Effekte agroforstlicher Landnutzung auf Mikroklima, Bodenfruchtbarkeit und Wasserqualität

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1 2. Rostocker Bioenergieforum Rostock, und Februar 30. Oktober 2013, Berlin 2008 Agrarholz 2013 Effekte agroforstlicher Landnutzung auf Mikroklima, Bodenfruchtbarkeit und Wasserqualität Lehrstuhl für Bodenschutz und Rekultivierung, BTU Cottbus 1

2 Nachhaltige Erzeugung von Energieholz in Agroforstsystemen (AgroForstEnergie II) Teilprojekt 2 Bodenschutz und Bodenfruchtbarkeit, Wasserhaushalt und Mikroklima 2

3 Agroforst streifenförmiger Anbau von Agrarholz (Alley-Cropping) 3

4 Ausgewählte Fragestellungen 1) Bewirken (vergleichsweise niedrige) Energieholzstreifen eine wesentliche Veränderung des Mikroklimas auf großflächigen Ackerschlägen? 2) Tragen Energieholzstreifen zu einer Humusanreicherung im Boden bei? 3) Ist durch die Anlage von Energieholzstreifen eine Erhöhung der Wasserqualität auf dem gesamten Ackerschlag realisierbar? 4

5 Untersuchungsregion Niederlausitz Städte, Kippen Cottbus Berlin Cottbus Quelle: BÜK 1000 Niederlausitz Deutschland Cottbus ( ) mm C 5

6 Lage der Versuchsstandorte Ackerstandort Neißetal Cottbus Forst (Lausitz) Rekultivierungsfläche Welzow-Süd Quelle: Google Maps,

7 Rekultivierungsfläche Welzow-Süd 7

8 Rekultivierungsfläche Welzow-Süd ca. 8 ha, rekultiviert und angelegt im Frühjahr 2007 Gehölzstreifen: Robinie; Nord-Süd-Richtung 4 Doppelreihen; 11 m breit, Pflanzen/ha Gehölzfläche; Umtriebszeit: 5/6 Jahre Ackerstreifen: ca. 24 m breit; Luzerne, Hafer, Winterroggen weitere Informationen: 8

9 Ackerstandort Neißetal 9

10 Ackerstandort Neißetal ca. 40 ha, angelegt Frühjahr 2010, (2011) Gehölzstreifen: Robinie und Pappel im Wechsel; Nord-Süd-Richtung; 4 Doppelreihen, bei Pappel im südlichen Teil 4 Einzelreihen; 11 m breit; bzw Pflanzen/ha Gehölzfläche; Umtriebszeit: 4/5 Jahre Ackerstreifen: 24, 48 oder 96 m breit; Mais. Lupine, Kartoffel weitere Informationen: 10

11 Versuchsdesign (Rekultivierungsfläche Welzow-Süd) 1 = Subplot Gehölzstreifen 2 = Subplot Randbereich 3 = Subplot Ackerstreifen West 4 = Subplot Ackerstreifen Mitte 5 = Subplot Ackerstreifen Ost 11

12 Agroforstwirtschaft und Mikroklima 12

13 Agroforstwirtschaft und Mikroklima Quelle: Frielinghaus et al., 1994; LUGV, 2008 Foto: Maik Veste,

14 Mikroklima Windgeschwindigkeit entlang eines Ackerstreifens Standort: Alley-Cropping-Fläche Neißetal Aufnahmezeitraum: bis Baumart: Robinie; Ackerstreifenbreite: 96 m 11 m 3,3 m Meßhöhe 1m Ø Meßperiode: Prozent der mittleren Freiflächenwindgeschwindigkeit (Referenz = 100%) 94,2 41,5 73,8 70,6 14

15 Mikroklima Windgeschwindigkeit und Ackerstreifenbreite Standort: Alley-Cropping-Fläche Neißetal Aufnahmezeitraum: bis 12-12; Baumart: Robinie; Ackerstreifenbreite: 24 m, 48 m, 96 m Ø Meßperiode: Prozent der mittleren Freiflächenwindgeschwindigkeit (Referenz = 100%) 94,2 67,3 48,0 76,9 50,9 32,2 15

16 Mikroklima Windgeschwindigkeit und Ausrichtung d. Gehölzstreifen Standort: Alley-Cropping-Fläche Rekultivierungsfläche Welzow-Süd Aufnahmezeitraum: bis 09-12; Baumart: Robinie Ackerstreifenbreite: 24 m (jeder 2. Gehölzstreifen im Winter zuvor geerntet) Ø Meßperiode: Prozent der mittleren Freiflächenwindgeschwindigkeit (Referenz = 100%) 55,2 78,2 16

17 Mikroklima Beschattung der Ackerkulturen S W O N 17

18 Mikroklima Beschattung der Ackerkulturen Standort: Alley-Cropping-Fläche Rekultivierungsfläche Welzow-Süd Aufnahmezeitraum: bis und bis Baumart: Robinie; Baumhöhe Ende 11: 2,8 m; Ende 12: 3,8 m; Ackerstreifenbreite: 24 m 2011 VOR ERNTE der Bäume Prozent der mittleren FreiflächenGlobalstrahlung (Referenz = 100 %) Ø Meßperiode 96,8 93,0 90,7 84,4 79,8 83,8 88,1 100,8 100,3 101,1 98,2 99,2 99,8 99,9 94,6 88,8 70,4 58,8 52,1 40,7 67, NACH ERNTE des westlichen Baumstreifens Prozent der mittleren FreiflächenGlobalstrahlung (Referenz = 100 %) Ø Meßperiode 94,9 86,8 78,1 77,6 78,2 80,8 82,7 102,2 103,1 101,1 101,8 105,4 99,4 102,2 101,1 103,0 100,9 102,0 96,6 61,1 94,1 18

19 Agroforstwirtschaft und Ackerfruchtertrag 19

20 Agroforstwirtschaft und Erträge der Ackerkulturen Standort: Alley-Cropping-Fläche Rekultivierungsfläche Welzow-Süd Aufnahmezeitraum: und 08-12; Baumart: Robinie Ackerstreifenbreite: 24 m (2012: jeder 2. Gehölzstreifen im Winter zuvor geerntet) 7 Luzerne 2010 Hafer - Stroh 2012 Hafer - Korn 2012 Trockenbiomasse [t ha-1] 6 5 Standardf. Standardabweichung, n = 8 a a a a a 4 3 Mittelwert b ab a +12 % a +19 % +39 % % +19 % +15 % 1 WEST (3 m von Bäum en entfernt) MITTE OST (3 m von Bäum en entfe rnt) Pos ition auf dem Ackers treifen 20

21 Agroforstwirtschaft und im Boden gebundener Kohlenstoff und Stickstoff 21

22 Vorrat an organischem Kohlenstoff (Corg) Standort: Alley-Cropping-Fläche Rekultivierungsfläche Welzow-Süd Aufnahmedatum: und 05-12; Baumart: Robinie; Fruchtfolge: 4 Jahre Luzerne, Hafer Ackerstreifenbreite: 24 m, Luzerne verblieb 3 Jahre auf Fläche Teilfläche/Standort Gehölzstreifen Bodentiefe [cm] 05-08* 05-12* Differenz [t ha-1] >0 (Auflage) 2,6 + 6, ,0 12,2 Ackerstreifen West ,5 12,7 + 5,2 Ackerstreifen Mitte ,9 12,9 + 6,0 Ackerstreifen Ost ,2 12,2 + 6,0 * Medianwerte (n=8) 5 Jahre nach Beginn der Rekultivierung ist Corg-Akkumulation unter Robinie im Mittel geringfügig höher als unter Acker mit Rekultivierungsfruchtfolge 22

23 Vorrat an heißwasserextrahierbarem org. Kohlenstoff (HWCorg) und org. Stickstoff (HWNorg) am Standort Welzow-Süd HWCorg; linker Balken: 2008, rechter Balken: 2012 Gehölzstreifen Ackerstreifen WEST Ackerstreifen MITTE Ackerstreifen OST Gehölzstreifen Ackerstreifen WEST Ackerstreifen MITTE Ackerstreifen OST HWNorg; linker Balken: 2008, rechter Balken:

24 Agroforstwirtschaft und Wasserqualität 24

25 Agroforstwirtschaft und Wasserqualität Acker + KUP Agroforst? Saugkerzenanlage Sickerwasserqualität Pegelrohr Pegelstand/Grundwasserqualität 25

26 Agroforstwirtschaft und Wasserqualität Standort: Turew, Polen Quelle: Ryszkowski, L., Kędziora, R. (2007): Modification of water flows and nitrogen fluxes by shelterbelts. Ecol. Engin. 29, Mineralischer Stickstoff im Grundwasser von Ackerland und Windschutzstreifen Nitrat-N: unter Windschutzstreifen im Mittel 93 % geringer als unter Acker Mineral. N im Grabenwasser von Ackerland mit und ohne permanenter Uferbepflanzung Quelle: Ryszkowski und Kędziora,

27 Zusammenfassung 1) Energieholzstreifen führten trotz ihrer vergleichsweise geringen Höhe zu einer deutlichen Absenkung der mittleren Windgeschwindigkeit 2) Die durch Agrarholzstreifen bedingte Beschattung der Randbereiche der Ackerstreifen hatte keinen negativen Einfluß auf die Erträge der Ackerkultur 3) In den Randbereichen der Ackerstreifen konnten höhere Ackerfruchterträge als im Zentrum der Ackerstreifen nachgewiesen werden 4) Innerhalb der ersten 5 Jahre war unter Robinie die Akkumulation des Corg nur geringfügig, jene des als labil geltenden HWC und HWN deutlich (Auflage!) höher als bei einer Fruchtfolge mit hohem Luzerneanteil 5) Agrarholzanbau bewirkt allgemein eine Verringerung der N-Auswaschungsrate; Agrarholzstreifen haben positive Effekte auf die Qualität von Grundwasser und Oberflächenwasser (Forschungsbedarf!) 27

28 Schlußfolgerung Agroforstsysteme (Alley-Cropping mit Energieholz) können bezüglich Bodenschutz, Gewässerschutz und Ressourcenschutz zu einer deutlichen ökologischen Aufwertung des gesamten Ackerschlages beitragen. Für die verstärkte Etablierung dieses Landbausystems ist eine größere Wertschätzung dieser ökosystemaren Dienstleistungen erforderlich. 28

29 Danke für Ihr Interesse 29