Grundlage für dieses langfristige Vorhaben war ein Beschluss des Bayerischen Landtags vom April 1989. Darin wird die Staatsregierung beauftragt, „in den verschiedenen Regionen Bayerns auf landwirtschaftlich genutzten Grundstücken Versuchsflächen mit schnellwachsenden Baumarten anzulegen, um Erfahrungen mit dem Anbau, der Wuchsleistung, der Erntetechnik, der Verwertung und der Umweltverträglichkeit schnellwachsender Baumarten zu sammeln. …“. Der Auftrag des Landtags wurde seit 1992 auf acht Versuchsstandorten mit einer Fläche von insgesamt 33 Hektar umgesetzt.
Zuwachsleistungen
Die Abbildung 1 zeigt die Biomasse-Zuwachsleistungen auf der ältesten Versuchsfläche des Projekts in Wöllershof. Auf der acht Hektar großen Fläche wurden fünf fünfjährige Umtriebe sowie zwei zehnjährige Umtriebe abgeschlossen und bonitiert, der Versuchsstandort verfügt außerdem über eine große Zahl von Klonen und Baumarten.
Abb. 1: Gesamtwuchsleistung (in t atro/ha) von Robinie, der Aspensorten Tapiau und Münden sowie von neun Balsampappelklonen im fünfjährigen Umtrieb, Wöllershof 1992-2018.
Bei der Darstellung der kumulierten Gesamtwuchsleistung der gepflanzten Baumarten und Klone in Abbildung 1 über fünf Umtriebszeiten fällt sofort die geringe Steigung der Linien in der ersten Rotation von 1992 bis 1996 auf. Dies liegt vor allem an der nicht konsequent durchgeführten Regulierung der Begleitvegetation. In der zweiten Umtriebszeit nimmt die Steigung der Linien zu, d. h. die Biomasseproduktion in Tonnen absolut trockener Biomasse ist wesentlich höher als in der ersten Rotation. Ab dem zweiten Umtrieb erreichen die angebauten Baumarten und Klone die am Standort Wöllershof mögliche Wuchsleistung. Die Steigung der einzelnen Linien bleibt in den nächsten Rotationen ungefähr gleich, das heißt die Zuwächse der Klone und Baumarten waren auf dem erreichten Niveau konstant hoch. Erst im fünften Umtrieb von 2014 bis 2018 knickt die Mehrzahl der Verläufe etwas ab, die Biomasseleistung ist niedriger als in den Umtrieben zuvor. Dieses Phänomen ist bei den Klonen Max 4, Max 3, Max 1, Fritzi-Pauley und Max 5 zu erkennen, während die Klone Weser 6, Androscoggin und Muhle-Larsen in der Biomasseproduktion nicht nachgelassen haben. Ob dieses Absinken der Biomasseproduktion einen altersbedingten Trend darstellt oder auf die extremen Trockenjahre 2015 und 2018 zurückzuführen ist, kann derzeit noch nicht beantwortet werden.
Die höchste Gesamtwuchsleistung mit 285,6 t atro pro Hektar wies der Klon Max 4 auf. Er hatte über den gesamten Zeitraum von 26 Jahren eine jährliche Biomasseproduktion von 11 Tonnen atro (siehe auch Abbildung 2). Knapp dahinter liegt die Balsampappel Weser 6, dann folgen Max 3 und Max 1. Gut zu erkennen in der Graphik ist, dass die drei Erstgenannten über den gesamten Untersuchungszeitraum die wuchskräftigsten Klone sind, während z. B. die Aspe Münden, die zunächst gut gewachsen ist, nach der zweiten Rotation ins Mittelfeld abrutscht.
Beim zehnjährigen Umtrieb in Wöllershof steigerten mit Ausnahme der Aspe Münden und der Balsampappel Muhle-Larsen alle Klone ihren Zuwachs in der zweiten Rotationsperiode, wobei diese wegen einer verzögerten Ernte zwei Jahre länger war als die erste. Interessant ist, dass die kumulierte Gesamtwuchsleistung nach 22 Vegetationsperioden bei den meisten Klonen deutlich höher ausfällt als beim fünfjährigen Umtrieb zum gleichen Zeitpunkt. So erreichte im zehnjährigen Umtrieb der beste Klon Max 1, der nach Untersuchungen des Amtes für Waldgenetik mit dem Klon Max 4 identisch ist, eine Gesamtwuchsleistung von 304 t atro/ha, während der wuchskräftigste Klon der fünfjährigen Rotation – Max 4 – im gleichen Zeitraum nur auf 238 t atro/ha kam. Dies kann als deutlicher Hinweis dafür gelten, dass zehn Jahre offenbar näher an der zuwachsoptimalen Umtriebszeit von Aspe und Balsampappel liegen.
Auf der Versuchsfläche Wöllershof war vor allem das Zusammentreffen von nicht optimalem Pflanzverband – zu weite Abstände zwischen den Reihen – in Kombination mit nicht ausreichender mechanischer Regulierung der Begleitvegetation für die schwachen Wuchsleistungen der ersten fünfjährigen Rotation verantwortlich. Der zu weite Abstand von 2,5 m zwischen den Reihen verhinderte eine rechtzeitige Beschattung der Begleitvegetation, was zu einer starken Konkurrenz um Wasser, Nährstoffe und Licht führte. Die Begleitvegetation konnte erst mit dem vitalen Wiederaustrieb des zweiten Umtriebs von den angebauten Baumarten und Klonen zurückgedrängt werden. Erst ab der zweiten Rotationsperiode zeigte sich die Leistungskraft des Standortes in Wöllershof.
Abb. 2: Vergleich des durchschnittlichen jährlichen Zuwachses (dGZ) des Pappelklons Max 4 im 5- und 10-jährigen Umtrieb auf verschiedenen Versuchsflächen.
Abbildung 2 zeigt den Zuwachs des Balsampappelklons Max 4 auf den Versuchsflächen der LWF. Sieht man von dem Ausreißer des zehnjährigen Umtriebs in Schwarzenau ab, liegen die dGZs bei Max 4 recht nahe beieinander und reichen von 10 bis ca. 12 Tonnen Zuwachs pro Jahr und Hektar. Der sehr geringe Wuchs in Schwarzenau mit einem dGZ von nur 6 t atro nach zwei Rotationen resultiert aus den schwierigen Verhältnissen dieses trockenen Standorts mit Weinbauklima, die in der ersten zehnjährigen Rotationsperiode zu massiven Anwuchsschwierigkeiten und vielen Ausfällen führten. Erstaunlich wenig Unterschiede im Zuwachs zeigen die anderen Versuchsflächen. Das gute Abschneiden von Coburg, Wöllershof und des fünfjährigen Umtriebs in Schwarzenau im Vergleich zu dem niederbayerischen Lössstandort Reisbach macht klar, dass die Balsampappel nicht unbedingt auf einen guten landwirtschaftlichen Standort angewiesen ist.
Betrachtet man die Wuchsleistungen aller Flächen des Projekts, kann festgestellt werden, dass mit der Balsampappel bei Vermeidung von Anbaufehlern auf den meisten bayerischen landwirtschaftlichen Standorten Zuwächse von 10 - 13 t atro/ha*a über einen Zeitraum von mindestens 30 Jahren möglich sind. Die inzwischen zugelassenen neuen Züchtungen vom Balsampappelklonen lassen in den nächsten Jahren noch steigende Biomasseleistungen erwarten; und das ganz ohne zusätzlichen Aufwand z. B. an Dünger.
Ernte von Kurzumtriebsplantagen
Abb. 3: Kosten pro Tonne atro der eingesetzten Ernteketten.
Im Vergleich zu forstlichen Erntebeständen sind Kurzumtriebsplantagen gekennzeichnet durch sehr hohe Stammzahlen pro Hektar. Nach der ersten Ernte treiben die Stöcke vieltriebig wieder aus, was die Stammzahl noch weiter erhöht. Die Stückmasse pro Trieb ist also sehr gering und die Produktivität bei der Ernte dementsprechend niedrig. Für die Wirtschaftlichkeit von Kurzumtriebsplantagen sind die Erntekosten von ausschlaggebender Bedeutung. Sie fallen in Abhängigkeit vom Ernteverfahren unterschiedlich hoch aus und stellen mit Abstand die größte Kostenposition während einer Umtriebszeit dar. Bei der Ernte der Versuchsflächen im Projekt wurden motormanuelle und hochmechanisierte forstliche Ernteverfahren durch Zeitstudien untersucht. Abbildung 3 zeigt den Vergleich der Kosten der eingesetzten Ernteketten, differenziert nach Fällen, Rücken und Hacken.
Im zehnjährigen Umtrieb fallen die Kosten aufgrund des Stück-Masse-Gesetzes geringer aus als im fünfjährigen und liegen bei drei der getesteten Erntesysteme um die 40 €/t atro. Ob Harvester mit oder ohne Sammelaggregat spielt hier keine so große Rolle wie im fünfjährigen Umtrieb.
Relativ hohe Kosten verursachte der Einsatz des Harwarders in Schwarzenau 2015, welcher um die zehn Jahre alten Bäume in zwei Arbeitsschritten (erst Krone, dann Stamm) fällte und auf diese Weise seine Produktivität im Vergleich zum U5 nicht erhöhen konnte. Bei nur einem Fällvorgang pro Baum wie 2013 in Neuhof, wo nur 0,02 Fällschnitte pro kg Frischmasse benötigt wurden, statt 0,04 in Schwarzenau, schneidet der Einsatz des Harwarders in dem absätzigen Verfahren von Ernte und anschließendem Rücken und Hacken von den Kosten her recht gut ab.
Die geringsten Erntekosten verursachen in der Regel die landwirtschaftsähnlichen Mähverfahren, von denen keines in der dritten Phase des Projekts getestet wurde. Die Mähverfahren sind aber ab einer Umtriebszeit von 4 – 5 Jahren nicht mehr einsetzbar und produzieren außerdem sehr feuchte Hackschnitzel, die sofort technisch getrocknet werden müssen.
Abb. 4: KUP während der Ernte. Frank Burger (LWF)
Bodenphysik in der KUP
Nach 20 Jahren Standzeit wurden auf der Versuchsfläche Wöllershof und auf dem unmittelbar angrenzenden Acker bodenphysikalische Untersuchungen durchgeführt. Ziel der Untersuchungen war, den Einfluss der Baumwurzeln und der relativ hohen Bodenruhe in der KUP auf die Entwicklung der Bodenstruktur im Vergleich zum Acker anhand bodenphysikalischer Kennwerte wie Pflugsohle, Wassergehalt, Sättigungsrate, Saugspannung, Eindringwiderstand und Leitfähigkeiten für Wasser und Luft nachzuweisen.
In den Jahren seit Etablierung der Kurzumtriebsplantage hat sich der Boden nachweisbar positiv entwickelt. Die vorherige Nutzung als Acker ist anhand der bis auf 40 cm Tiefe eingearbeiteten Humusanteile noch deutlich zu erkennen. Seine Eigenschaften haben sich jedoch grundlegend verändert. Die reduzierten Eindringwiderstände unter der KUP lassen auf erheblich günstigere Lagerungsdichten schließen. Dies bewirkt eine bessere Funktionalität des Bodens, die mit wesentlich besseren Leitfähigkeiten für Wasser und Luft nachgewiesen wurde. Unter dem Bestand entwickelt sich dank günstiger Streu und einem adäquaten Mikroklima eine günstigere Humusform. Auch ein aktiveres Bodenleben lässt sich durch die Häufigkeit von Regenwürmern und starke Durchwurzelung unter dem Bestand belegen.
Abb. 5: Die KUP-Versuchsfläche in Wöllershof ist die älteste in Bayern. Foto: Frank Burger (LWF)
Faunistische Untersuchungen
Auf der Kurzumtriebs-Versuchsfläche bei Wöllershof wurde die Spinnentier- und Laufkäferfauna mithilfe von Bodenfotoeklektoren und Bodenfallen in den Jahren 1995 bis 2021 bei 5-jährigem Untersuchungsintervall jeweils von Ende April/Anfang Mai bis Ende Oktober/Anfang November sowie zusätzlich im Winter 2006/2007 (November bis April) in jeweils vierwöchigen Fangperioden erfasst. Vergleichend bezog man angrenzende Waldbereiche und einen angrenzenden Acker in die Untersuchungen ein.
Insgesamt wurden 197 Spinnenarten (144 auf der Versuchsfläche), 13 Weberknechtarten (11 auf der Versuchsfläche) und 5 Pseudoskorpionarten (3 auf der Versuchsfläche) sowie 58 Laufkäferarten (46 auf der Versuchsfläche) nachgewiesen. Darunter befinden sich summarisch folgende Rote-Liste-Arten: vier auf der deutschen Roten Liste der Spinnen Deutschlands und elf auf der Roten Liste der Spinnen Bayerns, eine auf der Roten Liste der Pseudoskorpione Bayerns sowie drei auf der Roten Liste der Laufkäfer Deutschlands und sechs auf der Roten Liste der Laufkäfer Bayerns.
Die einmalige Erfassung der winteraktiven Fauna 2006/07 erhöhte die Spinnenartenzahl allein um 21 Arten (7 auf der Versuchsfläche) und brachte deutliche Erkenntnisgewinne zur Spinnen-, Weberknecht- und Pseudoskorpionfauna.
Ein Vergleich der Daten von 1995, 2000, 2006, 2011, 2016 und 2021 zeigt auf der Basis von Einzelarten deutliche Veränderungen der Fauna auf der Versuchsfläche sowie im angrenzenden Wald. Die Sukzession der Fauna schreitet auch knapp 30 Jahre nach Anlage der Versuchsfläche weiter fort, wobei die Artenzahlen auf der Versuchsfläche mittlerweile tendenziell sinken. Es hat sich eine verarmte Waldfauna etabliert.
Die Auswertung mithilfe von Clusteranalysen auf Basis von Ähnlichkeitsindizes zeigt eine deutliche Entwicklung der Spinnen- und Laufkäferfauna der Versuchsfläche von anfänglichen Ähnlichkeiten zur Ackerfauna hin zu einer größeren Ähnlichkeit der KUP mit der Fauna angrenzender Waldbereiche.
Die Waldbindung der auf der Versuchsfläche erfassten Spinnen und Laufkäfer nahm seit 1995 zu, stagniert aber mittlerweile und erreicht nicht das Niveau wie in den benachbarten Waldflächen. Die Artenzahlen und Anteile von Arten mit Schwerpunkt im Wald bleiben auf der Versuchsfläche niedriger als in den Waldvergleichsflächen.
Floristische Untersuchungen
Die Entwicklung der Anteile verschiedener Lebensformen, soziologischen Artgruppen und typischen Waldarten zeigt im Beobachtungszeitraum (1993–2016) eine Entwicklung der KUP Wöllershof hin zu größerer Naturnähe. Während die frühen Entwicklungsstadien viele einjährige Ruderalpflanzen und nur wenige typische Waldarten beherbergen, nehmen mit dem Alter der KUP die Anteile ausdauernder Waldarten zu. In Wöllershof konnten sie aus dem auf der Fläche vorhandenen Hohlwegbiotop und den angrenzenden Wäldern einwandern.
Betrachtet man die langjährige Entwicklung der Vegetation in der KUP in Wöllershof, ist der von Ernteterminen geprägte zyklische Verlauf offensichtlich. Die mehrfachen Ernten und der damit verbundene erhöhte Lichtgenuss verändern die Artzusammensetzung immer wieder kurzfristig in Richtung des Ausgangszustands. Mit zunehmender Beschattung kommen aber auch die Waldarten wieder zum Zug. Am Ende des Beobachtungszeitraums hat sich die Bodenflora völlig verändert.
Betrachtet man die mittleren Artenzahlen des 5-jährigen und 10-jährigen Umtriebs, so sind sie nur im ersten Jahr nach der Anlage der KUP deutlich höher als 2016. Auf den gehölzfreien Brachestreifen und Rückegassen entwickeln sich Grünlandbiotope mit Saumarten, die noch artenreicher sind als die KUP. Sie unterscheiden sich aber auch deutlich von den intensiv genutzten Acker- und Grünlandflächen der Umgebung. Die Arten stammen wohl aus den umliegenden Biotopen und den angrenzenden Wäldern. Von Seiten des Naturschutzes wird bei der Anlage von KUP empfohlen, Freiflächen und Strauchmäntel zu integrieren. Beides ist in Wöllershof im Jahr 1992 implementiert worden, artenreiches Grünland mit Saumarten konnte sich etablieren. Die statistische Analyse zeigt, dass die KUP ein eigenes artenreiches Ökosystem entwickelt, das sich deutlich (nicht nur durch die anderen Kulturpflanzen) von den Acker- und Wiesensystemen unterscheidet, aus denen sie entstanden sind.
Anhand der langjährigen Beobachtungsreihe (1993–2016) der KUP in Wöllershof konnte gezeigt werden, dass die Biodiversität im Vergleich zum umliegenden intensiv genutzten Acker- und Grünland deutlich erhöht ist. In die KUP sind eine naturnahe Hecke und Freiflächen integriert. Sie erhöhen die Diversität der KUP deutlich. KUP geben in unterschiedlichen Entwicklungsstadien sowohl Lebensraum für einjährige lichtliebende Arten als auch für Waldarten. Diese Eigenschaft weist ihnen im Klimawandel eine Funktion als Trittsteinbiotop für wandernde Arten zu.
