Kurzumtriebsplantagen (KUP) besitzen das Potenzial, beträchtliche Mengen Biomasse für die Versorgung mit erneuerbaren Energien und nachwachsenden Rohstoffen bereitzustellen. Es ist bekannt, dass KUP auf landwirtschaftlichen Flächen mehr Ökosystemdienstleistungen hervorbringen können als üblicherweise angebaute einjährige Ackerfrüchte oder Energiepflanzen wie Raps und Mais. Trotzdem gibt es nur wenige Informationen über den Wasserverbrauch und die Transpiration von Pappelarten und ihren Hybriden unter den spezifischen Standortsbedingungen in Deutschland. Darüber hinaus bestehen Wissenslücken für die Abschätzung langfristiger Auswirkungen von KUP auf bodenökologische Aspekte. Um diese Defizite zu minimieren wurden auf einem Standort im mittelsächsischen Löss-Hügelland Felduntersuchungen durchgeführt. Für die Untersuchung der Effekte von KUP auf die Bodenwasserbilanz wurden Saftfluss- und Bodenfeuchte-Messungen in einer 10jährigen Hybrid-Pappelplantage durchgeführt. Darüber hinaus wurden Biomasseakkumulation, Nährelementverteilung und bodenökologische Parameter erforscht. Die Daten wurden genutzt, um ein prozess-orientiertes Wasserhaushaltsmodell zu parametrisieren und zu kalibrieren. Das validierte Modell wurde danach für die Untersuchung und Bewertung des Einflusses von Pappel-KUP und Winterweizen auf die Wasserbilanz verschiedener sächsischer Standorte genutzt. Schließlich wurden die standortsspezifischen Biomasseerträge von KUP hergeleitet. Diese Informationen wurden mithilfe eines Geografischen Informationssystems (GIS) mit den Flächen verschnitten, auf denen der Anbau von KUP zu Synergien bzw. potenzielle Risiken für den Bodenschutz sowie den Natur- und Landschaftsschutz führen kann. Die Ergebnisse zeigen, dass Hybrid-Pappelplantagen deutlich mehr Wasser als Ackerkulturen und einheimische Forstbaumarten verbrauchen. Es kann daraus abgeleitet werden, dass die Anlage von KUP auf Ackerflächen den wassergebundenen Nährstoffaustrag sowie den Austrag von Schadstoffen reduziert. Auch das Erosionsrisiko würde verringert. Andererseits kann eine im vergleich zum Einzugsgebiet großflächige Anlage von KUP in Regionen mit negativer klimatischer Wasserbilanz zu einer geringeren Grundwasserneubildung führen. Eine ausreichende Wasserversorgung ist unverzichtbar, um die Wuchspotenziale von Pappel-Hochleistungssorten voll auszuschöpfen. Pappel-KUP können weitgehend ohne zusätzliche Düngung bewirtschaftet werden. Ehemals intensiv genutzte Ackerböden enthalten ausreichend Nährstoffe und Elemententzüge über die geerntete Biomasse werden durch atmosphärische Depositionen ausgeglichen. Auf lange Sicht kann der KUP-Anbau jedoch zu einer Verringerung des pH-Wertes und der Kationen-Austauschkapazität im Boden führen. Für die Vermeidung negativer Folgen für die Bodenfruchtbarkeit und das Pflanzenwachstum wären dann angepasste Konzepte für die Kalkung und Düngung notwendig. Die GIS-basierte Analyse unterstreicht, dass in Sachsen beträchtliche Flächenpotenziale für die Anlage von KUP existieren. Auf einem großen Teil würde die Anlage von KUP auch andere Ökosystemdienstleistungen aus dem Bereich Boden- und Naturschutz verbessern. Auch künftig sollte bei der Anlage von KUP-Flächen eine ökologische Begleitforschung erfolgen. Es besteht unter anderem der Bedarf, die ökologischen Aspekte von anderen schnell wachsenden Baumarten im Kurzumtrieb, zum Beispiel Robinie zu bewerten. Ein weiteres ziel könnte die Verbesserung von Anlage- und Rückumwandlungstechnologien sein, um die Stabilität von akkumulierter organischer Bodensubstanz zu erhalten. Es wird geschlussfolgert, dass die künftige praktische Bedeutung von KUP eher von den sozioökonomischen Rahmenbedingungen und der regionalen Umsetzung der gemeinsamen Agrarpolitik der Europäischen Union abhängen wird als von unzureichenden Standortsbedingungen. / Short rotation plantations and short rotation coppice (SRC) have the potential to contribute significant amounts of biomass to the sectors of green energy and of renewable raw materials. It is generally accepted that SRC may provide more ecosystem services on agricultural land than common annual arable or even energy crops like oil seed rape or maize do. However, only sparse information exists about the water demand and transpiration of poplar species and their hybrids for site conditions in Germany. Furthermore, there is a lack of knowledge about the long-term impact of short rotation plantations on soil ecology. To overcome these shortcomings, field investigations were conducted at a site in the hilly loess region of Saxony. To study effects of SRC on the soil water balance, sap flow and soil moisture measurements were conducted in a 10 years old hybrid poplar plantation. Moreover biomass accumulation, nutrient allocation and soil ecological parameters were determined. The data were used to parameterize and calibrate a process-oriented hydrological model. The validated model was subsequently used to determine and assess the impact of short rotation poplar plantations and winter wheat on the water balance of different sites in Saxony Finally, site specific yields of SRC were determined and areas with synergies and potential risks for soil protection, nature conservation at the regional scale were identified using Geographical Information Systems. The results show that hybrid poplar plantations consume significantly more water than arable crops and native tree species. Thus, it can be expected that the establishment of short rotation coppice may reduce the export of nutrients and pollutants or lower the risk of soil erosion. On the other hand, the large-scale establishment of short rotation coppice at catchments with negative climatic water balance may lead to a decrease of groundwater recharge. A sufficient water supply is indispensable in order fully to exploit the growth potential of high yielding polar clones. Short rotation plantations with poplar on arable land may be extensively managed without fertilization. Former intensively used agricultural soils provide sufficient nutrients and element exports by harvested biomass may be balanced by atmospherical deposition. However, it might be that in the long run cation exchange capacity and pH of the soils will decrease. This would require appropriated concepts for liming and fertilization. The GIS based analysis shows that there exist a substantial potential of arable land for the cultivation of SRC in Saxony. There, the establishment of SRC may improve other ecosystem services as soil protection and nature conservation too. Future research should be included into the ecological evaluation of new SRC plots. There is a need to asses ecological aspects of other fast growing tree species in SRC, in particular Black Locust. Another task could be the improvement of conversion practices to ensure the stability of accumulated soil organic matter during establishment and reconversion of SRC sites. It can be concluded that the future practical relevance of SRC is rather dependant on socio-economic framework conditions and the regional implementation of the common agricultural policy within the European Union than on insufficient site condition.

Während der letzten Jahre ist die mit Kurzumtriebsplantagen bestockte Fläche in Deutschland deutlich angestiegen. Derzeit geht man von etwa 5 000 ha aus [1]. Der Hauptteil dieser Flächen ist mit Pappeln bestockt, während Weiden einen geringeren Anteil einnehmen. In anderen Ländern wie Großbritannien oder Schweden ist das Verhältnis dagegen umgekehrt und es finden sich große, zusammenhängende Weidenkulturen. Hier tritt der Blaue Weidenblattkäfer (Phratora vulgatissima) schon seit Jahren als Hauptschadinsekt auf und verursacht die Entlaubung ganzer Plantagen. Auch in Deutschland ist der Blaue Weidenblattkäfer die am häufigsten vorgefundene Schadinsektenart an Weiden im Kurzumtrieb.

Der große Artenreichtum der mitteleuropäischen Kulturlandschaften ist zu weiten Teilen unmittelbar von bestimmten extensiven Formen der Landbewirtschaftung abhängig. Vielfältige, artenreiche Biozönosen waren und sind ein wichtiger Bestandteil landwirtschaftlicher Nutzflächen. Sie haben sich seit dem Neolithikum im Wechselspiel mit den landwirtschaftlichen Wirtschaftsweisen kontinuierlich weiterentwickelt. Erst als synthetische Pflanzenschutzmittel, Mineraldünger und leistungsstarke Landmaschinen in der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts weite Verbreitung erfuhren, setzte ein bis dato beispielloser, stetiger und schneller Rückgang der Artenvielfalt von Äckern, Wiesen und Weiden ein. Trotz politischer Absichtserklärungen den raschen Artenschwund zu stoppen, hat sich der Druck auf die verbleibenden Populationen auch in den letzten Jahren weiter erhöht. Der Klimawandel und der Wunsch die Abhängigkeit von endlichen fossilen Energieträgern zu reduzieren, haben dazu geführt, dass die Nachfrage nach Ackerland zum Anbau von Energiepflanzen, bedingt durch einschlägige Subventionen, stark gestiegen ist. Nur wenige wissenschaftliche Publikationen haben sich bisher mit den Folgen der schnellen Ausweitung des Energiepflanzenanbaus Ackerflora beschäftigt. Diese Dissertation soll dazu beitragen, diese Lücke durch Untersuchungen der Habitatbedingungen (Bewirtschaftungsmethoden, Lichtklima im Bestand, Bodenchemie) und der Phytodiversität in verschiedenen Energiepflanzenbeständen (Silomais zur Biogaserzeugung, Winterraps zur Biodieselherstellung, Kurzumtriebsplantagen (KUP) aus Pappeln oder Weiden zur Hackschnitzelverbrennung) zu schließen. Die Energiepflanzenbestände wurden zudem mit konventionellem Wintergetreide zur Nahrungs- und Futtermittelproduktion (Winterweizen und -gerste) und mit extensiven Weizenbeständen aus Agrarumweltmaßnahmen (AUM) verglichen. Die Untersuchungsergebnisse weisen eindeutig darauf hin, dass die eigentlichen Ursachen des starken Phytodiversitätsverlustes auf Äckern weiter reichen und grundlegender sind als der Anbau von Energiepflanzen. Es wurde gezeigt, dass die Phytozönosen im Inneren von Bioenergiemais- und Rapsäckern sowie auch in Wintergetreidebeständen extrem verarmt sind (im Mittel 3–6 Arten 100 m 2). Die durchschnittliche Stickstoffdüngung (195 kg N ha-1 a-1) und der Herbizidbehandlungsindex (HI = 1.8) waren sowohl in Mais- als auch in Winterweizenbeständen ähnlich hoch. Eine Bedrohung für die Pflanzenartenvielfalt durch übermäßige Phosphatdüngung (im Mittel 96 kg P2O5 ha-1 a-1) wurde jedoch vor allem beim Maisanbau festgestellt. Zudem war die Beschattung in Maisbeständen erhöht (11 % PAR Transmissivität im Vergleich zu 19 % in Wintergetreide), was mit einem Rückgang der mittleren Artenzahlen am Feldrand einherging (11 Arten 100 m-2 im Mais, 15 Arten 100 m-2 in Wintergetreide). Die Pflanzengesellschaften konventioneller Äcker wurden regionsübergreifend von nur 5–10 häufigen Problemunkrautarten dominiert. Maisbestände wiesen als Sommerkulturen eine von Winterkulturen leicht abweichende Artenzusammensetzung auf. Eine ausgeglichene Mischung von konventionellem Mais, Winterraps und Wintergetreide in der Agrarlandschaft bietet mehr Arten einen geeigneten Lebensraum als jede dieser Kulturen für sich genommen. Insgesamt waren die Habitatbedingungen auf den im Rahmen von AUM extensiv bewirtschafteten Äckern jedoch wesentlich heterogener und boten einer weitaus größeren Zahl von Pflanzenarten (darunter auch seltene und bedrohte Taxa) geeignete Lebensbedingungen. Im Mittel wurden 21 Arten 100 m-2 im Inneren und 33 Arten am Feldrand gezählt. Auch die Regressionsmodelle weisen darauf hin, dass moderate Beschränkungen der Herbizidbehandlungsintensität oder der Düngung, die sich im Rahmen der zur Zeit üblichen konventionellen Bewirtschaftungspraktiken bewegen, kaum dazu beitragen den Rückgang der Ackerflora zu stoppen. Neue, an die jeweiligen regionalen Gegebenheiten angepasste Konzepte und extensive Ackerhabitate sind hierzu unerlässlich.  Die Vegetationsaufnahmen zeigen zudem, dass die Phytodiversität von KUP mit dem Alter der Plantagen stark zurückgeht. Junge KUP, ohne Düngung und mit nur geringem Herbizideinsatz, wiesen eine mit frühen Sukzessionsstadien von Ackerbrachen vergleichbare Artenzusammensetzung auf. Im Gegensatz hierzu wurden die 5–8 jährigen, dichtgepflanzten Plantagen von wenigen stickstoffliebenden Habitatgeneralisten dominiert. Obwohl sie seit mehreren Jahren weder gedüngt noch mit Herbiziden behandelt wurden, waren diese Bestände zudem dunkler (1–4 % PAR Transmissivität) und nur wenig artenreicher (8–19 Arten 75 m-2) als einjährige Energiepflanzenkulturen. Die Pflanzung von 5–20 m breiten Energieholzstreifen zur Zerteilung großer Schläge in strukturarmen, landwirtschaftlichen Intensivregionen kann jedoch aus naturschutzfachlicher Sicht empfohlen werden, insbesondere wenn Maßnahmen nur Erhöhung der Habitatvielfalt in den Plantagen ergriffen werden. Um die grundlegenden Ursachen des Pflanzenartenschwundes in Agrarlandschaften zu beheben, erscheint es jedoch darüber hinaus dringend notwendig, ein langfristig angelegtes Netzwerk extensiver Feldflorareservate zu begründen, um dauerhaft überlebensfähige Ackerwildkrautpopulationen zu erhalten und eine Ausbreitung dieser Arten in die weitere Agrarlandschaft in Zukunft wieder zu ermöglichen. Um politische Entscheidungsfindungen zu unterstützen, erscheint es notwendig im Rahmen von zukünftigen Forschungsprojekten den Blickwinkel vom Feld auf die Landschaftsebene zu erweitern und verbleibende offene Fragen über die Wirkungen der Ackerflora auf andere taxonomischen Gruppen zu klären.

The cultivation of fast growing tree species on arable land is deemed to be one of the most promising alternatives amongst the approaches to the cultivation of renewable resources currently available. As the site factors influencing the growth of poplar and willow have not yet been sufficiently identified and quantified, it is not possible to provide reliable national yield expectations as a function of the prevailing soil and climate conditions at a particular site on the basis of the data currently available. The main objective of this study, therefore, was to develop a supraregional site-based yield model for the assessment of yield expectations for poplar and willow grown on arable land over short rotations. In order to achieve this goal, a total of 38 research sites were established across as many regions of Germany as possible. The clones selected for the experiment were the poplar clones Max 1, Hybride 275 (H 275) and AF 2, and the willow clones Inger and Tordis. Each site was also characterised, on the basis of climate and soil data. From the site parameters recorded, variables were defined for modelling purposes. The climate variables comprised temperature (T), precipitation (N) and aridity index (TI) derived from total or average values from selected periods during the year and during the vegetation period. Within the variables the months were indexed as numbers (January = 1), periods were separated by comma. Parameters of the German soil appraisal such as the condition grade (ZS), the soil quality index value (BZ) and the arable land quality index value (AZ) were used as soil variables. The selected texture parameters were the proportions of sand (S[%]), silt (U[%]) and clay (T[%]). Variables of the pore space parameters were the available field moisture capacity (nFK), the air capacity (LK) and the dry bulk density (TRD). Both the texture and the pore space variables referred to a soil depth of 0 to 60 cm. To increase the precision of the results, site clusters were derived, differentiated by main soil type, and the variables were aggregated. The dGZ, measured in odt ha-1 a-1,at the end of the first three-year rotation was chosen as the dependent variable. The main results of the study are outlined in the following: Negative correlations between dGZ and temperatures in the vegetation period, especially in the months July to September, were observed on the sandy and loamy soils. Precipitation variables always had a positive effect on the growth of poplar and willow across all clones and site clusters. Taking into consideration all experimental sites, precipitation in the period from May to July was most important. The parameters of the German soil appraisal revealed a moderate correlation with growth for all sites. From the appraisal of all sites and of the individual site clusters it became apparent that U[%] represents the most important texture variable for poplar and willow growth. Considered for all sites simultaneously, the nFK had the greatest significance for growth across all of the parameters examined. The site-based yield models were all univariate and often comprised aggregated variables. Under consideration of all sites, the model predictors for Max 1, Inger and Tordis were (nFK * TI5.7) and (nFK * N5.7) for AF 2. Each model was calculated with the inverse or sigmoid approach and revealed an R²korr between 0.45 and 0.64 with a RMSE of an average of 2.0 odt ha-1 a-1. The division into site clusters improved the accuracy of the models considerably. In the sandy site cluster, the models exhibited an R²korr of 0.77 to 0.97 and an RMSE of 0.95 to 1.36 odt ha-1 a-1. These comprised (U[%]* N6.7) for Max 1 and F 2, (S[%]/ TI6.7) for H 275 and (S[%]* T7.8) for Inger and Tordis. For the silty site cluster, significant models could only be determined for the clones Max 1 and Tordis. The model predictor for Max 1 was (BZ * TI4.5) and for Tordis solely (BZ). The calculated R²korr values were 0.84 and 0.95 with a corresponding RMSE of 0.22 and 0.62 odt ha-1 a-1, respectively. For the loamy soils the models for Max 1 and Inger comprised the variable nFK, for AF 2 the variables (nFK * N5.6). R²korr varied between 0.86 and 0.98 with RMSE between 0.56 and 1.21 odt ha-1 a-1.

Durch das Ansteigen der Weltbevölkerung und das wirtschaftliche Aufstreben insbesondere der Entwicklungs- und Schwellenländer wird die Nachfrage nach dem Rohstoff Holz beträchtlich wachsen. Gleichzeitig ist die Entwicklung der weltweiten Waldfläche rückläufig. Eine wesentliche Frage für die nationalen Volkswirtschaften wird in der Zukunft sein, den bereits jetzt knapp werdenden Rohstoff Holz in ausreichendem Maße zur Verfügung zu stellen. Vor diesem Hintergrund beschäftigt sich die vorliegende Arbeit mit ertragskundlicher Analyse von Gehölzsystemen und den Möglichkeiten der Ertragssteigerung am Beispiel des Bundeslandes Sachsen. Im Zentrum stehen vor allem Kurzumtriebsplantagen im Vergleich mit Schlagweisen Hochwäldern. / The rise in the global population and in the economic ambitions of the developing and newly industrialising nations in particular will prompt a significant increase in the demand for wood. While these developments are taking place, however, the area of forest cover globally is in decline. An issue of central importance for national economies in the years to come will concern their ability to secure an adequate supply of the already limited raw material wood. Against this background, the study presented herein focuses on analyses of the yields provided by certain wood production systems and on the options to increase this yield. The study addresses the issue on the basis of the example of the German federal state Sachsen. A focal point of the study is short rotation coppice plantations, contrasted against age-class high forest stands.

Worldwide there is an increasing demand of natural resources. In future, non renewable resources get substituted by renewable resources in the energetic sector as well as in the material sector. That implies a stronger usage of renewable resources especially - wood. In 2009 there was a usage of 77 million cubic meters of wood for material applications and a quantity of 55 million cubic meters for energetic applications in Germany alone. Furthermore, there is an increasing demand on wood for energetic purposes. In 2007 this problematic development led to the first supply bottlenecks. To meet the increasing demands of the future, Short Rotation Coppices (SRC) can help to improve the wood provision. An SRC is a planting of fast growing coppice on agricultural areas, which is managed more intensively than usual forestry practices for a quicker production of wooden biomass. With a comparative LCA of conventional wood and wood from SRC the present study evaluates if wood from SRC is reasonable to cover the increasing demand of wood for material and energetic purposes in an environmental friendly way. A comprehensive literature research regarding LCAs of wood and wooden products shows that there are no previous studies comparing the two types of wood. Hence, the present study examines a particleboard production as the material scenario and the combustion of woodchips in a firing system as the energetic scenario to compare the ecological advantages and disadvantages of wood from SRC and conventional wood. The LCA is implemented with the Gabi software designed by PE International. Data is obtained from previous LCA studies evaluating the production of wood, the particleboard production and the combustion of wood. Additionally, data from the Ecoinvent database is used. Functional units are the production of 1m3 particleboard and the production of 1 MJ of thermal energy. The LCIA is implemented with the “Ecoindicator” as endpoint- and “CML 2001” as midpoint approach to cover broad range of environmental issues. Moreover a sensitivity analyses shows the impact of decisive variables on the results of “Ecoindicator” and “CML 2001”. Results reveal that outcomes of the LCIA are dependent of the assessment method and the processed part of trees from conventional forestry. The present study shows, that with an efficient land use, wood from SRC can help to cover the increasing demand of wood for material and energetic purposes in a sustainable way. However, an immediate usage of wood for energetic purposes has to be seen critical. Instead, a cascaded and sustainable utilization of wood is recommendable to counteract climate change and to improve the efficient use of the renew-able resource - “wood”.

The cultivation of fast growing tree species on arable land is deemed to be one of the most promising alternatives amongst the approaches to the cultivation of renewable resources currently available. As the site factors influencing the growth of poplar and willow have not yet been sufficiently identified and quantified, it is not possible to provide reliable national yield expectations as a function of the prevailing soil and climate conditions at a particular site on the basis of the data currently available. The main objective of this study, therefore, was to develop a supraregional site-based yield model for the assessment of yield expectations for poplar and willow grown on arable land over short rotations. In order to achieve this goal, a total of 38 research sites were established across as many regions of Germany as possible. The clones selected for the experiment were the poplar clones Max 1, Hybride 275 (H 275) and AF 2, and the willow clones Inger and Tordis. Each site was also characterised, on the basis of climate and soil data. From the site parameters recorded, variables were defined for modelling purposes. The climate variables comprised temperature (T), precipitation (N) and aridity index (TI) derived from total or average values from selected periods during the year and during the vegetation period. Within the variables the months were indexed as numbers (January = 1), periods were separated by comma. Parameters of the German soil appraisal such as the condition grade (ZS), the soil quality index value (BZ) and the arable land quality index value (AZ) were used as soil variables. The selected texture parameters were the proportions of sand (S[%]), silt (U[%]) and clay (T[%]). Variables of the pore space parameters were the available field moisture capacity (nFK), the air capacity (LK) and the dry bulk density (TRD). Both the texture and the pore space variables referred to a soil depth of 0 to 60 cm. To increase the precision of the results, site clusters were derived, differentiated by main soil type, and the variables were aggregated. The dGZ, measured in odt ha-1 a-1,at the end of the first three-year rotation was chosen as the dependent variable. The main results of the study are outlined in the following: Negative correlations between dGZ and temperatures in the vegetation period, especially in the months July to September, were observed on the sandy and loamy soils. Precipitation variables always had a positive effect on the growth of poplar and willow across all clones and site clusters. Taking into consideration all experimental sites, precipitation in the period from May to July was most important. The parameters of the German soil appraisal revealed a moderate correlation with growth for all sites. From the appraisal of all sites and of the individual site clusters it became apparent that U[%] represents the most important texture variable for poplar and willow growth. Considered for all sites simultaneously, the nFK had the greatest significance for growth across all of the parameters examined. The site-based yield models were all univariate and often comprised aggregated variables. Under consideration of all sites, the model predictors for Max 1, Inger and Tordis were (nFK * TI5.7) and (nFK * N5.7) for AF 2. Each model was calculated with the inverse or sigmoid approach and revealed an R²korr between 0.45 and 0.64 with a RMSE of an average of 2.0 odt ha-1 a-1. The division into site clusters improved the accuracy of the models considerably. In the sandy site cluster, the models exhibited an R²korr of 0.77 to 0.97 and an RMSE of 0.95 to 1.36 odt ha-1 a-1. These comprised (U[%]* N6.7) for Max 1 and F 2, (S[%]/ TI6.7) for H 275 and (S[%]* T7.8) for Inger and Tordis. For the silty site cluster, significant models could only be determined for the clones Max 1 and Tordis. The model predictor for Max 1 was (BZ * TI4.5) and for Tordis solely (BZ). The calculated R²korr values were 0.84 and 0.95 with a corresponding RMSE of 0.22 and 0.62 odt ha-1 a-1, respectively. For the loamy soils the models for Max 1 and Inger comprised the variable nFK, for AF 2 the variables (nFK * N5.6). R²korr varied between 0.86 and 0.98 with RMSE between 0.56 and 1.21 odt ha-1 a-1.:Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung 1 1.1 Problemstellung 1 1.2 Zielstellung 3 2 Hintergrund 4 2.1 Energieziele Deutschlands 4 2.1.1 Flächen- und Nutzungskonkurrenz mit der Forstwirtschaft 4 2.1.2 Flächen- und Nutzungskonkurrenz mit der Landwirtschaft 5 2.2 Anbau schnellwachsender Baumarten 6 2.2.1 Anbau im Kurzumtrieb 7 2.3 Verwendete Baumarten in Kurzumtriebsplantagen 11 2.3.1 Pappel 11 2.3.2 Weide 13 2.3.3 Anmerkung Züchtung 14 2.4 Leistung von Kurzumtriebsplantagen mit Pappel und Weide in zwei- bis dreijähriger Umtriebs-zeit 15 2.5 Ertragsdynamik und leistungsbeeinflussende Faktoren von Kurzumtriebsplantagen 17 2.5.1 Baumart und Klon 18 2.5.2 Umtriebszeit und Bestandesdichte 19 2.5.3 Standortanforderungen 21 2.5.3.1 Reichliche Wasserversorgung 21 2.5.3.2 Lockere Böden 22 2.5.3.3 Ausreichende Mineralstoffzufuhr 23 2.5.3.4 Wachstumsangepasste Bodenreaktion 23 2.5.3.5 Wärme 23 2.5.3.6 Bodenschätzungskennwerte 24 2.5.3.7 Textur 24 2.5.3.8 Standorte der Pappel 24 2.6 Waldwachstumsmodellierung mit Schwerpunkt in Kurzumtriebsplantagen 25 2.6.1 Empirische Modelle 26 2.6.1.1 Pappelmodell nach ALI (2009) 26 2.6.1.2 Pappel- und Weidenmodell nach AYLOTT et al. (2008) 27 2.6.1.3 Leistungsbeeinflussende Standorteigenschaften für Pappel und Weide nach BERGANTE et al. (2010) 28 2.6.2 Mechanistische Modelle 29 3 Material und Methoden 33 3.1 Flächenanlage und Versuchsdesign 33 3.1.1 Flächenvorbereitung und Pflegemaßnahmen 37 3.1.2 Prüfglieder 39 3.1.2.1 Pappelklon Max 1 39 3.1.2.2 Pappelklon H 275 39 3.1.2.3 Pappelklon AF 2 40 3.1.2.4 Weidenklon Inger 41 3.1.2.5 Weidenklon Tordis 41 3.2 Klimatische Standortcharakterisierung 42 3.2.1 Temperatur 44 3.2.2 Niederschlag 46 3.3 Bodenkundliche Standortcharakterisierung 47 3.3.1 Profilansprache und allgemeine Standortinformationen 48 3.3.2 Durchführung der Probennahme 48 3.3.3 Bodenphysikalische Untersuchungen 49 3.3.4 Grundwassereinfluss 49 3.3.5 Bodenchemische Untersuchungen 50 3.3.6 Bodenschätzungskennwerte 50 3.3.7 Zusammenfassende Betrachtung der bodenkundlichen Charakteristika 51 3.4 Bestandesaufnahmen und Ernte 55 3.4.1 Anwuchs- und Überlebensrate 55 3.4.2 Anzahl an Höhentrieben 55 3.4.3 Höhe 55 3.4.4 Durchmesser 55 3.4.5 Ertragsbestimmung 55 3.4.5.1 Biomassefunktionen 56 3.4.5.2 Systematische Teilbeernteung der Kernparzelle 56 3.5 Identifizierung von leistungsbeeinflussenden Standorteigenschaften und Entwicklung standortbasierter Ertragsmodelle 57 3.5.1 Variablenwahl und -bildung 58 3.5.1.1 Klima 58 3.5.1.2 Bodenschätzung 59 3.5.1.3 Textur 59 3.5.1.4 Porenraum 59 3.5.1.5 Aggregierte Variablen 60 3.5.1.6 Weitere Einflussgrößen 60 3.5.1.7 Abhängige Variable 61 3.5.2 Standortcluster 61 3.6 Datenbasis der standortbasierten Ertragsmodellierung 61 3.7 Ertragsteigerungfaktor 63 3.8 EDV und Statistik 65 3.8.1 Varianzanalyse 65 3.8.2 Korrelationsanalyse 66 3.8.3 Regressionsanalyse 66 3.8.3.1 Nicht-lineare Regression 68 3.8.3.2 Evaluierungsgrößen 69 4 Ergebnisse 71 4.1 Waldwachstumskundliche Ergebnisse 71 4.1.1 Anwuchs- und Überlebensrate 71 4.1.2 Anzahl an Höhentrieben 72 4.1.3 Übersicht Bestandesdimensionen und Wuchsleistung 73 4.1.4 Höhe 75 4.1.5 Durchmesser 77 4.1.6 Durchschnittlicher Gesamtzuwachs 81 4.1.7 Biomassefunktionen 84 4.1.7.1 Wahl der unabhängigen Variablen 84 4.1.7.2 Einfluss der Gattung und des Klons 85 4.1.7.3 Einfluss der Bestandesmittelhöhe 85 4.1.7.4 Allgemeingültige Biomassefunktionen 87 4.2 Leistungsbeeinflussende Standorteigenschaften 88 4.2.1 Temperatur 88 4.2.2 Niederschlag 90 4.2.3 Trockenheitsindex 92 4.2.4 Bodenschätzungskennwerte 94 4.2.5 Textur 96 4.2.6 Porenraum 99 4.2.7 Korrelation zwischen unabhängigen Variablen 102 4.2.8 Aggregierte Variablen 102 4.2.9 Weitere Einflussgrößen 105 4.2.9.1 Vornutzung 105 4.2.9.2 Bodentyp 106 4.2.9.3 Grundwasser 106 4.3 Standortbasierte Ertragsmodellierung 107 4.3.1 Standortcluster ALL 107 4.3.2 Standortcluster S 110 4.3.3 Standortcluster U 113 4.3.4 Standortcluster L 115 4.4 Ertragssteigerungsfaktoren und Ertragssteigerung in Folgerotationen 118 5 Diskussion 122 5.1 Material und Methodik 122 5.1.1 Versuchsflächen 122 5.1.2 Modellierung und Variablenbildung 123 5.2 Waldwachstumskundliche Ergebnisse 124 5.2.1 Anwuchs- und Überlebensrate 124 5.2.2 Anzahl an Höhentrieben 125 5.2.3 Höhe 125 5.2.4 Durchmesser 126 5.2.5 Durchschnittlicher Gesamtzuwachs 126 5.2.6 Biomassefunktionen 128 5.3 Leistungsbeinflussende Standorteigenschaften 129 5.3.1 Temperatur 129 5.3.2 Niederschlag 130 5.3.3 Trockenheitsindex 132 5.3.4 Bodenschätzungskennwerte 132 5.3.5 Textur 133 5.3.6 Porenraum 134 5.3.7 Aggregierte Variablen 135 5.3.8 Weitere Einflussgrößen 136 5.4 Standortbasierte Ertragsmodellierung 136 5.4.1 Standortcluster ALL 137 5.4.2 Standortcluster S 138 5.4.3 Standortcluster U 138 5.4.4 Standortcluster L 138 5.4.5 Vergleich mit anderen Modellen 138 5.5 Ertragssteigerungsfaktoren und Ertragsteigerung in Folgerotationen 140 6 Schlussfolgerungen und Ausblick 141 7 Zusammenfassung 144 8 Literatur 156 9 Anhang 176

Durch das Ansteigen der Weltbevölkerung und das wirtschaftliche Aufstreben insbesondere der Entwicklungs- und Schwellenländer wird die Nachfrage nach dem Rohstoff Holz beträchtlich wachsen. Gleichzeitig ist die Entwicklung der weltweiten Waldfläche rückläufig. Eine wesentliche Frage für die nationalen Volkswirtschaften wird in der Zukunft sein, den bereits jetzt knapp werdenden Rohstoff Holz in ausreichendem Maße zur Verfügung zu stellen. Vor diesem Hintergrund beschäftigt sich die vorliegende Arbeit mit ertragskundlicher Analyse von Gehölzsystemen und den Möglichkeiten der Ertragssteigerung am Beispiel des Bundeslandes Sachsen. Im Zentrum stehen vor allem Kurzumtriebsplantagen im Vergleich mit Schlagweisen Hochwäldern. / The rise in the global population and in the economic ambitions of the developing and newly industrialising nations in particular will prompt a significant increase in the demand for wood. While these developments are taking place, however, the area of forest cover globally is in decline. An issue of central importance for national economies in the years to come will concern their ability to secure an adequate supply of the already limited raw material wood. Against this background, the study presented herein focuses on analyses of the yields provided by certain wood production systems and on the options to increase this yield. The study addresses the issue on the basis of the example of the German federal state Sachsen. A focal point of the study is short rotation coppice plantations, contrasted against age-class high forest stands.

Bei dem Begang einer Kurzumtriebsplantage bei Großschirma (Sachsen) im August 2011 fiel in einem 500 m x 25 m breiten Streifen der Sorte Max 4 starker Fraß durch Blattwespenlarven auf. Andere Sorten waren nur an den Randbereichen zu Max betroffen. Die Blattwespen hatten, von unten beginnend, 50 % bis 70 % der dreijährigen Pappeltriebe kahl gefressen. Der Hymenoptera-Experte Dr. A. Taeger vom Senkenberg-Institut in Müncheberg bestimmte die Art als Nematus papillosus (Retzius, 1783) (Syn. Nematus melanapsis Hartig 1840). 2012 breitete sich die Massenvermehrung rasch auf angrenzende Flächen aus und führte dort, vor allem in einem Mutterquartier, zu erheblichen Schäden.

Während der letzten Jahre ist die mit Kurzumtriebsplantagen bestockte Fläche in Deutschland deutlich angestiegen. Derzeit geht man von etwa 5 000 ha aus [1]. Der Hauptteil dieser Flächen ist mit Pappeln bestockt, während Weiden einen geringeren Anteil einnehmen. In anderen Ländern wie Großbritannien oder Schweden ist das Verhältnis dagegen umgekehrt und es finden sich große, zusammenhängende Weidenkulturen. Hier tritt der Blaue Weidenblattkäfer (Phratora vulgatissima) schon seit Jahren als Hauptschadinsekt auf und verursacht die Entlaubung ganzer Plantagen. Auch in Deutschland ist der Blaue Weidenblattkäfer die am häufigsten vorgefundene Schadinsektenart an Weiden im Kurzumtrieb.