The aim of the dissertation is to create the clear directions for setting up of the business plan and to create also the real business plan of the short rotation energy plantation. The dissertation consists of two main parts. The theoretical part describes the structure of the business plan and the principles for setup, the application part contains the real business plan of the planting short rotation coppices, which could be used both as a decision tool for realization of this project in practice and as the documentation for an application for a bank loan. The business plan mentions the market opportunity, the description of the woody species, the technology of founding, growing and harvesting of the plantation, the financial plan, SWOT analysis and possible risks with suggestions for solutions.

Due to renewable production of woody biomass, Short Rotation Coppices (SRC) are suitable for energetic and material utilization. Compared to conventional arable crops, SRC consume more water and therefore, sufficient water supply is mandatory in order to protect the yield of woody biomass. In previous studies, an increment of woody biomass in SRC due to the irrigation with clear water and sewage sludge was proved. The effect of biologically treated wastewater on the growth of SRC is, however, largely unknown. The objective of this study is to investigate this effect. Experimental plots were established in the lowland of Thuringia to carry out field recordings and irrigations which were adapted to site conditions. The utilization of biologically treated wastewater enables the use of an additional water resource without consuming fresh water sources. The investigations serve to test the following hypotheses: The production of higher yields of biomass - divided into woody and leafy biomass - is assumed at the irrigated plots compared to the non- irrigated plots. Older and groundwater- influenced plots show a higher biomass production as the younger and groundwater- distant plots. The use of biologically treated wastewater in addition prolongs the growing season. That means that foliation time commences earlier and leaf fall is delayed. The different sites located in the Thuringian lowlands which were investigated show high site quality indexes, however, they also belong to one of the driest regions of Germany due to their low precipitation. The subject of investigation was to determine the additional amount of biologically treated wastewater required to create optimum conditions in soil water supply for plant growth. The irrigation measures and meteorological field recordings were implemented at different sites of up to six years old poplar and willow plantations. The irrigation requirements of the plots were determined based on a water budget model (ZEPHYR). Dependent on weather, soil and growth conditions the time and quantity of irrigation were calculated. The biologically treated wastewater was irrigated at the plots using a tank wagon in combination with a pipe system and connected water meter. The wastewater transfer within the plot was carried out by means of furrow irrigation. The main focus of the investigations was to determine the annual net primary production divided into woody and leafy biomass and the intra- annual trend of growth of irrigated and non- irrigated poplars and willows in dependence of age and soil water supply. For that purpose, measurements of woody biomass, phenological observations and measurements of water balance values on groundwater- influenced and groundwater- distant sites were carried out during vegetation time. Moreover, following each period of vegetation, the increment of woody biomass of the investigation plots was estimated due to complete recordings. It was possible to model the increment of woody biomass of poplar and willow plantations dependent on age and soil water supply based on measured data. The irrigation with biologically treated wastewater shows positive effects in production of woody biomass at both, groundwater- distant and slightly groundwater- influenced plots. Irrigated trees show a higher leafy and woody biomass than non- irrigated. No effects of irrigation were detected at strongly groundwater- influenced plots. On all investigation plots, the poplars produce more woody biomass as the willows. The older trees produce more woody biomass than the younger ones. The intra- annual trend of growth at the plots close to the groundwater is not influenced by the additional irrigation. At groundwater- distant plots, an effect of temporal prolongation of vertical growth caused by irrigation could be established. The phenological observations show a differentiation of leaf fall. Irrigated and non- irrigated plots show a similar date of termination of leaf fall. However, the leaf fall begins later at irrigated plots than at non- irrigated. No effect on the trend of foliation caused by the utilization of biologically treated wastewater is established. An irrigation of SRC with biologically treated wastewater is suitable for an increment of yield at groundwater- distant sites provided that site conditions are taken into account. It is, however, only economically feasible under certain conditions such as for example short distances to the place where the biologically treated wastewater is discharged, or where existing wastewater reservoirs can be used. An irrigation of SRC in the immediate vicinity of a purification plant or the utilization of pre-existing reservoirs is conceivable as a means of decreasing costs of transportation, storage and irrigation while increasing yield. / Kurzumtriebsplantagen (KUP) sind durch die regenerative Erzeugung einer hohen Dendromasse zur energetischen und stofflichen Verwertung gekennzeichnet. Aufgrund des im Vergleich zu konventionellen Ackerfrüchten höheren Wasserverbrauches muss eine ausreichende Wasserversorgung des jeweiligen Standortes für die Sicherung und Steigerung von Dendromasseerträgen in KUP gewährleistet sein. Eine Dendromasseerhöhung in KUP durch Zugabe von Klarwasser und Klärschlämmen wurde in früheren Untersuchungen nachgewiesen. Die Wirkung von biologisch geklärtem Abwasser auf das Wachstum von KUP ist dagegen weitgehend unbekannt. Die vorliegende Studie hat das Ziel, diese Wirkung zu untersuchen. In der Thüringer Ackerebene wurden Versuchsflächen eingerichtet, die neben den Feldaufnahmen auch eine standortangepasste Bewässerung zulässt. Die Verwendung von biologisch geklärtem Abwasser ermöglicht es, eine zusätzliche Wasserressource in Anspruch zu nehmen, ohne auf Frischwasserquellen zurückgreifen zu müssen. Die Untersuchungen sollten u. a. dazu dienen, folgende Hypothesen zu testen: Die Produktion höherer Biomasseerträge, unterteilt in Dendro- und Blattmasse, wird bei den bewässerten Beständen im Vergleich zu den unbewässerten angenommen. Die älteren und grundwasserbeeinflussten Bestände weisen eine höhere Biomasseproduktion auf als die jüngeren und grundwasserfernen. Zusätzlich eingesetztes biologisch geklärtes Abwasser verlängert die Vegetationszeit. Das bedeutet, dass der Blattaustrieb früher beginnt und der Laubfall verzögert wird. Die verschiedenen untersuchten Standorte der Thüringer Ackerebene weisen zwar hohe Ackerzahlen auf, zählen jedoch hinsichtlich der Niederschläge zu einer der trockensten Region Deutschlands. Gegenstand der Untersuchungen war es, welche Zusatzmengen an biologisch geklärtem Abwasser für die verschiedenen Standorte notwendig waren, um optimale Verhältnisse in der Bodenwasserversorgung für das Pflanzenwachstum zu schaffen. Die Bewässerungsmaßnahmen und meteorologischen Feldaufnahmen wurden auf verschiedenen Standorten von bis zu sechsjährigen Pappel- und Weidenplantagen durchgeführt. Der Bewässerungsbedarf der Bestände wurde mit einem Wasserhaushaltsmodell („ZEPHYR“) ermittelt. In Abhängigkeit von der Witterung, dem Boden und der Pflanzenentwicklung wurden der Zeitpunkt und die Höhe der Bewässerungsmenge berechnet. Das biologisch geklärte Abwasser wurde durch einen Tankwagen in Kombination mit einem Rohrleitungssystem und angeschlossenem Wasserzähler (Wasseruhr) auf die Flächen ausgebracht. Die Abwassergabe innerhalb der Parzelle erfolgte als Furchenbewässerung. Schwerpunkt der Untersuchungen war die jährliche Ermittlung der Nettoprimärproduktion, unterteilt in Dendro- und Blattmasse, und der innerjährliche Verlauf des Wachstums von bewässerten und unbewässerten Pappeln und Weiden in Abhängigkeit vom Bestandesalter und von der Bodenwasserversorgung. Dazu wurden innerhalb der Vegetationsperioden Messungen der Bestandesdendromasse, phänologische Beobachtungen und Messungen von Wasserhaushaltsgrößen auf grundwasserbeeinflussten und grundwasserfernen Standorten durchgeführt. Zudem wurden nach jeder Vegetationsperiode die Zuwächse der Versuchsbestände durch Vollkluppungen geschätzt. Mit den gemessenen Daten war es möglich, die Dendromassezuwächse von Pappel- und Weiden-KUP in Abhängigkeit vom Bestandesalter und von der Bodenwasserversorgung zu modellieren. Positive Ergebnisse durch die Bewässerung zeigen sich bezüglich der Dendromasseproduktion sowohl bei den grundwasserfernen als auch bei den leicht grundwasserbeeinflussten Beständen. Die bewässerten Bestände weisen eine größere Laub- und Dendromasse auf als die unbewässerten. Bei den stark grundwasserbeeinflussten Beständen sind keine Bewässerungseffekte nachzuweisen. Auf allen Versuchsflächen produzieren die Pappeln mehr Dendromasse als die Weiden. Die älteren Bestände bilden mehr Dendromasse als die jüngeren. Der innerjährliche Wachstumsverlauf wird bei grundwassernahen Beständen durch die Zusatzbewässerung nicht beeinflusst. Bei grundwasserfernen Standorten ist ein Bewässerungseffekt, der eine zeitliche Verlängerung des Höhenwachstums verursacht, festzustellen. Die phänologischen Beobachtungen zeigen eine Differenzierung des Laubfalles. Bewässerte und unbewässerte Bestände weisen ein ähnliches Datum der Beendigung des Laubfalles auf. Allerdings setzt der Laubfall bei den bewässerten Beständen später als bei den unbewässerten ein. Ein Einfluss der Zusatzbewässerung auf den Verlauf des Blattaustriebes wird nicht nachgewiesen. Eine Bewässerung von KUP mit biologisch geklärtem Abwasser ist unter Beachtung standörtlicher Voraussetzungen für eine Ertragssteigerung auf grundwasserfernen Standorten geeignet. Sie ist aber nur dann zu rechtfertigen, wenn betriebswirtschaftliche Rahmenbedingungen, wie z. B. kurze Entfernungen zum Ort der Ausbringung des biologisch geklärten Abwassers oder die Nutzung von bereits existierenden Abwasserspeichern, eingehalten werden. Denkbar wäre eine Bewässerung von KUP im direkten Umfeld einer Kläranlage oder die Nutzung bereits vorhandener Wasserspeicher, um die Transport-, Speicher- und Bewässerungskosten bei gleichzeitiger Ertragserhöhung zu senken.

Due to renewable production of woody biomass, Short Rotation Coppices (SRC) are suitable for energetic and material utilization. Compared to conventional arable crops, SRC consume more water and therefore, sufficient water supply is mandatory in order to protect the yield of woody biomass. In previous studies, an increment of woody biomass in SRC due to the irrigation with clear water and sewage sludge was proved. The effect of biologically treated wastewater on the growth of SRC is, however, largely unknown. The objective of this study is to investigate this effect. Experimental plots were established in the lowland of Thuringia to carry out field recordings and irrigations which were adapted to site conditions. The utilization of biologically treated wastewater enables the use of an additional water resource without consuming fresh water sources. The investigations serve to test the following hypotheses: The production of higher yields of biomass - divided into woody and leafy biomass - is assumed at the irrigated plots compared to the non- irrigated plots. Older and groundwater- influenced plots show a higher biomass production as the younger and groundwater- distant plots. The use of biologically treated wastewater in addition prolongs the growing season. That means that foliation time commences earlier and leaf fall is delayed. The different sites located in the Thuringian lowlands which were investigated show high site quality indexes, however, they also belong to one of the driest regions of Germany due to their low precipitation. The subject of investigation was to determine the additional amount of biologically treated wastewater required to create optimum conditions in soil water supply for plant growth. The irrigation measures and meteorological field recordings were implemented at different sites of up to six years old poplar and willow plantations. The irrigation requirements of the plots were determined based on a water budget model (ZEPHYR). Dependent on weather, soil and growth conditions the time and quantity of irrigation were calculated. The biologically treated wastewater was irrigated at the plots using a tank wagon in combination with a pipe system and connected water meter. The wastewater transfer within the plot was carried out by means of furrow irrigation. The main focus of the investigations was to determine the annual net primary production divided into woody and leafy biomass and the intra- annual trend of growth of irrigated and non- irrigated poplars and willows in dependence of age and soil water supply. For that purpose, measurements of woody biomass, phenological observations and measurements of water balance values on groundwater- influenced and groundwater- distant sites were carried out during vegetation time. Moreover, following each period of vegetation, the increment of woody biomass of the investigation plots was estimated due to complete recordings. It was possible to model the increment of woody biomass of poplar and willow plantations dependent on age and soil water supply based on measured data. The irrigation with biologically treated wastewater shows positive effects in production of woody biomass at both, groundwater- distant and slightly groundwater- influenced plots. Irrigated trees show a higher leafy and woody biomass than non- irrigated. No effects of irrigation were detected at strongly groundwater- influenced plots. On all investigation plots, the poplars produce more woody biomass as the willows. The older trees produce more woody biomass than the younger ones. The intra- annual trend of growth at the plots close to the groundwater is not influenced by the additional irrigation. At groundwater- distant plots, an effect of temporal prolongation of vertical growth caused by irrigation could be established. The phenological observations show a differentiation of leaf fall. Irrigated and non- irrigated plots show a similar date of termination of leaf fall. However, the leaf fall begins later at irrigated plots than at non- irrigated. No effect on the trend of foliation caused by the utilization of biologically treated wastewater is established. An irrigation of SRC with biologically treated wastewater is suitable for an increment of yield at groundwater- distant sites provided that site conditions are taken into account. It is, however, only economically feasible under certain conditions such as for example short distances to the place where the biologically treated wastewater is discharged, or where existing wastewater reservoirs can be used. An irrigation of SRC in the immediate vicinity of a purification plant or the utilization of pre-existing reservoirs is conceivable as a means of decreasing costs of transportation, storage and irrigation while increasing yield. / Kurzumtriebsplantagen (KUP) sind durch die regenerative Erzeugung einer hohen Dendromasse zur energetischen und stofflichen Verwertung gekennzeichnet. Aufgrund des im Vergleich zu konventionellen Ackerfrüchten höheren Wasserverbrauches muss eine ausreichende Wasserversorgung des jeweiligen Standortes für die Sicherung und Steigerung von Dendromasseerträgen in KUP gewährleistet sein. Eine Dendromasseerhöhung in KUP durch Zugabe von Klarwasser und Klärschlämmen wurde in früheren Untersuchungen nachgewiesen. Die Wirkung von biologisch geklärtem Abwasser auf das Wachstum von KUP ist dagegen weitgehend unbekannt. Die vorliegende Studie hat das Ziel, diese Wirkung zu untersuchen. In der Thüringer Ackerebene wurden Versuchsflächen eingerichtet, die neben den Feldaufnahmen auch eine standortangepasste Bewässerung zulässt. Die Verwendung von biologisch geklärtem Abwasser ermöglicht es, eine zusätzliche Wasserressource in Anspruch zu nehmen, ohne auf Frischwasserquellen zurückgreifen zu müssen. Die Untersuchungen sollten u. a. dazu dienen, folgende Hypothesen zu testen: Die Produktion höherer Biomasseerträge, unterteilt in Dendro- und Blattmasse, wird bei den bewässerten Beständen im Vergleich zu den unbewässerten angenommen. Die älteren und grundwasserbeeinflussten Bestände weisen eine höhere Biomasseproduktion auf als die jüngeren und grundwasserfernen. Zusätzlich eingesetztes biologisch geklärtes Abwasser verlängert die Vegetationszeit. Das bedeutet, dass der Blattaustrieb früher beginnt und der Laubfall verzögert wird. Die verschiedenen untersuchten Standorte der Thüringer Ackerebene weisen zwar hohe Ackerzahlen auf, zählen jedoch hinsichtlich der Niederschläge zu einer der trockensten Region Deutschlands. Gegenstand der Untersuchungen war es, welche Zusatzmengen an biologisch geklärtem Abwasser für die verschiedenen Standorte notwendig waren, um optimale Verhältnisse in der Bodenwasserversorgung für das Pflanzenwachstum zu schaffen. Die Bewässerungsmaßnahmen und meteorologischen Feldaufnahmen wurden auf verschiedenen Standorten von bis zu sechsjährigen Pappel- und Weidenplantagen durchgeführt. Der Bewässerungsbedarf der Bestände wurde mit einem Wasserhaushaltsmodell („ZEPHYR“) ermittelt. In Abhängigkeit von der Witterung, dem Boden und der Pflanzenentwicklung wurden der Zeitpunkt und die Höhe der Bewässerungsmenge berechnet. Das biologisch geklärte Abwasser wurde durch einen Tankwagen in Kombination mit einem Rohrleitungssystem und angeschlossenem Wasserzähler (Wasseruhr) auf die Flächen ausgebracht. Die Abwassergabe innerhalb der Parzelle erfolgte als Furchenbewässerung. Schwerpunkt der Untersuchungen war die jährliche Ermittlung der Nettoprimärproduktion, unterteilt in Dendro- und Blattmasse, und der innerjährliche Verlauf des Wachstums von bewässerten und unbewässerten Pappeln und Weiden in Abhängigkeit vom Bestandesalter und von der Bodenwasserversorgung. Dazu wurden innerhalb der Vegetationsperioden Messungen der Bestandesdendromasse, phänologische Beobachtungen und Messungen von Wasserhaushaltsgrößen auf grundwasserbeeinflussten und grundwasserfernen Standorten durchgeführt. Zudem wurden nach jeder Vegetationsperiode die Zuwächse der Versuchsbestände durch Vollkluppungen geschätzt. Mit den gemessenen Daten war es möglich, die Dendromassezuwächse von Pappel- und Weiden-KUP in Abhängigkeit vom Bestandesalter und von der Bodenwasserversorgung zu modellieren. Positive Ergebnisse durch die Bewässerung zeigen sich bezüglich der Dendromasseproduktion sowohl bei den grundwasserfernen als auch bei den leicht grundwasserbeeinflussten Beständen. Die bewässerten Bestände weisen eine größere Laub- und Dendromasse auf als die unbewässerten. Bei den stark grundwasserbeeinflussten Beständen sind keine Bewässerungseffekte nachzuweisen. Auf allen Versuchsflächen produzieren die Pappeln mehr Dendromasse als die Weiden. Die älteren Bestände bilden mehr Dendromasse als die jüngeren. Der innerjährliche Wachstumsverlauf wird bei grundwassernahen Beständen durch die Zusatzbewässerung nicht beeinflusst. Bei grundwasserfernen Standorten ist ein Bewässerungseffekt, der eine zeitliche Verlängerung des Höhenwachstums verursacht, festzustellen. Die phänologischen Beobachtungen zeigen eine Differenzierung des Laubfalles. Bewässerte und unbewässerte Bestände weisen ein ähnliches Datum der Beendigung des Laubfalles auf. Allerdings setzt der Laubfall bei den bewässerten Beständen später als bei den unbewässerten ein. Ein Einfluss der Zusatzbewässerung auf den Verlauf des Blattaustriebes wird nicht nachgewiesen. Eine Bewässerung von KUP mit biologisch geklärtem Abwasser ist unter Beachtung standörtlicher Voraussetzungen für eine Ertragssteigerung auf grundwasserfernen Standorten geeignet. Sie ist aber nur dann zu rechtfertigen, wenn betriebswirtschaftliche Rahmenbedingungen, wie z. B. kurze Entfernungen zum Ort der Ausbringung des biologisch geklärten Abwassers oder die Nutzung von bereits existierenden Abwasserspeichern, eingehalten werden. Denkbar wäre eine Bewässerung von KUP im direkten Umfeld einer Kläranlage oder die Nutzung bereits vorhandener Wasserspeicher, um die Transport-, Speicher- und Bewässerungskosten bei gleichzeitiger Ertragserhöhung zu senken.

The aim of this thesis was to plot the conditions which influence creation of supplier- consumer relationship (of nets, clusters) focused on usage of renewable sources of energy. Short rotation coppices (SRC) were emphasized. There was processed general issue of countryside evelopment, unemployment trend in agriculture and possibilities of activities diversification in relation with SRC production in theoretical part of my thesis. Research realisation of production significance together with SRC usage in countryside areas awareness was included in the applied part. Obtained knowledge and information were analyzed and evaluated. Output of this thesis can be used to infrom involved subjects and routine utilisation.

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Die vorliegende Arbeit basiert zum größten Teil auf Untersuchungen und Versuchen, die im Rahmen der beiden Verbundprojekte AGROWOOD und CultPop in den Jahren 2006 bis 2013 in Kurzumtriebsplantagen mit Pappeln, Weiden und Robinie in den Untersuchungsregionen Sachsen und Südbrandenburg durchgeführt wurden. Ziel dieser Arbeit war es, auf den Flächen der für Deutschland vergleichsweise neuen Landnutzungsart Arteninventuren und Schadbonituren durchzuführen, die als Grundlage für eine Einschätzung der Biodiversität und des Gefahrenpotenzials im Bereich der Schadinsekten dienen und Ansätze für ein Schadensmangement in Kurzumtriebsplantagen aufzeigen können. Die Ergebnisse der Freilandbonituren und der damit in Verbindung stehenden Untersu-chungen und Versuche, die in Teil A dieser Arbeit dargestellt sind, haben gezeigt, dass die Wachstumscharakteristika der drei untersuchten Baumtaxa den Angaben in der Literatur entsprechen und deutliche Unterschiede im Auftreten von Schadinsekten und Schäden vorliegen. Dabei wurden sowohl Unterschiede zwischen den Klonen bzw. sonstigen genetischen Untereinheiten innerhalb der drei Baumtaxa als auch zwischen den unterschiedlichen Alters- und Entwicklungsstadien der Kurzumtriebsplantagen festgestellt. Die höchste Artendiversität bei den Schadinsekten wiesen die Pappelkurzumtriebsplantagen auf. Als Hauptschaderreger wurde Chrysomela populi identifiziert, der teilweise in Vergesellschaftung mit C. tremulae vorkommt. In den untersuchten Weidenkurzumtriebsplantagen wurde eine mittlere Artendiversität festgestellt, wobei Phratora vulgatissima die Rolle als Hauptschaderreger einnimmt. Die Robinienkurzumtriebsplantagen wiesen erwartungsgemäß eine geringe Artendiversität auf. Die am häufigsten auftretenden Schadinsekten waren Charagmus gressorius und C. griseus sowie Obolodiplosis robiniae. In den vertiefenden, in Teil B dieser Arbeit dargestellten Labor- und Freilandversuchen wurde deutlich, dass (a) C. populi ausgeprägte Fraßpräferenzen für bestimmte Pappelklone aufweist, aber um die Ergebnisse von entsprechenden Laborversuchen auf das Freiland übertragen zu können, Versuchsdesign und Futterqualität gut abgestimmt sein müssen, (b) die eingesetzten Glasolfaktometer zur Untersuchung der olfaktorischen Orientierung von C. populi ungeeignet sind und derartige Versuche in Auswahlkammern oder -arenen stattfinden sollten, (c) mehrere zugelassene und kommerziell verfügbare synthetische und biologisch-biotechnische Insektizide sich für die Bekämpfung von Larven und Imagines von C. populi eignen und der Schutz von Pflanzen durch Insektizide im Freiland nicht nur zu geringeren Blattschäden, sondern auch zu einem gesteigerten Höhenwachstum führt, (d) Blattverlust durch Blattfraß das Höhenwachstum und das Frischgewicht von Pflanzen sowie die Anzahl an Wiederaustrieben nach einer Ernte nachhaltig beeinträchtigen kann, die Aufwirkungen aber vom Standort, der Baumart, dem Klon, dem Ausmaß und der Häufigkeit des Blattverlusts abhängen und (e) hohe Drahtwurmdichten in Kurzumtriebsplantagen vorliegen können, die insbesondere auf Flächen mit schwierigen Standortsbedingungen zusätzlich zu einer Beeinträchtigung der Pflanzenvitalität und des Pflanzenwachstums beitragen könnten. Die Ausführungen zum Schadensmanagement in Kurzumtriebsplantagen in Teil C dieser Arbeit zeigen die wichtigsten präventiven und bekämpfenden Pflanzenschutzmaßnahmen bei der Anlage und der Bewirtschaftung dieser Flächen auf. Dabei spielt insbesondere die umfassende Planung vor der eigentlichen Anlage der Flächen, die u. a. die Standort- und die daran angepasste Baumarten- und Klonwahl sowie die Gestaltung des Flächendesigns und der -diversität umfasst, eine entscheidende Rolle, da diese Aspekte das Risiko für das Auftreten von Schadinsekten, aber auch anderer biotischer sowie abiotischer Schadfaktoren in den anzulegenden Kurzumtriebsplantagen maßgeblich beeinflussen. Standardverfahren für die Überwachung und Prognose von Schadinsekten in Kurzum-triebsplantagen existieren derzeit in Deutschland nicht, sollten aber für den Hauptscha-derreger C. populi entwickelt werden. Ein entsprechender Vorschlag, der auch die Diagnose der Art mit einbezieht, ist in der Arbeit enthalten. Außerdem sind regelmäßige Flächenbegänge zu empfehlen, um Schäden und Schaderreger schnell identifizieren und bei Bedarf Gegenmaßnahmen einleiten zu können. Neben dem Ausnutzen der zur Verfügung stehenden präventiven Pflanzenschutzmaßnahmen im Rahmen eines integrierten Pflanzenschutzes sind aufgrund der Leistungsorientierung der Kulturen und des geringen zur Verfügung stehenden Kompensationszeitraums auch eine aktive Bekämpfung von Schaderregern durch den Einsatz chemischer Pflanzenschutzmittel wahrscheinlich. Die dafür notwendigen rechtlichen Grundlagen stehen noch nicht vollständig zur Verfügung und müssen geschaffen werden. Handlungsbedarf besteht außerdem in Bezug auf die weitere Erforschung der Auswirkungen von Klonmischungen auf das Vorkommen von Schadinsekten und der Wirksamkeit und Förderung von natürlichen Antagonisten in Kurzumtriebsplantagen sowie auf die Züchtung neuer widerstands- und leistungsfähiger Klone. Aufgrund verschiedener Faktoren hat die Kurzumtriebsplantagenwirtschaft in den letzten Jahren in Deutschland an Bedeutung verloren. Nichtsdestotrotz könnte ihr im Hinblick auf den zunehmenden Aufbrauch fossiler Brennstoffe und der globalen Holzknappheit in Zukunft wieder eine Rolle bei der Bereitstellung von Dendromasse zukommen.:Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung 1 2 Problemstellung und Stand des Wissens 5 3 Ziel- und Aufgabenstellung 15 4 Material und allgemeine Methodik 17 4.1 Ausgewählte Untersuchungsflächen 17 4.2 Pflanzenmaterial 20 4.3 Tiermaterial 21 4.4 Statistik und Datenmanagement 22 Teil A. Arteninventur und Schadbonitur 24 5 Untersuchungen zum Vorkommen von Schadinsekten und Schäden in Kurzumtriebsplantagen 25 5.1 Einleitung und Hintergrund 25 5.2 Schadinsekten und Schäden in Kurzumtriebsplantagen mit Pappeln (Populus spec.) 26 5.2.1 Einleitung 26 5.2.2 Spezielle Methodik 26 5.2.2.1 Stichprobenartiges Schadboniturverfahren auf den Ragower Rieselfeldern 26 5.2.2.2 Schadbonitur im Mutterquartier des FIB e. V. in Grünewalde 29 5.2.2.3 Laborbasierte Zucht von Chrysomela populi und C. tremulae 29 5.2.2.4 Laborversuch zur Entwicklung von Lymantria dispar an Pappeln und Weiden 29 5.2.3 Ergebnisse der Schadbonituren und sonstigen Datenaufnahmen 30 5.2.3.1 Wachstumsparameter der Pflanzen 30 5.2.3.2 Schadparameter der Pflanzen 34 5.2.3.2.1 Abiotische Schadfaktoren 34 5.2.3.2.2 Biotische Schadfaktoren 36 5.2.4 Ergebnisse zum Artenvorkommen 41 5.2.4.1 Artenüberblick 41 5.2.4.2 Ordnung Coleoptera 44 5.2.4.2.1 Chrysomela spec. 44 5.2.4.2.2 Phratora spec. 55 5.2.4.2.3 Weitere Arten 57 5.2.4.3 Ordnung Hymenoptera 59 5.2.4.4 Ordnung Lepidoptera 60 5.2.5 Diskussion 63 5.2.5.1 Wachstumsparameter in Kurzumtriebsplantagen mit Pappeln 63 5.2.5.2 Schadparameter und Artenvorkommen in Kurzumtriebsplantagen mit Pappeln 66 5.2.5.2.1 Abiotische Schadfaktoren 66 5.2.5.2.2 Biotische Schadfaktoren 68 5.3 Schadinsekten und Schäden in Kurzumtriebsplantagen mit Weiden (Salix spec.) 95 5.3.1 Einleitung und spezielle Methodik 95 5.3.2 Ergebnisse der Schadbonitur und sonstigen Datenaufnahmen 95 5.3.2.1 Wachstumsparameter der Pflanzen 95 5.3.2.2 Schadparameter der Pflanzen 101 5.3.2.2.1 Abiotische Schadfaktoren 101 5.3.2.2.2 Biotische Schadfaktoren 101 5.3.3 Ergebnisse zum Artenvorkommen 106 5.3.3.1 Artenüberblick 106 5.3.3.2 Ordnung Coleoptera 108 5.3.3.2.1 Phratora spec. 108 5.3.3.2.2 Weitere Arten 111 5.3.3.3 Ordnung Hymenoptera 113 5.3.3.4 Ordnung Lepidoptera 114 5.3.4 Diskussion 115 5.3.4.1 Wachstumsparameter in Kurzumtriebsplantagen mit Weiden 115 5.3.4.2 Schadparameter und Artenvorkommen in Kurzumtriebsplantagen mit Weiden 117 5.3.4.2.1 Abiotische Schadfaktoren 117 5.3.4.2.2 Biotische Schadfaktoren 118 5.4 Schadinsekten und Schäden in Kurzumtriebsplantagen mit Robinie (Robinia pseudoacacia L.) 133 5.4.1 Einleitung und spezielle Methodik 133 5.4.2 Ergebnisse der Schadbonitur 134 5.4.2.1 Wachstumsparameter der bonitierten Pflanzen 134 5.4.2.2 Schadparameter der bonitierten Pflanzen 135 5.4.2.2.1 Abiotische Schadfaktoren 135 5.4.2.2.2 Biotische Schadfaktoren 136 5.4.3 Ergebnisse zum Artenvorkommen 141 5.4.3.1 Artenüberblick 141 5.4.3.2 Ordnung Coleoptera 142 5.4.3.3 Ordnung Diptera 144 5.4.3.4 Ordnung Lepidoptera 146 5.4.4 Diskussion 146 5.4.4.1 Wachstumsparameter in Kurzumtriebsplantagen mit Robinie 146 5.4.4.2 Schadparameter und Artenvorkommen in Kurzumtriebsplantagen mit Robinie 148 5.4.4.2.1 Abiotische Schadfaktoren 148 5.4.4.2.2 Biotische Schadfaktoren 149 5.5 Zusammenfassende Schlussfolgerung 161 Teil B. Biologie und Gefahrenpotenzial von Schadinsekten 166 6 Laborversuche zu den Fraßpräferenzen von Chrysomela populi 167 6.1 Einleitung und Hintergrund 167 6.2 Spezielle Methodik 167 6.2.1 Fraßpräferenzversuch I 167 6.2.2 Blattpuderdiätsversuch 169 6.2.3 Fraßpräferenzversuch II 170 6.3 Ergebnisse 171 6.3.1 Fraßpräferenzversuch I 171 6.3.2 Blattpuderdiätsversuch 172 6.3.3 Fraßpräferenzversuch II 172 6.4 Diskussion 175 6.5 Schlussfolgerung 179 7 Laborversuch zur olfaktorischen Orientierung von Chrysomela populi 180 7.1 Einleitung und Hintergrund 180 7.2 Spezielle Methodik 180 7.3 Ergebnisse 182 7.4 Diskussion 183 7.5 Schlussfolgerung 186 8 Laborversuche zur Wirksamkeit verschiedener Insektizide gegen Larven und Imagines von Chrysomela populi 187 8.1 Einleitung und Hintergrund 187 8.2 Spezielle Methodik 187 8.3 Ergebnisse 191 8.3.1 Wirksamkeit der Insektizide gegen die Imagines von Chrysomela populi 191 8.3.3 Wirksamkeit der Insektizide gegen die Larven von Chrysomela populi 195 8.3.4 Wiederholungsversuche mit Alverde® und Spruzit® Neu 198 8.4 Diskussion 200 8.5 Schlussfolgerung 204 9 Freilandversuch zum Einsatz von Insektiziden für die Bekämpfung von Chrysomela populi 206 9.1 Einleitung und Hintergrund 206 9.2 Spezielle Methodik 206 9.3 Ergebnisse 210 9.3.1 Höhen- und Höhenzuwachsentwicklung 210 9.3.2 Schadinsekten und Blattschäden 212 9.4 Diskussion 216 9.4.1 Höhen- und Höhenzuwachsentwicklung 216 9.4.2 Schadinsekten und Blattschäden 219 9.5 Schlussfolgerung 221 10 Freilandversuch zum Einfluss von Blattverlust auf das Wachstum von Pappel- und Weidenklonen 223 10.1 Einleitung und Hintergrund 223 10.2 Spezielle Methodik 223 10.3 Ergebnisse 226 10.3.1 Anwuchs- und Wachstumssituation vor Beginn der Fraßsimulationen 226 10.3.2 Wachstumssituation nach der ersten Fraßsimulation 228 10.3.3 Wachstumssituation nach der dritten Fraßsimulation 230 10.3.4 Wachstumssituation nach Beendigung des Versuchs 235 10.3.4.1 Aufnahmen und Ernte in Großthiemig 235 10.3.4.2 Aufnahmen in Obercarsdorf und Schönheide 240 10.4 Diskussion 242 10.5 Schlussfolgerung 248 11 Frühjahrsmonitoring zur Bestimmung des Drahtwurmbesatzes auf den Ragower Rieselfeldern 249 11.1 Einleitung und Hintergrund 249 11.2 Spezielle Methodik 250 11.3 Ergebnisse 252 11.3.1 Ergebnisse des Vorversuchs im Frühjahr 2012 252 11.3.2 Ergebnisse des Vollversuchs im Frühjahr 2013 253 11.4 Diskussion 256 11.5 Schlussfolgerung 261 Teil C. Schadensmanagement in Kurzumtriebsplantagen 263 12 Empfehlungen für die risikoarme Anlage und Bewirtschaftung von Kurzumtriebsplantagen aus Sicht des Pflanzenschutzes 264 12.1 Grundzüge des Pflanzenschutzes in Kurzumtriebsplantagen 264 12.2 Empfehlungen für die risikoarme Anlage von Kurzumtriebsplantagen 265 12.2.1 Präventive Maßnahmen bei der Anlage von Kurzumtriebsplantagen 265 12.2.2 Bekämpfende Maßnahmen bei der Anlage von Kurzumtriebsplantagen 267 12.3 Empfehlungen für eine risikoarme Bewirtschaftung von Kurzumtriebsplantagen 267 12.3.1 Präventive Maßnahmen bei der Bewirtschaftung von Kurzumtriebsplantagen 267 12.3.1.1 Überwachung und Prognose in Pappelkurzumtriebsplantagen 268 12.3.1.2 Überwachung und Prognose in Weidenkurzumtriebsplantagen 274 12.3.1.3 Überwachung und Prognose in Robinienkurzumtriebsplantagen 274 12.3.1.4 Diagnose von Schadorganismen in Kurzumtriebsplantagen 274 12.3.1.5 Plantagenschutzkontrollbuch 275 12.3.1.6 Förderung natürlicher Gegenspieler 275 12.3.2 Bekämpfende Maßnahmen bei der Bewirtschaftung von Kurzumtriebsplantagen 276 12.3.2.1 Mechanisch-physikalische Bekämpfung von Schadorganismen in Kurzumtriebsplantagen 276 12.3.2.2 Chemische Bekämpfung von Schadorganismen in Kurzumtriebsplantagen 277 13 Schlussfolgerungen für Wissenschaft und Praxis 282 14 Zusammenfassung 289 15 Summary 291 16 Verzeichnisse 294 16.1 Literaturverzeichnis 294 16.2 Abbildungsverzeichnis 343 16.3 Tabellenverzeichnis 347 17 Anhang 17-1 / This thesis is based on research work and experiments implemented within the AGROWOOD and CultPop joint projects in short rotation coppices with poplars, willows and black locust in Saxony and south Brandenburg between 2006 and 2013. The aim of this thesis was to carry out species inventories and damage ratings on sites of this comparatively new kind of land use in Germany, whose results can serve as a basis to assess and evaluate the biodiversity and risk potential of pest insects as well as to point out ap-proaches for pest management strategies. The results of the damage ratings in the field and the associated examinations presented in part A of this thesis show that the growth characteristics of poplars, willows and black locust on the study sites correspond well to literature knowledge and that there are noticeable differences in the occurrence of pest insects and damage among clones or other genetic units within the three tree taxa as well as among different age and developmental stages of short rotation coppices. Poplar short rotation coppices held the highest pest insect diversity. Chrysomela populi, sometimes occurring together with C. tremulae, was identified as main pest species. A medium pest insect diversity was recorded for willow short rotation coppices, with Phratora vulgatissima as main pest species. As expected, black locust short rotation coppices had the lowest pest insect diversity. The most abundant species were Charagmus gressorius and C. griseus as well as Obolodiplosis robiniae. Within the advanced laboratory and field experiments presented in part B of this thesis it was shown that (a) C. populi has distinctive feeding preferences for certain poplar clones, but that experimental design and food quality in laboratory experiments must be chosen carefully to be able to transfer results into the field, (b) the glass olfactometers used to study the olfactory orientation of C. populi are not suitable and that such experiments should take place in choice chambers or arenas, (c) several commercially available and certified synthetic and biological-biotechnical insecticides are suitable for the control of larvae and adults of C. populi and that the protection of poplars by insecticides not only results in lower leaf damage but also causes an increase in height growth, (d) defoliation by leaf feeding can have a lasting impact on the height growth and fresh weight of plants as well as on the number of resprouting shoots after a harvest, but that the effects depend on the site, the tree species, the clone, the extent and number of defoliating events and (e) high densities of wire worms may occur in short rotation coppices, which can contribute to a reduction of plant vitality and growth, in particular on sites with unfavorable site conditions. The information on pest management in short rotation coppices presented in part C of this thesis describe the most important plant protection measures for the establishment and management of these sites. In particular the comprehensive planning process prior to the actual establishment of the short rotation coppices, which among others comprises the choice of site and a corresponding choice of tree species and clones as well as the design of the coppice and its diversity, plays a crucial role, since these aspects significantly effect the risk for the occurrence of pest insects as well as other biotic and abiotic risk factors in these coppices. Currently no standard methods for the monitoring and prognosis of pest insects in short rotation coppices exist in Germany but should be developed for the main pest insect C. populi. This thesis contains a suggestion for it that also includes the diagnosis of this species. Furthermore, regular site inspections are recommended to be able to quickly identify damage and pest organisms and initiate control measures if required. Besides exploiting the available preventive plant protection measures within the framework of an integrated pest management, the use of chemical plant protection products to actively control occurring pest organisms is likely due to the strong economic focus of the coppices and the short rotation periods that provide little time for compensatory processes. However, the necessary legal principles are not fully established yet. Need for action also exists regarding further research on the effects of clone mixtures on the occurrence of pest insects and the efficacy and promotion of natural enemies in short rotation coppices as well as the breeding of new resilient and productive clones. The importance of short rotation coppices has decreased in Germany in recent years due to various reasons. With regard to the continuing exhaustion of fossil fuels and the global timber shortage they may nevertheless play a role again as a source for dendromass in the future:Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung 1 2 Problemstellung und Stand des Wissens 5 3 Ziel- und Aufgabenstellung 15 4 Material und allgemeine Methodik 17 4.1 Ausgewählte Untersuchungsflächen 17 4.2 Pflanzenmaterial 20 4.3 Tiermaterial 21 4.4 Statistik und Datenmanagement 22 Teil A. Arteninventur und Schadbonitur 24 5 Untersuchungen zum Vorkommen von Schadinsekten und Schäden in Kurzumtriebsplantagen 25 5.1 Einleitung und Hintergrund 25 5.2 Schadinsekten und Schäden in Kurzumtriebsplantagen mit Pappeln (Populus spec.) 26 5.2.1 Einleitung 26 5.2.2 Spezielle Methodik 26 5.2.2.1 Stichprobenartiges Schadboniturverfahren auf den Ragower Rieselfeldern 26 5.2.2.2 Schadbonitur im Mutterquartier des FIB e. V. in Grünewalde 29 5.2.2.3 Laborbasierte Zucht von Chrysomela populi und C. tremulae 29 5.2.2.4 Laborversuch zur Entwicklung von Lymantria dispar an Pappeln und Weiden 29 5.2.3 Ergebnisse der Schadbonituren und sonstigen Datenaufnahmen 30 5.2.3.1 Wachstumsparameter der Pflanzen 30 5.2.3.2 Schadparameter der Pflanzen 34 5.2.3.2.1 Abiotische Schadfaktoren 34 5.2.3.2.2 Biotische Schadfaktoren 36 5.2.4 Ergebnisse zum Artenvorkommen 41 5.2.4.1 Artenüberblick 41 5.2.4.2 Ordnung Coleoptera 44 5.2.4.2.1 Chrysomela spec. 44 5.2.4.2.2 Phratora spec. 55 5.2.4.2.3 Weitere Arten 57 5.2.4.3 Ordnung Hymenoptera 59 5.2.4.4 Ordnung Lepidoptera 60 5.2.5 Diskussion 63 5.2.5.1 Wachstumsparameter in Kurzumtriebsplantagen mit Pappeln 63 5.2.5.2 Schadparameter und Artenvorkommen in Kurzumtriebsplantagen mit Pappeln 66 5.2.5.2.1 Abiotische Schadfaktoren 66 5.2.5.2.2 Biotische Schadfaktoren 68 5.3 Schadinsekten und Schäden in Kurzumtriebsplantagen mit Weiden (Salix spec.) 95 5.3.1 Einleitung und spezielle Methodik 95 5.3.2 Ergebnisse der Schadbonitur und sonstigen Datenaufnahmen 95 5.3.2.1 Wachstumsparameter der Pflanzen 95 5.3.2.2 Schadparameter der Pflanzen 101 5.3.2.2.1 Abiotische Schadfaktoren 101 5.3.2.2.2 Biotische Schadfaktoren 101 5.3.3 Ergebnisse zum Artenvorkommen 106 5.3.3.1 Artenüberblick 106 5.3.3.2 Ordnung Coleoptera 108 5.3.3.2.1 Phratora spec. 108 5.3.3.2.2 Weitere Arten 111 5.3.3.3 Ordnung Hymenoptera 113 5.3.3.4 Ordnung Lepidoptera 114 5.3.4 Diskussion 115 5.3.4.1 Wachstumsparameter in Kurzumtriebsplantagen mit Weiden 115 5.3.4.2 Schadparameter und Artenvorkommen in Kurzumtriebsplantagen mit Weiden 117 5.3.4.2.1 Abiotische Schadfaktoren 117 5.3.4.2.2 Biotische Schadfaktoren 118 5.4 Schadinsekten und Schäden in Kurzumtriebsplantagen mit Robinie (Robinia pseudoacacia L.) 133 5.4.1 Einleitung und spezielle Methodik 133 5.4.2 Ergebnisse der Schadbonitur 134 5.4.2.1 Wachstumsparameter der bonitierten Pflanzen 134 5.4.2.2 Schadparameter der bonitierten Pflanzen 135 5.4.2.2.1 Abiotische Schadfaktoren 135 5.4.2.2.2 Biotische Schadfaktoren 136 5.4.3 Ergebnisse zum Artenvorkommen 141 5.4.3.1 Artenüberblick 141 5.4.3.2 Ordnung Coleoptera 142 5.4.3.3 Ordnung Diptera 144 5.4.3.4 Ordnung Lepidoptera 146 5.4.4 Diskussion 146 5.4.4.1 Wachstumsparameter in Kurzumtriebsplantagen mit Robinie 146 5.4.4.2 Schadparameter und Artenvorkommen in Kurzumtriebsplantagen mit Robinie 148 5.4.4.2.1 Abiotische Schadfaktoren 148 5.4.4.2.2 Biotische Schadfaktoren 149 5.5 Zusammenfassende Schlussfolgerung 161 Teil B. Biologie und Gefahrenpotenzial von Schadinsekten 166 6 Laborversuche zu den Fraßpräferenzen von Chrysomela populi 167 6.1 Einleitung und Hintergrund 167 6.2 Spezielle Methodik 167 6.2.1 Fraßpräferenzversuch I 167 6.2.2 Blattpuderdiätsversuch 169 6.2.3 Fraßpräferenzversuch II 170 6.3 Ergebnisse 171 6.3.1 Fraßpräferenzversuch I 171 6.3.2 Blattpuderdiätsversuch 172 6.3.3 Fraßpräferenzversuch II 172 6.4 Diskussion 175 6.5 Schlussfolgerung 179 7 Laborversuch zur olfaktorischen Orientierung von Chrysomela populi 180 7.1 Einleitung und Hintergrund 180 7.2 Spezielle Methodik 180 7.3 Ergebnisse 182 7.4 Diskussion 183 7.5 Schlussfolgerung 186 8 Laborversuche zur Wirksamkeit verschiedener Insektizide gegen Larven und Imagines von Chrysomela populi 187 8.1 Einleitung und Hintergrund 187 8.2 Spezielle Methodik 187 8.3 Ergebnisse 191 8.3.1 Wirksamkeit der Insektizide gegen die Imagines von Chrysomela populi 191 8.3.3 Wirksamkeit der Insektizide gegen die Larven von Chrysomela populi 195 8.3.4 Wiederholungsversuche mit Alverde® und Spruzit® Neu 198 8.4 Diskussion 200 8.5 Schlussfolgerung 204 9 Freilandversuch zum Einsatz von Insektiziden für die Bekämpfung von Chrysomela populi 206 9.1 Einleitung und Hintergrund 206 9.2 Spezielle Methodik 206 9.3 Ergebnisse 210 9.3.1 Höhen- und Höhenzuwachsentwicklung 210 9.3.2 Schadinsekten und Blattschäden 212 9.4 Diskussion 216 9.4.1 Höhen- und Höhenzuwachsentwicklung 216 9.4.2 Schadinsekten und Blattschäden 219 9.5 Schlussfolgerung 221 10 Freilandversuch zum Einfluss von Blattverlust auf das Wachstum von Pappel- und Weidenklonen 223 10.1 Einleitung und Hintergrund 223 10.2 Spezielle Methodik 223 10.3 Ergebnisse 226 10.3.1 Anwuchs- und Wachstumssituation vor Beginn der Fraßsimulationen 226 10.3.2 Wachstumssituation nach der ersten Fraßsimulation 228 10.3.3 Wachstumssituation nach der dritten Fraßsimulation 230 10.3.4 Wachstumssituation nach Beendigung des Versuchs 235 10.3.4.1 Aufnahmen und Ernte in Großthiemig 235 10.3.4.2 Aufnahmen in Obercarsdorf und Schönheide 240 10.4 Diskussion 242 10.5 Schlussfolgerung 248 11 Frühjahrsmonitoring zur Bestimmung des Drahtwurmbesatzes auf den Ragower Rieselfeldern 249 11.1 Einleitung und Hintergrund 249 11.2 Spezielle Methodik 250 11.3 Ergebnisse 252 11.3.1 Ergebnisse des Vorversuchs im Frühjahr 2012 252 11.3.2 Ergebnisse des Vollversuchs im Frühjahr 2013 253 11.4 Diskussion 256 11.5 Schlussfolgerung 261 Teil C. Schadensmanagement in Kurzumtriebsplantagen 263 12 Empfehlungen für die risikoarme Anlage und Bewirtschaftung von Kurzumtriebsplantagen aus Sicht des Pflanzenschutzes 264 12.1 Grundzüge des Pflanzenschutzes in Kurzumtriebsplantagen 264 12.2 Empfehlungen für die risikoarme Anlage von Kurzumtriebsplantagen 265 12.2.1 Präventive Maßnahmen bei der Anlage von Kurzumtriebsplantagen 265 12.2.2 Bekämpfende Maßnahmen bei der Anlage von Kurzumtriebsplantagen 267 12.3 Empfehlungen für eine risikoarme Bewirtschaftung von Kurzumtriebsplantagen 267 12.3.1 Präventive Maßnahmen bei der Bewirtschaftung von Kurzumtriebsplantagen 267 12.3.1.1 Überwachung und Prognose in Pappelkurzumtriebsplantagen 268 12.3.1.2 Überwachung und Prognose in Weidenkurzumtriebsplantagen 274 12.3.1.3 Überwachung und Prognose in Robinienkurzumtriebsplantagen 274 12.3.1.4 Diagnose von Schadorganismen in Kurzumtriebsplantagen 274 12.3.1.5 Plantagenschutzkontrollbuch 275 12.3.1.6 Förderung natürlicher Gegenspieler 275 12.3.2 Bekämpfende Maßnahmen bei der Bewirtschaftung von Kurzumtriebsplantagen 276 12.3.2.1 Mechanisch-physikalische Bekämpfung von Schadorganismen in Kurzumtriebsplantagen 276 12.3.2.2 Chemische Bekämpfung von Schadorganismen in Kurzumtriebsplantagen 277 13 Schlussfolgerungen für Wissenschaft und Praxis 282 14 Zusammenfassung 289 15 Summary 291 16 Verzeichnisse 294 16.1 Literaturverzeichnis 294 16.2 Abbildungsverzeichnis 343 16.3 Tabellenverzeichnis 347 17 Anhang 17-1

Growth of mould fungi on packaging material reduces the product quality. Eco-fungicidal substances ensure an environmentally friendly approach to prevent this problem during the service life of the product. The bark of poplar trees, as a by-product of short rotation plantations, can be a new source for obtaining bio-fungicidal substances. The types and amount of the eco-fungicidal substances in different poplar clones were investigated with GC/MS and extracted from the raw material with different methods and adapted solvent series. After applying the eco-fungicidal substances to packaging material exposed to a mixture of mould fungi, the resistance against mould growth was monitored for several weeks. The bark extracts have shown promising results in reducing the growth speed of the mould and testing of separate fungicidal substances in the bark showed that substances such as phenol, chatecol and salicylic alcohol can prevent the mould growth.:1 Introduction 2 Material and Methods 2.1 Poplar bark 2.2 Bark Extraction 2.3 Bark fibre production 2.4 Laboratory sheets 2.5 Mould fungi 3 Results and discussion 3.1 Fungicidal components in poplar bark 3.2 Evaluating the fungicidal properties 4 Outlook 5 Acknowledgement 6 Literature / Ein Wachstum von Schimmelpilzen auf Verpackungsmaterialien reduziert deren Produktqualität. Biofungizide Substanzen stellen eine umweltfreundliche Variante zur Vermeidung dieses Problems während der Nutzungsdauer des Produktes dar. Pappelrinde als Nebenprodukt von Kurzumtriebsplantagen ist neue Quelle für die Gewinnung fungizider Substanzen. Art und Menge der biofungiziden Substanzen wurden mittels GC/MS untersucht, die geeigneten Substanzen wurden mittels verschiedener Methoden und angepasster Lösemittelreihen aus dem Rohmaterial gewonnen. Verpackungsmaterialien mit applizierten biofungiziden Substanzen wurden einer Mischung aus verschiedenen Schimmelpilzen ausgesetzt. Die Resistenz gegenüber dem Wachstum der Schimmelpilze wurde über mehrere Wochen beobachtet. Die Rindenextrakte zeigten vielversprechende Ergebnisse bei der Reduzierung der Geschwindigkeit des Wachstums der Schimmelpilze. Die Prüfung ausgewählter, in der Rinde vorhandener Substanzen hat gezeigt, dass beispielsweise Phenol, Brenzcatechin und Salizylalkohol das Wachstum von Schimmelpilzen einschränken kann.:1 Introduction 2 Material and Methods 2.1 Poplar bark 2.2 Bark Extraction 2.3 Bark fibre production 2.4 Laboratory sheets 2.5 Mould fungi 3 Results and discussion 3.1 Fungicidal components in poplar bark 3.2 Evaluating the fungicidal properties 4 Outlook 5 Acknowledgement 6 Literature

Durch die Novellierung der AbfKlärV im Jahr 2017 wurde die bodenbezogene Nutzung von Klärschlamm stark eingeschränkt. Dadurch rückt dessen thermische Verwertung zunehmend in den Vordergrund, wobei durch eine Mitverbrennung Nährstoffe verloren gehen. Diese Arbeit betrachtet alternative Möglichkeiten zur stofflichen Verwertung, wie den Einsatz als Rekultivierungsmaterial auf Deponien in Form von Komposten. In die Arbeit fließt die Betrachtung von Pilzkultursubstraten als weiterer Zuschlagstoff ein, da diese aufgrund von Hygienisierungsvorschriften ebenfalls meist thermisch verwertet werden und auch hier wichtige Nährstoffe verloren gehen. Weiterhin wird untersucht, ob Deponieflächen generell für den Anbau von Bewuchs geeignet sind und insbesondere, ob auf derartig rekultivierten Flächen Rohstoffgewinnung aus Energiepflanzen möglich ist. Dafür wurden verschiedene Materialmischungen hergestellt und in Pflanzversuchen unter Laborbedingungen sowie im Freiland und in geotechnischen Versuchen auf ihre Eignung überprüft. Es wird gezeigt, dass Deponien ein Flächenpotential darstellen und diese auch für Bewuchs geeignet sind. Auch eignen sich die hergestellten Materialmischungen grundsätzlich als Rekultivierungsmaterial. Diese müssen aber in zukünftigen Versuchen in Hinsicht auf die Einhaltung von Grenzwerten und bspw. deren Wasserdurchlässigkeiten weiter angepasst werden, bevor die Mischungen produktiv im großen Maßstab einsetzbar sind.

The water use by short rotation coppices (SRC) has been a focus of ongoing research in the last decades. Nevertheless, investigations that consider site factors and present long-term monitoring of the components of the water balance are rare. This research quantified the tree-based transpiration in the 4th growing season of uncoppiced 1st rotational hybrid poplar stands (Populus deltoides Bart. ex Marsh × P. nigra L. “AF2”) in western Slovakia. The aim of the study was to determine the influence of meteorological and soil-related site conditions on transpiration rates. Three experimental plots were located in the Morava River floodplains, on loamy sand-textured soils with different groundwater accessibilities: higher, low, and fluctuating groundwater level. We measured sap flow (Heat Ratio Method), volumetric water content, matric potential, groundwater level, and meteorological variables throughout the growing season in 2019. The results indicated that transpiration in the three sites was almost constant during that period, which was characterized by distinct conditions. The average cumulative transpiration at the site with a higher groundwater level (1105 mm) was larger than at the site with a lower groundwater level (632 mm) and the site with fluctuating groundwater (863 mm). A principal component analysis (PCA) and correlation analysis identified that the contribution of meteorological and soil-related site variables to transpiration differed among the sites. Soil water availability and groundwater accessibility are critical variables for the water use of poplar SRC. We concluded that the combination of site conditions needs to be reconsidered for the expansion of sustainable short rotation plantations in Europe.

Sustainable water management practices for cultivation of bioenergy crops requires a sound understanding of how the different components of the soil-vegetation-atmosphere continuum influence water fluxes at stand scale. In addition, depth to groundwater can influence water accessibility to plants and could potentially determine tree water-use. This dissertation assesses how the meteorological factors and soil hydrological site parameters influence the magnitude of transpiration along a groundwater accessibility gradient in the floodplains of the Morava river, in Slovakia. Specifically, this study examines the influence of the soil texture, soil moisture, and matric potential and the meteorological variables in the transpiration of poplar short rotation coppices stands (Populus spp.) established on loamy sands textured soils, across three sites with high groundwater level, low groundwater level and fluctuating groundwater level. The study was conducted throughout 90 days during two monitoring periods, 2019 and 2021. The first analysis (Section 3.1) examines the meteorological and soil water conditions in combination with the sapflow and transpiration dynamics, between July 3 and September 30, 2019. This study found significant differences in tree and stand transpiration among the study sites. The site with higher groundwater accessibility and the site with fluctuating groundwater level presented larger transpiration rates mainly determined by optimal meteorological conditions, soil water availability and access to groundwater. Contrasting findings were obtained during the analysis of the monitoring period 2021, carried out between July 3 and September 30, 2021. In the monitoring period 2021 (Section 3.5), the sites with fluctuating groundwater level and low groundwater level indicated statistically higher transpiration rates than the site with higher accessibility to groundwater. This research found that the higher transpiration rates may be attributable to soil moisture and accessibility to groundwater. By contrast, the adverse meteorological conditions limited the magnitude of transpiration at the site with higher groundwater level. The examination of the soil physical properties, specifically soil texture and its influence on soil water retention capacity is analyzed on Sections 3.3.2 and 3.8.1. This research found that the sandy texture of the soils in the study area favored a rapid water infiltration at greater soil depths. The accumulation of water at deeper layers may have served as supply for the planted trees. While this characteristic was critical for the site with lower groundwater level, a greater proportion of silt and clay particles on the site with high groundwater level and fluctuating groundwater level were key for improving the soil water retention capacity. The results of this assessment highlight that soil physical properties are critical for water availability for tree water uptake. This research discusses that for reducing the uncertainty in upscaling transpiration from tree to stand level, the determination of water conducting area in poplar trees is critical. Nevertheless, additional uncertainty is brought by the spatial variability of soil physical and hydrological properties. Therefore, this research concludes that upscaling transpiration from tree to larger scales should include not only biometric tree and stand characteristics but it should consider soil spatial properties and their influence on water availability for plants. The overall findings of the dissertation conducted in sandy soils across sites with different groundwater accessibility demonstrated that soil site related factors, namely soil water availability and groundwater accessibility, are critical for tree transpiration and potentially growth at the study sites. Furthermore, a combined assessment of meteorological, soil and groundwater conditions is crucial for the determination of transpiration at larger scales and for the implementation of sustainable bioenergy plantations.:Table of Contents 1. Introduction 1 1.1. Motivation 1 1.1.1. Plant Transpiration is a Critical Flux within the Hydrologic Cycle 1 1.1.2. Main Factors Influencing Transpiration 1 1.2. Research Background 2 1.2.1. Overview of Methods for Estimating Plant Transpiration 2 1.2.2. Methods for Upscaling Plant Transpiration to Stand Transpiration 7 1.2.3. Water Use of Poplar as Short Rotation Coppices 7 1.3. Scope of the work 12 1.3.1. Aim of the Doctoral Thesis 12 1.3.2. Research Hypotheses 13 1.4. Structure of the Thesis 14 2. Materials and Methods 16 2.1. Study Area 16 2.2. Selection of the Experimental Sites 18 2.3. Instrumentation and Continuous Measurements 20 2.3.1. Overview of the Monitoring Periods 2019 and 2021 20 2.3.2. Soil Monitoring 21 2.3.3. Weather Station 23 2.3.4. Sap Flow Measurements with the Heat Ratio Method (HRM) 23 2.3.5. Estimation of Water Conducting Area 28 2.3.6. Estimation of the Leaf Area Index from Sentinel images 30 2.4. Upscaling Method from Sensor to Tree 30 2.5. Data and Statistical Analysis 31 2.5.1. Statistical Analyses 31 2.6. Upscaling Method from Tree to Stand Scale 32 3. Results 33 3.1. Meteorological and Groundwater Conditions for the Monitoring Period July to September 2019 33 3.1.1. Meteorological Conditions 33 3.1.2. Groundwater Conditions 34 3.2. Tree-based Transpiration 35 3.3. Tree Water Use in Relation to Meteorological and Soil Physical and Soil Hydrological Properties – Monitoring Period 2019 40 3.3.1. Site S5-N (higher groundwater level) 40 3.3.2. Site S4-D (low groundwater level) 42 3.3.3. Site S2-F (fluctuating groundwater level) 45 3.4. Principal Component Analysis for Monitoring Period 2019 46 3.4.1. Water Use in Relation to Soil Moisture for the Monitoring Period 2019 50 3.4.2. Quantification of Transpiration at Stand Scale for the Monitoring Period 2019 54 3.5. Meteorological and Groundwater Conditions for the Monitoring Period July to September 2021 56 3.5.1. Meteorological Conditions 56 3.5.2. Groundwater Conditions 56 3.6. Tree-based Transpiration 58 3.7. Tree Water Use in Relation to Meteorological and Soil Physical and Soil Hydrological Properties – Monitoring Period 2021 62 3.7.1. Site S5-N (higher groundwater level) 62 3.7.2. Site S4-D (low groundwater level) 65 3.7.3. Site S2-F (fluctuating groundwater level) 66 3.8. Principal Component Analysis for Monitoring Period 2021 69 3.8.1. Water Use in Relation to Soil Moisture for the Monitoring Period 2021 71 3.8.2. Quantification of Transpiration at Stand Scale for the Monitoring Period 2021 72 4. Discussion 74 5. Synthesis and Future Perspectives 79 5.1. Tree Water Use in Relation to Soil and Meteorological Drivers 79 5.2. Scaling-up tree transpiration to stand level based on sapflow methods 80 5.3. Research Perspectives 81 5.4. Final Remarks 82 6. References 84 7. Appendix 96 / Nachhaltige Wassermanagementpraktiken für den Anbau von Bioenergiepflanzen erfordern ein fundiertes Verständnis dafür, wie die verschiedenen Komponenten des Kontinuums Boden-Vegetation-Atmosphäre die Wasserflüsse auf Bestandsebene beeinflussen. Darüber hinaus kann die Tiefe des Grundwassers die Wasserverfügbarkeit für Pflanzen beeinflussen und möglicherweise den Wasserverbrauch der Bäume bestimmen. In dieser Dissertation wird untersucht, wie meteorologische Faktoren und bodenhydrologische Standortparameter das Ausmaß der Transpiration entlang eines Grundwasserzugangsgradienten in den Auen des Flusses Morava in der Slowakei beeinflussen. Konkret wird in dieser Studie der Einfluss der Bodentextur, der Bodenfeuchte und des Matrixpotenzials sowie der meteorologischen Variablen auf die Transpiration von Pappel-Kurzumtriebsplantagen (Populus spp.) auf lehmigen Sandböden an drei Standorten mit hohem, niedrigem und schwankendem Grundwasserspiegel untersucht. Die Studie wurde über einen Zeitraum von 90 Tagen in zwei Beobachtungszeiträumen (2019 und 2021) durchgeführt. Die erste Analyse (Abschnitt 3.1) untersucht die meteorologischen und Bodenwasser-bedingungen in Kombination mit der Saftfluss- und Transpirationsdynamik zwischen dem 3. Juli und dem 30. September 2019. Diese Studie ergab signifikante Unterschiede in der Transpiration von Bäumen und Beständen an den Untersuchungsstandorten. Der Standort mit höherer Grundwasserverfügbarkeit und der Standort mit schwankendem Grundwasserspiegel wiesen größere Transpirationsraten auf, die hauptsächlich durch optimale meteorologische Bedingungen, Bodenwasserverfügbarkeit und Grundwasserzugang bestimmt wurden. Bei der Analyse des Überwachungszeitraums 2021, der zwischen dem 3. Juli und dem 30. September 2021 durchgeführt wurde, wurden gegensätzliche Ergebnisse erzielt. Im Beobachtungszeitraum 2021 (Abschnitt 3.5) wiesen die Standorte mit schwankendem Grundwasserspiegel und niedrigem Grundwasserspiegel statistisch höhere Transpirationsraten auf als die Standorte mit besserer Grundwasserverfügbarkeit. Diese Untersuchung ergab, dass die höheren Transpirationsraten auf die Bodenfeuchtigkeit und die Zugänglichkeit zum Grundwasser zurückzuführen sein könnten. Im Gegensatz dazu begrenzten die ungünstigen meteorologischen Bedingungen das Ausmaß der Transpiration am Standort mit höherem Grundwasserspiegel. Die Untersuchung der physikalischen Bodeneigenschaften, insbesondere der Bodentextur und ihres Einflusses auf das Wasserrückhaltevermögen des Bodens, wird in den Abschnitten 3.3.2 und 3.8.1 analysiert. Die Untersuchung ergab, dass die sandige Textur der Böden im Untersuchungsgebiet eine schnelle Wasserinfiltration in größeren Bodentiefen begünstigt. Die Ansammlung von Wasser in tieferen Schichten diente möglicherweise der Versorgung der gepflanzten Bäume. Während diese Eigenschaft für den Standort mit niedrigem Grundwasserspiegel entscheidend war, war ein größerer Anteil an Schluff- und Tonpartikeln auf dem Standort mit hohem Grundwasserspiegel und schwankendem Grundwasserspiegel der Schlüssel zur Verbesserung der Wasserrückhaltekapazität des Bodens. Die Ergebnisse dieser Bewertung zeigen, dass die physikalischen Eigenschaften des Bodens für die Wasserverfügbarkeit für die Wasseraufnahme der Bäume entscheidend sind. In dieser Forschungsarbeit wird erörtert, dass die Bestimmung der wasserführenden Fläche in Pappelbäumen von entscheidender Bedeutung ist, um die Unsicherheit bei der Hochskalierung der Transpiration vom Baum auf die Bestandsebene zu verringern. Zusätzliche Unsicherheiten ergeben sich jedoch aus der räumlichen Variabilität der physikalischen und hydrologischen Eigenschaften des Bodens. Daher kommt diese Forschungsarbeit zu dem Schluss, dass bei der Hochskalierung der Transpiration von Bäumen auf größere Maßstäbe nicht nur biometrische Baum- und Bestandsmerkmale berücksichtigt werden sollten, sondern auch die räumlichen Bodeneigenschaften und ihr Einfluss auf die Wasserverfügbarkeit für Pflanzen. Die Gesamtergebnisse der Dissertation, die auf Sandböden an Standorten mit unterschiedlicher Grundwasserverfügbarkeit durchgeführt wurde, haben gezeigt, dass bodenbezogene Faktoren, nämlich die Verfügbarkeit von Bodenwasser und die Grundwasserverfügbarkeit, für die Transpiration von Bäumen und möglicherweise auch für deren Wachstum an den Untersuchungsstandorten entscheidend sind. Darüber hinaus ist eine ganzheitliche Bewertung, die meteorologische, Boden- und Grundwasserbedingungen kombiniert, von entscheidender Bedeutung für die Bestimmung der Transpiration in größerem Maßstab und für die Umsetzung nachhaltiger Bioenergie-Plantagen:Table of Contents 1. Introduction 1 1.1. Motivation 1 1.1.1. Plant Transpiration is a Critical Flux within the Hydrologic Cycle 1 1.1.2. Main Factors Influencing Transpiration 1 1.2. Research Background 2 1.2.1. Overview of Methods for Estimating Plant Transpiration 2 1.2.2. Methods for Upscaling Plant Transpiration to Stand Transpiration 7 1.2.3. Water Use of Poplar as Short Rotation Coppices 7 1.3. Scope of the work 12 1.3.1. Aim of the Doctoral Thesis 12 1.3.2. Research Hypotheses 13 1.4. Structure of the Thesis 14 2. Materials and Methods 16 2.1. Study Area 16 2.2. Selection of the Experimental Sites 18 2.3. Instrumentation and Continuous Measurements 20 2.3.1. Overview of the Monitoring Periods 2019 and 2021 20 2.3.2. Soil Monitoring 21 2.3.3. Weather Station 23 2.3.4. Sap Flow Measurements with the Heat Ratio Method (HRM) 23 2.3.5. Estimation of Water Conducting Area 28 2.3.6. Estimation of the Leaf Area Index from Sentinel images 30 2.4. Upscaling Method from Sensor to Tree 30 2.5. Data and Statistical Analysis 31 2.5.1. Statistical Analyses 31 2.6. Upscaling Method from Tree to Stand Scale 32 3. Results 33 3.1. Meteorological and Groundwater Conditions for the Monitoring Period July to September 2019 33 3.1.1. Meteorological Conditions 33 3.1.2. Groundwater Conditions 34 3.2. Tree-based Transpiration 35 3.3. Tree Water Use in Relation to Meteorological and Soil Physical and Soil Hydrological Properties – Monitoring Period 2019 40 3.3.1. Site S5-N (higher groundwater level) 40 3.3.2. Site S4-D (low groundwater level) 42 3.3.3. Site S2-F (fluctuating groundwater level) 45 3.4. Principal Component Analysis for Monitoring Period 2019 46 3.4.1. Water Use in Relation to Soil Moisture for the Monitoring Period 2019 50 3.4.2. Quantification of Transpiration at Stand Scale for the Monitoring Period 2019 54 3.5. Meteorological and Groundwater Conditions for the Monitoring Period July to September 2021 56 3.5.1. Meteorological Conditions 56 3.5.2. Groundwater Conditions 56 3.6. Tree-based Transpiration 58 3.7. Tree Water Use in Relation to Meteorological and Soil Physical and Soil Hydrological Properties – Monitoring Period 2021 62 3.7.1. Site S5-N (higher groundwater level) 62 3.7.2. Site S4-D (low groundwater level) 65 3.7.3. Site S2-F (fluctuating groundwater level) 66 3.8. Principal Component Analysis for Monitoring Period 2021 69 3.8.1. Water Use in Relation to Soil Moisture for the Monitoring Period 2021 71 3.8.2. Quantification of Transpiration at Stand Scale for the Monitoring Period 2021 72 4. Discussion 74 5. Synthesis and Future Perspectives 79 5.1. Tree Water Use in Relation to Soil and Meteorological Drivers 79 5.2. Scaling-up tree transpiration to stand level based on sapflow methods 80 5.3. Research Perspectives 81 5.4. Final Remarks 82 6. References 84 7. Appendix 96