Ökonomische und ökologische Bewertung von Agroforstsystemen in der landwirtschaftlichen Praxis. Rekultivierungsfläche Brandenburg

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1 2. Rostocker Bioenergieforum Rostock, 29. und /15. Oktober Mai Jena, Ökonomische und ökologische Bewertung von Agroforstsystemen in der landwirtschaftlichen Praxis Teilprojekt 2: Rekultivierungsfläche Brandenburg Christian Böhm, Dirk Freese, Reinhard F. Hüttl

2 Rekultivierungsfläche Brandenburg Koordination, Ackerfläche Thüringen Acker-und Grünlandflächen Niedersachsen Verbundprojekt Laufzeit: Ökonomische Begleitforschung

3 Spezifische Zielstellungen Teilvorhaben Brandenburg Wiederherstellung der Einkommensfunktion marginaler Standorte durch integrierten Anbau von holzartiger Biomasse in Form von Alley-Cropping-Systemen Verringertes Risiko von Ertragsausfällen durch verbessertes Mikroklima (Wasserverfügbarkeit) Aufwertung degradierter Standorte (Bergbaufolgelandschaften) mit Blick auf ihre Schutz- und Erholungsfunktion

4 Rekultivierungsfläche Brandenburg Versuchsfläche Welzow-Süd Grenzertragsstandorte grundwasserferne Standorte im Initialstadium der Bodenentwicklung; Gefügeinstabilität des Substrates sorptionsschwache, vornehmlich ziemlich arme bis mittlere, quartäre Kipp- Lehmsande und -tone sowie arme, tertiäre, kohleführende Kipp-Reinsande Substrate größtenteils humusfrei, geringe Nährstoffgehalte Grundmelioration: in Abhängigkeit des Standortes ca. 100 kg N, P, K ha -1, 150 dt Kalkmergel ha -1 Jahresniederschlag: 570 mm; Jahresdurchschnittstemperatur: 9,4 C Strukturarmut, Weitflächigkeit häufige, starke Winde ausgeprägte Trockenheitsphasen

5 Ökonomische und ökologische Bewertung von Agroforstsystemen Rekultivierungsfläche Brandenburg Rekultivierungsfläche Brandenburg Versuchsfläche Welzow-Süd Welzow-Süd ca. 50 ha Energiewald und Alley-Cropping

6 Versuchsfläche Welzow-Süd Energiewald N ca. 8 ha 2007 Alley-Cropping

7 Alley-Cropping Versuchsfläche Welzow-Süd Norden Ackerstreifen Ackerstreifen 24 m 24 m 1,80 m 0,75 m Süden 1,30 m

8 Versuchsfläche N reiner Sand bis schwach lehmiger Sand stark lehmiger Sand bis stark sandiger Lehm mittel bis stark sandiger Ton stark sandiger Ton bis lehmiger Ton (humos) stark kohlehaltiger Sand

9 Flächencharakterisierung ph(cacl 2 )-Wert (0-30 cm) N

10 ph(cacl 2 )-Wert 0-30 cm cm cm cm cm cm

11 Flächencharakterisierung Corg-Gehalt (0-30 cm) N [g kg -1 ]

12 Flächencharakterisierung Nt-Gehalt (0-30 cm) N [g kg -1 ]

13 Flächencharakterisierung P-Gehalt (0-30 cm) N [mg kg -1 ]

14 Flächencharakterisierung K-Gehalt (0-30 cm) N [mg kg -1 ]

15 Versuchsdesign N reiner Sand bis schwach lehmiger Sand stark lehmiger Sand bis stark sandiger Lehm mittel bis stark sandiger Ton stark sandiger Ton bis lehmiger Ton (humos) stark kohlehaltiger Sand Gehölzstreifen Monitoring-Plot Rasterpunkt 50 x 50m

16 Versuchsdesign Hauptwindrichtung Luv-Seite Saum Lee-Seite Ackermitte Gehölzstreifen

17 Untersuchungsparameter Biomasse Bäume: Durchmesser (WHD) Höhe Ackerkultur: Gesamtbiomasse Blattanalysen (P, K, Mg, Ca) X X X X Aufnahme: Bäume: Winter; Ackerkultur (und Blätter der Bäume): (Spät)-Sommer Aufnahmefläche: Bäume: alle im Plot; Ackerkultur: 1 m²

18 Untersuchungsparameter Boden C-Sequestrierung N-Gehalt P-und K-Gehalte (mikrobielle Biomasse) X X X X Beprobung: Frühjahr, (Herbst) je Versuchsplot Mischprobe aus 6-8 Einzelproben Tiefenstufen: 0-3, 3-10, 10-30, (30-60 cm) Referenzflächen: benachbarter Energiewald und Ackerfläche

19 Untersuchungsparameter Biodiversitätsindikatoren Vegetation (Artenzahl und Abundanz insgesamt und in Plots) X XX X X Aufnahme: Frühjahr/ Frühsommer/ Spätsommer Aufnahmefläche je Versuchsplot = 3 x 1 m Aufnahme nach Abundanzklassen bzw. anlehnend an Braun-Blanquet

20 Untersuchungsparameter Biodiversitätsindikatoren Laufkäfer und Spinnen (Artenzahl) X X (X) X (X) Erfassung: Frühjahr bis Spätsommer; 14-tägiges Beprobungsintervall je Versuchsplot eine Barberfalle Referenzfläche: Energiewald

21 Untersuchungsparameter Biodiversitätsindikatoren Vögel (Artenzahl) Erfassung: Frühjahr; 5 Kontrollgänge Methode: Brutvogel-Siedlungsdichte-Revierkartierung

22 Untersuchungsparameter Mikroklima Lufttemperatur, Luftfeuchte, Globalstrahlung, Niederschlag, Windgeschwindigkeit X X X Bodenfeuchte, Bodentemperatur Erfassung: 3 Wetterstationen Meßhöhe 1 m über GOF Meßintervall 10 min

23 Höhenverteilung Robinie Agroforst-Versuchsfläche Welzow-Süd 450 Höhe nach 2 Vegetationsperioden (Stand Winter 08/09) Anzahl der Probebäume n = Höhe [cm]

24 Wurzelhalsdurchmesserverteilung Robinie Agroforst-Versuchsfläche Welzow-Süd 700 WHD nach 2 Vegetationsperioden (Stand Winter 08/09) Anzahl der Probebäume n = WHD [cm]

25 Zuwachsentwicklung Robinie Agroforst-Versuchsfläche Welzow-Süd Wurzelhalsdurchmesser [cm] 1,8 1,6 1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 Höhe [cm] , Vegetationsperioden Vegetationsperioden

26 Zuwachsentwicklung Robinie Energiewald-Versuchsfläche Welzow-Süd 4,5 Zunahme des Wurzelhalsdurchmessers während vierjähriger Umtriebszeit 1,8 400 Höhenzuwachs während vierjähriger Umtriebszeit 160 4,0 3,5 WHD 0,8 1,6 1, Baumhöhe WHD (cm) 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 1,3 1,2 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 Zuwachs (cm) Baumhöhe (cm) Zuwachs (cm) 0,5 0, ,0 1 2 Vegetationsperiode 3 4 0, Vegetationsperiode 3 4 0

27 Anwuchsrate Robinie Versuchsfläche Welzow-Süd Mindestanforderungen bei Aufforstungen von Kippenstandorten: Anwuchssicherheiten nach 3 Jahren zwischen % (Vattenfall, LMBV, 2007) Agroforstfläche: 84,6 % nach 1 Jahr Energiewald: 86,0 % nach 1 Jahr; 84,1 % nach 4 Jahren Agroforstversuchsfläche Jänschwalde 100 Anwuchsrate [%] Androscoggin Hybride 275 Robinie Weide Jahre nach Etablierung

28 Biomassekenndaten Robinie Energiewald-Versuchsfläche Welzow-Süd nach 4 Jahren mittlerer WHD = 4,3 cm und mittlere Baumhöhe = 3,8 m nach 4 Jahren mediane Einzelbaumfrischmasse = 2,7 kg mittlerer Wassergehalt = 41,4 %, mittlerer Brennwert = 18,2 MJ kg -1 Holzdichte = 0,75 g cm³ (Richter, 2000) erzielter Ertrag (real) = 3 t atro ha -1 a -1 Korrelationskoeffizient 12 y = -2, ,452*x r = 0,8996 Masse (kg) Korrelationskoeffizient r = 0,8996 n = 635 Einzelbaummasse (Median: 2,7) WHD (Mittel: 4,3) Wurzelhalsdurchmesser (cm)

29 Erträge verschiedener Baumarten Versuchsfläche Jänschwalde (Grünewald et al., 2007) Umtriebszeiten: 3, 6+3, 9 Jahre Weide (9) Weide (6;9) Weide (3;6;9) Robinie (9) Robinie (6;9) Robinie (3;6;9) Hybride 275 (9) Hybride 275 (6;9) Hybride 275 (3;6;9) Andoscoggin (9) Andoscoggin (6;9) Andoscoggin (3;6;9) Ernte nach 3 Vegetationsperioden Ernte nach 6 Vegetationsperioden Ernte nach 9 Vegetationsperioden [t TM ha -1 ]

30 Biomasse Feldfrucht (Luzerne-Gras-Gemisch) Agroforst-Versuchsfläche Welzow-Süd Biomassebestimmung 1 Jahr nach Etablierung des Agroforst-Systems 4,50 Trockenmasse (t ha -1 ) 4,00 3,50 3,00 2,50 2,00 1,50 1,00 0,50 0,00 Mittelwert Lee Mittelwert Mitte Mittelwert Luv

31 P-Gehalte Versuchsfläche Welzow-Süd P (DL) -Gehalt in Abhängigkeit der Nutzungsform (Erstinventur Frühjahr 2008, 0-3 cm) 140 Tiefenprofil 120 Median 25%-75% Min-Max 18,00 16, ,00 P (DL) -Gehalt (mg kg -1 ) AF-Gehölz AF-Acker Lee AF-Acker Mitte AF-Acker Luv Energiewald Ackerfläche P-Gehalt [mg kg -1 ] 12,00 10,00 8,00 6,00 4, cm 3-10 cm cm cm 20 2,00 0 0,00 Gehölz Lee Mitte Luv

32 Kohlenstoffgehalte Versuchsfläche Welzow-Süd C-Gehalt [%] Ct-Gehalt in Abhängigkeit der Bestockungszeit 5,0 4,5 0-3 cm 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 Median 25%-75% Min-Max 15 Jahre 4 Jahre 2 Jahre 10 Jahre 3 Jahre Ct-Gehalt in Abhängigkeit der Bestockungszeit 2,6 2,4 Median 2,2 25%-75% 2,0 Min-Max 1,8 C-Gehalt [%] 0,6 0,4 15 Jahre 4 Jahre 2 Jahre Ct-Gehalt in Abhängigkeit 10 Jahre der 3 Bestockungszeit Jahre 2,6 2,4 2,2 2,0 1,8 1,6 1,4 1,2 1,0 0,8 Median 0,6 25%-75% 0,4 Min-Max 0,2 15 Jahre 4 Jahre 2 Jahre 10 Jahre 3 Jahre C-Gehalt [%] 1,6 1,4 1,2 1,0 0, cm cm

33 Alley-Cropping Beeinflussung mikroklimatischer Kenngrößen Auswirkungen von Gehölzstreifen auf Mikroklima sind vielfältig, bezüglich angebauter Ackerkultur größtenteils positiv

34 Alley-Cropping Beeinflussung mikroklimatischer Kenngrößen Gehölzstreifen reduzieren als halbdurchlässige Windschutzstreifen signifikant die Windgeschwindigkeit Verringerung von Erosion Minderung direkter Windschäden Reduzierung der Evaporation

35 Mikroklima Agroforst-Versuchsfläche Welzow-Süd 3 Monatsmittel der Windgeschwindigkeiten von Juni 2008 bis Dezember 2008 Windgeschwindigkeit (m s -1 ) 2,5 2 1,5 1 0,5 0 Referenzfläche Leeseite Ackerstreifen Mitte Ackerstreifen Luvseite Ackerstreifen Juni Juli August September Oktober November Dezember

36 Alley-Cropping Beeinflussung mikroklimatischer Kenngrößen Gehölzstreifen können zur Erhöhung der Wasserverfügbarkeit und damit zur Ertragsstabilität beitragen

37 Mikroklima Agroforst-Versuchsfläche Welzow-Süd Luv 5 cm Mitte 5 cm Lee 5 cm Luv 20 cm Mitte 20 cm Lee 20 cm Bodenfeuchte (vol%)

38 Mikroklima Agroforst-Versuchsfläche Welzow-Süd Luv 50 cm Mitte 50 cm Lee 50 cm Bodenfeuchte (vol%)

39 Vegetation 1 Jahr nach Melioration und Begründung des Alley-Cropping-Systems 47 Arten nachgewiesen (davon 6 Arten ausgesät) abgesehen von den ausgesäten Arten gab es bezüglich Artzusammensetzung bzw. Artenvielfalt keine erkennbaren Unterschiede zwischen Gehölz- und Ackerstreifen Deckungsgrad auf Ackerstreifen tendenziell höher

40 Vögel 1 Jahr nach Melioration und Begründung des Alley-Cropping-Systems 23 Arten nachgewiesen (davon 1 Art Erstbeobachtung im Gebiet [Temminckenstrandläufer]) dominierende Art: Feldlerche (über 20 Reviere) Hühnerwasser fördert Arten, die Gewässernähe bevorzugen

41 Ausblick Weiterführung der Bonituren und Analysen Nähere Beleuchtung des C-Haushaltes (C-Sequestrierung: Heißwasserextraktion, Dichtefraktionierung, mikrobielle Biomasse)!! Ausdifferenzierung innerhalb des Alley-Cropping-Systems erst nach weiteren Jahren wahrscheinlich (C-Sequestrierung, Nährstoffgehalte, Biodiversität, Mikroklima) Einbindung der Biomassedaten in Ertragsmodell; Erstellung einer allometrischen Funktion anhand gemessener Daten Ansätze betriebswirtschaftlicher Bewertung von Alley-Cropping-Systemen Publikation und Präsentation der Daten (u.a. Weltkongreß für Agroforstwirtschaft, Nairobi)