Neuartige Landnutzungssysteme für den Energieholzanbau: Alley-Cropping

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1 Neuartige Landnutzungssysteme für den Energieholzanbau: Alley-Cropping Holger Grünewald Johann Heinrich von Thünen-Institut Bundesforschungsinstitut für Ländliche Räume, Wald und Fischerei Institut für Forstgenetik, Großhansdorf Ko-Autoren: Pape (FH Eberswalde), Nii-Annang, Wöllecke, Freese (BTU Cottbus), Hoffmann (JKI, Braunschweig), Eberts, Grundmann (ATB, Potsdam), von Wühlisch (vti, Großhansdorf)

2 Gliederung - Einführung Agroforstsysteme - Agroforstsysteme in der Energieholzproduktion - Bereitstellung von Energieholz - Zusatznutzen für Umwelt und Gesellschaft - Aktuelle Entwicklungen 2

3 Agroforstsysteme Definition - Agroforestry is using trees on farms. - Agroforestry is a dynamic, ecologically based, natural resources management system that, through the integration of trees on farms and in the agricultural landscape, diversifies and sustains production for increased social, economic and environmental benefits for land users at all levels. (International Centre for Research on Agroforestry) - Integration-Interaction-Increased benefits 3

4 Klassifikation von Agroforstsystemen (Dynamik, Anordnung) - Bäume und landwirtschaftliche Kulturen wachsen gleichzeitig auf einer Fläche: - agroforests (forest farming), boundary plantings, contour hedges, hedgerow intercropping (alley cropping), multistrata systems, parkland systems, riparian buffer strips, silvopastoral systems, windbreaks - Bäume und landwirtschaftliche Kulturen wachsen nacheinander auf einer Fläche: - improved fallows, multistrata systems, relay intercropping, shifting cultivation, taungya systems 4

5 Riparian buffer 5

6 Silvopastorales System 6

7 Windschutzstreifen upload.wikimedia.org 7

8 Forest Farming api.ning.com 8

9 Alley-Cropping www1.montpellier.inra.fr/safe 9

10 Agroforstsysteme für den Energieholzanbau? (1) Bereitstellung von Energieholz (2) Angepasst an Klimawandel (3) Erhöhung der Bodenfruchtbarkeit (N- Fixierung, Eintrag von Nährstoffen und organischer Substanz, Basenpumpe) (4) Gesteigerte Biodiversität (5) Aufwertung der Landschaft (Erholungswert) (6) Wirtschaftlichkeit 10

11 (1) Bereitstellung von Energieholz - Streifen aus Kurzumtriebsplantagen in Kombination mit landwirtschaftlichen Kulturen (Alley-Cropping) - Verfahrensabläufe weitgehend identisch mit Kurzumtriebsplantagen - Höhere Nebenzeiten - Mehr Randeffekte (Wildverbiss, Licht, Wuchsform) 11

12 Fallbeispiel Energieholzproduktion im Alley- Cropping-System Jänschwalde (Brandenburg) Foto: D. Pape 12

13 Fallbeispiel Energieholzproduktion im Alley- Cropping-System Wendhausen (Niedersachsen) 0,5 m Pufferzone Fahrgasse Fahrgasse Fahrgasse Pufferzone Fahrgasse Fahrgasse 1,5 m 2 m 2 m 2 m 2 m 2 m 1,5 m 13

14 Wende- und Nebenzeiten (Modelle differieren hinsichtlich Erntemaschine, Umtriebszeit, Bergung) Modell 1 A Modell 1 B Modell 1 C/D (1.+2. Ernte) Modell 1 C/D (2.+3. Ernte) Modell 1 E/F (1.+2. Ernte) Modell 1 E/F (2.+3. Ernte) Modell 2 A Modell 2 B Hauptarbeitszeit (Schlepper mit erhöhter Belastung) h/ha 3,04 2,98 4,36 4,58 4,31 4,52 1,28 1,21 Nebenzeiten h/ha 0,43 0,11 0,32 0,38 0,22 0,22 1,13 0,06 Davon Fahrten zwischen den Baumstreifen (ohne Wendung) Davon Fahrten zwischen Reihe und Feldrand h/ha 0,004 0,004 0,008 0,008 0,008 0,008 0,004 0,004 h/ha 0,043 entfällt 0,084 0,084 entfällt entfällt 0,021 entfällt Verlustzeit h/ha 0,49 0,49 0,67 0,67 0,67 0,67 0,50 0,50 Wegzeiten h/ha 0,32 0,18 0,40 0,40 0,24 0,24 0,25 0,12 Rüstzeiten h/ha 0,43 0,32 0,93 0,93 0,57 0,57 0,38 0,28 Lohnarbeitsstunden bzw. Maschinenarbeitszeit für Ernte, Weg- und Rüstzeiten h/ha 4,71 4,08 6,68 6,96 6,01 6,22 3,53 2,17 Arbeitszeiterfassungen und ökonomische Bewertung in Projekt AgroForstEnergie geplant Erarbeitung von Empfehlungen für Bewirtschaftung 14

15 Randeffekte - Auf Flächen mit starken Wilddruck Etablierung aufwendig (vgl. Empfehlung von Vetter et al., 2002: Mindestgröße 5 ha) - Hoher Lichtgenuss vorteilhaft (vgl. Peters et al., 2007: geringere Erträge durch Wachstum im geschlossenen Bestand) - Wuchsform der Randbäume unvorteilhaft bei Stammholzproduktion, möglicherweise problematisch bei Ernte (Versuche frühestens Winter 2010/11) - Streifenbreite als Einflussparameter 15

16 Robinien-Erträge des Alley-Cropping- Systems Jänschwalde Schätzung des Ertrags frei Feldrand: 90 80,3 Mortalität: % nach 9 Jahren t dry matter ha ,4 17,1 9 14,5 6 year 21,9 9 28,4 62,9 Ernteverluste: 5 % 9-year-rotation, potential 9-year-rotation, effective 3-year-rotation, potential 3-year-rotation, effective 16

17 (2) Klimawandel - Vermeidung von THG-Emissionen - Substitution fossiler Energieträger - CO2-Sequestrierung - Anpassung an Klimawandel - Bäume mit tiefreichenden Wurzeln - Windschutzwirkung (Ausrichtung, Ernte und Abstand!) 17

18 Auswirkungen von Baumstreifen auf das Mikroklima Mayus

19 Bodenfeuchte im Lee-Bereich eines 10jährigen Robinienstreifens 0,3 Acker, 20 cm Tiefe Acker, 30 cm Tiefe 0,25 Windschatten, 20 cm Tiefe Windschatten, 30 cm Tiefe Bodenfeuchte m³ m -3 0,2 0,15 0,1 0,

20 (3) Bodenfruchtbarkeit Runoff and erosion reduced by mulch Litter fall and prunings provide mulch. Nutrients are returned to soil when mulch decomposed Crop residue returned to the soil Soil erosion impeded by trees and shrubs Nitrogen contribution from leguminous species Slope Nutrients absorbed by deeprooted trees and shrubs New nutrients from weathering rock Nutrients absorbed by food crops Nutrients leached and percolated to the subsoil Verändert nach Kang & Wilson

21 C- und N-Gehalte eines 10jährigen Alley- Cropping-Systems in 0-3 cm Tiefe Baumstreifen (Robinie) Baumstreifen (Pappel) Feldstreifen 3 m (Roggen) Feldstreifen 10 m (Roggen) C org (mg g -1 ) 19,4a 14,4a 6,2b 5,7b N t (mg g -1 ) 1,90a 0,93b 0,30c 0,30c 21

22 (4) Biodiversität (Artendiversität) Gruppe Acker Gehölzstreifen Spinnen 7 6 Heuschrecken 3 4 Laufkäfer (2/3 der Individuen) Mäuse 2 2 Vögel 4 2 Calathus fuscipesl eudominant Rebhuhn Brutvogel Rebhuhn Brutvogel Pflanzen (15 % Trockenrasenarten) Agomum gracilipes Rote Liste 1 in Brandenburg 22

23 Ökologische Gestaltung von Alley- Cropping-Systemen - Unterschiedliche Arten, Baumhöhen, Umtriebszeiten, Produktsortimente, Streifenbreiten 23

24 (5) Erholungswert 24

25 Wurzellängendichte in einem Alley- Cropping-System WLD (cm cm -3 ), 5. April 2000 WLD (cm cm -3 ), 16. Mai abc ab a Baumstreifen Feldstreifen (2,5 m) Feldstreifen (9 m) 0-15 ab a a Tiefe (cm) c bc ab Tiefe (cm) b ab ab d d d d c cd WLD (cm cm -3 ), 6. Juli WLD (cm cm -3 ), 4. September b bc a 0-15 b b a Tiefe (cm) cd c cd Tiefe (cm) bc bcd b e de cd d cd bcd 25

26 Ertragseinfluss der Baumstreifen dt atro ha Kumulierter Luzerneertrag [dt TM ha -1 ] 2,5 m 9 m ohne Randeffekte: 274 unter Einbeziehung der Randeffekte: 267 * * 20 * * 10 0 Jul 99 Mai 00 Aug 00 Okt 00 Mai 01 Aug 01 Okt 01 Mai 02 Jul 02 Sep 02 26

27 (6) Wirtschaftlichkeit: Barwert und Annuität für Robinie, Winterroggen und die Kombination aus beiden Kulturen in einem Alley-Cropping- System auf einem marginalen Standort (ohne Flächenprämie) Barwert Annuität Robinie, 3jähriger Umtrieb Winterroggen Alley-Cropping, Robinie + Winterroggen

28 Zusammenfassung Der Anbau schnellwachsender Baumarten in Alley-Cropping-Systemen - integriert die Produktion von nachgefragtem Energieholz in die Landwirtschaft - dient sowohl der Vermeidung des Klimawandels als auch der Anpassung der Landnutzung an den Klimawandel - stellt eine Quelle für organische Substanz und Nährstoffe dar - erhöht den Strukturreichtum und die Biodiversität - kann strukturarme Landschaften ästhetisch aufwerten - diversifiziert das Einkommen des Landwirts - Kann teilweise zu Konkurrenz bedingten Ertragsdepressionen bei den Ackerkulturen führen - hat in der Summe seiner Wirkungen zu mindestens keinen negativen Effekt auf den Gesamtertrag - bedarf noch erheblicher Forschung, um den Ertrag konventioneller Landnutzungssysteme zu überschreiten - muss mit Blick auf die gewünschten Vorteilswirkungen gezielt optimiert bzw. gefördert werden 28

29 Ausblick: BMELV-Projekt AgroForstEnergie ( ) - Erträge für unterschiedliche Standortsbedingungen, Baumarten - Ertrag und ertragsbeeinflussende Faktoren in unterschiedlichen Abständen von den Baumstreifen - Unterschiedliche Umtriebszeiten (Strukturvielfalt, Produktdiversifizierung) - Integration von Gehölzen mit unterschiedlichen Blühaspekten, Fruchtund Nektarangebot - Umfassende ökonomische Bewertung - Erarbeitung von Empfehlungen zu Design und Management für die Praxis 29

30 Vielen Dank! 30