Full Article - Journal für Kulturpflanzen

Pflanzenbauwissenschaften, 5 (2), S. 64– 74, 2001, ISSN 1431-8857, © 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 16 000 ha in Kultur (CHRISTERSSON
1999) – befindet sich die Nutzung der vielversprechenden Baumgattung Pappel (Populus L.) im Versuchsstadium. Typische Umtriebszeiten bei Populus belaufen sich
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Kauter et al., Pappeln in Kurzumtriebswirtschaft 65
auf 3 bis 6 Jahre bei Pflanzdichten zwischen 2 000 und
25 000 Pflanzen ha–1. Ertragserwartungen sind zwischen
10 und 15 Tonnen Trockenmasse je Hektar und Jahr (t TM
ha–1a–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,
Salicaceae
Familie
Wichtige Vertreter
Sektion
Gattung
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 (SCHIRMER 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-
Populus
Salix
Aigeiros
(Schwarzpappeln)
Tacamahaca
(Balsampappeln)
Leuce (oder Populus)
(Aspen und Silberpappeln)
P. nigra
Mittelmeerraum
P. deltoides
Osten Nordamerikas
P. angulata
Süden Nordamerikas
P. maximowiczii
Bsp. für zahlr. ostasiatische Vertreter
P. trichocarpa
Nordamerika
P. balsamifera
Nordamerika
Trepidae
(Aspen od. Zitterpappeln)
P. x jackii (0deltoides x P. balsamifera)
Nordamerika
P. x canadensis
(P.deltoides x P.nigra)
P. x robusta
(P.angulata xP. nigra)
P. tremula
Eurasien
P. tremuloides
Nordamerika
P. grandident ata
Nordamerika
Leucoides
Turanga Abaso
Albidae
(Weiß- oder Silberpappeln)
P. alba
Mittelmeerraum
P. x canescens (P. tremula x P. alba)
Graupappel; Nord- u. Osteuropa
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.
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P. tremula
P. tremuloides
P. grandidentata
wichtige Vertreter
10 – 15
+++
–
++++
Waldbaumcharakter
Stecklingsbewurzelung
Wurzelbrutbildung
+
+
>120
+ bis ++
+++
+
Kulmination des Zuwachses
im Alter von n Jahren
Empfindlichkeit gegen
– Früh- und Spätfrost
– Dichtstand
– Nährstoffversorgung
– Wasserversorgung
– Durchschnittstemperatur in
Vegetationszeit
– Vegetationszeit [Tage]
auch wechselfeuchte und
staunasse Böden
Eurasien, Mittelmeerraum
und Nordamerika
natürlicher Verbreitungsschwerpunkt
Ansprüche an
– Boden
Trepidae
(Aspen)
Subsektion bzw.
Hybridgruppe
+
++
+
+++
++
+++
++++
gut durchlüftet
P. alba
Mittelmeerraum und
westl. Asien
Albidae
(Weißpappeln)
Leuce
(Weiß- , Zitter-, und Graupappeln)
Sektion
++
+
+
++
++
>140
+++
+++
++
auch schwach verdichtete
und schwere Böden
P. K canescens
nördliches und östliches
Europa
Hybriden
(Graupappeln)
+
++
+
++++
++++
4 – 10
10 – 15
–
–
+++
++++
+++
>130 (bis >8 Monate grün)
+++
++++
>150
pH 4,5 – 6,5, auch wechselfeuchte
Böden, geringere Ansprüche als
Aigeiros
+++
+++
P. maximowiczii
P. trichocarpa
P. balsamifera
Nordamerika und Ostasien
Tacamahaca
(Balsampappeln)
>pH 6, tiefgründig, gute und
gleichmäßige Wasser- und
Sauerstoffversorgung
++++
++++
P. nigra
P. deltoides
P. angulata
Mittelmeerraum und westl. Asien,
milde Gebiete Mitteleuropas und
Nordamerikas
Aigeiros
(Schwarzpappeln)
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).
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).
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Pflanzenbauwissenschaften 2/01
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. K canadensis
MOENCH zugestellt, für den auch die Bezeichnung P. K
euramericana (DODE) GUINIER üblich ist. Auch P. K robusta C. K. SCHNEIDER, die Hauptart über viele Jahrzehnte, ist ein euramerikanischer Schwarzpappelhybrid.
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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. K 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. K jackii SARGENT 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 m3 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
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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 StoutSchreiber-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 250 000 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 ,IEABioenergy‘ setzten Forschungsarbeiten 1977 ein, über die
ZSUFFA & GAMBLES (1992) einen Überblick geben.
Bis auf wenige Ausnahmen wie die Mehrklonsorte P. K
,Max‘ (P. maximowiczii K 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 K 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.
Pflanzenbauwissenschaften 2/01
Kauter et al., Pappeln in Kurzumtriebswirtschaft 69
Düngung
Art, Klon
Standort
Brennstoffqualität
Ernte
Bestandesdichte
Rotationsdauer
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,
N: 87
P: 15
K: 68
Mg: 14
Ca:104
Äste und Zweige
(4,5 [4,1/5,6* ])
(0,7 [0,7/1,0* ])
(3,6)
(0,7)
(5,4 [5,4/0,9* ])
* Stamm / Äste u. Zw eige,
Dezember der 3.
Vegetationsperiode
Wurzeln
N: 36 (7,8)
P: 3 (1,6)
Ca:
(5,7)
Blätter (August):
N: 57 (24,0)
P: 4 (1,0)
K:
(16,0)
Mg:
(2,3)
Ca:
(13,3)
Düngung:
N: 80
P: 42
Blattfall:
N: 28
P: 4
Atmosphäre:
N: 15
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 K 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 K P. deltoides ‘Beaupré’. If not otherwise indicated data is for the winter following the fourth
growing season. Data taken from BUNGART (1999), modified.
Pflanzenbauwissenschaften 2/01
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
$XI=XZDFKV >GW 70 KD
Alter [a]
PLWWOHUHU 6WDPPGXUFKPHVVHU >FP@
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.
*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 K 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 K
P. deltoides clones (‘Raspalje’, ‘Boleare’, ‘Hunegem’, ‘Beaupré’) on
different sites. 2000 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 15 – 17 % bei zweijährigen
auf 12 – 14 % 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 NKonzentrationen 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 NKonzentration 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
Pflanzenbauwissenschaften 2/01
Kauter et al., Pappeln in Kurzumtriebswirtschaft 71
1 ,8
Stammrinde
Stammholz
lebende Äste
1 ,6
abgestorbene Äste
1 ,4
1 ,2
1
0 ,8
gesamte Spannw eite
P. trichocarpa (6 Klone)
0 ,6
P. trichocarpa x P. deltoides (2 Klone)
0 ,4
P. x Robusta
0 ,2
R
T
T x D
SW
R
T
T x D
SW
R
T
T x D
SW
R
T
T x D
SW
0
Abb. 5: Spannweiten der N-Konzentrationen [% in TM] in verschiedenen Erntekompartimenten verschiedener Klongruppen nach HEILMAN & STETTLER (1986). SW = gesamte Spannweite; T = P. trichocarpa; T K D = P. trichocarpa K P. deltoides; R = P. K 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 K D = P. trichocarpa K P. deltoides; R = P. K 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. K robusta (R) weist in allen Ertragsanteilen die höchsten Konzentrationen auf, die Gruppe der P. trichocarpa K P. K deltoides-Klone (T K D) liegt
deutlich darunter. Die mit sechs Vertretern größte Gruppe
der P. trichocarpa-Klone (T) umfasst Vertreter, die Konzentrationen unter denen der T K D-Klone aufweisen, aber
auch solche, die diese deutlich übersteigen, allerdings
nicht das Niveau von P. K robusta erreichen. Tabelle 2
zeigt, dass die Gruppe der T K 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
bei den T K D-Klonen, besonders bei der ertragsstarken
Gruppe. Bei P. K 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. K 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, REHFUESS 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
ertragsschwache Klone
n geprüfte Klone
Durchschnittlicher jährlicher Ertragszuwachs*
[t TM ha–1 a–1]
N-Nutzungseffizienz**
P-Nutzungseffizienz**
Ca-Nutzungseffizienz**
ertragsstarke Klone
P. trichocarpa K
P. deltoides
3
7 – 14
3
16 – 18
2
27 – 28
310 – 380
2000 – 2500
290 – 400
320 – 420
2000 – 2100
340 – 400
260 – 270
1000 – 1400
380 – 420
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
Pflanzenbauwissenschaften 2/01
P. K robusta
1
11
180
1100
280
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 KGaben 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 NKonzentrationen 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.
Pflanzenbauwissenschaften 2/01
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
Mildes bis warmes Klima, lange Vegetationszeit.
Gute und gleichmäßige Wasserversorgung, kein
Stauwasser. Gut durchlüftete Böden mit Bodenwertzahlen ab 55. Gute Nährstoffversorgung,
auch aus Düngung.
Mittelgebirgslagen. Gute Wasserversorgung,
zeitweise Staunässe wird toleriert. Bodenwertzahlen ab 30. Düngung im Alter starken Wachstums.
Pflanzenmaterial
Balsampappelhybriden und Hybriden aus Balsam- Aspenhybriden
und Schwarzpappeln
Rotationsdauer und Pflanzdichte
Wenigstens 7 Jahre bei 5000 bis 6500 Pflanzen
ha–1.
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. Even- Hohe Anlagekosten. Lange Zeitspanne bis zur
tuell Schwierigkeiten mit automatisierten Erntever- ersten Ernte. Bislang keine automatisierten Ernteverfahren.
fahren.
Qualität
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.
*durchschnittlicher jährlicher Ertragszuwachs
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Eingegangen am 23. Oktober 2000;
angenommen am 07. Dezember 2000
Anschriften der Verfasser:
Dipl.-Ing. agr. D. Kauter, Dr. Iris Lewandowski, Prof. Dr.
W. Claupein, Institut für Pflanzenbau und Grünland (340), Universität Hohenheim, D-70593 Stuttgart
Pflanzenbauwissenschaften 2/01