Pappeln in Kurzumtriebswirtschaft: Eigenschaften und Qualitätsmanagement bei der Festbrennstoffbereitstellung Ein Überblick

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1 Pflanzenbauwissenschaften, 5 (2), S , 2001, ISSN , Verlag Eugen Ulmer GmbH & Co., Stuttgart Pappeln in Kurzumtriebswirtschaft: Eigenschaften und Qualitätsmanagement bei der Festbrennstoffbereitstellung Ein Überblick Poplars in Short Rotation Forestry: Overview on Characteristics for Solid Biofuel Production and Quality Management D. Kauter, Iris Lewandowski & W. Claupein Institut für Pflanzenbau und Grünland, Universität Hohenheim Zusammenfassung Pappeln (Populus L.) aus Kurzumtriebswirtschaft stellen eine vielversprechende Möglichkeit zur landwirtschaftlichen Erzeugung regenerativer Energieträger in Mitteleuropa dar. Unterschiedliche Eigenschaften einzelner Vertreter sind für den Anbau und im Hinblick auf ein Management der Brennstoffqualität wichtig. Auf Grundlage einer Literaturrecherche wird ein Überblick über Systematik und Eigenschaften der artenreichen Gattung sowie Ansatzpunkte für ein Qualitätsmanagement gegeben. Klone auf der Basis von Balsampappeln (Tacamahaca SPACH) sind aufgrund ihrer Dichtstandverträglichkeit und ausgeprägten Jugendwüchsigkeit für die Kurzumtriebswirtschaft geeignet. Erträge zwischen 10 und 15 t TM ha 1 a 1 sind bei ausreichend langer Vegetationszeit, guter Wasser- und Nährstoffversorgung sowie Bodenstruktur realistisch. Bei längeren Umtriebszeiten und einer Einbeziehung weniger begünstigter Standorte bietet sich der Anbau von Aspen (Trepidae (HARTIG) GOMBOCZ) an. Beim Qualitätsmanagement kommen verschiedene Maßnahmen in Frage, die auf die Ertragsanteile von Stamm, Ästen und Zweigen und den Nährstoffhaushalt einwirken. Als erfolgversprechend zeichnen sich eine Erhöhung des nährstoffarmen Stammanteiles durch längere Umtriebszeiten, Klonwahl oder selektive Ernte, der Anbau von Klonen mit hoher Nährstoffnutzungseffizienz und eine Feldlagerung von gebündeltem Erntegut ab. Umstände, die Mindererträge bewirken, gehen in der Regel mit einer Verschlechterung von Qualitätsparametern einher. Versuche zur Quantifizierung der Einflussmöglichkeiten unter Praxisbedingungen sind erforderlich, um darauf aufbauend qualitäts- und ertragsbeeinflussende Auswirkungen gegeneinander abzuwägen und optimierte Anbausysteme zu entwickeln. Schlüsselworte: Kurzumtriebswirtschaft, Pappeln, Brennstoffqualität Summary Poplars (Populus L.) in short rotation forestry are a very promising source of biofuel supply from Central European agriculture. The differences within this species rich genera are important for cultivation and management of fuel quality. Based on a literature review, an overview of the systematics and specific properties is given here, along with a discussion of approaches towards a quality management. Balsam poplars (Tacamahaca SPACH) tolerate dense stands and show pronounced early growth. These are therefore very well suited for short rotation forestry. Yields between 10 and 15 tons DM ha 1 y 1 are realistic when good sites are used with long growing seasons, good soil structure, good water and adequate nutrient supply. In contrast, at sites with less favourable growth conditions and under prolonged coppicing cycles the cultivation of aspen (Trepidae (HARTIG) GOMBOCZ) is of interest. Quality management must be based on modifications of the stem-branch-twig fractions, which have different mineral concentrations, and the nutrient cycling. To achieve this the following means are the most promising: Prolonged harvesting cycles and selective harvest resulting in a larger share of stem wood, the use of clones with a high nutrient use efficiency and the production of a high share of stem wood and storing of bundles in the field. Factors resulting in lowered yields are usually associated with lower fuel quality. Research is necessary to quantify the influence on fuel quality by the means mentioned. This would be the basis to evaluate the interplay between quality and yield for the development of optimised cropping systems. Keywords: Short Rotation Forestry, Poplars, Fuel Quality Problemstellung Soweit die energie- und umweltpolitische Entwicklung absehbar ist, wird die Rolle der Landwirtschaft für die Bereitstellung von Energie an Bedeutung gewinnen. Neben Biogas und landwirtschaftlichen Reststoffen (z. B. Stroh) stellen schnellwachsende Baumarten in Kurzumtriebsbewirtschaftung auf landwirtschaftlichen Flächen eine vielversprechende Möglichkeit dazu dar. Für Pflanzenbauer ist es daher von Interesse, sich mit einigen Besonderheiten einer Holzkultur und Qualitätsfragen im Hinblick auf eine Brennstoffnutzung vertraut zu machen. Bei der Intensivkultur Kurzumtriebsplantage wird ein einmal etablierter Bestand in regelmäßigem Turnus bodennah beerntet. Die Regeneration erfolgt durch Wiederaustrieb aus den verbleibenden Stümpfen. Während sich der Anbau von Weiden (Salix L.) in Kurzumtriebsplantagen zur Energiebereitstellung in Schweden etabliert hat, dort stehen ha in Kultur (CHRISTERSSON 1999) befindet sich die Nutzung der vielversprechenden Baumgattung Pappel (Populus L.) im Versuchsstadium. Typische Umtriebszeiten bei Populus belaufen sich

2 Kauter et al., Pappeln in Kurzumtriebswirtschaft 65 auf 3 bis 6 Jahre bei Pflanzdichten zwischen und Pflanzen ha 1. Ertragserwartungen sind zwischen 10 und 15 Tonnen Trockenmasse je Hektar und Jahr (t TM ha 1 a 1 ) anzusetzen. Dies entspricht einem Energieäquivalent von 6 bis 8 t Steinkohle (Bezugsgröße: Heizwert). Verschiedene Eigenschaften der Vertreter der artenreichen Gattung Populus, die für ihre Nutzung von Bedeutung sind, zeigen große Unterschiede. Auf der Basis einer Literaturrecherche versucht dieser Beitrag eine Synthese, in der die wichtigsten Informationen zu Systematik und Eigenschaften von Populus und den sich daraus ergebenden Konsequenzen für ein Qualitätsmanagement zusammengefasst werden. Abschließend werden auf dieser Grundlage zwei optimierte Produktionsverfahren für unterschiedliche Rahmenbedingungen entwickelt. Systematik und Charakteristika In den gemäßigten Breiten gehören die wichtigsten Baumarten zur Anlage von Kurzumtriebsplantagen zu den Gattungen Salix und Populus, die zusammen die Familie der Salicaceae bilden. Salicaceae sind zweihäusig und die spontane Bildung von Hybriden ist häufig. Die vegetative Vermehrbarkeit ist gut und spielt auch unter natürlichen Bedingungen eine wichtige Rolle. Die meisten Vertreter zeigen die für die Kurzumtriebswirtschaft wichtigen Eigenschaften Stockausschlagvermögen, starke Jugendwüchsigkeit und Stecklingsbewurzelung. Beide Gattungen sind artenreich und weisen ausgedehnte Herkunftsgebiete auf. Die große genetische Varianz eröffnet Möglichkeiten, Produktionssysteme für bestimmte Standorte und Qualitätsanforderungen zu optimieren. Ein Produktionssystem schließt den Anbau bestimmter Klone und daraus resultierende Konsequenzen für die Bewirtschaftung mit ein. Vor diesem Hintergrund wird ein Überblick über die Gattung Populus gegeben (Tab. 1, Abb. 1). Die Eigenschaften einzelner Vertreter aus pflanzenbaulicher Sicht werden im Hinblick auf die Kurzumtriebsbewirtschaftung dargestellt. Weiterführende systematische Angaben finden sich bei RÖHRIG (1959), FRÖHLICH & DIETZE (1975), FAO (1979), HOFMANN (1995), BÖCKER & KOLTZENBURG (1996) und KOLTZENBURG (1999). Das Kernverbreitungsgebiet von Populus liegt in den gemäßigten Zonen der Nordhemisphäre, reicht aber bis in den subpolaren Bereich einerseits und den subtropischen und tropischen Bereich anderseits hinein. Nicht nur innerhalb der Gattung, sondern auch innerhalb einzelner Arten, besonders bei solchen mit großen ursprünglichen Verbreitungsgebieten, findet sich große genetische Vielfalt (HINCKLEY et al. 1992). Vertreter der Gattung Populus zeigen hohen Wasserbedarf und eine hohe Wurzelatmungsrate. Viele Arten haben sich darauf spezialisiert, freie Lebensräume schnell zu besiedeln, und sind eher als Pionier- denn als Waldbaumarten anzusprechen (SCHIR- MER 1996). Pionierbaumarten zeichnen sich durch ein starkes Jugendwachstum aus, wodurch bereits früh eine maximale Produktivität erreicht wird. Bei der Kurzumtriebswirtschaft macht man sich dies zunutze, indem durch die regelmäßige Beerntung jeweils neue Aufwüchse erzeugt werden, die sich wie Jungpflanzen verhalten. Auch die allgemein hohen Ansprüche von Populus an die Licht- Familie Salicaceae Gattung Salix Populus Sektion Aigeiros (Schwarzpappeln) Tacamahaca (Balsampappeln) Leuce (oder Populus) (Aspen und Silberpappeln) Leucoides Turanga Abaso Wichtige Vertreter P. nigra Mittelmeerraum P. deltoides Osten Nordamerikas P. angulata Süden Nordamerikas P. maximowiczii Bsp. für zahlr. ostasiatische Vertreter P. trichocarpa Nordamerika P. balsamifera Nordamerika P. x jackii (0deltoides x P. balsamifera) Nordamerika P. x canadensis (P.deltoides xp.nigra) P. x robust a (P.angulata xp. nigra) Trepidae (Aspen od. Zitterpappeln) P. tremula Eurasien P. tremuloides Nordamerika P. grandident at a Nordamerika P. x canescens (P. tremula x P. alba) Graupappel; Nord- u. Osteuropa Albidae (Weiß- oder Silberpappeln) P. alba Mittelmeerraum Unal-Klone: Hybride mit Anteilen von P. deltoides und/oder P. trichocarpa Abb. 1: Systematische Stellung der Gattung Populus innerhalb der Familie der Salicaceae und einige wichtige Vertreter mit natürlichen Verbreitungsgebieten (in Kästchen mit durchgezogenen Linien Beispiele für natürliche Vertreter, mit unterbrochenen Linien für künstliche Hybriden). Systematic placing of the Populus genera within the Salicaceae family with some important representatives and their natural distribution. Boxes with continuous lines show naturals species, boxes with dashed lines show artificial hybrids.

3 66 Kauter et al., Pappeln in Kurzumtriebswirtschaft Tab. 1: Standortansprüche, wichtige Vertreter und für die Nutzung im Kurzumtrieb wichtige Eigenschaften der drei wesentlichen kultivierten Pappelsektionen im Überblick. Relative Angaben reichen von (nicht vorhanden) bis ++++ (deutlich ausgeprägt). Angaben aus FRÖHLICH & DIETZE (1975), BAUMEISTER et al. (1979), FAO (1979), SCHIRMER (1996), HEILMAN & NORBY (1998). Demands on site, important characteristics and important properties for short rotation forestry of the three most important sections of Populus in culture. Relative data from (feature absent) till ++++ (very developed feature). Data from FRÖHLICH & DIETZE (1975), BAUMEISTER et al. (1979), FAO (1979), SCHIRMER (1996), HEILMAN & NORBY (1998). Sektion Leuce (Weiß-, Zitter-, und Graupappeln) Aigeiros (Schwarzpappeln) Tacamahaca (Balsampappeln) Subsektion bzw. Hybridgruppe Trepidae (Aspen) Albidae (Weißpappeln) Hybriden (Graupappeln) natürlicher Verbreitungsschwerpunkt Eurasien, Mittelmeerraum und Nordamerika Mittelmeerraum und westl. Asien nördliches und östliches Europa Mittelmeerraum und westl. Asien, milde Gebiete Mitteleuropas und Nordamerikas Nordamerika und Ostasien wichtige Vertreter P. tremula P. tremuloides P. grandidentata P. alba P. u canescens P. nigra P. deltoides P. angulata P. maximowiczii P. trichocarpa P. balsamifera Ansprüche an Boden auch wechselfeuchte und staunasse Böden gut durchlüftet auch schwach verdichtete und schwere Böden >ph 6, tiefgründig, gute und gleichmäßige Wasser- und Sauerstoffversorgung Nährstoffversorgung + bis Wasserversorgung Durchschnittstemperatur in Vegetationszeit ph 4,5 6,5, auch wechselfeuchte Böden, geringere Ansprüche als Aigeiros Vegetationszeit [Tage] >120 >140 >150 >130 (bis >8 Monate grün) Empfindlichkeit gegen Früh- und Spätfrost Dichtstand Kulmination des Zuwachses im Alter von n Jahren Waldbaumcharakter Stecklingsbewurzelung Wurzelbrutbildung

4 Kauter et al., Pappeln in Kurzumtriebswirtschaft 67 versorgung und eine häufig ausgeprägte Empfindlichkeit gegen Kronendruck liegen im Pionierbaumcharakter begründet. Nach KOLTZENBURG (1999) werden die Vertreter der Gattung Populus den folgenden sechs Sektionen zugeordnet: Aigeiros DUBY (Schwarzpappeln), Tacamahaca SPACH (Balsampappeln), Leuce DUBY (Aspen und Silberpappeln), Leucoides SPACH (Großblattpappeln), Turanga BUNGE und Abaso ECKENWALDER. Die Sektionen Leucoides, Turanga und Abaso spielen im Anbau eine untergeordnete Rolle und werden im weiteren nicht berücksichtigt. Leuce Die Sektion Leuce umfasst die beiden Subsektionen Albidae (Weiß- oder Silberpappeln) und Trepidae (HARTIG) GOMBOCZ (Aspen oder Zitterpappeln). Die Albidae haben als wichtigsten Vertreter P. alba L., eine Art mit Verbreitungsschwerpunkt im Mittelmeerraum und im westlichen Asien, die kaum in Kultur genutzt wird. Die Trepidae umfassen drei Hauptarten: P. tremula L. mit seinen regionalen Rassen repräsentiert die eurasischen, P. tremuloides MICHAUX und P. grandidentata MICHAUX die nordamerikanischen Herkünfte. Trepidae Eine charakteristische Eigenschaft der Trepidae ist, dass sie sich, im Gegensatz zu anderen Pappeln, nicht über Stecklinge vermehren lassen, andererseits jedoch unter entsprechenden Umständen starke Wurzelbrutbildung, das Austreiben aus oberflächennahen Wurzeln, stattfindet. Dadurch können Aspen in natürlichen Beständen nach Störungen wie einem Waldbrand in kurzen Zeiträumen große Flächen mit dichten Beständen besiedeln. Bei der Kurzumtriebswirtschaft stellt die fehlende Eigenschaft der Stecklingsbewurzelung ein Problem dar, da sich dadurch die Anlagekosten stark erhöhen (LIESBACH et al. 1999). Als Waldbäume tolerieren Aspen Dichtstand. Von allen Pappeln stellen sie die geringsten Ansprüche an Klima und Standort und kommen auch mit Staunässe und verkürzter Vegetationszeit zurecht. Besonders der europäische P. tremula ist ausgesprochen frosthart. Von allen Pappeln weisen sie das langsamste Jugendwachstum auf. Maximalzuwächse wurden unter Kurzumtriebsbedingungen in Versuchen von LIESBACH et al. (1999) frühestens nach 8 Jahren erreicht. Aigeiros Die Sektion Aigeiros umfasst drei Hauptarten. P. nigra L. ist der wichtigste Vertreter des eurasischen Raumes. Das Verbreitungsgebiet liegt im Mittelmeerraum, reicht aber bis nach Mitteleuropa und Asien hinein. In Nordamerika finden sich als wichtigste Vertreter die beiden Arten P. deltoides BARTRAM ex MARSHALL s. l. und P. angulata W. AITON. Vertreter der Sektion Aigeiros stellen hohe Ansprüche an Wärme, Länge der Vegetationszeit, Boden sowie Nährstoff- und Wasserversorgung. Als ausgesprochene Pionierbaumarten reagieren sie auf Dichtstand empfindlich. Die klassische Pappelkultur basierte lange Zeit auf Schwarzpappelhybriden, vor allem aus nordamerikanischen Schwarzpappeln und dem europäischen P. nigra. Diese Hybriden werden großteils P. u canadensis MOENCH zugestellt, für den auch die Bezeichnung P. u euramericana (DODE) GUINIER üblich ist. Auch P. u robusta C. K. SCHNEIDER, die Hauptart über viele Jahrzehnte, ist ein euramerikanischer Schwarzpappelhybrid. Tacamahaca Die Sektion Tacamahaca umfasst eine asiatische und eine amerikanische Gruppe. Ein bedeutender Vertreter der artenreichen Gruppe der asiatischen Balsampappeln ist P. maximowiczii A. HENRY, wichtige amerikanische Arten sind P. trichocarpa TORREY et A. GRAY ex HOOKER mit großem Herkunftsgebiet und zahlreichen Ökotypen und P. balsamifera L. Balsampappeln zeigen tendenziell eine nördlichere Verbreitung als Schwarzpappeln, sind entsprechend weniger anspruchsvoll und wachsen im Gegensatz zu diesen in natürlichen Vorkommen als Mischungspartner in Waldbeständen. Durch den ausgeprägtesten Waldbaumcharakter aller Pappeln kommen sie mit Dichtstand zurecht, eine wichtige Anforderung für die Kurzumtriebswirtschaft. Natürliche Hybriden Bei Populus tritt Hybridisierung unter natürlichen Bedingungen spontan auf. Als Graupappel, P. u canescens (W. AITON) J. E. SMITH, wird eine Gruppe spontaner intrasektionaler Hybriden aus P. tremula und P. alba (beide Sektion Leuce) bezeichnet, die ihren natürlichem Verbreitungsschwerpunkt in Mittel- und Osteuropa haben. Sie bilden Wurzelbrut aus, sind nur schlecht über Stecklinge zu vermehren und haben ähnliche Standortansprüche wie Tacamahaca (BAUMEISTER et al. 1979). Spontane intersektionale Hybriden aus P. deltoides (Sektion Aigeiros) und P. balsamifera (Sektion Tacamahaca) mit natürlichen Vorkommen in Nordamerika werden als P. u jackii SAR- GENT bezeichnet. Die Entwicklung des Pappelanbaus Pappelkultur auf Grundlage von Schwarzpappelhybriden Der Anbau von Pappeln für verschiedene Zwecke reicht weit zurück. Aufgrund der langen Züchtungsarbeit und der einfachen Vermehrbarkeit durch Steckreiser ist Populus heute die am stärksten züchterisch bearbeitete Baumgattung (HOFMANN 1995). Der Beginn der modernen Pappelkultur setzte im 18. Jahrhundert ein und erreichte Mitte des 20. Jahrhunderts einen vorläufigen Höhepunkt. Zum auf Stammholzerzeugung ausgerichteten Anbau gelangten dabei von Anfang an künstliche Schwarzpappelhybriden. Deren Wüchsigkeit übersteigt die der Elternarten und beruht auf einem ausgeprägten Heterosiseffekt, der hauptsächlich durch überdurchschnittliche Blattgrößen begründet ist (HINCKLEY et al. 1992, HOFMANN 1995, 1999). Schlagreifes Stammholz lässt sich innerhalb von 25 bis 35 Jahren erzielen. Industrieholzerzeugung auf der Basis von Balsampappeln und Aspen Im 20. Jahrhundert fand teilweise eine Neuausrichtung der Züchtungsarbeit und des Produktionssystems statt, als man begann, sich für Pappeln als Quelle für Industrieholz zu interessieren (MITCHELL et al. 1988). In den dreißiger Jahren gelang erstmals der Nachweis, dass sich in den gemäßigten Klimabereichen der nördlichen Hemisphäre mit Pappelhybriden Holzerträge von 100 m 3 ha 1 innerhalb von vier Jahren erzielen lassen, während klassische Forstkulturen dazu 25 bis 40 Jahre benötigen (WEISGERBER 1995). Für die Industrieholzerzeugung traten Eigenschaften wie die Schaftform hinter das Zuchtziel maximaler Wüchsigkeit zurück. Zunehmend setzte sich ein Anbau in

5 68 Kauter et al., Pappeln in Kurzumtriebswirtschaft Schnellwuchsplantagen mit höheren Pflanzdichten und kürzeren Umtriebszeiten durch. In der Folge begannen die Balsampappeln in Züchtung und Anbau an Bedeutung zu gewinnen. Aufgrund ihrer Dichtstandverträglichkeit, ihrer im Vergleich zu den klassisch genutzten Schwarzpappelhybriden besseren Krankheitsresistenz und geringeren Standortansprüchen bieten Balsampappeln Vorteile für den Anbau in intensiv bewirtschafteten Plantagen. Dabei finden sowohl intrasektionale Hybriden als auch Kreuzungen mit Schwarzpappeln Verwendung. Beispiele sind die Unal-Klone und die Stout- Schreiber-Züchtungen. In Skandinavien und Teilen der USA und Kanadas mit weniger begünstigtem Klima ersetzen Vertreter der Subsektion Trepidae teilweise die Balsampappelhybriden in Schnellwuchsplantagen (NILSSON & WASIELEWSKI 1987). Vorrangig genutzt werden Hybriden aus P. tremula und P. tremuloides, die, verglichen mit den Elternarten, ein überdurchschnittliches Zuwachsvermögen aufweisen (RÖHRIG 1959, LIESBACH et al. 1999). Kurzumtriebswirtschaft Mit der Nutzung des Stockausschlagvermögens zur Regeneration der Bestände nach einer Beerntung entwickelte sich aus der Schnellwuchsplantagen- die eigentliche Kurzumtriebswirtschaft. Begründer dieser Kulturform sind MCALPINE et al. (1966), HERRICK & BROWN (1967) und SCHREINER (1970). Neben die anfängliche rein stoffliche Verwendung traten unter dem Eindruck der Energiekrise ab den siebziger Jahren des 20. Jahrhunderts Überlegungen zur energetischen Nutzung des Aufwuchses (CANNELL 1980, FERM & HYTÖNEN 1989, TEISSIER DU CROS 1990). In den Anfangsjahren wurden dafür Anbausysteme mit sehr hohen Standdichten und kurzen Umtriebszeiten propagiert (HEILMAN et al. 1972). Ein Extrem, das sich nicht durchsetzen konnte, stellt der,wood-grass -Ansatz dar, bei dem Anlagen mit Stecklingen je ha jährlich gemäht werden. Erste Kurzumtriebsplantagen zur Energieholzerzeugung für Versuchszwecke wurden beispielsweise 1975 in Finnland, 1976 in Schweden (CHRISTERRSON 1999) und Deutschland (WEISGERBER 1984, HOFMANN 1995) und Anfang der achtziger Jahre in Frankreich (TEISSIER DU CROS 1990) angelegt. Im Rahmen von,iea- Bioenergy setzten Forschungsarbeiten 1977 ein, über die ZSUFFA & GAMBLES (1992) einen Überblick geben. Bis auf wenige Ausnahmen wie die Mehrklonsorte P. u,max (P. maximowiczii u P. nigra) gibt es keine speziell für die Kurzumtriebswirtschaft gezüchteten und zugelassenen Pappelklone (SCHIRMER 1996). Wie bei der Industrieholzerzeugung stellen künstliche Hybriden aus Balsamund Schwarzpappeln die wichtigsten Vertreter. Speziell Kombinationen aus P. trichocarpa und P. deltoides (TEISSIER DU CROS 1990, HOFMANN 1995) sowie aus P. maximowiczii und P. nigra (HOFMANN 1995) erweisen sich im Kurzumtrieb unter mitteleuropäischen Verhältnissen als besonders leistungsfähig. Im Gegensatz zu Balsampappelhybriden sind reine Schwarzpappelhybriden aufgrund ihrer Empfindlichkeit gegenüber Dichtstand und ihren hohen Ansprüchen nicht geeignet (HOFMANN 1995). Vertreter der Subsektion Trepidae werden in ihrer Eignung für den Kurzumtrieb uneinheitlich bewertet. Für ihren Anbau spricht ihre Anspruchslosigkeit und geringe Empfindlichkeit gegen Frost. Somit ist auch eine Kultur auf Standorten möglich, die für Schwarz- und Balsampappeln sowie deren Hybriden nicht in Frage kommen. Anderseits ist die bei anderen Pappeln übliche Stecklingsvermehrung nicht möglich, was die Anlagekosten stark erhöht. Für wirtschaftlich interessante Erträge von über 10 t TM ha 1 a 1 sind Umtriebszeiten von meist länger als zehn Jahre erforderlich. Die Eigenschaft von Aspen, Wurzelbrut zu bilden, führt zu Schwierigkeiten bei der Plantagenkultur, bringt jedoch den Vorteil mit sich, dass Bestandesdichten nach Ausfall einzelner Pflanzen gut aufrechterhalten werden können. Literaturangaben zu Ertragsleistungen von Pappelkurzumtriebsplantagen decken eine weite Spannweite ab. Spitzenwerte erreichen 20 bis 35 t TM ha 1 a 1 (CIRIA et al. 1995, SCARASCIA-MUGNOZZA et al. 1997). Diese Erträge wurden in vier- bis fünfjährigen Rotationen mit P. trichocarpa u P. deltoides-klonen in Exaktversuchen erzielt. Der Anbau erfolgte an begünstigten Standorten in Südeuropa bzw. dem Westen der USA mit zusätzlicher Düngung und Bewässerung. Als entgegengesetztes Extrem finden sich Angaben zu Erträgen im Bereich von zwei bis drei t TM ha 1 a 1 (SCHNEIDER 1995, BUNGART 1999, HOFMANN 1999). Diese Werte wurden an ungünstigen mitteleuropäischen Standorten (kurze Vegetationszeit, Staunässe, niedriges Nährstoffniveau) in Praxisversuchen ermittelt. In Exaktversuchen kommt Randeffekten eine große Bedeutung zu. Aufgrund der kleinen Parzellen finden die Pflanzen überdurchschnittliche Wuchsbedingungen. Durch die Ertragsfeststellung mittels Umrechnung von Einzelpflanzenerträgen auf eine größere Fläche wird der Bestockungsrückgang durch Ausfall einzelner Pflanzen nicht berücksichtigt. Beispielsweise zeigt der Klon,Tristis in Versuchen von CANNELL (1988) auf kleinen Parzellen einen Ertrag von 25 bis 30 t TM ha 1 a 1, in großen Parzellen dagegen lediglich von 10 t TM ha 1 a 1. Verschiedene Autoren (CANNELL 1989, TEISSIER DU CROS 1990, HYTÖNEN 1996) versuchen eine kritische Sichtung von Ertragsangaben und kommen zu dem Ergebnis, dass realistische Erträge für Schnellwuchsplantagen in den gemäßigten Zonen Nordamerikas und Europas im Bereich zwischen 10 und 12 t TM ha 1 a 1 liegen. Brennstoffqualität und deren physiologische Grundlagen Brennstoffqualität ist keine absolute Größe, sondern muss anhand eines wertenden Anforderungsprofils entwickelt werden. Sie wird durch Parameter bestimmt, die das Verhalten bei der Verbrennung (,technische Qualität ), das Emissionsverhalten (,umweltbeeinflussende Qualität ) und den Energiegehalt (,energetische Qualität ) beschreiben. In den Bereich der technischen Qualität fallen beispielsweise der Gehalt und das Schmelzverhalten der Asche oder korrosive Substanzen, in den Bereich der umweltbeeinflussenden Qualität N- und Schwermetallgehalte und in den Bereich der energetischen Qualität Brenn- und Heizwert (KICHERER 1996, OBERNBERGER et al. 1998, MARUTZKY & SEEGER 1999). Ein Parameter kann die Qualität in mehreren Bereichen beeinflussen. Beispielsweise wirkt Cl beim Verbrennungsvorgang korrosiv und verursacht gleichzeitig unerwünschte Emissionen. Erfahrungsgemäß können bei Pappelholz aus Kurzumtriebswirtschaft die N- und Schwermetallkonzentrationen (vor allem Cd, Zn, Cu) sowie der Wassergehalt kritische Werte erreichen. Letzterer bewegt sich bei der Ernte um 50 % der Frischmasse und führt vor allem bei der Lagerung und der Verbrennung in kleineren Anlagen zu Schwierigkeiten. Abgesehen vom Wassergehalt liegen kritische Parameter bezogen sowohl auf die Trockenmasse als auch den Energiegehalt unterhalb von typischen Konzentrationen in Steinkohle.

6 Kauter et al., Pappeln in Kurzumtriebswirtschaft 69 Standort Art, Klon Ernte Brennstoffqualität Düngung Rotationsdauer Bestandesdichte Abb. 2: Brennstoffqualität: physiologische Grundlagen (grauer Ring) und äußere Einflußgrößen (Ovale) bei Holz aus Kurzumtriebsplantagen. Fuel quality: physiological characteristics (shaded ring) and external influencing factors (ovals) of wood from short rotation forestry. Qualitätseigenschaften von Bäumen aus Kurzumtriebswirtschaft werden durch die grundlegenden physiologischen Zusammenhänge,Stoffhaushalt und,anteile Stammholz-Rinde-Zweige determiniert (Abb. 2). Neben Wechselwirkungen zwischen diesen beiden Größen treten modifizierende Einflüsse von außen auf. Der Stoffhaushalt beeinflusst die Qualität durch die Intensität der Aufnahme, Speicherung, Umlagerung und Akkumulation von Mineralstoffen. Abbildung 3 stellt anhand eines Beispieles aus der Literatur den Nährstoffhaushalt von Populus im Kurzumtrieb exemplarisch dar. Während der Vegetationszeit sind bedeutende Anteile der Hauptnährstoffe in den Blättern konzentriert. Mit Einsetzen der Seneszenz werden sie teilweise aus den Blättern in verholzte Baumteile rückverlagert, bei N in einer Größenordnung von zwei Dritteln des Blattgehaltes im Sommer. Für den Wiederaustrieb im Frühjahr kommt diesen Nährstoffspeicherorganen eine große Bedeutung zu. Das aus den Blättern nicht rückverlagerte Ca gelangt über den Blattfall, K durch Auswaschung aus den Blättern in den Nährstoffpool Boden. Einige Mineralstoffe wie Ca und Schwermetalle werden in perennierenden Organen, vor allem der Rinde, akkumuliert, wo die Konzentrationen mit dem Alter des Aufwuchses steigen. Eine Änderung der Ertragsanteile verschiedener Baumorgane (Stammholz-Rinde-Zweige) beeinflusst die Zusammensetzung der Gesamterntemasse und somit die Brennstoffqualität durch unterschiedliche Inhaltsstoffkonzentrationen in diesen Organen. Das Verteilungsmuster ist vom jeweiligen Parameter abhängig. In Untersuchungen von HEILMAN & STETTLER (1986) fanden sich im Gegensatz zu P bei N und Ca deutliche Konzentrationsunterschiede in verschiedenen Ertragsorganen, die höchsten Konzentrationen in der Stammrinde. Dabei werden die Werte des Stammholzes, dem Ertragsanteil mit den niedrigsten Konzentrationen, in beiden Fällen um etwa den Faktor 15 übertroffen. Äste und Zweige nehmen eine Zwischenstellung ein (vgl. Abb. 5). Die beschriebenen Verhältnisse erklären sich aus dem Stoffhaushalt. Ca ist immobil und wird bei Bäumen vor allem in der Rinde konzentriert (SANDER & ERICSON 1998). N ist mobil und zeigt Retranslokation (Herbst): N:30,P:1,K:,Ca: Stamm, Äste und Zweige N: 87 (4,5 [4,1/5,6* ]) P: 15 (0,7 [0,7/1,0* ]) K: 68 (3,6) Mg: 14 (0,7) Ca:104 (5,4 [5,4/0,9* ]) Blätter (August): N: 57 (24,0) P: 4 (1,0) K: (16,0) Mg: (2,3) Ca: (13,3) * Stamm/Ästeu.Zweige, Dezember der 3. Vegetationsperiode Düngung: N: 80 P: 42 Blattfall: N: 28 P: 4 Atmosphäre: N: 15 Wurzeln N: 36 (7,8) P: 3 (1,6) Ca: (5,7) Aufnahme: N: 31 P: 4 Abb. 3: Nährstoffgehalte [kg ha 1 ] (fett, in grauen Kästchen), -konzentrationen [mg g 1 TS] (kursiv, in Klammern, in grauen Kästchen) und -flüsse [kg ha 1 a 1 ] (in Ovalen) bei P. trichocarpa u P. deltoides,beaupré. Wenn nicht anders angegeben Werte für den Winter der vierten Vegetationsperiode. Darstellung nach BUNGART (1999), verändert. Nutrient contents [kg ha 1 ] (in shades boxes, bold plain numbers), concentrations [mg g 1 DM] (in shaded boxes, italics, in brackets) and fluxes [kg ha 1 a 1 ] (in ovals) for P. trichocarpa u P. deltoides Beaupré. If not otherwise indicated data is for the winter following the fourth growing season. Data taken from BUNGART (1999), modified.

7 70 Kauter et al., Pappeln in Kurzumtriebswirtschaft hohe Konzentrationen im Bereich von Speicherorganen und Wachstumszonen. Als Schlussfolgerung stellt somit die Erhöhung nährstoffarmer Ertragsanteile, wie des Stammholzes, eine wirkungsvolle Maßnahme dar, die Verbrennungsqualität von Biomasse positiv zu beeinflussen. Qualitätsmanagement Rotationsdauer und Bestandesdichte Da sich Rotationsdauer (= Umtriebszeit) und Bestandesdichte gegenseitig bedingen, werden sie hier gemeinsam betrachtet. Abbildung 4 zeigt verschiedene Parameter des Zuwachsverhaltens von Pappeln im Kurzumtrieb. Der Gesamtaufwuchs ist die Maßzahl für die verholzte, aktuell stehende und somit erntbare Biomasse. Der absolute jährliche Zuwachs bezeichnet die Differenz zwischen den Gesamtaufwüchsen am Anfang und am Ende eines Wuchsjahres. Die dargestellten Pappelhybriden zeigen bei diesem Parameter während des Betrachtungszeitraumes eine abnehmende Tendenz. Somit ist die Phase des maximalen Jugendwachstums beim vierjährigen Aufwuchs bereits überschritten. Wird der Gesamtaufwuchs zu einem bestimmten Zeitpunkt durch die bis dahin angelaufenen Wuchsjahre dividiert, so ergibt sich der durchschnittliche jährliche Ertragszuwachs. Im Gegensatz zum absoluten erreicht der durchschnittliche jährliche Ertragszuwachs bis zum Ende des Betrachtungszeitraumes kein Maximum. Dies bedeutet, dass aus einer Ernte von weniger als sechsjährigem Aufwuchs unterdurchschnittliche Ernteerträge bezogen auf Wuchsjahre resultieren. Als vierte Größe ist in Abbildung 4 die Entwicklung des Stammdurchmessers abgetragen, der während des Betrachtungszeitraums kontinuierlich ansteigt. Dies ist ein wichtiger qualitätsbeeinflussender Aspekt, da mit zunehmendem Stammdurchmesser der Holzanteil zu- und der Rindenanteil abnimmt. Allerdings ist dabei auch der Einfluss des rindenreichen Astanteils zu berücksichtigen, der eine variable Größe darstellt. Im Zusammenhang mit der Zunahme des Holzanteils ist die von HYTÖNEN (1996) und ERICSSON et al. (1992) beschriebene Zunahme der Nährstoffnutzungseffizienz mit zunehmendem Aufwuchsalter zu sehen. Grundlegende Versuche zur Wechselwirkung von Rotationsdauer und Bestandesdichte führten SAUCIER et al. $XI=XZDFKV >GW 70 KD Alter [a] PLWWOHUHU 6WDPPGXUFKPHVVHU >FP@ *HVDPWDXIZXFKV $EVROXWHU MlKUOLFKHU =XZDFKV 'XUFKVFKQLWWOLFKHU MlKUOLFKHU (UWUDJV]XZDFKV 0LWWOHUHU 6WDPPGXUFKPHVVHU Abb. 4: Parameter für Gesamtaufwuchs und Zuwachsverhalten von Populus in Kurzumtriebsbewirtschaftung. Werte gemittelt über 4 verschiedene Klone aus P. trichocarpa u P. deltoides (,Raspalje,,Boleare,,Hunegem,,Beaupré ) und verschiedene Standorte; 2000 Bäume ha 1, 1. Rotation. Daten aus BONDUELLE (1990) Different parameters for growth for Populus in Short rotation forestry. Data represents mean values for 4 different P. trichocarpa u P. deltoides clones ( Raspalje, Boleare, Hunegem, Beaupré ) on different sites trees ha 1, first rotation. Data extracted from BONDUELLE (1990). (1972) an Platanus occidentalis durch. Sie fanden ein Sinken des Astanteils von 20 auf 10 % und ein Steigen des Stammdurchmessers mit zunehmender Bestandesdichte und Verlängerung der Rotationsdauer. Der Rindenanteil zeigte keinen signifikanten Zusammenhang mit der Standdichte, wohl aber mit dem Alter, wobei der Anteil an der gesamten Holzbiomasse von % bei zweijährigen auf % bei vierjährigen Aufwüchsen sank. Diese Erkenntnisse werden durch spätere Arbeiten auch für Populus bestätigt (CANNELL 1980, DIMITRI 1988, FERM & HYTÖNEN 1989, CIRIA et al. 1995, 1996, HYTÖNEN 1996, SCARACIA-MUGNOZZA et al. 1997, SENELWA & SIMS 1999). Während dabei Konsens über die Senkung des Rindenanteils mit steigendem Alter herrscht, bestehen Abweichungen bei der Beurteilung der Beeinflussbarkeit des Rindenanteils durch die Bestandesdichte. Im Gegensatz zu den meisten anderen Autoren kommt CANNELL (1980) zu dem Ergebnis, dass der Rindenanteil durch hohe Standdichten zunimmt. Rinde weist mehrere Eigenschaften auf, die im Hinblick auf eine Festbrennstoffnutzung nachteilig sind. Dazu zählen im Vergleich zum Holz höhere Konzentrationen zahlreicher Mineralstoffe, was sich in einem hohen Aschegehalt ausdrückt (BLANKENHORN et al. 1985, KENNEY et al. 1992). Andererseits finden sich höhere Konzentration energiereicher Substanzen wie Lignin, Harze und Öle und entsprechend ein bis zu 2,5 MJ kg 1 höherer Heizwert als bei Holz (MARUTZKY & SEEGER 1999). Somit bedeutet ein Senken des Rindenanteils bei einigen Parametern eine Verbesserung, bei anderen aber eine Verschlechterung der Qualität. In der Praxis wird ein rindenarmer Brennstoff bevorzugt, da er als unproblematischer eingestuft wird (MARUTZKY & SEEGER 1999). Dies hängt auch damit zusammen, dass die Rinde oft verunreinigt ist und entsprechend zusätzlich erhöhte Aschegehalte aufweist. Einzelne Arbeiten setzen sich mit der Frage auseinander, ob eine Modifikation der Ertragsanteile einzelner Ernteorgane die Brennstoffqualität messbar beeinflusst. CIRIA et al. (1996) fanden ein Sinken der N-Konzentration in der Erntetrockenmasse von 0,75 auf 0,57 % bei einer Verlängerung der Rotationsdauer. Nach den Ergebnissen einer Literaturauswertung durch ERICSSON et al. (1992) ist mit einer Erhöhung der Rotationsdauer ein signifikantes Sinken der N-Konzentration zu beobachten. Das Potential beläuft sich auf etwa 20 bis 40 % Abnahme im Vergleich von fünf- mit siebenjährigen Aufwüchsen. HYTÖNEN (1996) fand im Vergleich von ein- mit dreijährigen Trieben von Salix,Aquatica etwa eine Halbierung der N- Konzentrationen in Holz und Rinde. Weitere Parameter betrachten SENELWA & SIMS (1999). Sie fanden bei Eucalyptus saligna mit zunehmendem Aufwuchsalter tendenziell eine Abnahme der Konzentration an Asche und eine Zunahme der Konzentration an Flüchtigen. Ein Einfluss der Bestockungsdichte wurde nicht festgestellt. Zusammenfassend lässt sich vor allem beim Parameter N- Konzentration auf eine deutliche Beeinflussbarkeit durch die Rotationsdauer schließen. Die aufgezeigten Zusammenhänge sprechen sowohl aus Ertrags- als auch aus Qualitätsgründen für längere Umtriebszeiten, als sie gegenwärtig in der Kurzumtriebswirtschaft mit Pappeln üblich sind. Für die Ernte bietet sich der Zeitpunkt an, zu dem ein maximaler durchschnittlicher jährlicher Ertragszuwachs erreicht wird. Bei Hybriden aus Schwarz- und Balsampappeln ist dies nach etwa sieben Jahren der Fall, bei Aspen frühestens nach etwa zwölf Jahren (vgl. Tab. 1). Schwierigkeiten treten bei der Ernte auf. Mit den etablierten automatisierten Verfahren ist eine Ernte bis zu einem maximalen Stammdurchmesser von

8 Kauter et al., Pappeln in Kurzumtriebswirtschaft 71 1,8 1,6 1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 Stammholz Stammrinde lebende Äste abgestorbene Äste gesamte Spannw eite P. trichocarpa (6 Klone) P. trichocarpa x P. deltoides (2 Klone) SW T T x D R P. x Robusta SW T T x D R SW T T x D R SW T T x D Abb. 5: Spannweiten der N-Konzentrationen [% in TM] in verschiedenen Erntekompartimenten verschiedener Klongruppen nach HEIL- MAN & STETTLER (1986). SW = gesamte Spannweite; T = P. trichocarpa; T u D = P. trichocarpa u P. deltoides; R = P. u robusta. Vierjährige Aufwüchse am gleichen Standort und im gleichen Erntejahr. Concentration ranges for N [% in DM] in different yield components of groups of several clones (after HEILMAN & STETTLER 1986). SW = total range; T = P. trichocarpa; T u D = P. trichocarpa u P. deltoides; R = P. u robusta. 4 years old sprouts harvested in one year on one site. etwa 12 cm möglich. Diese Grenze wird bei älteren Aufwüchsen überschritten. Art und Klon HEILMAN & STETTLER (1986) fanden große Spannweiten der N-Konzentrationen in Rinde und Ästen gleichaltriger Pappelaufwüchse eines Standortes. Die Vermutung, dass diese Spannweiten auf Unterschieden zwischen Klonen beruhen, wird anhand von Abbildung 5 überprüft. Der Schwarzpappelhybrid P. u robusta (R) weist in allen Ertragsanteilen die höchsten Konzentrationen auf, die Gruppe der P. trichocarpa u P. u deltoides-klone (T u D) liegt deutlich darunter. Die mit sechs Vertretern größte Gruppe der P. trichocarpa-klone (T) umfasst Vertreter, die Konzentrationen unter denen der T u D-Klone aufweisen, aber auch solche, die diese deutlich übersteigen, allerdings nicht das Niveau von P. u robusta erreichen. Tabelle 2 zeigt, dass die Gruppe der T u D-Klone den mit Abstand höchsten Zuwachs, nicht aber die höchsten Nährstoffnutzungseffizienzen aufweist. Die Gruppe der P. trichocarpa-klone zerfällt in zwei Untergruppen unterschiedlicher Zuwachsleistungen und Nährstoffnutzungseffizienzen. Die Nährstoffnutzungseffizienzen sind höher als R bei den T u D-Klonen, besonders bei der ertragsstarken Gruppe. Bei P. u robusta spiegeln sich die hohen Nährstoffkonzentrationen in niedriger Nährstoffnutzungseffizienzen und einem vergleichsweise niedrigen Zuwachs wider. Diese Verhältnisse werden durch mehrere Arbeiten bestätigt (HEILMAN & STETTLER 1986, IMPENS et al. 1990, CIRIA et al. 1995, 1996, SOUCH & STEPHENS 1997, BUNGART 1999). Nach verschiedenen Autoren (DIMITRI 1988, FARMER 1991, KENNEY et al. 1992, LIESBACH et al. 1999) besitzen der Wassergehalt und der Rindenanteil eine geringe, der Stamm-Ast-Anteil dagegen eine hohe Heritabilität. Signifikante art- oder klonabhängige Unterschiede fanden sich bei den Parametern Konzentrationen an Asche, S und N (ANDERSON & ZSUFFA 1984), beim Wassergehalt (ANDERSON & ZSUFFA 1984, MITCHELL et al. 1988) und bei der Nährstoffspeicherung. Der Schwarzpappelhybrid P. u canadensis,eugenei speichert Nährstoffe vor allem in dickeren Wurzeln (PREGITZER et al. 1990) während bei P. tremuloides die Rinde diese Funktion übernimmt (ALBAN 1985). Die Nutzung von Klonen mit überwiegender Nährstoffspeicherung in den Wurzeln weist neben einer höheren Qualität des Erntegutes zusätzlich Vorteile für die Langlebigkeit einer Kurzumtriebsplantage auf, da das Stockausschlagvermögen begünstigt und die Absterberate reduziert werden. Diese Ergebnisse zeigen, dass bei qualitätsbeeinflussenden Größen klon- und artabhängige Unterschiede bestehen. Wichtig sind die Nährstoffnutzungseffizienz und -speicherung und Unterschiede im Zuwachsverhalten. Bei der Klonwahl ist zu beachten, dass hohe Erträge nicht zwangsläufig mit hohen Nährstoffnutzungseffizienzen verbunden sind (RANGER & NYS 1996). Als Aufgabe für die Zukunft ergibt sich die Züchtung ertragsstarker Klone mit hohem Stammanteil, hoher Nährstoffnutzungseffizienz und vorrangiger Nährstoffspeicherung in den Wurzeln. Daraus resultieren hohe Erträge bei niedrigen Nährstoffkonzentrationen und entsprechend niedrige Nährstoffexporte vom Standort. Düngung Ausreichende Nährstoffversorgung ist im Hinblick auf die Dauerhaftigkeit der Produktivität einer Anlage unabdingbar und wirkt sich nach RETTELBACH (1959) vermutlich vor allem durch die Ausbildung größerer Blätter und damit einer verstärkten Assimilationsleistung positiv auf den Ertrag aus. Während einzelne Autoren über lange Zeiträume (bis 16 Jahre) keine Ertragswirksamkeit von Düngung beobachten (SCHULZKE & WEISGERBER 1994, REH- FUESS 1995), sprechen andere Erfahrungen, auch aus der Tab. 2: Erträge und Nährstoffnutzungseffizienzen vierjähriger Pappelaufwüchse. Nach HEILMAN & STETTLER (1986), verändert. Yields and nutrient use efficiency in four years old poplar stands. Data taken from HEILMANN & STETTLER (1986). P. trichocarpa P. trichocarpa u P. u robusta P. deltoides ertragsschwache Klone ertragsstarke Klone n geprüfte Klone Durchschnittlicher jährlicher Ertragszuwachs* [t TM ha 1 a 1 ] N-Nutzungseffizienz** P-Nutzungseffizienz** Ca-Nutzungseffizienz** Theoretische Pflanzdichte 9444 Bäumen ha 1, Exaktversuch, Düngung: 225 kg N ha 1 in zwei Teilgaben; * ohne Blattmasse (Jahr 1 bis 4); ** kg Erntetrockenmasse je kg aufgenommenen Nährstoff

9 72 Kauter et al., Pappeln in Kurzumtriebswirtschaft klassischen Pappelkultur, von einer eindeutigen Ertragswirksamkeit und entsprechend für eine regelmäßige Düngung (RETTELBACH 1959, NILSSON & WASSIELEWSKI 1987). Es ist anzunehmen, dass bei den Versuchen, bei denen keine Ertragswirksamkeit beobachtet wurde, gut versorgte Ackerböden über den Untersuchungszeitraum hinweg ausreichend Nährstoffe nachlieferten. Im Hinblick auf eine Qualitätsbeeinflussung ist der Aspekt der Düngung bislang kaum bearbeitet worden. HYTÖNEN (1996) stellte bei Weiden eine positive Korrelation zwischen Stammanteil und Höhe der Düngung fest. Gleichzeitig fanden sich nach jährlichen N-, P- und K- Gaben eine Erhöhung der N-Konzentration in der Rinde und der P-Konzentration in Rinde und Holz, dagegen kein Einfluss bei K. Insgesamt lag der steigernde Einfluss der Zunahme der N-Konzentration in der Rinde unter dem senkenden Einfluss der Zunahme des nährstoffarmen Holzanteils. REHFUESS (1995) fand, dass in Anlagen mit hohen Ertragsleistungen ein überproportional hoher Holzanteil gebildet wird. Dies geht mit einer Senkung der N- Konzentrationen in der Erntemasse einher. Solange Düngegaben in einem angemessenen Rahmen bleiben, das heißt bei gegebenem Standort, Klon und Kulturintensität in Ertrag umgesetzt werden können, wirkt der bei MENGEL (1991) beschriebene,verdünnungseffekt. Ernte Um die Langlebigkeit einer Kurzumtriebsplantage mit Populus nicht zu gefährden, muss die Beerntung im Winter während der Vegetationsruhe erfolgen. Dies beeinflusst die Brennstoffqualität. Die nährstoffreichen Blätter werden bei einer Winterernte nicht erfasst, wodurch niedrigere Nährstoffkonzentrationen im Erntegut zu erwarten sind. Gleichzeitig verbleiben hohe Nährstoffanteile auf dem Schlag und stehen somit weiter für die Ertragsbildung zur Verfügung. Dagegen geht bei N aufgrund der Speicherung in Ernteorganen die Winterernte tendenziell mit höheren Konzentrationen in den verholzten Ertragsanteilen einher. Aufgrund der hohen Masse des verholzten Erntegutes im Vergleich zum Laub sind diese Konzentrationsänderungen und somit der Einfluss auf die Brennstoffqualität klein. ERICSSON et al. (1992) beobachteten allenfalls in jungen Trieben eine leichte Erhöhung der Nährstoffkonzentrationen zum Zeitpunkt der Seneszenz. Für einen Aspenbestand quantifiziert ALBAN (1995) Konzentrationsänderungen während des Jahresverlaufes im Erntegut. Im fünften Wuchsjahr nehmen die Konzentrationen von N im Stamholz zwischen Sommer und Winter von 0,10 auf 0,12 % zu, in der Stammrinde und den Ästen von 0,65 auf 1,00 %. Dabei betragen die Ertragsanteile des Stammholzes 70 %, die von Rinde und Ästen zusammen 30 %. Daraus ergeben sich auf die gesamte Erntemasse bezogen nur geringe Konzentrationsänderungen während der Seneszenz. Einen Vorstoß in Richtung auf eine Qualitätsverbesserung durch eine selektive Ernte machen RANGER & NYS (1996), die in Versuchen feststellten, dass bei einer Ernte von siebenjährigen Pappeln aus Kurzumtriebswirtschaft der Trockenmasseertrag bei Vollbaumernte (Stamm, Äste und Zweige, keine Blätter) gegenüber einer Ernte der Stammbiomasse von wenigstens 7 cm Durchmesser um 71 % stieg. Gleichzeitig erhöhten sich jedoch die Nährstoffentzüge mit der Erntemasse überproportional: Bei N um 151 %, bei P um 121 % bei K um 81 %, bei Mg um 105 % und bei Ca um 134 %. Für eine praktische Umsetzung dieses Zusammenhanges ist es wichtig, ein ökonomisches Optimum für den Mindestdurchmesser unter Abwägung der Ertragsverluste gegen die Qualitätsverbesserung durch sinkende Nährstoffkonzentrationen zu finden. In der Literatur gibt es Hinweise darauf, dass der Wassergehalt durch eine Feldlagerung nach der Ernte wirkungsvoll modifiziert werden kann (DIMITRI 1988). Durch eine einjährige Feldlagerung in Bündeln wurde in Versuchen von LEDIN (1996) eine Senkung von 50 auf 27 % und von THÖRNQVIST (1982) auf 37 % erreicht. Schlußfolgerungen Nach gegenwärtigem Stand des Wissens sind die erfolgsversprechendsten Einflussmöglichkeiten auf die Brennstoffqualität von Pappelholz aus Kurzumtrieb durch folgende Maßnahmen gegeben: Die Wahl von Klonen mit hoher Nährstoffnutzungseffizienz und hohem Stammanteil. Das Ausschöpfen der Produktivität eines Klones an einem bestimmten Standort durch entsprechende Kulturmaßnahmen, wie z. B. angepasster Düngung. Lange Umtriebszeiten. Den Ausschluss bestimmter Ertragsanteile, wie z. B. von Zweigen unterhalb eines bestimmten Durchmessers, von der Ernte. Feldlagerung von gebündeltem Erntegut. Ertrags- und Qualitätsziele konkurrieren nicht zwangsläufig. Allerdings stellen die Maßnahmen lange Umtriebszeiten, selektive Ernte und Feldlagerung von ungehäckseltem Erntegut deutliche Modifikation des bislang als Kurzumtriebswirtschaft beschriebenen Anbauverfahrens dar. Unter Berücksichtigung der aufgezeigten Zusammenhänge, von Qualitätsaspekten und unterschiedlichen Eigenschaften und Ansprüchen verschiedener Vertreter (vgl. Tab. 1) wurden zwei Szenarien für den Anbau von Pappeln in Kurzumtriebswirtschaft entworfen (Tabelle 3). Ein,intensives Verfahren für begünstigte Standorte basiert auf dem Einsatz von Balsampappelhybriden in kürzeren Umtriebszeiten, ein,extensives Verfahren für weniger günstige Standorte auf dem Anbau von Aspenhybriden in längeren Umtriebszeiten. Beide Verfahren gehen von einer Ernte zum Zeitpunkt des maximalen durchschnittlichen jährlichen Ertragszuwachses aus und ermöglichen es, Ertragsorgane mit hohen Nährstoffkonzentrationen bei der Ernte auf den Standorten zu belassen. In beiden Fällen sollen ertragsstarke Klone mit hoher Nährstoffnutzungseffizienz und Ausbildung eines hohen Stammanteiles zum Einsatz kommen. Bislang wurden nur wenige Versuche speziell zur Beeinflussung von Qualitätseigenschaften von Pappeln aus Kurzumtriebsplantagen durchgeführt. Es besteht nach wie vor Forschungsbedarf, um die Wirkung von Maßnahmen zur Beeinflussung der Brennstoffqualität von Pappeln aus Kurzumtriebsplantagen quantifizieren und somit in Kalkulationen aufnehmen zu können. Die skizzierten Anbauverfahren zur Steigerung der Brennstoffqualität, die deutlich von bisherigen Energieholzplantagen abweichen, bedürfen der experimentellen Überprüfung. Danksagung Die Forschungsarbeiten werden innerhalb des Verbundsforschungsprojektes,Voraussetzungen zur Standardisierung biogener Festbrennstoffe (97NR055) über die Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.v. vom Bundesministerium für Ernährung, Landwirtschaft und Forsten gefördert.

10 Kauter et al., Pappeln in Kurzumtriebswirtschaft 73 Tab. 3: Mögliche Anbauverfahren von Pappeln im Kurzumtrieb unter Berücksichtigung von spezifischen Eigenschaften und Qualitätsanforderungen. Scenarios for cropping systems for Poplars in short rotation forestry considering specific properties and fuel quality aspects. Anbauszenario intensiv extensiv Standort und Nährstoffversorgung Pflanzenmaterial Rotationsdauer und Pflanzdichte Mildes bis warmes Klima, lange Vegetationszeit. Gute und gleichmäßige Wasserversorgung, kein Stauwasser. Gut durchlüftete Böden mit Bodenwertzahlen ab 55. Gute Nährstoffversorgung, auch aus Düngung. Balsampappelhybriden und Hybriden aus Balsamund Schwarzpappeln Wenigstens 7 Jahre bei 5000 bis 6500 Pflanzen ha 1. Mittelgebirgslagen. Gute Wasserversorgung, zeitweise Staunässe wird toleriert. Bodenwertzahlen ab 30. Düngung im Alter starken Wachstums. Aspenhybriden Wenigstens 12 bis 15 Jahre bei 2000 bis 3000 Pflanzen ha 1. Ertragserwartung* 12 bis 15 t TM a 1 ha 1 10 bis 12 t TM a 1 ha 1 Probleme In Konkurrenz zu klassischen Ackerkulturen. Eventuell Schwierigkeiten mit automatisierten Ernteverfahren. Hohe Anlagekosten. Lange Zeitspanne bis zur ersten Ernte. Bislang keine automatisierten Ernteverfahren. Qualität *durchschnittlicher jährlicher Ertragszuwachs Höher als bei kürzeren Umtriebszeiten. Aufgrund relativ hoher Ast- und Rindenanteile höhere Nährstoffgehalte als in Waldholz. Durch lange Wuchszeit hoher Stammholzanteil, niedrige Nährstoffkonzentrationen. Effekt durch hohe Rindenanteile bei Aspen abgeschwächt. Akkumulation von Schwermetallen begünstigt. Literatur ALBAN, D. H., 1985: Seasonal Changes in Nutrient Concentration and Content of Aspen Suckers in Minnesota. Forest Science 31, ANDERSON, H. W. & L. ZSUFFA, 1984: Genetically improved hardwoods as a potential energy source in Ontario. In: Energy Developments, New Forms, Renewables, Conservation (Proceedings of ENERGEX 84), Pergamon, New York. 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