Projekt

Dauerco@l

Federführendes Institut KB Stabsstelle Klima, Boden, Biodiversität

Beteiligte Institute BD Institut für Biodiversität AK Institut für Agrarklimaschutz

Ertragsteigerung lignocellulosischer Dauerkulturen durch und für Pflanzenkohle

Mit der Einarbeitung von Pflanzenkohle (engl. Biochar) in den Boden können dessen physikalische und chemische Eigenschaften positiv beeinflusst werden. Insbesondere Grenzertragsstandorte können von hierdurch bedingten Bodenverbesserungen profitieren. In Dauerco@l untersuchen wir, wie schnellwachsende, Dauerkulturen (Pappel-Kurzumtriebsplantagen) auf sehr sandigen und tonigen Böden von der Pflanzenkohleapplikation profitieren können. Zugleich entwickeln wir ein Agroforstsystem, in dem durch den Anbau schnellwachsender Bäume Pflanzenkohle für den Einsatz als Kohlenstoffsenke und zur Bodenverbesserung und Ertragsteigerung produziert wird.

Hintergrund und Zielsetzung

Positive Effekte von Pflanzenkohle auf physikalische und chemische Bodeneigenschaften sind breit belegt. In den relativ jungen Böden Mitteleuropas können insbesondere Grenzertragsstandorte (stark sandige und tonige Böden) von einer Einarbeitung von Pflanzenkohle profitieren. Im Zuge der durch die Pflanzenkohleapplikation zu erwartenden Veränderung der Porengrößenverteilung und Verbesserung der Bodenstruktur ist von positiven Auswirkungen auf den Wasser- und Nährstoffhaushalt und somit den Ertrag auszugehen. Dauerco@l fokussiert dabei explizit auf die Meliorationswirkung für schnellwachsende Pappel-Kurzumtriebsplantagen und nimmt zugleich ökonomische Fragestellungen und die Klimawirksamkeit eines durch Pflanzenkohle optimierten Agroforstsystems in den Blick. Konkret wollen wir Antworten auf folgende Fragen liefern:

Können durch die Zugabe von Pflanzenkohle wirksame Meliorationseffekte auf sandigen und tonigen Grenzertragsstandorten erreicht werden, die zu einem langfristigen Ertragseffekt beim Anbau von Pappeln im Kurzumtrieb führen?
- Welche Effekte hat die Pflanzenkohle (in Co-Applikation mit Wirtschaftsdüngern und/oder Gesteinsmehlen) auf die bodenphysikalischen, -chemischen und -biologischen Eigenschaften sandiger / toniger Böden?
- Welche Applikationsvarianten (Menge und Korngrößenverteilung der Kohle, Nährstoffzugabe) führen standortabhängig zu welchen Ertragseffekten?
Kann ein mit Pflanzenkohle optimiertes Agroforstsystem dauerhaft Material für die Herstellung von Pflanzenkohle bereitstellen? Wie ist ein darauf aufbauendes regionales Kreislauf- und Wertschöpfungssystem ökonomisch und in seiner Klimaschutzwirksamkeit zu bewerten?
- Kommt es zu langfristigen Ertragseffekten in lignocellulosischen Dauerkulturen, die den Einsatz der Pflanzenkohle ökonomisch rechtfertigen?
- Welche Bedingungen müssen für den rentablen Einsatz von Pflanzenkohle in lignocellulosischen Dauerkulturen als Teil eines regionalen Kreislauf- und Wertschöpfungssystem erfüllt sein?
- Hat das in ein regionales Kreislauf- und Wertschöpfungssystem eingebettete Agroforstsystem einen langfristigen positiven Klimaschutzeffekt? Welche Faktoren können zu einem langfristigen positiven Klimaschutzeffekt führen?

Vorgehensweise

Zentral in Dauerco@l ist die Identifikation einer optimalen, standortangepassten Pflanzenkohle-Applikation zur Ertragssteigerung von lignocellulosischen Dauerkulturen. Hierzu kombinieren wir kontrollierte Experimente im Labor mit und ohne Pflanzen mit Feldversuchen, in denen Wasser-, Humus- und Nährstoffhaushalt, sowie der Stabilität der Pflanzenkohle und deren Einfluss auf den Ertrag (ober- und unterirdisch) erfasst werden.

Laborversuche zu bodenchemischen und bodenbiologischen Aspekten der Pflanzenkohleapplikation führt das Thünen-Institut für Agrarklimaschutz durch. Bodenhydraulische Aspekte werden von der Abteilung Bodenwissenschaften am Institut für Geoökologie der Technischen Universität Braunschweig bearbeitet.

In Dauerco@l werden Kleinstparzellenversuche mit Pappeln an den Standorten Trenthorst (Thünen-Institut für ökologischen Landbau) und Darmstadt (Forschungsring e.V.) angelegt. In diesen werden verschiedene Applikationsvarianten (Menge und Korngröße der Kohle, Nährstoffbeaufschlagung) auf tonigen (Trenthorst) und sandigen (Darmstadt) Grenzertragsstandorten getestet. Der Versuch in Trenthorst ist gleichzeitig Teil von EiLT dem experimentellen, interdisziplinären Landschaftslabor am Thünen-Institut im Experimentierfeld klimaangepasste Bäume. Wir nutzen die Synergien in der Thünen-Forschung zu Kurzumtriebsplantagen und Hecken an diesem Standort.

Ein weiterer Fokus des Projekts liegt in der Konzipierung des Dauerco@l-Produktionssystems: Ein regionales Kreislauf- und Wertschöpfungssystem, in dem Pflanzenkohle in Agroforstsystemen durch Anbau von schnellwachsenden Bäumen produziert und genutzt wird. Hierzu wird durch die Stabsstelle Klima, Boden, Biodiversität des Thünen-Instituts das Dauerco@l-Produktionssystem entworfen und die Rentabilität, Treibhausgasbilanz sowie die Funktion als Kohlenstoffsenke bewertet.