1 Einleitung. Kompetenzzentrum HessenRohstoffe (HeRo) e. V.

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1 Erfassung und Modellierung von Klon/Standort Wechselwirkungen bei Pappel und Weide auf landwirtschaftlichen Standorten in kurzen Umtriebszeiten Verbundvorhaben ProLoc Dr. Martin Hofmann, Daniel Amthauer Gallardo, Christian Siebert Kompetenzzentrum HessenRohstoffe (HeRo) e.v. 1 Einleitung Aufgrund ihres starken Jugendwachstums sind Pappeln und Weiden besonders interessant für die Produktion von Energiehackschnitzeln in kurzen Umtriebszeiten. Dabei werden bestimmte Arten und Hybridformen über Steckhölzer vermehrt und auf landwirtschaftlichen Standorten in 3-4 jährigen Ernteintervallen bewirtschaftet. Bei sachgerechter Bewirtschaftung garantieren vitale Stockausschläge eine Bewirtschaftungsdauer von zwanzig bis dreißig Jahren. Über Jahrzehnte hinweg auf den Versuchsmaßstab beschränkt, zeichnet sich aktuell eine starke Ausdehnung der Anbaufläche ab, die unzweifelhaft die Einführung in die landwirtschaftliche Praxis markiert. Die Entwicklung verläuft bundesweit und wurde ausgelöst durch die Preisentwicklung auf den Weltrohstoffmärkten in Verbindung mit günstigen administrativen Rahmenbedingungen, sowie technischen Voraussetzungen (ausgereifte Verbrennungstechnik im Vergleich zu halmgutartigen Brennstoffen, Logistik etc.). Bereits jetzt führt die starke Nachfragesteigerung bei Waldindustrieholz zur Rohstoffkonkurrenz von Schwachholz verarbeitender Industrie und energetischer Holznutzung. Für die Zukunft ist mit einer weiter steigenden Nachfrage nach Holz für die thermische Verwertung zu rechnen. Momentan kann das standortbezogene Ertragspotential von Pappeln und Weiden und folglich eine abgesicherte standortabhängige Beurteilung der Wirtschaftlichkeit nicht mit hinreichender Genauigkeit abgeschätzt werden. Sowohl in der Frage nach einer standortsabgestuften Leistungseinschätzung des Konzeptes Kurzumtrieb mit schnellwachsenden Baumarten als auch bei der Absicherung von Ertragsprognosen für den Einzellandwirt bestehen noch erhebliche Wissenslücken. Diese Lücken sollen mit dem vorgestellten Projekt geschlossen werden. Es werden erstmals unter Einbezug möglichst aller Regionen Deutschlands, auf Standorten, die für einen Anbau schnellwachsender Baumarten in Frage kommen, nach einheitlichem Versuchsdesign Versuchsflächen angelegt und zentral ausgewertet (n=36). Ausgesuchte Klone für den Versuch sind wachstumsstarke Pappelhybride (P. nigra x P. maximowiczii: Max 1, P. maximowiczii x P. trichocarpa: Hybride 275, P. deltoides x P. nigra: AF2) sowie Weidenhybride schwedischer Züchtung (S. triandra x S. viminalis: Inger, (S. viminalis x S. schwerinii) x S. viminalis: Tordis). Zuwachsparameter wie Durchmesser in Brusthöhe, Trieblänge und Biomassezuwachs werden erhoben. Zusätzlich werden Vitalitätsparameter wie z.b. Rostpilzbefall, Insektenbefall und Verbiss an Pappel und Weide aufgenommen. Es sollen Korrelationen bestimmter Standortsvariablen (Klima, Boden) mit dem Massenertrag identifiziert und auf Kausalität geprüft werden. Aus den generierten Daten wird auf statistisch empirischer Basis ein standortbezogenes Ertragsmodell erstellt. Eine visualisierte Ertragssimulation dient als Entscheidungshilfe für den Anwender. 1

2 2 Versuchsdurchführung 2.1 Untersuchungsstandorte Die Untersuchungsstandorte sind bundesweit verteilt und repräsentativ für das jeweilige Bundesland (Abb.1). Die ausgewählten Standorte zeigen einen starken standortkundlichen Gradienten, sowohl in bodenkundlichen (Textur, Husmusgehalt, Ackerzahl) als auch in klimatischen Charakteristika (Niederschlag, Temperatur). Dies ist eine wesentliche Voraussetzung für einen großen Gültigkeitsbereich des zu entwickelnden Modells. Es handelt sich hauptsächlich um Ackerstandorte. Weiterhin sind einige Grünlandstandorte und Bergbaufolgelandschaften im Standortsspektrum vertreten. Abb.1: Lage der Untersuchungsflächen 2.2 Arten, Bestandsetablierung, Umtriebszeit Versuchsanlage und Kulturführung werden nach best practice Gesichtspunkten durchgeführt. Gepflanzt werden 20 cm lange Stecklinge. Der Reihenabstand beträgt 1,8 m, der Pflanzabstand in der Reihe 0,5 m. Das entspricht einer Bestandesdichte von Pfl./ha. 2

3 Die Prüfglieder wurden in einer einfaktoriellen Blockanlage an den Einzelstandorten unterschiedlich randomisiert in vierfacher Wiederholung gepflanzt (Abb.2). Zur Vermeidung von Randeffekten, wird nur der Kern der Parzelle zur Datenerhebung genutzt. Die Versuchserie (mehrortig, mehrjährig) wird zusammenfassend zentral ausgewertet. Abb. 2: Schematische Darstellung des Aufbaus einer Versuchsfläche 2.3 Bodenkundliche Standortcharakterisierung Alle 36 Standorte werden bodenkundlich charakterisiert und der Ausgangszustand des Bodens im ersten Versuchsjahr erhoben. Dazu erfolgt eine Bodenprobenahme in den Tiefen (0-5, 5-30, cm) in vierfacher Wiederholung. An Bodenproben werden folgende Parameter bestimmt: Lagerungsdichte ph-wert Korngrößenverteilung und Steingehalt Kohlenstoffgehalt Stickstoffgehalt 2.4 Aufnahme Zuwachsparameter Zuwachsparameter werden im blattlosen Zustand während der Winterbonitur an vitalen Pflanzen aufgenommen. Zu diesen Parametern zählen: Anzahl Höhentriebe Triebdurchmesser in 1.3 und 0.1 m Höhe Trieblänge Pflanzenhöhe 3

4 Die Datenaufnahme dieser Parameter erfolgt in den Kernparzellen nach einem systematischen Raster (Abb.3). Abb. 3: Auswahl der zu messenden Pflanzplätze im Parzellenplan Das Dickenwachstum wird an jedem 2. Pflanzplatz einer Kernparzelle erfasst. Dort werden der Durchmesser in 0,1 m (D0.1) sowie in 1,3 m Höhe (=BHD Brusthöhen-durchmesser) erhoben. Die Messung der Trieblänge und Pflanzenhöhe wird an jedem 6. Pflanzplatz durchgeführt. Abweichend von der Trieblänge ist die Pflanzenhöhe der höchste Punkt in der Lotrechten. Die Trieblänge wird entlang der Stammlängsachse für alle vorhandenen Höhentriebe dieses Pflanzplatzes gemessen. Wichtiger Bestandteil der Aufnahme der Zuwachsparameter bildet die Schätzung des Biomassezuwachses. Dies erfolgt durch das Aufstellen einer Funktion der Biomasse (TS) in Abhängigkeit vom Triebdurchmesser. Zu diesem Zweck wird eine definierte Anzahl von Trieben eines jeden Klones, die das Durchmesserspektrum in der jeweiligen Fläche abdecken, geerntet. Dann wird das Frisch- und Trockengewicht bestimmt. Jedes Gewicht wird dem jeweiligen Durchmesser zugeordnet. Auf diese Weise ist es später möglich, anhand von Durchmesserwerten, die Biomasse des Bestandes abzuschätzen (Röhle et al., 2006). Die Aufstellung solcher Funktionen ist im zweiten Wachstumsjahr sowie am Ende der ersten Umtriebszeit (nach drei Jahren nach der Anpflanzung) vorgesehen. 4

5 2.5 Aufnahme Vitalitätsparameter Vitalitätsparameter werden bei entwickelten Blättern aller Pflanzplätze und Höhentriebe jeder Parzelle während der Vegetationszeit aufgenommen. Zu den Vitalitätsparametern zählen: Pappelblattrostbefall (Melampsora spec.) Blattschäden Der Pappelblattrostbefall wird in Stufen aufgenommen. Diese Stufen sind definiert durch den Anteil von Rostpusteln und Sporenlagern an der Blattoberfläche. 2.6 Klimadatenerhebung Klimadaten werden entweder von flächeneigenen Klimastationen oder von der nächstgelegenen Station des Deutschen Wetterdienstes erfasst. 3 Erste Ergebnisse Die Ertragsbestimmung über zwei Vegetationsperioden wurde im letzten Winter an einem ausgewählten Standort durch eine destruktive Beprobung von ca. 15 Trieben pro Prüfglied durchgeführt und daraus eine Biomassefunktion erstellt. Die entwickelten Biomassefunktionen sind auf den Abbildungen 4 und 5 zu sehen. Abb. 4: Gruppendarstellung Biomassefunktionen der Klone Max 1, Hyb 275 und AF 2 5

6 Abb. 5: Gruppendarstellung der Biomassefunktionen der Klone Inger und Tordis Bei den Pappelprüfgliedern ist zu beobachten, dass der Verlauf der AF 2 Kurve deutlich unter dem Niveau der anderen Pappelprüfglieder verläuft. Eine Erklärung dafür kann in den Ergebnissen der Darrdichte der unterschiedlichen Klone gesucht werden (Tab.1). Es wird ersichtlich, dass die prozentuale Abweichung zwischen den Dichten etwa dem Abstand zwischen den Kurven entspricht. Tab. 1: Darrdichte der Klone Max 1, Hyb 275, AF 2, Inger und Tordis (in Klammer Standardabweichung) Die Zuwächse der einzelnen Versuchsstandorte waren erwartungsgemäß sehr unterschiedlich. Im ersten Wachstumsjahr z.b lagen die Höhen zwischen 3 und 40 dm. In der zweiten Periode konnten Werte von bis zu 58 dm bestimmt werden. Die Höhenzuwächse der ersten und zweiten Vegetationsperiode aus sechs ausgewählten Flächen werden in Abbildung 5 dargestellt. Dabei wurden zwei Standorte schwacher, zwei mittlerer und zwei starker Leistung gewählt. 6

7 Abb. 5: Gruppendarstellung der Biomassefunktionen der Klone Inger und Tordis Eine umfassende statistische Auswertung der Klon-Standorten-Wechselwirkung wird im Jahr 2010 und 2011 bei Vorliegen aller Standortsdaten durchgeführt. 7