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Bitte beziehen Sie sich beim Zitieren dieses Dokumentes immer auf folgende
URN: urn:nbn:de:bsz:25-opus-86309
URL: http://www.freidok.uni-freiburg.de/volltexte/8630/


Aust, Cisco

Abschätzung der nationalen und regionalen Biomassepotentiale von Kurzumtriebsplantagen auf landwirtschaftlichen Flächen in Deutschland

Assessment of the national and regional biomass potential of short rotation coppice on agricultural land in Germany

Dokument1.pdf (12.234 KB) (md5sum: cde8b9f0382ac7bdd9affe87975b4b94)

Kurzfassung in Deutsch

Durch den zunehmenden Ausbau der erneuerbaren Energien wird der Bedarf an Energieholz auch in Zukunft weiter ansteigen. Da die Ressourcen aus den heimischen Wäldern jedoch begrenzt sind, werden inzwischen verstärkt weitere Möglichkeiten der Energieholzproduktion in Betracht gezogen. Eine dieser Möglichkeiten ist der Anbau von schnellwachsenden und wiederausschlagfähigen Baumarten im Kurzumtrieb. Diese sogenannten Kurzumtriebsplantagen (KUP) werden vorwiegend auf landwirtschaftlichen Flächen in Rotationen von in der Regel 3-5 Jahren angebaut. Eine Abschätzung welche landwirtschaftlichen Flächen in Deutschland standörtlich, als auch unter Berücksichtigung weiterer Restriktionen, für Kurzumtriebsplantagen geeignet sind und wie viel Biomasse darauf jährlich bundesweit produziert werden könnte, wurde bislang noch nicht durchgeführt. Im Rahmen dieser Arbeit wurde deshalb abgeschätzt, wie hoch die Flächen- und Biomassepotentiale von Pappel- und Weidenkurzumtriebsplantagen auf den Acker- und Dauergrünlandflächen in Deutschland sind. Ebenso wurden auf Grundlage von detaillierteren Bodenkarten die KUP-Potentiale für Baden-Württemberg sowie für vier Gemeinden in Baden-Württemberg abgeschätzt. Hierzu wurde im ersten Schritt ein Ertragsmodell erstellt, anhand dessen die erzielbaren Trockenmassezuwächse pro Jahr und Hektar in Abhängigkeit von der Wasserverfügbarkeit abgeschätzt werden können. Dieses basiert auf den erhobenen Standorts- und Zuwachsdaten von insgesamt 62 dreijährigen KUP in Baden-Württemberg, Rheinland-Pfalz und Frankreich. Aufbauend auf dem Ertragsmodell und unter Berücksichtigung des Einflusses der Lufttemperatur auf das Wachstum von KUP, wurden unter Verwendung von Geländemodellen, Boden- und Klimakarten die standörtlichen KUP-Potentiale abgeschätzt. Hierbei zeigt sich, dass in Deutschland ca. 2,1 Mio. ha Ackerland (18 %) und ca. 2,5 Mio. ha Dauergrünland (54 %) standörtlich gut für Kurzumtriebsplantagen mit Pappeln und Weiden geeignet sind.

Neben der Abschätzung des standörtlichen Potentials wurden weitere Restriktionen berücksichtigt, die das KUP-Potential in Deutschland beeinflussen. Hierzu zählen technische Einschränkungen für die maschinelle Bewirtschaftung von KUP durch die Hangneigung, ethische Einschränkungen aufgrund der möglichen Flächenkonkurrenz zur Nahrungs- und Futtermittelproduktion, sowie ökologische Einschränkungen durch bestehende Schutzgebiete. All diese Restriktionen wurden anhand von digitalen Geländemodellen, Ackerzahl- und Schutzgebietskarten klassifiziert und mittels eines Geographischen Informationssystems mit dem standörtlichen Potential verschnitten. Als Ergebnis zeigt sich, dass nur noch ca. 680.000 ha Ackerland (5,7 %) und 1,5 Mio. ha Dauergrünland (33 %) als gut geeignet für die Anlage von KUP anzusehen ist. Nicht berücksichtigt sind beim Dauergrünland jedoch Restriktionen seitens der EG-Verordnung 1782/2003 zum Umbruch von Dauergrünland.

Des Weiteren wurde anhand von zwei Szenarien und von Literaturquellen aufgezeigt, dass für eine wirtschaftlich rentable Bewirtschaftung von KUP in der Regel ein durchschnittlicher Zuwachs von mindestens 8 Tonnen Trockenmasse pro Jahr und Hektar erforderlich ist. Zudem müssen KUP auch gegenüber anderen landwirtschaftlichen Kulturen wirtschaftlich konkurrenzfähig sein um einen signifikanten Flächenanteil belegen zu können. In der Arbeit wurde dementsprechend mittels Karten visualisiert welche Ackerflächen diesen Kriterien entsprechen.

Um den Einfluss des Klimawandels auf das KUP-Potential zu erfassen wurde mittels modellierter Niederschlags- und Temperaturänderungen, auf Basis des WETTREG Modells und des IPCC A1B Szenarios, das standörtliche KUP-Potential für die Zeitperioden 2021-2050 und 2071-2100 abgeschätzt. Die Ergebnisse zeigen, dass sich die Potentiale voraussichtlich mehr in Richtung der höheren Lagen der Mittelgebirge verschieben werden. Dies liegt vor allem an den dort vorhandenen höheren Niederschlägen bei gleichzeitig höheren und damit günstigeren Lufttemperaturen.


Kurzfassung in Englisch

With the increasing development of renewable energies, the demand for energy wood will also further increase in the future. As resources are limited from the local forests new opportunities for the energy wood production are considered. One of these is the cultivation of fast growing tree species in short rotations. These so-called short rotation coppices (SRC) are mainly grown on agricultural land in rotations of usually 3-5 years. But an assessment how much arable land in Germany is suitable for the cultivation of short rotation plantations and how much biomass could be nationwide produced by SRC wasn’t yet conducted. As part of this work it was therefore estimated how big the land- and biomass-potential of poplar and willow short rotation plantations on arable and permanent grassland in Germany is. On the basis of more detailed soil maps the SRC-potential for Baden-Württemberg as well as for four municipalities in Baden-Wuerttemberg was also assessed. For this purpose in the first step, a yield model was created, which allows to estimate the achievable dry matter yield per hectare and year on the basis of the water availability. The model is based on the collection of the site condition and growth data from 62 three-year old SRC´s in Baden-Wuerttemberg, Rheinland-Pfalz and France. Based on the yield model and taking into account the influence of the air temperature on the growth of SRC, the site potential was estimated using elevation models, soil and climate maps. It is shown that in Germany about 2.1 million hectares of arable land (18%) and about 2.5 million ha of permanent grassland (54%) are well-suited for short-rotation plantations of poplars and willows.

In addition to the estimation of the site potential further restrictions were taken into account which affects the SRC-potential in Germany. These includes technical restrictions for the mechanical management of SRC, ethical constraints due to the competition for land for food and feed production, and environmental constraints by existing protected areas. All these constraints were derived from digital terrain models and maps of the soil quality and existing protected areas. Afterwards they were classified and clipped with the site potential using a geographical information system. The results show that only approximately 680,000 hectares of arable land (5.7%) and 1.5 million ha of permanent grassland (33%) are suitable for the establishment of SRC. Not included in the potential are restrictions for the permanent grassland by the EC Regulation 1782/2003 for the conversion of permanent grassland.

Furthermore, it was shown using two scenarios and from literature sources, that an economically viable management of SRC requires in average a minimum growth of 8 dry tons per year and hectare. In addition, SRC must also be economically competitive with other agricultural crops for a further significant establishment. It was therefore visualized through maps which arable land fulfils these requirements.

Taking into account the influence of the climate change on the SRC-potential, the SRC site potential for the periods 2021-2050 and 2071-2100 was estimated based on the WETTREG model and the IPCC A1B scenario. The results show that the potentials are more likely to move toward the elevated areas of the mountains. This is mainly due to the higher precipitation and in the same time higher and therefore more favourable air temperatures in these regions.


SWD-Schlagwörter: Kurzumtrieb , Schnellwuchsplantage
Freie Schlagwörter (deutsch): Kurzumtriebsplantage , Energieholz , Potentialabschätzung , Ertragsmodelle
Freie Schlagwörter (englisch): short rotation coppice , energy wood , potential assessment , yield models
Institut: Inst. f. Forstbenutzung u. Forstliche Arbeitswiss.
Fakultät: Fakultät für Forst- und Umweltwissenschaften
DDC-Sachgruppe: Land- und Forstwirtschaft, Veterinärmedizin
Dokumentart: Dissertation
Erstgutachter: Becker, Gero (Prof. Dr. Dr.)
Sprache: Deutsch
Tag der mündlichen Prüfung: 19.06.2012
Erstellungsjahr: 2012
Publikationsdatum: 29.06.2012
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