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.

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

Der Klimawandel fordert die Anbausysteme heraus, um das derzeitige Produktionsniveau zu verbessern oder sogar aufrechtzuerhalten. Es wird erwartet, dass zukünftige Trends bei Temperatur und Niederschlag die Ernteproduktivität beeinträchtigen. Es ist daher notwendig, möglicher Lösungen zur Anpassung der Anbausysteme an den Klimawandel zu untersuchen. Ziel dieser Arbeit ist es, das Wissen über die Anpassung von weltweit relevanten Getreidepflanzen an den Klimawandel zu erweitern. Die zentrale Fragestellung ist, ob globale Anbausysteme an den Klimawandel angepasst werden können, indem die Phänologie der Kulturpflanzen durch Anpassung von Wachstumsperioden und Sorten gesteuert wird. Die Phänologie und die Ertragsreaktionen sowohl auf den Temperaturanstieg als auch auf die Sortenselektion werden zunächst anhand eines Ensembles von “Global Gridded Crop Models” bewertet. Anschließend wird die Komplexität der Anpassung durch phänologisches Management analysiert, insbesondere unter Berücksichtigung der bestehenden großen Wissenslücken bei der Auswahl von Pflanzensorten. Das Ergebnis der Analyse ist ein regelbasierter Algorithmus, der phänologische Zyklen der Kulturpflanzen auswählt, um die Zeit für die Ertragsbildung zu maximieren und Temperatur- und Wasserbelastungen während der Wachstumszyklen der Kulturpflanzen zu minimieren. Die berechneten Aussaatdaten und Wachstumsperioden werden verwendet, um globale Muster von Sorten zu parametrisieren, die an aktuelle und zukünftige Klimaszenarien angepasst sind. Diese Arbeit zeigt, dass die Auswirkungen des Klimawandels auf die Pflanzenproduktivität erheblich variieren können, je nachdem, welche Annahmen für das agronomische Management getroffen werden. Änderungen im Management zu vernachlässigen, liefert die pessimistischste Prognose für die zukünftige Pflanzenproduktion. Relativ einfache Ansätze zur Berechnung angepasster Aussaatdaten und Sorten bieten eine Grundlage für die Berücksichtigung autonomer Anpassungsschemata als integraler Bestandteil globaler Modellierungsrahmen. / Climate change is challenging cropping systems to enhance or even maintain current production levels. Future trends in temperature and precipitation are expected to negatively impact crop productivity. It is therefore necessary to explore adaptation options of cropping systems to changing climate. The aim of this thesis is to advance knowledge on adaptation of world-wide relevant grain crops to climate change. The central research question is whether global cropping systems can be adapted to climate change by managing crop phenology through adjusting growing periods and cultivars. Phenology and yield responses to both temperature increase and cultivar selection are first assessed making use of an ensemble of Global Gridded Crop Models. Then, the complexity of adaptation through phenological management is analysed, particularly addressing the existing large knowledge gaps on crop cultivar choice. The outcome of the analysis is a rule-based algorithm that selects crop phenological cycles aiming at maximizing the time for yield formation and minimizing temperature and water stresses during the crop growth cycles. The computed sowing dates and growing periods are used to parametrize global patterns of cultivars adapted to present and future climate scenarios. This thesis demonstrates that the impacts of climate change on crop productivity can vary substantially depending on which assumptions are made on agronomic management. Neglecting any changes in management return the most pessimistic projection on future crop production. Relatively simple approaches to compute adapted sowing dates and cultivars provide a base for considering autonomous adaptation schemes as an integral component of global scale modelling frameworks.

Als Zielstellung wurde in mehrjährigen Gefäß- und Feldversuchen geprüft, welche Wechselwirkungen bei fortgesetztem Zwischenfruchtanbau und organischer Düngung (Kompost, Stalldung, Gülle) auf den Nährstoffumsatz im Boden sowie auf Ertrag und Qualität der nachgebauten Hauptfrüchte sich entwickelt haben. Die Nachwirkung dieser Anbaukombinationen wurden bis zu acht Jahre detailliert dargestellt, da sehr interessante und aktuelle Ergebnisse ermittelt werden konnten. Die Veröffentlichung richtet sich an Einrichtungen zur Beratung und Forschung zum ökologischen Landbau.:1 Einleitung 2 Material und Methoden 2.1 Gefäßversuch 2.2 Feldversuch 2.2.1 Standortbeschreibung 2.2.2 Versuchsaufbau 2.2.3 Versuchsauswertung 2.3 Untersuchungsmethoden 3 Ergebnisse und Diskussion 3.1 Gefäßversuch 3.1.1 Versuchsjahr 2000/2001 3.1.2 Versuchsjahr 2001/2002 3.1.3 Versuchsjahr 2002/2003 3.1.4 Erträge und Nährstoffentzüge im Verlauf der drei Versuchsjahre 3.1.5 Auswirkungen der dreijährigen Versuchsausführung auf den Boden 3.1.6 Schlussfolgerungen zum Gefäßversuch 3.2 Feldversuch 3.2.1 Grundnährstoffgehalte im Boden und Nährstoffentzüge der Hauptfrüchte 3.2.2 Zwischenfruchtanbau und Nmin-Gehalt des Bodens 3.2.3 Erträge der Hauptfrüchte in den einzelnen Untersuchungsjahren 3.2.4 Nährstoffbilanzen 3.2.5 Qualitätsparameter 3.2.6 Schlussfolgerungen zum Feldversuch 4 Fazit 5 Literaturverzeichnis 6 Anhang

Das Ziel der Untersuchungen bestand darin, unter den Bedingungen des Ökolandbaus erstmals sowohl die kurzfristige vergleichende Wirkung verschiedener organischer Düngemittel (Rindergülle, Stalldung, Kompost, Gründüngung) und einem mineralischen Kalium-Dünger zu verschiedenen Terminen in der Vegetationsperiode, sowie im Rahmen der Fruchtfolge den langfristigen Einfluss des Humusumsatzes auf die Nährstoffbereitstellung an Stickstoff, Phosphor, Kalium und Magnesium im Boden zu erfassen. Es wurden Ergebnisse zu folgenden Teilaspekten des Kartoffelanbaus erhalten: - Quantifizierung der Mineralisation und der Nährstoffgehalte im Boden - Nährstoffaufnahme und Qualität der Kartoffelknollen - Wachstum und Ertragsbildung der Kartoffeln und - Verfahren zur Düngebedarfsermittlung bei Kartoffeln.:1 Einleitung und Problemstellung 2 Material und Methoden 2.1 Standortbeschreibung 2.2 Versuchsbeschreibung 2.3 Methoden der Pflanzen- und Bodenuntersuchung 2.4 Mathematisch-statistische Methoden 3 Ergebnisse 3.1 Düngerapplikation und Auswertungsverfahren 3.2 Einfluss der Düngung auf die Nährstoffgehalte des Bodens 3.3 Einfluss von Düngung bzw. Bodennährstoffversorgung auf Inhaltsstoffe und andere Qualitätsmerkmale der Kartoffeln 3.4 Einfluss von Düngung und Nährstoffversorgung (Boden, Pflanze) auf Sprosswachstum und Knollenertrag 3.5 Nährstoffbilanzierung (N, P, K, Mg) 3.6 Beispiele zur Düngebedarfsermittlung (N, P, K, Mg) 4 Diskussion und Schlussfolgerungen 4.1 Quantifizierung der Nährstoffmineralisation aus Boden und Düngung 4.2 Nährstoffaufnahme und Qualität der Kartoffeln 4.3 Wachstum, Ertragsbildung und Düngebedarfsermittlung 5 Zusammenfassung 6 Literaturverzeichnis 7 Anhang

Mit dem wachsenden Energiebedarf der Weltbevölkerung, Problemen mit der Kernenergie und begrenzten fossilen Energieträgern ergibt sich die Notwendigkeit, alternative ökonomische und nachhaltige Energiequellen zu suchen. Weiden und Pappeln im Kurzumtrieb können als Bestandteil des Erneuerbaren Energiemix eine Ergänzung zu wind- und sonnenscheinabhängigen Anlagen sein. Im Vergleich zu 1-jährigen Ackerkulturen haben sie geringere Ansprüche an Dünger, Herbizide, Pflanzenschutzmittel und die Bodenbearbeitung. Für die Umwelt- und Energiebilanz sind die im Herstellungsprozess eingesetzte Energie und der verwendete Dünger relevant. Auf Brandenburger Ackerstandorten war für die Kurzumtriebsgehölze Weiden und Pappeln bisher nicht sicher, ob der Einsatz des N-Düngers Kalkammonsalpeter zur Steigerung der Erträge führt und welche Umweltwirkungen damit verbunden sind. Deshalb wurde in Potsdam-Bornim ein randomisierter Blockversuch mit Weiden (Salix viminalis Klon Inger) und Pappeln (Populus maximovizcii x Populus nigra Klon Max 4) im Kurzumtrieb in 2-jähriger Rotation und 4 Wiederholungen auf durchschnittlich mit Nährstoffen versorgtem Brandenburger Ackerland auf Pseudogley-Braunerde mit schwach lehmigem Sand in den Düngestufen 0 kg N ha-1a-1, 25 kg N ha-1a-1, 50 kg N ha-1a-1 und 75 kg N ha-1a-1 angelegt. Zusätzlich wurde eine mit 50 kg N ha-1a-1 gedüngte Variante untersucht, die von Begleitflora frei gehalten wurde. In den ersten 4 Vegetationsjahren wurden die Ertragseinflüsse der mineralischen N-Düngung sowie die N-Auswaschung, die Pflanzengesundheit, die Begleitflora und die N2O-Emissionen erfasst. Die Begleitflora im ersten Rotationszyklus hatte einen signifikant negativen Einfluss auf die Erträge von Pappeln und Weiden. Die Menge an Begleitflora und deren N-Gehalte stiegen mit steigenden N-Düngemengen. Der N-Dünger führte im Gesamtuntersuchungszeitraum bei Pappeln und Weiden weder zu Mehrerträgen noch zu unterschiedlichen N-Gehalten in Blättern oder Stämmen, weil er zu großen Anteilen ausgewaschen oder von der Begleitflora aufgenommen wurde. Die düngeinduzierten N2O-Emissionen in Weiden- und Pappelparzellen lagen unter 0,3 kg N ha-1a-1. Der von den Weiden und Pappeln benötigte N wurde in den ersten 4 Jahren durch Deposition, Mineralisation, verlagertes N aus tieferen Bodenschichten, Mykorrhizierung, bakterielle N2-Fixierung sowie endophytische Bakterien bereitgestellt. Der Verzicht auf N-Dünger vermindert die Konkurrenz der Begleitflora um Wasser und Nährstoffe, die N-Auswaschungsverluste, düngeinduzierte Treibhausgasemissionen sowie die energieaufwendige Herstellung von synthetischem N. Die Pflanzengesundheit wurde durch die Düngung nur geringfügig beeinflusst. Am Versuchsstandort wurden Pappeln mehr durch Rost (Melampsora ssp.) und Blattfraß geschädigt als Weiden. Die Fraßschäden wurden hauptsächlich von Roten Pappelblattkäfern (Chrysomela populi) und Blauen Weidenblattkäfern (Phratora vulgatissima / Phratora ssp.) verursacht. Weiden wurden stärker von Zikaden befallen als Pappeln.

Mit dem wachsenden Energiebedarf der Weltbevölkerung, Problemen mit der Kernenergie und begrenzten fossilen Energieträgern ergibt sich die Notwendigkeit, alternative ökonomische und nachhaltige Energiequellen zu suchen. Weiden und Pappeln im Kurzumtrieb können als Bestandteil des Erneuerbaren Energiemix eine Ergänzung zu wind- und sonnenscheinabhängigen Anlagen sein. Im Vergleich zu 1-jährigen Ackerkulturen haben sie geringere Ansprüche an Dünger, Herbizide, Pflanzenschutzmittel und die Bodenbearbeitung. Für die Umwelt- und Energiebilanz sind die im Herstellungsprozess eingesetzte Energie und der verwendete Dünger relevant. Auf Brandenburger Ackerstandorten war für die Kurzumtriebsgehölze Weiden und Pappeln bisher nicht sicher, ob der Einsatz des N-Düngers Kalkammonsalpeter zur Steigerung der Erträge führt und welche Umweltwirkungen damit verbunden sind. Deshalb wurde in Potsdam-Bornim ein randomisierter Blockversuch mit Weiden (Salix viminalis Klon Inger) und Pappeln (Populus maximovizcii x Populus nigra Klon Max 4) im Kurzumtrieb in 2-jähriger Rotation und 4 Wiederholungen auf durchschnittlich mit Nährstoffen versorgtem Brandenburger Ackerland auf Pseudogley-Braunerde mit schwach lehmigem Sand in den Düngestufen 0 kg N ha-1a-1, 25 kg N ha-1a-1, 50 kg N ha-1a-1 und 75 kg N ha-1a-1 angelegt. Zusätzlich wurde eine mit 50 kg N ha-1a-1 gedüngte Variante untersucht, die von Begleitflora frei gehalten wurde. In den ersten 4 Vegetationsjahren wurden die Ertragseinflüsse der mineralischen N-Düngung sowie die N-Auswaschung, die Pflanzengesundheit, die Begleitflora und die N2O-Emissionen erfasst. Die Begleitflora im ersten Rotationszyklus hatte einen signifikant negativen Einfluss auf die Erträge von Pappeln und Weiden. Die Menge an Begleitflora und deren N-Gehalte stiegen mit steigenden N-Düngemengen. Der N-Dünger führte im Gesamtuntersuchungszeitraum bei Pappeln und Weiden weder zu Mehrerträgen noch zu unterschiedlichen N-Gehalten in Blättern oder Stämmen, weil er zu großen Anteilen ausgewaschen oder von der Begleitflora aufgenommen wurde. Die düngeinduzierten N2O-Emissionen in Weiden- und Pappelparzellen lagen unter 0,3 kg N ha-1a-1. Der von den Weiden und Pappeln benötigte N wurde in den ersten 4 Jahren durch Deposition, Mineralisation, verlagertes N aus tieferen Bodenschichten, Mykorrhizierung, bakterielle N2-Fixierung sowie endophytische Bakterien bereitgestellt. Der Verzicht auf N-Dünger vermindert die Konkurrenz der Begleitflora um Wasser und Nährstoffe, die N-Auswaschungsverluste, düngeinduzierte Treibhausgasemissionen sowie die energieaufwendige Herstellung von synthetischem N. Die Pflanzengesundheit wurde durch die Düngung nur geringfügig beeinflusst. Am Versuchsstandort wurden Pappeln mehr durch Rost (Melampsora ssp.) und Blattfraß geschädigt als Weiden. Die Fraßschäden wurden hauptsächlich von Roten Pappelblattkäfern (Chrysomela populi) und Blauen Weidenblattkäfern (Phratora vulgatissima / Phratora ssp.) verursacht. Weiden wurden stärker von Zikaden befallen als Pappeln.

In der Wintersaison 2005-2006 wurde ein Split-Split Plot-Design Feldversuch mit drei Wiederholungen für jede Behandlung von Kartoffeln, als Indikatorpflanze, unter den ariden Bedingungen der Kharga Oasis in der Westlichen Wüste von Ägypten durchgeführt. Drei Bewässerungslevel (100 %, 80 %, und 60 % of ETc) mit Tröpfchenbewässerung, zwei Mulchvarianten (Zuckerrübenabfall ohne und mit 24 ton ha-1) und 4 Kompostraten (0, 12, 24, und 36 ton ha-1) wurden getestet. Generell und als Ergebnis einer Regressionsanalyse der Versuchsvarianten ohne Kompost war die beste Variante die Tröpfchenbewässerung bei 80% ETc unabhängig ob gemulcht oder nicht gemulcht wurde. Andererseits die Variante mit 36 t Kompost und mit 24 t Mulch ergab die besten Ergebnisse bei 60% of ETc sowohl beim Ertrag und den Ertragskomponenten, bei den hydrophysikalischen Eigenschaften, bei der Bodenwasserretention, beim Wasserverbrauch, bei den Pflanzenkoeffizienten, der Wassernutzungseffizienz, der Düngernutzungseffizienz sowie beim Nettogewinn. Wird die Rate der Kompostgabe aber auf 24 ton ha-1 reduziert, die höchsten Nettogewinne bei der lokalen Vermarktung als auch signifikant beim Kartoffelexport werden erreicht. / Under the arid condition of Kharga Oasis in the Western Desert of Egypt, split-split plot design field experiment with three replications for each treatment using potato as an indicator plant was carried out during the winter season 2005-2006. Three irrigation levels of water regime (100 %, 80 %, and 60 % of ETc) using drip irrigation system, two treatments of soil covering (sugar cane wastes at the rate of 0 and 24 ton /ha) and compost rates (0, 12, 24, and 36 ton ha-1) were tested. In general and as a result of the triple interaction among the studied treatments, using drip irrigation either with soil mulching or not, 80 % of ETc as a water regime was the best. On the other hand, reducing drip irrigation water level at 60% of ETc in mulched soil that was treated with 36 ton ha-1 of compost recorded the highest values yield and yield components, soil hydrophysical properties, soil water retention, water consumption, crop coefficients, water economy water use efficiency, fertilizer use efficiency, net profit. But reducing the compost rate to 24 ton ha-1 attained the highest net profit for local potato consumption and achieved the best significant net profit for exportation.

Die Studie wird in fünf Teile unterteilt: Das erste Kapitel beschäftigt sich mit Patentanmeldungen und geförderten Patenten im USPTO, WIPO, und EPO. In diesem Kapitel wird die Korrelation zwischen dem BIP und der länderspezifischen Patentanzahl analysiert. Das zweite Kapitel gibt einen Überblick über die Literatur über Patente in MEDLINE. In diesem Kapitel wird eine szientometrische Analyse durchgeführt, damit die Entwicklung der Patentliteratur in MEDLINE über den Zeitraum von 1965 bis 2005 quantitativ gemessen werden kann. Das dritte Kapitel befasst sich mit der Literatur über Patente im SCI. In diesem Kapitel werden alle Dokumente, die vom SCI über den Zeitraum 1965 bis 2005 als “Patents“ indexiert wurden, unter die Lupe genommen. Das vierte Kapitel analysiert die Patenten, die im SCI zitiert werden. Das fünfte Kapitel analysiert die Anzahl der Literaturhinweise (Referenzen) pro Veröffentlichung im SCI über den Zeitraum 1970-2005. In diesem Hinblick wurde eine Gesamtzahl von 10,000 Dokumenten pro Jahr ausgesucht sowie der Bedeutungswert von Nennungen pro Zeitschrift berechnet. Die Analyse der Daten ergab: Die USA sind das führende Land bezüglich der Erstellung und der Zulassung von Patenten, gleichermaßen gefolgt von Japan und Deutschland. Die Halbwertszeit der Zitierung von Patenten beträgt seit 1994 konstant 8,1 Jahre. Das ist eine 41% längere Zitierungsrate gegenüber den allgemeinen wissenschaftlichen Dokumenten im SCI. Es gibt eine lineare Korrelation zwischen der Zahl von Literaturhinweisen (Referenzen) in einem Journal, wie sie im SCI erfasst sind, und der Wahrscheinlichkeit zitiert zu werden. Die Anzahl der Literaturhinweise (Referenzen) pro Veröffentlichung zwischen 1970 und 2005 im SCI ist ständig angestiegen. Die Selbstzitation von Zeitschriften bei einer steigenden Zahl von Verweisen beeinflusst die Steigerung des Impact Factor im SCI. Die Leitartikelpolitik der Sprachen wurde in der MEDLINE und im SCI geändert. / This study is divided into five sections. The first section consists of patent applications and granted patents issued by USPTO, WIPO), and EPO. In this section the relationship between the GDP and country’s patent quantity is analysed. The second section analysis the patent literature in MEDLINE. In this section a scientometric analysis is performed to assess the quantitative trend of patent literature in MEDLINE throughout 1965-2005. The third section analysis the patent literature in the SCI. In this section all documents indexed as a topic of “patents” in the SCI throughout 1965-2005 are analysed. The fourth section analysis the citations to the patent documents indexed in the SCI, and illustrate the average number of cited references per paper for patent citing documents. The fifth section analysis the references per paper in the SCI through 1970-2005. The Analyses of data showed: The USA is the leading country filing and granting patents followed by Japan and Germany respectively. The half-life of citations to the patent-documents is 41% higher than the half-life of citations to the general scientific documents in the SCI. The number of references per paper from 1970 to 2005 has steadily increased. The rough constant percentage of self-citation of journals and the growing increase of references per paper led to the absolute growing number of self-citations and to the increase of the Impact Factor of the citing journals in the SCI. The editorial policy of languages is being changed in MEDLINE and in the SCI. The consideration of policy makers in these databases have been focused on the literature of science in English. There was a tendency in the last decades towards collaboration in scientific publishing with American authors that can be observed in the SCI with authors from different countries.

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