Agroforstwirtschaft im integrierten und

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1 Technische Universität München Agroforstwirtschaft im integrierten und ökologischen Landbau 3. Forum Agroforstsysteme 6. und 7. Juni 2012, Brandenburgische Technische Universität Cottbus Kurt-Jürgen Hülsbergen, Julia Huber, Magdalena Ochsenbauer & Harald Schmid Lehrstuhl für Ökologischen Landbau und Pflanzenbausysteme

2 Forschungsbedarf und Untersuchungsschwerpunkte Analysen unter den Bedingungen des ökologischen und integrierten Landbaus im bayerischen Tertiärhügelland (500 m NN, 7,5 C, 850 mm a -1 ). Einbindung in das Projekt ELKE: Entwicklung extensiver Landnutzungs-Konzepte für die Produktion nachwachsender Rohstoffe als mögliche Ausgleichs- und Ersatzmaßnahmen (gefördert durch FNR, )

3 Forschungsbedarf und Untersuchungsschwerpunkte Ertragsbildung der Forst- und Agrarsysteme Biomasse und Qualität, Wurzelbiomasse und -architektur, räumliche Variabilität Wirkungen auf Böden und Bodenfunktionen Humus- und Nährstoffdynamik, Bodengefüge und Erosion Klimawirkungen: C-Speicherung, Treibhausgasemissionen Energie- und THG-Bilanz, Minderungspotentiale von Agroforstsystemen Biodiversität, Naturschutz und Landschaftsästhetik Bodenfauna, Segetalflora, Ökosystemleistungen Produktionstechnik und Anbauverfahren Ökonomische Bewertung

4 Major carbon sinks and sources in a field windbreak Schoeneberger (2008): Agroforest Syst.

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6 Experimentelle Betriebssysteme Scheyern (seit 1992) Böden ls-tl, 48 BP ÖL Böden sl-utl, 52 BP Fruchtfolge Fruchtfolge LKG Kart WW SoBl LKG WW WR IL ÖL Kart WW Mais WW + Senf Zwischenfrucht Bodenbearbeitung Bodenbearbeitung Pflug, 25 cm pfluglos, 10 cm Ertrag Ertrag WW: 40 dt ha -1 WW: 70 dt ha -1 Kart: 260 dt ha -1 Kart: 370 dt ha -1

7 Nitrogen cycle of the organic farming system Scheyern (kg N ha -1 a -1 ) Küstermann, Christen & Hülsbergen (2010): Agric., Ecosys.& Environm. 135, Inputs On-farm nitrogen fluxes Outputs Forage, straw 34 Animals 4 Yield 124 Conservation losses 9 Cash products 24 Conservation losses 9 Forage, straw Straw / Green manure 138 Cash products 19 Plant 18 Animal NH 3 9 Conservation losses 10 N removal FYM, slurry FYM/slurry 5 N deposition 16 N 2 fixation SON N surplus Soil NH 3 9 Denitrification 4 Leaching 11

8 Nitrogen cycle of the conventional farming system Scheyern (kg N ha -1 a -1 ) Küstermann, Christen & Hülsbergen (2010): Agric., Ecosys.& Environm. 135, Inputs On-farm nitrogen fluxes Outputs Yield 149 Cash products 149 Straw / Green manure Pflanze 91 Slurry 33 Seed N removal 5 N deposition 16 Mineral nitrogen Boden SON N surplus NH 3 8 Denitrification 10 Leaching 47

9 Räumliche Variabilität der Tongehalte

10 Hydrologische Modellierung Versuchsstation Scheyern (Siebrecht 2010)

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12 Untersuchungsflächen der Versuchsstation Scheyern Integriert Ökologisch Forststreifen

13 Untersuchungsflächen, Höhenlinien

14 Untersuchungsflächen, Böden Standortheterogenität

15 Untersuchungsflächen, Baumarten Baumarten Pappel "Max 3" Pappel "Muhle Larsen" Pappel "Androscoggin" Pappel Mischung Einheimische Mischung Robinie Schwarzerle Weide

16 Anlageschema Versuchsfläche A 12 (öko) Maße (m) 2 8, , ,25 Rand Hölzer Acker Hölzer Acker Hölzer Acker Rand m 30 m m m Feldrand Westen 30 m m m Weg 30 m m Rand m Weg Baumarten 1 Pappel 1 "Max 3" 4 Weide "Inger" 7 Pappel M 2 Pappel 2 "Muhle Larsen" 5 Robinie 8 Mischung 3 Pappel 3 "Angroscoggin" 6 Schwarzerle

17 Agroforstsystem, Beprobungsschema Forst Ackerstreifen Forst 8,25 m 30 m 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 8,25 m 0,5 m 0,5 m 2 m 2,5 m 2 m 2,5 m 2 m 2,5 m 2 m 2,5 m 2 m 2,5 m 2 m 2,5 m 2 m 6 m Parz. 2 Parz. 3 Parz. 4 Parz. 5 Parz. 6 Parz. 7 Parz. 8 6 m Parz. 9 1,5 m 4,5 m 4,5 m 4,5 m 4,5 m 4,5 m 4,5 m 1,5 m 15 m 15 m 30 m Parz m 15 m 15 m

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19 Wurzeluntersuchungen

20 Wurzelsysteme der untersuchten Baumarten Huber, Schmid & Hülsbergen (2011) Erle Pappel Robinie Weide

21 Wurzellängendichte der untersuchten Baumarten Huber, Schmid & Hülsbergen (2011) Abb.: Wurzellängendichte der Baumarten bei unterschiedlichen Bewirtschaftungsweisen. Fehlerbalken repräsentieren den Standardfehler des Mittelwerts. Signifikante Unterschiede zwischen den Arten werden durch unterschiedliche Buchstaben gekennzeichnet (Tukey-Test, p< 0,05).

22 Feinwurzelbiomasse der untersuchten Baumarten Huber, Schmid & Hülsbergen (2011) Abb.: Feinwurzelbiomasse der Baumarten bei unterschiedlichen Bewirtschaftungsweisen. Fehlerbalken repräsentieren den Standardfehler des Mittelwerts. Signifikante Unterschiede zwischen den Arten werden durch unterschiedliche Buchstaben gekennzeichnet (Tukey-Test, p< 0,05).

23 Wurzelsystem der Pappel, Huber (2011)

24 Wurzelsystem der Erle, Huber (2011)

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26 Biomasse der untersuchten Baumarten Huber (2012)

27 Biomasseentwicklung der untersuchten Baumarten Huber (2012) Pappel Robinie t TM ha t TM ha Pappel öko (A12) Pappel int (A19) Pappel öko (A13) Pappel int (A20) Robinie öko (A12) Robinie int (A19) Robinie öko (A13) Robinie int (A20) Erle Weide t TM ha t TM ha Erle öko (A12) Erle int (A19) Erle öko (A13) Erle int (A20) Weide öko (A12) Weide int (A20)

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29 Winterweizenertrag auf Parzellen (2010) Huber, Schmid & Ochsenbauer (2012) Baumarten Pappel "Max 3" Pappel "Muhle Larsen" Pappel "Androscoggin" Pappel Mischung Einheimische Mischung Robinie Schwarzerle Weide WW_2010 Kornertrag (dt/ha)

30 Biomassebestimmung mit Sensor, Winterweizen (2012) Ochsenbauer (2012)

31 Biomassebestimmung mit Sensor, Winterweizen (2012) Ochsenbauer (2012) Baumarten Pappel "Max 3" Pappel "Muhle Larsen" Pappel "Androscoggin" Pappel Mischung Einheimische Mischung Robinie Schwarzerle Weide

32 Biomassebestimmung mit Sensor, Winterweizen (2012) Ochsenbauer (2012)

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34 Regenwurmpopulation, Agroforstsystem Scheyern Huber, Schmid & Papaja-Hülsbergen (2011)

35 Regenwurm-Abundanz, Baumstreifen Scheyern Huber, Schmid & Papaja-Hülsbergen (2012) Ökologisch Integriert

36 Regenwurm-Abundanz (Adulte), Baumstreifen Scheyern Huber, Schmid & Papaja-Hülsbergen (2012) Ökologisch Integriert

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38 Agroforstsysteme in der Versuchsstation Scheyern Versuchsanlage in der Forschungsstation Scheyern

39 Agroforstsystem Scheyern, Schlag A 20

40 Agroforstsystem Scheyern, Schlag A 20

41 Agroforstsystem Scheyern, Schlag A 20

42 Agroforstsystem Scheyern, Schlag A 20

43 Agroforstsystem Scheyern, Schlag A 20

44 Agroforstsystem Scheyern, Schlag A 20

45 Schlussfolgerungen und Ausblick Nahezu gleicher Biomasseertrag der Bäume bei Öko. und Int. Pappel (20 t/ha) > Robinie (18 t/ha) > Erle (14 t/ha) > Weide (12 t/ha) Ertragsbildung ackerbauliche Kulturen Ertragseffekte durch Baumreihen, überlagert durch standortbedingte Ertragsvariabilität räumlich hoch auflösende Erfassung mit Sensoren und Messungen auf Transekten Wurzelarchitektur und Feinwurzelparameter Weide: höchste Wurzellängendichte (4-5 cm cm -3 ), Robinie: geringste Feinwurzelbiomasse Regenwurmpopulationen Öko. Höhere Abundanzen (bis > 400 m -2 ) gegenüber Int. (< 200 m -2 ), Standorteffekte C-Sequestrierung und THG-Bilanzierung Messungen auf Transekten (C org, C hwl, C mik ), CO 2 - und Energiebilanz, Messung N 2 O-Flüsse Ökonomische Bewertung der Agroforstsysteme

46 N 2 O-Messungen mit automatischem Messsystem

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49 Beziehung zwischen Stammdurchmesser und Biomasse Huber (2011) Biomasse [kg TM] 5 4,5 4 3,5 3 2,5 2 1,5 Populus Sallix Robinia Alnus y = 0,054 x 2,309 r 2 = 0,95 y = 0,05 x 2,177 y = 0,042 x 2,061 r 2 = 0,91 r 2 = 0,91 y = 0,03 x 2,552 r 2 = 0,94 1 0, SBD [cm]

50 N 2 O production in annual and perennial cropping systems and unmanaged systems Robertson et al. (2000): Science 289,

51 Räumliche Variabilität von C org -Gehalten

52 Carbon cycle of the organic farming system Scheyern (kg C ha -1 a -1 ) Küstermann, Kainz & Hülsbergen (2008): Renewable Agric. and Food Systems 23, Inputs On-farm carbon fluxes Outputs feed, straw 1587 animals yield 2803 market products conservation loss conservation loss feed, straw market products assimilation 5295 Plant straw, green manure 327 Animal CO 2 -enteric ferm CH 4 -enteric ferm. 109 rot loss 781 plant residues 1965 organic manure 1171 CH 4 -manure 3 organic manure seed Soil 500 CO 2 -soil loss 34 SOC

53 Carbon cycle of the conventional farming system Scheyern (kg C ha -1 a -1 ) Küstermann, Kainz & Hülsbergen (2008): Renewable Agric. and Food Systems 23, Inputs Inputs On-farm carbon fluxes internal farm cycling yield 3894 yield 3894 Outputs Outputs market products market products assimilation assimilation Plant Plant straw, straw, green green manure plant residues 1095 organic Manure organic 293 manure seed 293 seed plant residues 1095 Soil Soil SOC CO 2 -soil loss CO soil loss 4501

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55 Potenzielle Bodenabträge durch Wassererosion Versuchsstation Scheyern (Siebrecht 2010)

56 Agroforstwirtschaft im integrierten und ökolog. Landbau Problemstellung und Forschungsbedarf Umweltwirkungen von AFS in Abhängigkeit von Standort und Bewirtschaftung Dauerfeldexperimente in der Versuchsstation Scheyern Standortbedingungen, Vorbewirtschaftung, Versuchsfrage, Versuchsdesign Untersuchungsergebnisse Wurzelbiomasse, Wurzelarchitektur Biomassebildung, Ertragseffekte auf den Ackerflächen, räumliche Variabilität Regenwurmpopulationen Schlussfolgerungen und Ausblick