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.

Thesis (doctoral)--Swedish University of Agricultural Sciences, 2007. / Thesis documentation sheet inserted. Appendix reproduces four papers and manuscripts co-authored with others. Includes bibliographical references. Also issued electronically via World Wide Web in PDF format; online version lacks appendix.

De nombreuses études en phytoremédiation visent à accroître le prélèvement des métaux par les plantes pour dépolluer les sols. Ce travail porte sur une nouvelle approche de phytoremédiation appelée Jardins Filtrants qui consiste à traiter le sol dans des casiers végétalisés par des plantes de milieux humides (Phragmites australis, Iris pseudacorus et Salix viminalis) et irrigués de manière à imposer une alternance des conditions hydromorphie-assèchement afin d'accroître la solubilité de métaux dans le sol et de les extraire par lixiviation. Dans une expérience pilote de seize mois, cette approche a été appliquée pour la phytoremédiation de Zn, Cu et Pb d'un sol agricole fortement pollué par l'épandage d'eaux usées. Le bilan de masse des métaux dans les systèmes sol-plante a montré que seule une quantité non-significative des métaux a été accumulée dans la biomasse des plantes. Une quantité importante des métaux a été éliminée du sol via la phytolixiviation résultant de l'interaction de l'activité racinaire avec l'irrigation. Un traitement chimique complémentaire au citrate permet d'augmenter la lixiviation. Les mécanismes de transformations de Zn et Cu impliqués dans cette phytoremédiation ont été mis en évidence par combinaison des techniques analytiques sur la source synchrotron à micro- (µXRF, µXRD, µEXAFS) et macro-échelle (EXAFS) couplée aux analyses chimiques, permettant d'identifier et quantifier les formes des métaux dans le sol. Dans le sol initial, le zinc a été majoritairement sous formes de minéraux secondaires (Zn-ferrihydrite, Zn-phosphate et Zn-phyllosilicate modélisé par Zn-kérolite) et le cuivre a été associé essentiellement à la matière organique. L'activité racinaire dans les conditions hydromorphie-assèchement a profondément modifié la spéciation des métaux. Zn-ferrihydrite, une des formes majoritaires de Zn, a été complètement dissoute. La dissolution réductive de cet oxyhydroxyde de fer, favorisée par les conditions d'hydromorphie, a induit la lixiviation de Zn. Une partie de Zn solubilisé a coprécipité avec Fe en un autre oxyhydroxyde de fer zincifère moins soluble, Zn-goethite substituée, dans les conditions oxydantes et avec assistance des racines formant des plaques de goethite en défense contre l'excès de métaux dissous. De plus, les nouvelles particules de Zn métallique et ZnO ont été découvertes dans la rhizosphère, en faible quantité. L'oxydation de la matière organique a induit l'excès de Cu cationique toxique. En réponse au stress oxydant, ce cuivre a été biotransformé par les racines en association avec des mycorhizes en nanoparticules de Cu métallique, en quantité importante. Ce nouveau mode de biominéralisation peut être typique des plantes de milieux humides. Cette nouvelle voie de phytoremédiation implique principalement la phytolixiviation induisant la solubilisation des métaux et leur lixiviation et la phytotransformation, due pour une part à la phytodétoxication, conduisant la conversion des métaux toxiques en formes peu solubles.

Le phénomène naturel d'érosion des berges peut menacer des infrastructures humaines. Des protections végétales peuvent être installées afin de mimer les dynamiques de végétation et armer la berge grâce aux racines. Cependant, les changements climatiques globaux sont susceptibles d'entraîner et d'aggraver les sécheresses, ce qui va stresser les végétaux présents et compromettre la bonne réussite des ouvrages de génie végétal. La principale question est donc " Quelles sont les caractéristiques biotechniques et les facultés d'acclimatation à la sécheresse de boutures de Salicaceae et Tamaricaceae, espèces utilisées ou potentiellement utilisables en génie végétal ? ". L'étude de différentes populations d'espèces classiquement utilisées que sont les saules démontre une résistance à la sécheresse plus efficace des populations méridionales tandis que les productions de biomasses restent plus élevées chez les populations septentrionales. L'étude des traits biotechniques et du comportement racinaire d'espèces potentielles appartenant aux Tamaricaceae (Tamarix gallica et Myricaria germanica) montre un taux élevé de reprise au bouturage, une forte production de biomasses et une stratégie de prospection racinaire différente des saules, ce qui leur confère une résistance à la sécheresse accrue. Ceci confirme une utilisation possible de ces espèces dans des ouvrages de génie végétal soumis à sécheresse.