Mögliche Folgen des Energiepflanzenanbaus für Umwelt und Natur

Transkript

1 Mögliche Folgen des Energiepflanzenanbaus für Umwelt und Natur - Fokus: Ackerbau & Biogas - M. Glemnitz, J. Hufnagel & M. Willms Zentrum für Agrarlandschaftsforschung (ZALF e.v.), Müncheberg

2 Zentrale Frage Wodurch unterscheidet sich der Energiepflanzenanbau von traditioneller Landwirtschaft? Frage ist nicht: welche ökologischen Wirkungen verursacht die Landwirtschaft als solche?

3 Ökologische Folgen des Energiepflanzenanbaus auf die unbelebte Natur (Abiotik)

4 Abiotisch relevante, systemimmanente Änderungen beim Anbau von Energiepflanzen Ein hoher Prozentsatz der durch die Energiepflanzen entzogenen Nährstoffe bleibt als Gärrest im Betrieb ( Nährstoffmanagement) Abfuhr des gesamtem, in der oberirdischen Biomasse gebundenen Kohlenstoffs und dessen möglichst vollständige Umwandlung in Energie ( Humusmanagement) Eine Reduzierung des Faktoreinsatzes ist möglich Abiotische Folgen

5 Nährstoffmanagement Situation Kaum Verluste an P, K, Mg und vergleichsweise geringe Verluste an N aus dem System zusätzlicher Nährstoffimport (Mineraldünger, Futtermittel, Kosubstrate) kann zu Bilanzüberschüssen führen Anfall hoher N-Mengen in organischer Form (zunehmend mit steigenden Erträgen) Abiotische Folgen

6 N Mengen im Gärrest in Abhängigkeit des Maisertrages Datenbasis: EVA, 2006/07, KTBL u.a.

7 Nährstoffmanagement Situation Kaum Verluste an P, K, Mg und vergleichsweise geringe Verluste an N aus dem System zusätzlicher Nährstoffimport (Mineraldünger, Futtermittel, Kosubstrate) führt zu Bilanzüberschüssen Anfall hoher N-Mengen in organischer Form (zunehmend mit steigenden Erträgen) Abstimmung des N-Angebots mit dem N-Bedarf ist schwierig Systemimmanent: Erhöhte Gefahr der Nährstoffauswaschung Abiotische Folgen

8 Nährstoffmanagement Situation Kaum Verluste an P, K, Mg, relativ geringe Verluste an N zusätzlicher Nährstoffimport (Mineraldünger, Futtermittel, Entspannung... Kosubstrate) führt zu Bilanzüberschüssen (Fast) ganzjährige Nährstoffaufnahme in Zweinutzungssystemen Rückführung von hohen N-Mengen in organischer Form Mehr Düngefenster Koordination von N-Angebot und N-Bedarf ist schwierig Qualitätsdüngung sekundär Export der Feststofffraktion durch Abpressen ( Verbrennung) Export des gesamten Gärrestes ( Pelletierung: Dünger, Brennstoff) Systemimmanent: Erhöhte Gefahr der Nährstoffauswaschung Abiotische Folgen

9 Humusmanagement Situation Abfuhr des gesamten oberirdischen Kohlenstoffs Möglichst vollständige Umwandlung des abgefahrenen Kohlenstoffs in Energie (abhängig vom Konversionsverfahren) Vergleichsweise geringe Rückführung an Kohlenstoff auf die Produktionsfläche Systemimmanent: Gefahr des Humusabbaus Abiotische Folgen

10 C-Bilanz Fruchtfolge 3 (in Humus-C kg * ha-1) Beispiel Fruchtfolge 3 Variante Ohne Gärrest Methode VDLUFA Repro Mais WRo/SuGr 160/ /-545 WTr/WGr 160/150 93/336 WWe % VDLUFA / / Gärrest Repro / / Datenbasis: ETI -EVA, AG Biogas , am ZALF KTBL u.a.

11 Humusmanagement Situation Abfuhr des gesamten oberirdischen Kohlenstoffs Verlangsamung, Möglichst vollständige Verhinderung... Umwandlung des abgefahrenen Kohlenstoffs in Energie (abhängig vom Konversionsverfahren) Rückführung des Gärrestes ( Humuswirksamkeit Forschungsbedarf) Kohlenstoffimport durch Futtermittel, externe Kosubstrate und interne Vergleichsweise geringe Rückführung an Kohlenstoff auf die Kosubstrate (von Nicht-Nawaro-Flächen, z.b. Grünland) Produktionsfläche Wechsel von Energiepflanzen mit Marktfrüchten und Humusmehrern Verringerung von unproduktiven C-Verlusten (z.b. bei der Silierung) Systemimmanent: Gefahr des Humusabbaus Abiotische Folgen

12 Nährstoff- und Humusmanagement - Anbausystem -Vergleich - Dilemma beim Anbau von Energiepflanzen Export von Nährstoffen begünstigt Humusabbau Import/ Rückführung von Kohlenstoff begünstigt Nährstoffauswaschung Abiotische Folgen

13 Reduzierung des Faktoreinsatzes Energiepflanzenanbau: Erhebliche Potentiale für eine umweltgerechte Landwirtschaft ( Ökologisierung der Landwirtschaft ) Hypothesen Reduzierung des Pflanzenschutzmitteleinsatzes (Fungizide, Herbizide, Halmverkürzer) ohne Ertrags- und Qualitätsminderung ( Schadschwellen für Energiepflanzen ) Reduzierung der N-Düngung ohne Qualitätsminderung Gute Voraussetzungen für die Direktsaat (kaum organische Rückstände, Beikräuter & Krankheiten spielen untergeordnete Rolle) Abiotische Folgen

14 Ökologische Folgen des Energiepflanzenanbaus auf die belebte Natur (Biotik)

15 Biotische Folgewirkungen Grundsätzlich: die Eignung eines Ackers als Lebensraum für Pflanzen und Tiere wird bestimmt von......den Ansprüchen des betrachteten Organismus...den Eigenschaften der angebauten Fruchtart...sowie den anbaubegleitenden Maßnahmen

16 Biotisch relevante, systemimmanente Änderungen beim Anbau von Energiepflanzen Frühere Ernten und kürzere Anbauzeiträume Reduzierung des Faktoreinsatzes ( potentiell ) Engere Fruchtfolgen (Uniformierung Fruchtartenspektrum) Anbau neuer Fruchtarten (weitere Fruchtfolgen) Höhere Bestandesdichten (z.b. Getreide) Biotische Folgen

17 Artenanzahl Frühere Ernten und kürzere Anbauzeiträume Einfluss der Erntezeitpunkte in Winterweizen auf die Samenreife der Samenreife Thüringen - WW Beikräuter (Praxisversuche 2005/06) (Praxisversuche, 2005) WZF GPS Korn ohne Reife Biotische Folgen

18 Blütenbesucher Reduzierung des Einsatzes von Herbiziden y = x R 2 = Unkraut Beikraut - Arten Biotische Folgen

19 SP_AZ BB_Artenanzahl BK_Artenanzahl LK_AZ Engere Fruchtfolgen 70 Beikräuter 70 Laufkäfer Anzahl Kulturartengruppen Anzahl Kulturartengruppen Spinnen 80 Blütenbesucher ETI - AG Biogas am Anzahl ZALF Kulturartengruppen Anzahl Kulturartengruppen

20 Biotische Folgewirkungen Biotische Folgewirkungen des Energiepflanzenanbaus sind gering, wenn... auf dem Acker eine Vielzahl an Lebensräumen geschaffen wird, z.b. durch Neue und vergessene Fruchtarten, Fruchtartenkombinationen Diversität Mehrjähriges Ackerfutter mehrjährige Zönosen (v.a. Kleinsäuger) Biotische Potentiale beim Energiepflanzenanbau (Biogas) sind deutlich größer als beim Anbau von Marktfrüchten! ganzjährige Bodenbedeckung, Nahrungsangebot Stoppelarten Blühende Hauptfrüchte und Zwischenfrüchte Bestäuberarten Veränderung, Diversifizierung der Anbaugestaltung Reduzierung des PSM- und Düngereinsatzes Gleitende Saat- und Erntetermine und gleichzeitig in der Landschaft halbnatürliche Lebensräume erhalten bleiben, z.b. Brachen, extensives Grünland etc. Nahrungsnetze, Ausweichflächen Biotische Folgen

21 Danke

22 Nährstoffmanagement Verbleib an N im Stroh (Körnernutzung) sowie Rückführung an N durch Gärest auf die Produktionsfläche Datenbasis: ETI -EVA, AG Biogas 2006/2007, am ZALF KTBL u.a.

23 Humusbilanz für ausgewählte Fruchtarten: Körner- vs. energetische Nutzung Energetische Nutzung Datenbasis: EVA, 16. Dezember 2005/06, 2008 KTBL, Repro u.a. M. Glemnitz, J. Hufnagel & M. Willms, ZALF e.v., Müncheberg

24 Abiotische Folgewirkungen Humusbilanz (Beispiele) Biodiesel Verbleib C + Abfuhr C + Rückfuhr C ± C-Bilanz + Bioethanol (Korn, Rübe) Biogas ± ± + + (bis -) Bioethanol (Ganzpflanze) Biomass to liquid (BtL) ± - + bis - oder/ und Stoffliche Nutzung Teilpflanze Ganzpflanze (Plattformchemikalien) ± - +

25 Was verstehen wir unter ökologischen Folgen des Energiepflanzenanbaus? Folgen für die unbelebte Natur (Abiotik) z.b. Grundwasser, Nitratauswaschung, Bodenerosion... Folgen für die belebte Natur (Biotik) d.h. der Acker als Lebensraum für Pflanzen und Tiere

26 Anbau neuer Fruchtarten - Anbausystem -Vergleich - Was ändert sich quantitativ in der Artenanzahl, wenn Sudangras statt Mais angebaut wird? Artenzahl Generalisten Spezialisten Mais Teilspez. Mais Spezialisten Sudgras Teilspez. Sudgras Segetalflora Blütenbes. Laufkäfer Spinnen

27 Höhere Bestandesdichten - Anbauverfahrens -Vergleich - Revierdichte der Feldlerche in Abhängigkeit von Bestandesdichte und höhe über die Zeit (Hoffman & Berger, 2001) Höhe: 15cm Bedeckung: 40% heterogen Höhe: 110cm Bedeckung: 50% heterogen Höhe: 20cm Bedeckung: 60% heterogen Höhe: 150cm Bedeckung: 100% homogen

28 Engere Fruchtfolgen - Anbausystem -Vergleich - Einfluss der Fruchtfolgeglieder auf das potenzielle Beikraut-Vorkommen in verschiedenen Energiefruchtfolgen (Felderhebungen 2006) FF Mais: FF 1: FF 4: FF 5: Mais nach Mais SoGe Mais SoGe WW SoGe 2*Ackerfutter - WW Ha WW Erbse WW

29 Biotisch relevante, systemimmanente Änderungen beim Anbau von Energiepflanzen Vorläufige Ergebnisse Biotische Folgen

30 Zielorganismen und Untersuchungsprogramm Segetalflora (2 parallele Transekte in 10m Abstand) Laufkäfer + Spinnen (1 Transekt mit 5 Barberfallen) Blütenbesucher (je 4 Farbschalen) Brutvögel (Kartierung Gesamtgebiet) Kartierung der Nachbarschaftsbiotope Baseline: Winterweizen u. Mais in allen Regionen

31 Acker ist Lebensraum für viele Organismen Transitraum Lebensraum, Nahrungsquelle...

32 Was ändert sich qualitativ wenn, Sudangras statt Mais angebaut wird (einjährig)? Beikräuter wenig Änderung, mehr niedrigwüchsige einjährige Arten Blütenbesucher geringe Individuendichte, dominante Arten nehmen ab Laufkäfer geringere Individuendichte, dominante Arten nehmen ab, mehr Ackerarten Spinnen geringere Individuendichte, mehr Nahrungsgeneralisten, mehr Ackerarten Ergebnisse aus den Praxisversuchen 2005 (vorläufige Ergebnisse)

33 Ökologische Folgen des Energiepflanzenanbaus Design: Felduntersuchungen 1 Transekt je Schlag mit 4 Gelbschalen 5 Barberfallen 10 Boniturquadrate - AG Biogas am ZALF für dieetivegetation 16. Dezember 2008 M. Glemnitz, J. Hufnagel & M. Willms, ZALF e.v., Müncheberg

34 Abiotischen Folgen - Anbausystem -Vergleich - Negative abiotische Folgen des Energiepflanzenbaus, wenn... Flächenanteil negativer Fruchtarten in Fruchtfolge und Fläche zunimmt Verengung der Fruchtfolge zu höherem PSM-Einsatz führt Anbau auf bisher extensiver genutzten Standorten Anbau auf ungeeigneten Standorten wenn Umnutzung per se Umweltprobleme nach sich zieht Kein Unterschied zu traditioneller Landwirtschaft Abiotische Folgen