Anbaukonzepte für Energiepflanzen in Zeiten des Klimawandels E-Book

Christine von Buttlar

• Herausgeber: ibidem
• Kategorie: Wissenschaft und neue Technologien
• Serie: Erdsicht - Einblicke in geographische und geoinformationstechnische Arbeitsweisen
• Sprache: Deutsch
• Veröffentlichungsjahr: 2014

Seitenzahl: 194

Beschreibung

Trotz vermehrter Anstrengungen in den letzten Jahren, den vom Menschen verursachten Klimaveränderungen zu begegnen, ist davon auszugehen, dass sich ein Klimawandel bereits spürbar vollzieht und sich weiter beschleunigen wird. Der Anstieg der mittleren Jahrestemperatur um 2 bis 3 Grad Celsius bis zum Jahr 2100, veränderte Niederschlagsmengen im Jahresverlauf und die Häufung extremer Witterungsereignisse stellen die Landwirtschaft vor neue Herausforderungen. Das vorliegende Buch stellt auf der Basis von regionalen Klimaprognosen, die bis ins Jahr 2100 reichen, neue, an die veränderten Klimabedingungen in Niedersachsen angepasste Anbaukonzepte für Nahrung, Futterbau und Energie vor. Die Autoren zeigen auf, dass sich sowohl die Palette der bisher anbauwürdigen Pflanzenarten verändern wird, als auch die bisherigen regionalen Fruchtfolgen, die Produktionstechnik und die Pflanzenzüchtung sich in ihren Zielsetzungen an die klimatischen Veränderungen anpassen müssen, um die Produktivität der Standorte zu erhalten. Besonders in Zeiten des Klimawandels hat der umweltfreundliche, artenreiche Energiepflanzenanbau seine Berechtigung, da er dazu beiträgt, fossile Energieträger einzusparen und sich im Mix mit Nahrungs- und Futtermittelanbau Synergien mit Umwelt- und Naturschutzzielen ergeben.

Leseprobe

ibidem-Verlag, Stuttgart

Vorwort des Herausgebers

Die Reihe „Erdsicht – Einblicke in geographische und geoinformationstechnische Arbeitsweisen“ soll Forschungsergebnisse und Arbeiten im Bereich der Erdsystemforschung vorstellen. Die Betrachtung der Erde als System ist als Inhalt heutiger und zukünftigergeowissenschaftlicher Gemeinschaftsforschung dringend gefordert. Die Herausforderungen liegenu.a.in der Erforschung der vielfältigen Interaktionen zwischen den verschiedenen Teilbereichen des Systems Erde. Hierzu zählen Wechselwirkungen zwischen fester Erde und Atmosphäre, zwischen der Landoberfläche und der Hydrosphäre oder zwischen Biosphäre, Hydrosphäre und Atmosphäre.

Der Mensch steht dabei mit seinen zentralen Nutzungsansprüchen (Ernährung – landwirtschaftliche Nutzung – Ressourcennutzung–Energieversorgung) im Mittelpunkt eines vielfach vernetzten Erdsystems. Der Mensch verändert Landschaften und Atmosphäre und greift somit in alle Skalenbereiche des Erdsystems ein. Insofern müssen diese Veränderungen beobachtet und bewertet werden, damit Konzepte für ein nachhaltiges Erdsystemmanagement auf den unterschiedlichen Raum- und Zeitskalen entwickelt werden können.Die neuen Geoinformationstechniken (Geostatistik; Geographische Informationssysteme – GIS; luft- undsatellitengestützte Fernerkundungssysteme – Remote Sensing) helfen dabei,das System Erde zu beobachten und zu begreifen.

Der vorliegende Band mit dem Titel„Anbaukonzepte für Energiepflanzen in Zeiten des Klimawandels“von Christine von Buttlar, Marianne Karpenstein-Machan und Roland Bauböck greift ein aktuelles Problem der Klimafolgenforschung auf und knüpft an den bereits erschienenen ERDSICHT-Band „Bioenergie im Landkreis Göttingen. GIS-gestützte Biomassepotenzialabschätzung anhand ausgewählter Kulturen, Triticale und Mais“ thematisch an.

Die Kernfrage dabei ist, welche konkreten Auswirkungen der Klimawandel auf regionaler Ebene(z.B. Agrarproduktion, Energieversorgung)habenwirdund wiewir uns andie daraus resultierenden Problemeanpassen können?Hierzu sind neue Managementstrategien für unsere Landwirtschaft und Energieerzeugung gefragt. Das vorliegende Buch in der Reihe „ERDSICHT“ fasst die Ergebnisse des interdisziplinären Forschungsprojektes „Regionales Management von Klimafolgen durch nachhaltige standort- und klimaangepasste Anbaukonzepte für Energiepflanzen“ zusammen und liefert wichtige Kernaussagen für zukünftige Entscheidungsträger.

Martin Kappas

Inhaltsverzeichnis

Vorwort des Herausgebers

Abkürzungsverzeichnis

1 Einleitung und Zielstellung

1.1 Forschungsverbundprojekt „Klimafolgenmanagement“

1.2 Teilprojekt Energiepflanzen

2 Material und Methoden

2.1 Gebietsübersicht und Standortbedingungen der Leitgebiete

2.2 CLM Daten und Klimaszenarien

2.3 Beschreibung des Klimas und der phänologischen Phasen unterschiedlicher Kulturen im Ist-Szenario

2.4 Ertragsdaten des Landesamtes für Statistik Niedersachsen

2.5 Ertragsmodellierung mit BioSTAR

3 Bestandsaufnahme

3.1 Vom Klimawandel betroffene Produktionsfaktoren des Pflanzenbaus

3.2 Keimtemperaturen, Wasserbedarf und kritische Entwicklungsstadien landwirtschaftlicher Kulturen

3.3 Ertragsentwicklung und Klimawandel seit 1961 bis heute

3.4 Ertragsentwicklungen und Extremjahre seit 1949 bis heute

3.5 Aktuelle Ackerkulturen und Fruchtfolgen in der Metropolregion

3.6 Standorteigenschaften, aktuelle Erträge und Energiefruchtfolgen in den Leitgebieten

3.7 Kulturensteckbriefe

3.8 Energetische Einsatzbereiche von Ackerkulturen

4 Ergebnisse der Zukunftsszenarien für die Leitgebiete

4.1 Klimaänderungen in den Leitgebieten

4.1.1 Niederschläge und Temperatur

4.1.2 Wärmesummen

4.1.3 Frosttage

4.1.4 Auswirkungen auf die Vegetationszeiten

4.2 Modellierung der Ertragsleistung mit dem Pflanzenwachstumsmodell

4.2.1 Modellierte Ertragsszenarien im Leitgebiet Göttingen (Krebeck-Wollbrandshausen)

4.2.2 Modellierte Ertragsszenarien im Leitgebiet Hildesheim (Alfeld)

4.2.3 Modellierte Ertragsszenarien im Leitgebiet Celle (Uetze)

4.3 Exemplarische Simulation von klimatischen Extremjahren und Zusatzbewässerung im Hinblick auf die Ertragsleistung von Silomais und Roggen

4.3.1 Simulation eines Trockenjahres mit reduzierter Niederschlagsmenge

4.3.2 Ertragsstabilität von Mais und Roggen im Vergleich

4.3.3 Einfluss von Zusatzbewässerung auf die Ertragsleistung von Roggen und Silomais

4.4 Zusammenfassende Bewertung der Anpassungsfähigkeit der untersuchten Kulturen im Klimawandel

5 Fruchtfolgegestaltung unter Berücksichtigung des Klimawandels

5.1.1 Grundlagen und Kulturenbeschreibung

5.1.2 Fruchtfolgebeispiele für die nördliche Metropolregion

5.1.3 Fruchtfolgebeispiele für die südliche Metropolregion

5.1.4 Zusammenfassende Bewertung der Fruchtfolgebeispiele

6 Acker- und pflanzenbauliche Massnahmen zur Anpassung an den Klimawandel

6.1 Grundlagen und Maßnahmenübersicht

6.2 Fruchtartenwahl und Fruchtfolgegestaltung

6.2.1 Fruchtartenwahl

6.2.2 Fruchtfolgegestaltung

6.2.3 Sortenwahl

6.3 Bestandesführung

6.3.1 Angepasste Saat- und Erntetermine

6.3.2 Angepasstes Düngemanagement

6.3.3 Integrierter Pflanzenschutz

6.4 Maßnahmen der Bodenbearbeitung

6.4.1 Überblick

6.4.2 Konventionelle Bodenbearbeitung

6.4.3 Reduzierte Bodenbearbeitung

6.4.4 Direktsaatverfahren

6.5 Aussaat- und Pflanzverfahren

6.5.1 Überblick

6.5.2 Engsaatverfahren

6.5.3 Untersaatverfahren

6.5.4 Dammkultur

6.5.5 Folienanbau

6.6 Pflanzenzüchtung

6.7 Ökologischer Landbau

6.8 Nutzung von Agrarinformationsdiensten

7 Zusammenfassung und weiterer Forschunsgbedarf

8 Abstract

9 Literaturverzeichnis

Abkürzungsverzeichnis

A1B

Klimaszenario (Zeiträume 2021-2050 sowie 2071-2100)

BBCH

Entwicklungsstadien

BFI

Blattflächenindex

BioSTAR

Biomass Simulation Tool for Agricultural Resources

BMBF

Bundesministerium für Bildung und Forschung

BTL

Biomass to Liquid

C

Kohlenstoff

CC

Cross Compliance

CCM

Corn Crob Mix

CLM Modellierung

Climate Local Model-Daten

CO2

Kohlenstoffdioxid

dt

Dezitonne

DWD

Deutscher Wetterdienst

ETK

Evapotranspirationskoeffizient

FAO (and Water Division)

Food and Agriculture Organization of the United Nations

Ff

Fruchtfolge

GIS

Geoinformationssysteme

Gö

Göttingen

GPS

Ganzpflanzensilage

ha

Hektar

HAWK

Hochschule für angewandte Wissenschaft und Kunst

Hi

Hildesheim

I+K-Plattform

Internetportal Klimafolgenmanagementprojekt

IPCC

Intergovernmental Panel on Climate Change

IZNE

Interdisziplinäres Zentrum für Nachhaltige Entwicklung der Universität Göttingen

K

Kalium

kg

Kilogramm

KUP

Kurzumtriebsplantage

l

Liter

LBEG

Landesamt für Bergbau, Energie und Geologie

LBG

Landsberger Gemenge

LG

Leitgebiet

LK

Landkreis

LSKN

Landesbetrieb für Statistik und Kommunikationstechnologie Niedersachsen

Mf

Marktfrucht

Mg

Magnesium

mm

Millimeter

N

Stickstoff

Nd.

Niederschlag

nFK

nutzbare Feldkapazität

nFKWe

nutzbare Feldkapazität des effektiven Wurzelraumes

NO2

Stickstoffdioxid

P

Phosphor

pH

pH-Wert, Maß für den sauren oder basischen Charakter einer wässrigen Lösung

PK

Phospor-Kali

RA

Winterraps

RME

Rapsmethylester

RO

Roggen

RS-US

Rotschwingel-Untersaat

S

Schwefel

Sommerhj.

Sommerhalbjahr

SWOT-ANALYSE

Stärken- Schwächen-Analyse

t

Tonne

Temp.

Temperatur

TM

Trockenmasse

UE

Celle (Uetze)

US

Untersaat

W

Winter

WG

Wintergerste

WG-US

Weidelgras-Untersaat

Winterhj.

Winterhalbjahr

WI-US

Wicken-Untersaat

WW

Winterweizen

ZR

Zuckerrüben

1Einleitung und Zielstellung

1.1Forschungsverbundprojekt „Klimafolgenmanagement“

Das vorliegende Buch„Regionales Management von Klimafolgen durch nachhaltige standort- und klimaangepasste Anbaukonzepte für Energiepflanzen“wurde imRahmen des vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderten Verbundprojektes „Regionales Management von Klimafolgen in der Metropolregion Hannover-Braunschweig-Göttingen“erstelltund deckt im Kontext des großen Verbundprojektes den Arbeitsbereich Energiepflanzenanbauab.

Das Forschungsverbundprojektist Bestandteil der Fördermaßnahme „klimazwei – Forschung für den Klimaschutz und Schutz vor Klimaauswirkungen“ des Rahmenprogramms des BMBF: „Forschung für Nachhaltigkeit“. Das dreijährige Projekt wurde im Juni 2011 beendet.Eswurde das primäre Ziel verfolgt, eine übertragbare Methodik für die Entwicklung von Managementstrategien zur Klimaanpassung zu erarbeitenund in ausgesuchten Teilräumen der Metropolregion umzusetzen. Dabei wurde eine enge Zusammenarbeit und Vernetzung zwischen Wissenschaft und Praxis angestrebt.

Um diese Ziele zu erreichen,wurden die Arbeitsbereiche „Basiswissen“, „Wirkungsbereiche“ sowie „Networking/Bildung“ 7 Teilprojekten zugeordnet. Abbildung 1 zeigt die Struktur des Verbundprojektes.Im Teilprojekt „Energiepflanzen“ (FE2) wirkten die Forschungsinstitutionen Landesamt für Bergbau, Energie und Geologie (LBEG), das Interdisziplinäre Zentrum für Nachhaltige Entwicklung der Universität Göttingen (IZNE), die Hochschule für angewandte Wissenschaft und Kunst (HAWK) und die Geo-Net Umweltconsulting GmbH zusammen. In diesem Teilprojekt wurden auf der Basis der bereitgestellten Klimaprognosen durch die Meteorologiegruppe (FE1) Strategien für den Energiepflanzenanbau und die -nutzung vor dem Hintergrunddes Klimawandels erarbeitet.

Abbildung1: Struktur des Forschungsverbundprojektes (www. klimafolgenmanagement.de)

1.2Teilprojekt Energiepflanzen

Schwerpunktdes Teilprojektes „FE 2Energiepflanzen“ ist die Entwicklung vonKonzepten zur Sicherung einer nachhaltigen Biomasseproduktion und Bioenergieerzeugung unter veränderten Klimabedingungen.

Die meteorologischen Grundlagenzur prognostizierten Klimaveränderungwurdendurch die UniversitätHannoverim Teilprojekt1in Form von Climate Local Model-Daten(CLM-Daten)weiter bearbeitet und als hoch auflösende regionale Klimadatenmit einerAuflösungvon1x1 km für drei Zeiträume, 1961-1990(Ist-Zustand), 2021-2050 (Ende der ersten Hälfte des Jahrhunderts) und 2071-2100 (Ende der zweiten Hälfte des Jahrhunderts)für die Projektpartnerundfür die darauf aufbauendenweiteren Bearbeitungsschritteim Teilprojekt Energiepflanzen (Abb. 2)bereitgestellt.

Abbildung2:Struktur und Arbeitsbereiche des Teilprojektes Energiepflanzen (www.klimafolgenmanagement.de)

Schwerpunktder Arbeitendes IZNEinnerhalb dieses Projektesist die Bewertung dieser prognostiziertenKlimafolgen für den Anbau von Energiepflanzen innerhalb der Metropolregion.

In einem ersten Schrittwirdeine Bestandsaufnahme zur Erfassung der Anbaubedingungen in der Metropolregion im Hinblick auf die Standorteigenschaften der potenziell zur EnergieerzeugunggeeignetenEnergiepflanzen durchgeführt.

§Es erfolgt eine Auswertung der Klimadatenfür die Vegetationszeiten derwichtigsten Kulturen der Metropolregionentsprechend ihrerunterschiedlichenTemperaturansprüche im Hinblick auf die künftigen Anbaubedingungen.

§Vertiefend werdenfür drei repräsentative Leitgebietein der Metropolregion für standortangepassteEnergiepflanzen Ertragsprognosenfür dreiZeiträume (Ist-Zustand,2021-2050und2075-2100)mit einem Pflanzenwachstumsmodellmodelliert.Anhand derstatistischen Datender Metropolregion erfolgteine ValidierungdeseingesetztenPflanzenwachstumsmodells „BioSTAR“vonBAUBÖCK(2010, 2013).

§Aufbauend auf den Erkenntnissen aus denKlimaprognosen, der Wachstums- und Entwicklungsgeschwindigkeit und der Erträge der Energiepflanzen auf Basis der pflanzenbaulichen Modellierung in den drei Prognosezeiträumenwerdenregional angepasste Fruchtfolgenfür zwei in der Metropolregion typische Standorteigenschaftenentwickelt.DieseFruchtfolgen werden für unterschiedliche „Produktlinien“ zur Erzeugung von Bioenergie ausEnergiepflanzenentwickelt.Berücksichtigt werden Biogas-,Ethanol-, Biodiesel-und BTL-orientierte Fruchtfolgen als reine Energiefruchtfolgen sowie als Mischfruchtfolgen mit Marktfrüchten. Für die thermische Nutzung werden Dauerkulturen vorgeschlagen.

§AbschließendwerdenMaßnahmen zur Kulturartenwahl, Fruchtfolgegestaltung, Düngeplanung, Bodenbearbeitung  und Pflanzenzüchtungvorgeschlagen und Empfehlungen ausgesprochen. Es werdensowohldiePerspektivenzur Optimierungals auchdieGrenzen der Anpassungaufgezeigt.

Die wichtigsten Ergebnissesind auchauf derim Rahmen des Forschungsvorhabens entwickelteninternetbasierten Informations- und Kommunikationsplattform (I+K-Plattform: www.klimafolgenmanagement.de) für Gemeinden, Verwaltungen und andereEntscheidungsträgerverfügbar.

2Material und Methoden

2.1Gebietsübersicht und Standortbedingungen der Leitgebiete

Die folgende Abbildung stellt die Lage der Metropolregion Hannover-Brauschweig-Göttingen-Wolfsburgim südöstlichen TeilNiedersachsens sowie die Lage der drei für vertiefende Untersuchungenausgewählten Leitgebiete dar:

Abbildung3:Lage der Metropolregion und der Leitgebiete in Niedersachsen

Derim südlichen Teil der Metropolregion gelegeneLandkreisGöttingenrepräsentiertlandwirtschaftlich ertragreicheBödenmitmittlerennutzbarenFeldkapazitätenvon 183 mmund im Mittel 62 Bodenpunktenbei gleichzeitig mittlerem bis hohem Niederschlagsniveau.Die Gemeinde Krebeck-Wollbrandshausen dient in diesem Leitgebiet als Modellgemeinde für weiterführende Untersuchungenz.B. für die Ertragsmodellierungenvor dem Hintergrund des Klimawandels.

Derim zentralen Bereich der Metropolregion gelegeneLandkreisHildesheimweistmit Göttingen vergleichbare Klimabedingungenabermitgeringerenmittlerennutzbaren Feldkapazitäten von 132 mmund geringerenBodenpunkten(54)auf.Die Gemeinde Alfeld dient im Landkreis Hildesheim als Modellgemeine für weiterführende Untersuchungen.

Im nördlichen Bereich der MetropolregionimLandkreisCelleüberwiegensandige BödenmitnutzbarenFeldkapazitätenvon im Mittel 113mm und 54 Bodenpunktenbei gleichzeitigim Vergleich zu den anderen Leitgebietengeringem Niederschlagsniveau.Hier werden dieinder Metropolregion höchsten Jahresmitteltemperaturengemessen.Das LeitgebietCellestellt schonheute ein klassisches BeregnungsgebietdarundohneZusatzbewässerungwürdendeutlichgeringereErtragsleistungenalsdiein der Statistik des Landes ausgewiesenen Erträgeerreicht.Die Gemeinde Uetze dient im Leitgebiet Celle als Modellgemeinde für weiterführende Untersuchungen z. B. zur Ertragsmodellierung.

2.2CLM Daten und Klimaszenarien

Zur Beschreibung von Auswirkungen des Klimawandels auf die künftigen Anbaub