Effects of different energy cropping systems on plant diversity in Central German agricultural landscapes

Dissertation C. Seifert, betreut durch Dr. H. Culmsee, Prof. Dr. E. Bergmeier und Prof. Dr. C. Leuschner

 

Projektlaufzeit

2011-2014

Zusammenfassung

Der  große  Artenreichtum  der  mitteleuropäischen  Kulturlandschaften  ist  zu  weiten  Teilen unmittelbar  von  bestimmten  extensiven  Formen  der  Landbewirtschaftung  abhängig.  Vielfältige, artenreiche Biozönosen waren und sind ein wichtiger Bestandteil landwirtschaftlicher Nutzflächen. Sie haben  sich  seit  dem  Neolithikum  im  Wechselspiel  mit  den  landwirtschaftlichen  Wirtschaftsweisen kontinuierlich  weiterentwickelt.  Erst  als  synthetische  Pflanzenschutzmittel,  Mineraldünger  und leistungsstarke Landmaschinen in der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts weite Verbreitung erfuhren, setzte ein bis dato beispielloser, stetiger und schneller Rückgang der Artenvielfalt von Äckern, Wiesen und Weiden ein. Trotz politischer Absichtserklärungen den raschen Artenschwund zu stoppen, hat sich der  Druck  auf  die  verbleibenden  Populationen  auch  in  den  letzten  Jahren  weiter  erhöht.  Der Klimawandel und der Wunsch die Abhängigkeit von endlichen fossilen Energieträgern zu reduzieren, haben  dazu  geführt,  dass  die  Nachfrage  nach  Ackerland  zum  Anbau  von  Energiepflanzen,  bedingt durch einschlägige Subventionen, stark gestiegen ist.

Nur  wenige  wissenschaftliche  Publikationen  haben  sich  bisher  mit  den  Folgen  der  schnellen Ausweitung des Energiepflanzenanbaus Ackerflora beschäftigt. Diese Dissertation soll dazu beitragen, diese Lücke durch Untersuchungen der Habitatbedingungen (Bewirtschaftungsmethoden, Lichtklima im  Bestand,  Bodenchemie)  und  der  Phytodiversität  in  verschiedenen  Energiepflanzenbeständen (Silomais zur Biogaserzeugung, Winterraps zur Biodieselherstellung, Kurzumtriebsplantagen (KUP) aus Pappeln oder Weiden zur Hackschnitzelverbrennung) zu schließen. Die Energiepflanzenbestände wurden  zudem  mit  konventionellem  Wintergetreide  zur  Nahrungs-  und  Futtermittelproduktion (Winterweizen  und  -gerste)  und  mit  extensiven  Weizenbeständen  aus  Agrarumweltmaßnahmen (AUM) verglichen.

Die Untersuchungsergebnisse weisen eindeutig darauf hin, dass die eigentlichen Ursachen des starken Phytodiversitätsverlustes  auf  Äckern  weiter  reichen  und  grundlegender  sind  als  der  Anbau  von Energiepflanzen.  Es  wurde  gezeigt,  dass  die  Phytozönosen  im  Inneren  von  Bioenergiemais- und
Rapsäckern  sowie  auch  in  Wintergetreidebeständen  extrem  verarmt  sind  (im  Mittel  3–6  Arten  100 m-2). Die durchschnittliche Stickstoffdüngung (195 kg N ha-1  a-1) und der Herbizidbehandlungsindex (HI = 1.8) waren sowohl in Mais- als auch in Winterweizenbeständen ähnlich hoch. Eine Bedrohung für die Pflanzenartenvielfalt durch übermäßige Phosphatdüngung (im Mittel 96 kg P2O5  ha-1  a-1) wurde jedoch vor allem beim Maisanbau festgestellt. Zudem war die Beschattung in Maisbeständen erhöht (11 % PAR Transmissivität im Vergleich zu 19 % in Wintergetreide), was mit einem Rückgang der mittleren  Artenzahlen  am  Feldrand  einherging  (11  Arten  100  m-2  im  Mais,  15  Arten  100  m-2  in Wintergetreide).  Die  Pflanzengesellschaften  konventioneller  Äcker  wurden  regionsübergreifend  von nur 5–10 häufigen Problemunkrautarten dominiert. Maisbestände wiesen als Sommerkulturen eine von Winterkulturen  leicht  abweichende  Artenzusammensetzung  auf.  Eine  ausgeglichene  Mischung  von konventionellem Mais, Winterraps und Wintergetreide in der Agrarlandschaft bietet mehr Arten einen geeigneten  Lebensraum  als  jede  dieser  Kulturen  für  sich  genommen.  Insgesamt  waren  die Habitatbedingungen  auf  den  im  Rahmen  von  AUM  extensiv  bewirtschafteten  Äckern  jedoch wesentlich  heterogener  und  boten  einer  weitaus  größeren  Zahl  von  Pflanzenarten  (darunter  auch seltene  und  bedrohte  Taxa)  geeignete  Lebensbedingungen.  Im  Mittel  wurden  21  Arten  100  m-2  im Inneren  und  33  Arten  am  Feldrand  gezählt.  Auch  die  Regressionsmodelle  weisen  darauf  hin,  dass moderate Beschränkungen der Herbizidbehandlungsintensität oder der Düngung, die sich im Rahmen der zur Zeit üblichen konventionellen Bewirtschaftungspraktiken bewegen, kaum dazu beitragen den Rückgang der Ackerflora zu stoppen. Neue, an die jeweiligen regionalen Gegebenheiten angepasste Konzepte und extensive Ackerhabitate sind hierzu unerlässlich.  

Die  Vegetationsaufnahmen  zeigen  zudem,  dass  die  Phytodiversität  von  KUP  mit  dem  Alter  der Plantagen stark zurückgeht. Junge KUP, ohne Düngung und mit nur geringem Herbizideinsatz, wiesen eine mit frühen Sukzessionsstadien von Ackerbrachen vergleichbare Artenzusammensetzung auf. Im Gegensatz  hierzu  wurden  die  5–8  jährigen,  dichtgepflanzten  Plantagen  von  wenigen stickstoffliebenden  Habitatgeneralisten  dominiert.  Obwohl  sie  seit  mehreren  Jahren  weder  gedüngt noch  mit  Herbiziden  behandelt  wurden,  waren  diese  Bestände  zudem  dunkler  (1–4  %  PAR Transmissivität)  und  nur  wenig  artenreicher  (8–19  Arten  75  m-2)  als  einjährige Energiepflanzenkulturen. Die Pflanzung von 5–20 m breiten Energieholzstreifen zur Zerteilung großer Schläge in strukturarmen, landwirtschaftlichen Intensivregionen kann jedoch aus naturschutzfachlicher Sicht  empfohlen  werden,  insbesondere  wenn  Maßnahmen  nur  Erhöhung  der  Habitatvielfalt  in  den Plantagen ergriffen werden.

Um  die  grundlegenden  Ursachen  des  Pflanzenartenschwundes  in  Agrarlandschaften  zu  beheben, erscheint es jedoch darüber hinaus dringend notwendig, ein langfristig angelegtes Netzwerk extensiver Feldflorareservate  zu  begründen,  um  dauerhaft  überlebensfähige  Ackerwildkrautpopulationen  zu erhalten  und  eine  Ausbreitung  dieser  Arten  in  die  weitere  Agrarlandschaft  in  Zukunft  wieder  zu ermöglichen.  Um  politische  Entscheidungsfindungen  zu  unterstützen,  erscheint  es  notwendig  im Rahmen von zukünftigen Forschungsprojekten den Blickwinkel vom Feld auf die Landschaftsebene zu  erweitern  und  verbleibende  offene  Fragen  über  die  Wirkungen  der  Ackerflora  auf  andere taxonomischen Gruppen zu klären.

Publikationen im Rahmen des Projekts

Seifert, C., Leuschner, C., Culmsee, H. (2015): Short rotation coppices as habitat for vascular plants. In: Butler Manning, D.; Bemmann, A.; Bredemeier, M.; Lamersdorf, N.; Ammer, C. (eds.): Bioenergy from dendromass for the sustainable development of rural areas. pp. 63–78, Wiley-Verlag, Weinheim.

Seifert, C., Leuschner, C., Culmsee, H. (2015): Arable plant diversity on conventional cropland – The role of crop species, management and environment. Agriculture, Ecosystems and Environment 213: 151–163.

Seifert, C. (2014): Effects of different energy cropping systems on plant diversity in Central German agricultural landscapes. Dissertation. 106 S. + Anhang.

Seifert, C., Leuschner, C., Meyer, S., Culmsee, H. (2014) Inter-relationships between crop type, management intensity and light transmissivity in annual crop systems and their effect on farmland plant diversity. Agriculture, Ecosystems and Environment 195: 173-182.