Projekt 02933/01

Bewertung der Umweltwirkung des Anbaus von Miscanthus sinensis als nachwachsender Rohstoff

ProjekttrÀger

Landesforschungsanstalt fĂŒr Landwirtschaftund Fischerei Mecklenburg-Vorpommern InstitutfĂŒr Pflanzenbau
Dorfplatz 1
18276 GĂŒlzowZielsetzung und Anlass des Vorhabens Die Auswirkungen des Miscanthusanbaus auf das Agrarökosystem sind bisher nicht befriedigend geklĂ€rt. Auf der Basis von Untersuchungen zu den Schwerpunkten NĂ€hrstoffhaushalt in etablierten MiscanthusbestĂ€nden, C-Freisetzung und N-Umsetzung der MiscanthusrĂŒckstĂ€nde, VerĂ€nderung phy-sikalischer und chemischer Bodeneigenschaften, Wasserhaushalt und insbesondere Grundwasserneubildung, Entwicklung des Gesundheitszustandes soll eine Bewertung der langfristigen ökologischen Auswirkung des Anbaus erfolgen. Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDie Grundlage der Untersuchungen stellten Miscanthus-Feldversuche auf 4 Standorten verschiedener NaturrĂ€ume Deutschlands (Mecklenburger GrundmorĂ€ne, LĂŒneburger Heide, MainfrĂ€nkische Platte) mit stark variierenden Boden- und KlimaverhĂ€ltnissen dar. Die MiscanthusbestĂ€nde waren zu Beginn der 3-jĂ€hrigen Projektarbeit 4 bis 6 Jahre alt. Direkt am Versuchsort erfolgte jĂ€hrlich mehrmals die Merkmalserfassung zur Biomassebildung und InhaltsstoffverĂ€nderung sowie zur Bodenfeuchte und Witterung. Die Erntemenge wurde bestimmt Ende Februar/Anfang MĂ€rz durch maschinelle Kernbeerntung der Parzellen, der Biomasseaufwuchs zum Vegetationsende und die Biomasseverluste auf der Basis reprĂ€sentativer Stichproben (ZĂ€hlstrecken, Einzelpflanzenanalysen), die unterirdische Miscanthusmasse (Rhizome und Wurzeln) im FrĂŒhjahr vor dem Wiederaustrieb. Die Bodenwassergehalte wurden in 30, 60 und 90 cm Tiefe zu 4 Terminen von Ende April bis Anfang November gemessen (TDR-MeßgerĂ€t). Sie dienten der Anpassung des Simulations-Modells LEACHM, das zur Modellierung des Bodenwasserhaushaltes genutzt wurde. Bodenchemische und bodenphysikalische Merkmale wurden einmal jĂ€hrlich bestimmt. FĂŒr entsprechende Laboruntersuchungen dienten insgesamt 150 Beutel- und 600 Stechzylinderproben der Varianten mit und ohne Miscanthus. Die Untersuchungen zum Abbauverhalten der MiscanthusrĂŒckstĂ€nde im Boden erfolgten in Modellversuchen unter kontrollierten Laborbedingungen. Sie wurden durch die organische Stoffgruppenanalyse ergĂ€nzt. Die Angaben zum Schaderregerauftreten sind das Ergebnis der Beobachtungsforschung in den genannten Feldversuchen. Ergebnisse und Diskussion Miscanthus ist in der Lage, auch unter sehr differenzierten Standortbedingungen in Deutschland hohe BiomasseertrĂ€ge zu bilden. Im Mittel der 3-jĂ€hrigen Untersuchungen wurden auf den PrĂŒfstandorten zwischen 30,3 und 17,0 t/ha Trockenmasse (oberirdisch) gebildet. Bei der gegenwĂ€rtigen Erntezeit-spanne ab Ausgang des Winters bis kurz vor dem Wiederaustrieb der Pflanzen besteht eine große Diskrepanz zwischen Biomasseaufwuchs und Erntemenge, die in den Versuchen nur maximal 19,8 t/ha erreichte und durchschnittlich 10 - 15 t/ha betrĂ€gt. Ursache sind die Vorernteverluste (nahezu alle Blattspreiten und die Triebspitzen) mit 4 - 5 t/ha entsprechend 29 % des Biomasseaufwuchses, ErnterĂŒckstĂ€nde in Form der Stoppeln mit 1,3 bis 3,1 t/ha und verfahrensbedingte Stengelverluste bei der Ernte. Die Biomasse des unterirdischen Speichersystems, das aus mindestens 3 vitalen Rhizomgenerationen besteht, wird ĂŒber mehrere Jahre gespeichert. In den 7 und 8 Jahre alten BestĂ€nden waren im Krumenbereich (ca. 25 cm Bodentiefe) 10 bis 20 t/ha Rhizommaterial akkumuliert. Der Anteil postmortaler Teile lag im Untersuchungszeitraum erst bei maximal 7 %, was auf eine Rhizom-Lebensdauer von 5 - 6 Jahren hinweist. Die Wurzelmasse kann mit 6 - 8 t/ha Trockenmasse kalkuliert werden. Limitierender Wachstumsfaktor fĂŒr Miscanthus zur landwirtschaftlichen Nutzung ist das Wasser. Der Verdunstungsfaktor, der PAN-Faktor des LEACHM-Modells, lag in den untersuchten Umwelten zwischen 2,2 und 2,5 und damit deutlich ĂŒber dem von Kartoffeln (1,45 - 2,1) oder Winterweizen (1,1 - 1,9). Der jĂ€hrliche Transpirationsverbrauch lag zwischen 360 und 540 mm und damit der Wasserbedarf je 10 t/ha Trockenmasse bei 250 mm. Als Folge konnten keine Grundwasserneubildungsmengen ermittelt werden. Damit sind StoffaustrĂ€ge im Grundwasser oder durch DrĂ€nwasser unwahrscheinlich. Allerdings kann bei großflĂ€chigem Miscanthusanbau die sehr starke Ausschöpfung des Bodenwasserspeichers zu Grundwasserabsenkungen fĂŒhren. Die Ergebnisse zur Mineralisierung der MiscanthusrĂŒckstĂ€nde zeigen, daß C-Abbauraten wie bei der in der Landwirtschaft bekannten Strohzersetzung erreicht werden. Allerdings bestehen Unterschiede in der N-Immobilisation. Beim Abbau der MiscanthusrĂŒckstĂ€nde wird soviel Stickstoff frei, daß der N-Bedarf der Mikroben im Mineralisierungsprozeß nahezu gedeckt wird. Die jĂ€hrlich potentiell anfallende N-Menge kann mit ca. 60 kg/ha allein aus den Vorernteverlusten kalkuliert werden, fĂŒr >8 bis 10 Jahre alte BestĂ€nde kommt die gleiche Menge aus der Rhizom- und Wurzelzersetzung hinzu. Daraus resultiert: N-DĂŒngungsmaßnahmen werden nicht ertragswirksam, solange die Wachstumsfaktoren Wasser und Temperatur limitierend wirken. Unter den natĂŒrlichen Produktionsbedingungen der untersuchten deutschen Standorte kann eine N-DĂŒngung nicht empfohlen werden. Aufgrund der ermittelten Koeffizienten fĂŒr die Reproduktionswirkung auf den Boden-Kohlenstoff in der jĂ€hrlich anfallenden Menge an MiscanthusrĂŒckstĂ€nden ist Miscanthus als humusmehrende Kulturpflanzenart (jĂ€hrlich 8,5 t/ha ROS) noch vor Luzerne (6 - 7 t/ha ROS) einzuordnen. Unter den etablierten MiscanthusbestĂ€nden zeichnete sich eine nachhaltige Beeinflussung der chemischen Bodeneigenschaften ab. C- und N-Gehalte sowie der Gehalt an organischer Bodensubstanz waren deutlich erhöht auf den Standorten mit sandigen Böden. Der Anstieg der KationenaustauschkapazitĂ€t und des K-Versorgungsgrades der Böden wird im Zusammenhang mit der großen Menge an zugefĂŒhrter reproduktionswirksamer organischer Substanz gesehen. Eine Beeinflussung des pH-Wertes und des P-Gehaltes wurde nicht festgestellt. Von den bodenphysikalischen Parametern werden die Trockenrohdichte (verringert) und PorositĂ€t (erhöht) am deutlichsten beeinflußt, gefolgt von der Was-serretention (erhöht). Bei den phytopathologischen Untersuchungen konnten von phytopathogenen Pilzen lediglich Fusarium-Arten festgestellt werden. Als Pflanzenschutzmittel sind nur Herbizide im Pflanzjahr, evtl. auch zu Beginn des 2. Jahres, erforderlich. Weitere Maßnahmen sind nicht nötig. Öffentlichkeitsarbeit und PrĂ€sentation Veröffentlichungen zum Thema Nachwachsende Rohstoffe und Bodenfruchtbarkeit in wissenschaftlichen Zeitschriften (10 erschienen, 3 eingereicht) und in der Fachpresse (5), zahlreiche VortrĂ€ge auf nationalen und internationalen wissenschaftlichen Tagungen, Kolloquien und Workshops. Anfertigung von 2 Dissertationen Fazit Die im Projekt erzielten Ergebnisse zeigen, daß die umweltrelevanten Parameter zur Bodenfruchtbarkeit, zu den StoffflĂŒssen und zum Einsatz von DĂŒnge- und Pflanzenschutzmitteln fĂŒr den Miscanthusanbau sprechen. Die hohe Ausschöpfung des Bodenwasserspeichers wirkt einerseits durch ausbleibende Grundwasserneubildung negativ, schrĂ€nkt dadurch aber andererseits StoffaustrĂ€ge ein. Die aufgezeigten ökologischen Vorteile des Anbaus können dazu beitragen, daß sich durch die Gesellschaft die Anbauchancen fĂŒr Miscanthus in Deutschland verbessern, wenn weitere Faktoren stimmen (PflanzgutqualitĂ€t, Auswinterungsprobleme, Ökonomie der Rohstoffnutzung und -verarbeitung).

Übersicht

Telefon

03843/789-0

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Bundesland

Mecklenburg-Vorpommern

Fördersumme

316.576,59 €

Förderzeitraum

01.06.1994 - 06.09.2001