Agrarholz – Schnellwachsende Bäume in der Landwirtschaft

Als nachwachsendes Naturprodukt ist Holz seit der frühesten Menschheitsgeschichte einer der wichtigsten pflanzlichen Rohstoffe und Ausgangsmaterial für eine Vielzahl von Produkten und Anwendungen. Seit Mitte der 1990er-Jahre ist das Interesse für die Verwendung von Holzbiomasse für die Erzeugung von Bioenergie stetig gewachsen. Entscheidend für die zukünftige Entwicklung der Bioenergienutzung allgemein sind die für den Anbau von Energiepflanzen zur Verfügung stehenden Flächen und deren Produktivitätspotenziale. Der Anbau von schnellwachsenden Baumarten als im Kurzumtrieb bewirtschaftetes Agrarholz kann einen wichtigen Beitrag für die Bereitstellung von holziger Biomasse leisten. Gehölze sind traditionell schon immer eine wichtige Strukturkomponente in den europäischen Agrarlandschaften. Als Dauerkultur lassen sich gerade schnellwachsende Baumarten ideal in die moderne Landwirtschaft integrieren. Somit stellen diese Kulturen neue Herausforderungen, aber auch Chancen für die moderne Landwirtschaft da. Durch die Anlage unterschiedlich strukturierter und bezüglich ihrer Flächengröße differierender Agrarholzflächen kann ein Landschaftsmosaik entstehen, das dem Idealbild einer differenzierten Landnutzung nahekommt. Das Kapitel 1 gibt eine Einführung in die nachhaltige Holzproduktion in der Agrarlandschaft und der Zielsetzung des Buches.

Der Anbau von Energieholz im kurzen Umtrieb prägte über lange Zeit das Bild unserer Kulturlandschaften. Sehr alt ist die Stockausschlagwirtschaft, d.h. eine waldbauliche Betriebsart auf großer Fläche, nicht selten im Wechsel mit Ackerbau und Graslandwirtschaft. In der Agrarlandschaft, aber auch als waldbauliche Betriebsform, spielte die Kopfholzwirtschaft mit Weide, Pappel, Hainbuche, Eiche und anderen Baumarten eine große Rolle. Insbesondere im Zuge agrarstruktureller Reformen wurden seit dem 17./18. Jahrhundert – über schriftliche Quellen gut dokumentiert – systematisch linienhafte Gehölzstrukturen in die Agrarlandschaften eingebracht. Sie lieferten einerseits Energieholz, andererseits dienten sie der Einhegung und dem Windschutz bzw. allgemeinen landeskulturellen Zwecken. Als Brennholz wurden auch Gehölzarten verwendet, die heute nicht mehr mit der Energieholzproduktion assoziiert werden, wie etwa Weißdorn, Wildapfel und Schlehe. Einige Gehölzarten wurden wegen ihres hohen Brennwerts wärmstens empfohlen, so zum Beispiel die Robinie („unechter Acacienbaum“). Um für die Praxis in Deutschland Anregungen zu holen, reisten Agrarökonomen und Forstleute ins Ausland, etwa nach Belgien, wo die Holzwirtschaft in der Agrarlandschaft vorbildlich und auch sehr weit verbreitet war. Im 19. Jahrhundert wurden unter dem Einfluss der Landesverschönerung bei der Anlage von Gehölzstrukturen und bei der Baumartenwahl zunehmend auch ästhetische Aspekte berücksichtigt.

Wichtige Einflussgrößen bei der Ausgestaltung von Agrarholzflächen sind die naturräumliche Flächenausstattung, die Nutzung ökosystemarer Dienstleistungen, die jeweiligen betriebswirtschaftlichen Zielsetzungen, die betriebsstrukturellen Gegebenheiten einschließlich der vorliegenden Eigentumsverhältnisse sowie weitere technologische und logistische Aspekte. Hinzu kommen agrarpolitische bzw. rechtliche Rahmenbedingungen, die bei der Planung und der Umsetzung des Agrarholzanbaus zu beachten sind. Alle diese Einflussfaktoren besitzen eine mehr oder weniger große Entscheidungsrelevanz hinsichtlich der Wahl von Baumart, Umtriebszeit und Anbauform. Die Gewichtung der Einflussfaktoren orientiert sich dabei sehr stark an den spezifischen Anbau- und Nutzungszielen des jeweiligen Bewirtschafters. Im Rahmen dieses Kapitels werden wichtige entscheidungsrelevante Faktoren in Bezug auf den Abwägungsprozess bei der Planung einer Agrarholzanlage näher erläutert. Ferner werden unterschiedliche Formen des Agrarholzanbaus (Plantage, Agroforstwirtschaft) beleuchtet und im Kontext einer modernen Landwirtschaft diskutiert.

Für den Anbau von Agrarholz im Kurzumtrieb werden unter den gemäßigten Klimabedingungen in Mitteleuropa vornehmlich heimische und fremdländische Baumarten wie Pappeln (Populus spec.), Weiden (Salix spec.), Erlen (Alnus spec.), Robinien (Robinia pseudoacacia) und in deutlich geringerem Maß auch Birken (Betula spec.), Eichen (Quercus spec.) und Eschen (Fraxinus excelsior) verwendet. Diese Pionierbaumarten weisen eine Vielzahl von ökologischen Anpassungen auf, die es ihnen ermöglichen, offene, gestörte Flächen während der Waldsukzession wieder oder initiale Ökosysteme neu zu besiedeln. Kennzeichnend für diese Baumarten sind schnelles Wachstum und eine hohe Biomasseproduktion in der Jugendphase, um den zur Verfügung stehenden freien Platz raumfüllend zu erschließen. Auch deren Fähigkeit, aus Adventivknospen der Wurzeln (Wurzelbrut) und des Stammes (Stockausschlag) neue Triebe zu bilden, ermöglicht eine schnelle Verbreitung am Standort bzw. den Wiederaustrieb nach möglichen mechanischen Zerstörungen. Diese natürlichen morphologischen, physiologischen und ökologischen Eigenschaften der Pioniergehölze sind als wichtige Grundlage für deren Anbaufähigkeit als Agrarholz zu betrachten. Im Kapitel 4 werden Biologie und Verbreitung der Baumarten vorgestellt und die Bedeutung von Umweltfaktoren sowie abiotische und biotische Schadfaktoren für die Auswahl der Baumarten für den Agrarholzanbau diskutiert.

Forstpflanzenzüchtung wird erst seit Beginn des letzten Jahrhunderts betrieben. Auch wenn in der Forstpflanzenzüchtung dieselben Methoden wie in der landwirtschaftlichen Züchtung angewendet werden, bedingt die deutlich längere Generationszeit der Bäume, dass ein Züchtungserfolg erst nach mehreren Jahrzehnten überprüft werden kann. Schwerpunkte der Forstpflanzenzüchtung sind die Steigerung der Wuchsleistung, die Verbesserung der Holzqualität und die Erhöhung der Resistenz gegen Gefährdungen aller Art.

Die Züchtung von schnellwachsenden Baumarten für die Anlage von Flächen zur Produktion von Agrarholz unterscheidet sich nur unwesentlich von der klassischen Forstpflanzenzüchtung. Die für die Agrarholzproduktion interessanten Arten der Pappeln, Weiden und der Robinie haben zwar einen kürzeren Generationszyklus als die meisten anderen Waldbaumarten, dieser ist aber immer noch deutlich länger als bei den landwirtschaftlichen Kulturpflanzen. Der überwiegende Teil des derzeit zugelassenen Vermehrungsguts stammt aus der Selektion schnellwachsender Bäume für den Wald, dessen Eignung für den Agrarholzanbau meist nicht geprüft wurde.

Pflanzenzüchtung beinhaltet und nutzt durch den Menschen gewünschte und selektierte genetisch bedingte Veränderungen, um Pflanzen inklusive Bäume an seine Bedürfnisse optimal anzupassen. Die Biotechnologie stellt eine Erweiterung des Methodenspektrums der klassischen Pflanzenzüchtung dar und kann diese häufig auch erheblich beschleunigen. Sie umfasst verschiedene Verfahren der Zell- und Gewebekultur zur schnellen Vermehrung von Pflanzen, die Embryonenrettung („Embryo rescue“), die Erzeugung von polyploiden Pflanzen und Methoden zur Fusion von Einzelzellen (Protoplastenfusion). Ein bedeutendes neues Anwendungsgebiet der Biotechnologie ist die sogenannte Genomik, die neben der Funktionsaufklärung und Übertragung von Genen (Gentechnik), die Gendiagnose sowie die Marker-gestützte Züchtung („SMART-Breeding“) umfassen. In diesem Kapitel soll in die genannten Themen eingeführt und bedeutende Einsatzpotentiale für schnellwachsende Baumarten aufgezeigt werden.

Auf wechselnde Umweltbedingungen an ihren Wuchsstandorten müssen Bäume mit ihrer ökophysiologischen und morphologischen Anpassungsfähigkeit reagieren, die sich auf deren genetische Ausstattung gründet. Sowohl die Bodeneigenschaften als auch das Klima beeinflussen die physiologischen Prozesse von der Blatt- bis zur Baumebene. Grundlage für das schnelle Wachstum und die hohe Biomasseproduktivität der Agrargehölze ist die Photosynthese und die hohe Anpassungsfähigkeit an sich ändernde Umweltbedingungen. Dabei ist zu bedenken, dass die Photosynthese die Voraussetzung für das Wachstum ist, aber diese nicht das Wachstum antreibt. Interaktionen zwischen dem Bedarf an Assimilation für die Wachstumsprozesse („sinks“) und dem Angebot („source“) steuern den Kohlenstoffhaushalt der Pflanzen. Zudem ist das Angebot von Ressourcen (Wasser, Nährstoffe, Licht) eine unverzichtbare Voraussetzung für die Wachstumsprozesse. Das Kapitel gibt einen Überblick über die ökophysiologischen Anpassungen der Photosynthese, des Wasserhaushaltes und der Pflanzenernährung der schnellwachsenden Baumarten und deren Bedeutung für das Wachstum und die Kohlenstoffallokation. Zudem werden die Grundlagen für die Modellierung der Biomasseproduktion und des Kohlenstoffhaushaltes vom Blatt bis zum Bestand vorgestellt.

Für das Pflanzenwachstum ist die Verfügbarkeit an Wasser von elementarer Bedeutung. Dies gilt auch für schnellwachsende Baumarten. Da Bäume im Vergleich zu vielen krautigen Pflanzen eine relativ große Durchwurzelungstiefe aufweisen, sind sie potentiell in der Lage, mit ihren Wurzeln auch auf sehr schwach grundwasserbeeinflussten Standorten den Grundwasserleiter zu erreichen. Dies ist insbesondere dann von großer Relevanz, wenn in Trockenperioden der Wasservorrat im Boden stark abnimmt. Resultierend hieraus kann der Anbau von Agrarholz mit Änderungen hinsichtlich Grundwasserneubildung und Oberbodenfeuchte verbunden sein. Der Einfluss des Agrarholzanbaus auf die Oberbodenfeuchte ist nicht verallgemeinerbar, sondern hängt stark von der Relation zwischen Interzeption, Transpiration, Evaporation und Versickerung ab. Die Sickerwasserraten sind unter Agrargehölzen zumeist geringer als bei Ackerkulturen, wobei sowohl die Umtriebszeit als auch die klimatischen und edaphischen Standortbedingungen wichtige Einflussfaktoren darstellen. Vor dem Hintergrund des Grundwasserschutzes ist der Anbau schnellwachsender Baumarten prinzipiell als vorteilhaft zu bewerten. So sind die Nähr- und Schadstoffausträge in das Grundwasser unter Agrarholz allgemein deutlich geringer als bei der Bewirtschaftung einjähriger Ackerkulturen. Zudem weisen Agrarholzflächen an Gewässerrändern eine hohe Retentionswirkung gegenüber Nähr- und Schadstoffen auf und können somit als Vegetationspuffer zum Schutz von Oberflächengewässern fungieren.

Das vorliegende Kapitel belegt anhand von Forschungsergebnissen aus der Literatur und Praxis den hohen Stellenwert von Agrarholz für die nachhaltige Sicherstellung der Bodenqualität und Bodenfruchtbarkeit (auf Acker- und Rekultivierungsstandorten ). Die Wirkungsweise von Agrarholz auf den Boden ist dabei äußerst vielfältig und reicht von der Beeinflussung bodenchemischer (Änderungen des pH-Wertes) und bodenphysikalischer Parameter (Durchwurzelbarkeit, Wasserhaltekapazität), über die Verminderung von Stoffausträgen (Auswaschung, Erosion, Ernteentzüge), bis hin zur Humusanreicherung durch zusätzliche Stoffeinträge organischen Materials.

Anuelle Kulturen können aufgrund des Mischanbaucharakters insbesondere bei agroforstlicher Nutzung von den bodenverbessernden Einflüssen der Agrargehölze profitieren.

Der zur Zeit auf der Erde stattfindende Klimawandel stellt die bisher größte globale Herausforderung der Menschheit dar. Um eine gefährliche anthropogene Störung des Klimasystems zu verhindern, ist es erforderlich, die in erster Linie durch CO₂‐Emissionen bedingte globale Temperaturerhöhung langfristig auf maximal 2,0 K über dem vorindustriellen Niveau zu begrenzen (WBGU 2003). Als eine geeignete Strategie zur Minderung der CO₂‐Anreicherung in der Erdatmosphäre wird sowohl in der Forstwirtschaft als auch in der Landwirtschaft die Produktion und die energetische Nutzung von Holz verfolgt (Grogan und Matthews 2002; Kirschbaum 2003). Besonders erfolgversprechend ist dabei die landwirtschaftliche Holzproduktion in Plantagen durch hohe Biomasseerträge pro Fläche. Dabei ist allerdings zu bedenken, dass auch beim Anbau von schnellwachsenden Baumarten auf landwirtschaftlich genutzten Standorten ebenso wie in anderen Ackerkulturen mit der Bodenbearbeitung, der Pflanzung, der Düngung, der Ernte und während des gesamten Vegetationszyklus klimarelevante Gase aus dem Boden und von den Pflanzen freigesetzt werden. Zu den klimarelevanten Gasen zählen Kohlenstoffdioxid bzw. Kohlendioxid (CO₂), Methan (CH₄), Distickstoffmonoxid bzw. Lachgas (N₂O), Schwefelhexafluorid (SF₆), perfluorierte Kohlenwasserstoffe (PFC) und teilfluorierte Kohlenwasserstoffe (HFC).

Durch den Agrarholzanbau werden in Agrarräumen Strukturen geschaffen, die kleinräumig zu Änderungen von Klimaparametern wie Windgeschwindigkeit, Luftfeuchte und Strahlungsintensität führen. Dies gilt prinzipiell sowohl für Agrargehölze in Kurzumtriebsplantagen als auch für agroforstliche Nutzungsformen. Die Form des Agrarholzanbaus hat Einfluss auf die Ausprägung und die Dimension von mikroklimatischen Änderungen angrenzender, nicht mit Agrarholz bestockter Flächen. Bei Agrarholzplantagen beschränkt sich die Modifikation des Mikroklimas größtenteils auf das Bestandesinnere. Anders verhält es sich bei Agroforstsystemen, da hier die Grenzflächen in Bezug auf den Agrarholzbestand größer sind. So können regelmäßig angeordnete Gehölzareale eine Veränderung des Mikroklimas auf den gesamten dazwischen befindlichen Ackerbereichen bewirken und damit auf das Mikroklima ganzer Agrarraumabschnitte Einfluss nehmen. Ob, in welcher Form und mit welcher Intensität der Agrarholzanbau zu einer Modifizierung des Mikroklimas angrenzender landwirtschaftlicher Flächen führt, wird anhand der mikroklimatischen Kenngrößen Strahlung, Lufttemperatur, Luftfeuchte, Niederschlag und Windgeschwindigkeit umfassend erläutert. Darüber hinaus werden Effekte des Agrarholzanbaus in Hinblick auf das Vermeidungspotential von Wasser- und Winderosion diskutiert.

Agrarholz mit schnellwachsenden Bäumen für die Energiegewinnung hat, insbesondere in ausgeräumten Agrarlandschaften, ein großes Potenzial zu einer Bereicherung der strukturellen Vielfalt und anderer Lebensraumressourcen und damit der Biodiversität beizutragen. Dies gilt sowohl für Agrarholz in Plantagen als auch in Agroforstsystemen. Die große Vielzahl an Studien, die zur Biodiversität in Agrarholzbeständen durchgeführt wurden, und die zum Teil zu unterschiedlichen Bewertungen von Agrarholz im Hinblick auf dessen naturschutzfachliche, allgemein biodiversitätsfördernde oder funktionelle Bedeutung kamen, veranschaulicht die Komplexität dieses Themas. Eine Etablierung von Agrarholz führt nicht von selbst und ohne Beachtung einiger wichtiger Grundsätze zu einer Förderung der Biodiversität. Eine rein auf Ertragsmaximierung ausgerichtete Produktion von Agrarholz könnte sogar zu einem weiteren Verlust an Biodiversität führen.

Schnellwachsende Gehölze können die Agrarlandschaft visuell bereichern und sich positiv auf deren Erholungsfunktion auswirken. Die auf Produktion optimierte Anlage von Agrarholz kann jedoch das Landschaftsbild beeinträchtigen und es dadurch der Bevölkerung erschweren, diese neuen Elemente in der Landschaft zu akzeptieren. Zu einer erfolgreichen Etablierung von produktionsorientierten Agroforstsystemen kann eine landschaftsangepasste und erlebniswirksame Gestaltung wesentlich beitragen. In diesem Kapitel werden die potenziellen landschaftsästhetischen Wirkungen von modernen Agroforstsystemen dargestellt und daraus gestalterische Empfehlungen für ihre Anlage und Bewirtschaftung abgeleitet.

Mit dem Anbau von Agrarholz lassen sich vielfältige Ziele erreichen. Aus wirtschaftlicher Sicht ist v. a. die Produktion von Holz als Rohstoff für die energetische Verwertung oder eine stoffliche Nutzung relevant. Daneben können weitere Ziele von Bedeutung sein (Kap. 3). Hierzu gehören beispielsweise die Sicherung der Bodenfruchtbarkeit oder auch ökologische und landschaftsästhetische Aspekte, die sich oftmals nur sekundär auf die betriebswirtschaftlichen Ergebnisse auswirken.

In den vorangegangenen Kapiteln wurden verschiedene Einzelaspekte des Agrarholzanbaus auf Basis wissenschaftlicher Untersuchungen beleuchtet. Hierbei wurde deutlich, dass die vergleichsweise extensive Bewirtschaftung schnellwachsender Bäume in Agrarlandschaften mit zahlreichen Vorteilen für die Schutzgüter Boden, Wasser, Klima, Biodiversität und Landschaftsbild verbunden sein kann. Zudem ermöglicht die energetische oder stoffliche Verwertung der Bäume eine wirtschaftliche Nutzung der Agrarholzflächen. Vor diesem Hintergrund wird die Frage beleuchtet, weshalb in Deutschland schnellwachsende Bäume auf landwirtschaftlich genutzten Flächen gegenwärtig nur in sehr begrenztem Maße angebaut und genutzt werden. Gleichzeitig wird sich mit der Frage auseinandergesetzt, welche Voraussetzungen notwendig wären, um die Umsetzung von Agrarsystemen mit schnellwachsenden Bäumen zu forcieren. In diesem Zusammenhang werden Umsetzungshindernisse und Umsetzungschancen angeführt und der Stellenwert des Agrarholzanbaus im Kontext einer zukunftsfähigen Landwirtschaft analysiert.