch Feldgehölz: Durchmesser (BHD, WHD) Höhe Ackerkultur: Höhe, Vitalitätszustand, Gesamtbiomasse unterirdisch Feldgehölz und Ackerkultur: Wurzelbiomasse (insb. Grenzbereich) Aufnahme: räumlich aufgelöst, verschiedene Baumarten vorzugsweise Winter; oberird. Biomasse Ackerkultur Spätsommer ++ Wuchsreihen schnellwachsender Baumarten

22 ELKE III Modellstandort Zülowniederung BTU Cottbus Die für Kompensationsmaßnahmen vorgesehene Zülowniederung, welche bislang überwiegend einer intensiven landwirtschaftlichen Nutzung unterlag, ist für derartige Studien schon aufgrund ihrer subkontinental geprägten Lage hervorragend geeignet.

23 Rieselfeldfläche Cottbus (ca. 7 ha) derzeit Bestockung mit Pappelstarkholz Lohnunternehmer erntet Teile der Pappeln; aus Erlös des Holzes (stoffliche Verwertung, Hackschnitzel) wird Flächenvorbereitung und teilweise Flächenanlage finanziert Anlage eines Niederwaldes mit verschiedenen Baumarten (Feldahorn, Feldulme, Roterle, etc.) zur Energieholznutzung unter Vorrang naturschutzrelevanter Rafgestellungen Pachtverträge und Absprachen für Rieselfeldfläche sind erledigt